使用计算模型研究如何安全地降落在行星上

当着陆器下降到月球或岩石行星，小行星或彗星时，火箭的排气羽流与表面相互作用，造成侵蚀并引发风化层颗粒。由此产生的尘土飞扬的碎片层会产生危险的掉电效应，限制能见度并可能损坏航天器或附近的设备。

在《流体物理学》杂志上，来自忠南国立大学、爱丁堡大学、庆尚国立大学和韩国科学技术信息研究所的研究人员开发了一个模型来描述火箭羽流与行星体表面在近真空条件下的相互作用。结果可用于评估拟议着陆点的安全性和可行性，并优化用于行星着陆的航天器和火箭发动机的设计。

“了解火箭羽流和表面之间的相互作用对于太空任务在污染和侵蚀，着陆精度，行星保护和工程设计方面的安全和成功以及科学理解和未来探索非常重要，”忠清南国立大学的作者Byoung Jae Kim说。

计算框架获取有关火箭，其发动机，表面成分和地形以及着陆点的大气条件和重力的信息。

通过将气体与固体颗粒的相互作用视为方程组，模拟估计羽流的形状和大小，羽流和表面的温度和压力，以及被侵蚀或置换的材料量。它以比以前的方法计算效率更高的方式执行此操作。

“我们的工具可以在基本层面(例如，冲刷模式形成和侵蚀模型的开发)和实际工程应用(例如，预测粒子轨迹以避免损坏着陆器和先前建立的站点并规划下降/上升场景)的羽流表面相互作用问题，”Kim说。

在该模型中，小风化层颗粒到达高海拔，并在上升和下降过程中造成严重的掉电效应。相比之下，床层高度增加的较大颗粒导致更有利的掉电状态。

“从这项研究中获得的关于不同参数对羽流 - 表面相互作用影响的见解可以为开发更有效和高效的着陆技术提供信息，”Kim说。“这项研究还揭示了可以在行星表面上观察到的花饰冲刷模式，这可以为未来对行星体的科学研究提供有价值的信息。

研究人员计划提高该框架的能力，以包括更复杂的物理，例如化学反应和固体粒子碰撞。他们认为该模型可以应用于其他物理场景，包括无针药物输送系统。

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