The influence of non-equilibrium electron states population on radiative heat flux of superorbital reentry spacecraft shock wave




The problem of choosing the physicochemical model, which can adequately describe the processes in a shock wave, is the general problem to be solved when the purpose is to calculate the radiative heat transfer of the returning spacecraft with velocity greater than 10 km/sec. The most accurate is the collisional-radiative model which can be applied for calculating of radiative heat transfer in a shock wave. It accounts for electron transitions for atoms and ionization due to collisions by particles and consumption and emanation of photons. This model precisely describes the mechanisms involved in the real gas and doesn’t require additional assumptions of excited states population and choosing ionization rates for electron collision. This paper includes analysis of radiation flux moving forward to surface of returning spacecraft in two assumptions: equilibrium population of electron states for atoms, non-equilibrium population obtained by solving kinetics for atom levels in a shock wave.

collisional-radiative model, shock wave, superorbital reentry


Volume 16, issue 3, 2015 year


Влияние неравновесного заселения электронных состояний на радиационный поток высокотемпературного воздуха при сверхорбитальных скоростях СА

При расчете радиационного теплового потока около аппаратов, входящих в атмосферу со скоростью
V > 10 км/с, важной задачей является выбор физико-химической и радиационной моделей, которые могли бы адекватно описать протекающие процессы за ударной волной. Лучшей моделью для решения задачи переноса излучения в ударном слое является радиационно-столкновительная модель, которая описывает всю совокупность процессов, происходящих в высокотемпературном газе. К этим процессам относятся: возбуждение электронных состояний атомов, ступенчатая ионизация, излучение и поглощение фотонов. Данная модель наиболее точно описывает механизмы, происходящие в реальном газе, и не требует делать дополнительных предположений о заселенности возбужденных состояний и выбора константы скорости ионизации атомов электронным ударом. В данной работе на основе решения модельной задачи проводится сравнительный анализ вклада различных процессов в формирование структуры ударного слоя. Проводится сравнение величин радиационного потока, падающего на поверхность спускаемого аппарата, при допущении равновесного заселения атомов и при детальном расчете поуровневой кинетики в ударном слое.

радиационно-столкновительная модель, ударная волна, сверхорбитальный вход


Volume 16, issue 3, 2015 year



1. Власов В.И., Залогин Г.Н., Лунев В.В., Чураков Д.А. Лучисто-конвективный теплообмен спускаемых аппаратов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2012. Т.13, вып.1. 11c. http://chemphys.edu.ru/issues/2012-13-1/articles/299/
2. Власов В.И., Залогин Г.Н., Прутько К.А., Чураков Д.А. Влияние излучения атомов на лучистый теплообмен аппаратов при входе их в атмосферу со второй космической скоростью. Космонавтика и ракетостроение. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014.
3. Johnston C.O. A Comparison of EAST Shock-Tube Radiation Measurements with a New Radiation Model. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit 710 January 2008, Reno, Nevada. AIAA 2008-1245.
4. Drawin, H. W., “Collision and Transport Cross Sections,” Plasma Diagnostics, edited by W. Lochte-Holtgreven, North-Holland, Amsterdam, 1968, pp. 842875.
5. Ralchenko, Yu, et al., “NIST Atomic Spectra Database, Version 4.0,” National Institute of Standards and Technology (NIST) Physics Lab, http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/index.html, November 2011.
6. Cunto W. TOPbase at the CDS // Astronomy and Astrophysics. 1993. Vol. 275. Pp. L5L8. http://vizier.u-strasbg.fr/topbase/topbase.html