AbstractHeat load on spacecraft during atmospheric re-entry is of crucial importance, not only because of the thermal shield design and payload improvement, but also because of the threat that it represents for the passengers. One major part of the heat flux is due to the catalytic heterogeneous atoms recombination over the whole Thermal Protection System (TPS). As there is some evidence in the literature that the recombination coefficient of oxygen and nitrogen atoms is a key parameter to predict heat flux on TPS, the four major factors (temperature, pressure, nature of the material and recombination mechanism) that could affect the recombination efficiency are evaluated. Then, comparisons for different experimental and modeling results follow this part. Using two kind of silica surfaces, β-cristobalite and quartz, experimental results dealing with oxygen atoms recombination coefficient are discussed and compared with literature data and modeling. The various catalytic models found in the literature are helpful for a phenomenological understanding of the recombination process but usually too many parameters have to be adjusted by fitting with experimental results. Then, Molecular Dynamics simulation is more relevant to obtain accurate recombination coefficients.
RésuméLa connaissance du flux de chaleur reçu par un véhicule spatial au cours d'une rentrée atmosphérique est d'une importance capitale, non seulement pour la conception du bouclier thermique et l'augmentation de la charge utile transportée, mais surtout pour les risques encourus par les passagers de tels engins. Une partie importante du flux de chaleur imposé à l'ensamble du système de protection thermique, qui agit comme un catalyseur, est dû à la recombinaison hétérogène des atomes. Parce qu'il est clairement démontré dans la littérature que les coefficients de recombinaison de l'oxygène et de l'azote atomiques sont les principaux paramètres permettant de prédire les flux de chaleur sur les protections thermiques, on analyse, dans cet article, les quatre facteurs les plus importants (température, pression, nature du matériau et mécanisme de recombinaison) pouvant influer sur le coefficient de recombinaison. Ensuite, différents résultats issus d'expériences ou de modélisations sont comparés avant d'effecteur aussi une comparaison avec nos propres résultats expérimentaux obtenus sur deux types de silice, quartz et β-cristobalite. Les différents modèles cinétiques rencontrés dans la littérature sont très utiles pour la compréhension phénoménologique de la recombinaison hétérogène mais trop de paramétres intervenant dans ces modèles ont besoin d'être ajustés à partir des données expérimentales. La simulation par Dynamique Moléculaire apparaît alors plus appropriée pou obtenir des coefficients de recombinaisons plus précis.
Comparative modeling study and experimental results of atomic oxygen recombination on silica-based surfaces at high temperature
Etude comparative de modèles et résultats expérimentaux de la recombinaison de l'oxygène atomique sur des surfaces à base de silice à haute température
Aerospace Science and Technology ; 9 , 4 ; 318-328
2005-01-27
11 pages
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