La sonde d'entrée de la mission Galileo vers Jupiter est entrée dans l'atmosphère de la planète en 1995 de manière fulgurante. Alors que la sonde descendait de Mach 50 à Mach 1 et générait suffisamment de chaleur pour provoquer des réactions de plasma à sa surface, il a relayé des données sur la combustion de son bouclier thermique qui différaient des effets prédits dans les modèles de dynamique des fluides. De nouveaux travaux examinent ce qui pourrait avoir causé un tel écart.

Des chercheurs de l'Universidade de Lisboa et de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign rapportent leurs conclusions à partir de nouveaux modèles de dynamique radiative des fluides en utilisant les données transmises par l'entrée de 30 secondes de Galileo. Le papier, Publié dans Physique des fluides , utilise de nouvelles techniques de calcul développées au cours des près de 25 ans depuis la mission.

"Les premières simulations pour la conception de la sonde ont été menées dans les années 1980, " a déclaré Mario Lino da Silva, un auteur sur le papier. "Il y a des choses que nous pouvons faire en 2019, parce que nous avons la puissance de calcul, nouveaux appareils, de nouvelles théories et de nouvelles données."

La sonde de Galilée est entrée dans la gravité de Jupiter en voyageant à 47,4 kilomètres par seconde, ce qui en fait l'un des objets fabriqués par l'homme les plus rapides jamais créés. La boule de feu causée par la descente a réchauffé le bouclier thermique en carbone phénolique à des températures plus élevées que la surface du soleil.

Les données de la sonde ont révélé que le bord du bouclier thermique brûlait beaucoup plus que ce que les modèles d'aujourd'hui pourraient prédire, mesuré par ce qu'on appelle le taux de récession.

"La boule de feu est une sorte de soupe où il se passe beaucoup de choses en même temps, " a-t-il dit. " Un problème avec la modélisation est qu'il existe de nombreuses sources d'incertitude et un seul paramètre observé, le taux de récession du bouclier thermique."

Le groupe a recalculé les caractéristiques du mélange hydrogène-hélium traversé par la sonde, comme la viscosité, conductivité thermique et diffusion de masse, et a découvert que le modèle de transport Wilke/Blottner/Eucken souvent cité n'a pas réussi à modéliser avec précision les interactions entre les molécules d'hydrogène et d'hélium.

Ils ont découvert que les propriétés de chauffage radiatif des molécules d'hydrogène jouaient un rôle important dans le chauffage supplémentaire subi par le bouclier thermique de la sonde.

"Les marges d'ingénierie du bouclier thermique intégré ont en fait sauvé le vaisseau spatial, ", a déclaré Lino da Silva.

Lino da Silva espère que le travail contribuera à améliorer la conception des futurs engins spatiaux, y compris les projets à venir pour explorer Neptune qui n'atteindront probablement leur destination qu'après sa retraite.

"Dans un sens, c'est comme construire des cathédrales ou des pyramides, " a-t-il dit. " Vous ne pouvez pas voir le travail quand il est terminé. "

Lino da Silva cherche ensuite à valider certaines des découvertes simulées en reproduisant des conditions similaires dans une installation à tube à choc conçue pour reproduire des écoulements à grande vitesse.