Analisi aerotermodinamica ad alta quota della capsula di rientro della missione MARCO POLO

Marco Polo è una missione sviluppata da un team di ricercatori dell'ESA e della Japanese Aaerospace Exploration Agency e proposta nell'ambito del programma Cosmic Vision. Il suo obiettivo primario è quello di raccogliere e poi trasportare sul nostro pianeta campioni inalterati da un Near-Earth Asteroid, ovvero un asteroide primitivo molto prossimo alla Terra. Il segmento spaziale del profilo di missione comporta trasferimenti interplanetari di andata e ritorno; un'orbita intorno all'asteroide; la discesa, il campionamento, e la ri-salita dalla superficie dell'asteroide; il rientro sulla Terra. Quest'ultima rappresenta la fase più delicata dell'intera missione. Il lavoro di tesi è stato volto quindi alla realizzazione di un'accurata analisi aerotermodinamica di un'eventuale capsula della missione Marco Polo, durante la fase di rientro ad alta quota.
Lo studio è stato focalizzato sulla valutazione della stabilità longitudinale della capsula e sulla stima dei valori del flusso di calore e del carico termico al punto di ristagno, che rappresentano delle quantità fondamentali per il dimensionamento del rivestimento termico e per la salvaguardia quindi dei campioni.
Il metodo con cui si è scelto di operare è il Direct Simulation Monte Carlo (DSMC), il cui pregio fondamentale è quello di fornire una valida alternativa per la risoluzione di quei campi di moto caratterizzati dal regime rarefatto. Nel presente lavoro, in particolare, sono stati utilizzati due codici che si basano sulla teoria del DSMC: il DS2V per calcolare le quantità locali ed il DS3V per calcolare i coefficienti aerodinamici globali in funzione del l'angolo di attacco. I risultati ottenuti forniscono chiare indicazioni sulla stabilità statica longitudinale della capsula. In particolare, essa è garantita in tutto l'intervallo di quote tra 70 Km e 120 Km fino ad un angolo di trim di 40° circa. Inoltre, i flussi termici ed i carichi aerodinamici agenti al punto di ristagno, che come noto è il punto in cui le condizioni sono più critiche, risultano sempre inferiori ai valori limite.