Dissertação

{en_GB=Performance design of hypervelocity shock tube facilities} {} EVALUATED

{pt=Um tubo de choque cinético está em fase de qualificação no Instituto Superior Técnico, sob financiamento da Agência Espacial Europeia. O seu objetivo é estudar processos radiativos e de cinética química a alta velocidade, nas condições de uma entrada atmosférica. Esta tese apresenta estimativas de performance para o tubo de choque ESTHER, em configuração mono e duplo-estágio. Para configuração mono-estágio, as velocidades até 8 km/s obtidas satisfazem os requerimentos para entradas em Marte, Titã e LEO. Para performances superiores, usa-se a configuração duplo-estágio que prevê atingir velocidades até 14.5 km/s, simulando missões de regresso à Terra e entradas em Vénus. No entanto, a configuração duplo-estágio tem dificuldade em atingir velocidades mais baixas e, como tal, para certas simulações deve recorrer-se a técnicas em que a performance da instalação é propositadamente degradada. A exploração de planetas Gigantes Gasosos tem sido considerada um objetivo prioritário para futuros programas de exploração. No entanto, a reprodução das condições exatas de entrada atmosférica é extremamente difícil, devido à massa destes planetas. Considerando uma mistura H2/He, velocidades máximas de 18.4 km/s são previstas. Como tal, técnicas alternativas como alterar a fração de diluente de hélio e néon foram consideradas e verificou-se um aumento da temperatura pós-choque, o que permite reproduzir condições de entrada. A combinação de altas velocidades com os curtos tempos de teste tornam essencial um sistema de deteção preciso. Este consiste em quatro sensores, uma placa FPGA de rápido desenvolvimento, um conversor ADC rápido e um sistema de condicionamento de sinal, detalhados nesta tese., en=A new kinetic shock tube is being commissioned at Instituto Superior Técnico under funding from the European Space Agency. Its main goal is to support planetary exploration missions, by studying high-speed radiative and chemical process kinetics relevant to planetary entries. This thesis focuses on the performance estimates made for ESTHER shock tube in both single and double diaphragm configurations. For single diaphragm configuration, the predicted velocities up to 8 km/s satisfy the requirements for most Mars, Titan and LEO entries. For higher performance, using a double diaphragm configuration, ESTHER is expected to reach 14.5 km/s, simulating Earth return missions and Venus entries. However, double-stage configuration makes slower velocities difficult to achieve, thus some entries must be reproduced resorting to a few performance tweaking. More recently, there has been renewed interest in exploring Gas Giants. However, experiments in ground facilities are difficult, due to high entry velocities imposed by their mass. When considering a H2/He mixture, velocities up to 18.4 km/s are expected to be achieved. Hence, alternatives as changing the helium and neon diluent fractions have been considered. These two changes increase the post-shock temperature, allowing important flight condition phenomena to be reproduced. Combining the high velocities obtainable with the short test times, an accurate trigger system is essential. The ESTHER streak camera trigger system proposes the use of four sensors, a FPGA rapid development board, a FMC fast ADC converter and a signal conditioning system, which are discussed in detail here.}
{pt=hipervelocidade, tubo de choque, performance, entrada em planetas, planetas Gigantes Gasosos, sistema de deteção, en=hypervelocity, shock tube, performance, planetary entry, gas giants entry, trigger system}

Setembro 25, 2018, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Mário António Prazeres Lino da Silva

Departamento de Física (DF)

Prof Auxiliar Convidado