A low risk reentry: looking backward to step forward

Low risk reentry vehicles, as recently proposed, may represent the right answer for the future demands of space exploration, Space Station operations, and space tourism. In this paper the low risk features of sharp reentry vehicles are discussed. In particular, the concept of boundary layer thermal protection is illustrated with reference to a three-dimensional nose-cone geometry. The flow field around the fuselage tip is found by Computational Fluid Dynamics (CFD) calculations. The critical aerothermal conditions in the velocity-altitude plane are identified, in terms of the highest temperature surface points that belong to the Thermal Protection System (TPS) (i.e. the stagnation point of the fuselage tip) and to the structural material (i.e. the point at the junction of the TPS with the structure). Typical reentry trajectories for a concept vehicle are computed according to this new descent philosophy, which comply with thermal boundaries. The influence of the chosen aerodynamic solutions on reentry heating and on downranges and crossranges is then discussed.

ResumiVeicoli di rientro a basso rischio, proposti recentemente, possono rappresentare la giusta risposta per le future richieste di esplorazione spaziale, operazioni dalla Stazione Spaziale, e turismo spaziale. In questo lavoro vengono discusse le caratteristiche a basso rischio di veicoli da rientro a bordo d'attacco aguzzo (“sharp”). In particolare, viene illustrato il concetto di protezione termica da strato limite, con riferimento ad una geometria tridimensionale costituita da un cono dal bordo d'attacco arrotondato e il fondo piatto. Il campo di moto intorno alla suddetta geometria è stato studiato mediante un codice numerico di fluidodinamica computazionale (CFD). Sono state identificate le condizioni aerotermiche critiche nel piano velocità-quota, in termini di massima temperatura consentita per il Sistema di Protezione Termica (TPS) (che si realizza nel punto di ristagno del cono), e per il materiale strutturale (che si realizza nei punti alla giunzione del TPS con la struttura). Sono state calcolate traiettorie di rientro che si conformano alla nuova filosofia di rientro. Viene poi discussa l'influenza delle soluzioni considerate sul riscaldamento aerodinamico e su downrange e crossrange.