Optical Metrology in high enthalpy hypersonics for atmospheric reentry

Métrologie optique en hypersonique à haute enthalpie pour la rentrée atmosphérique

Ajmal Khan Mohamed (1)

1 ONERA - The French Aerospace Lab [Châtillon]

This document is a review of my research work in optical metrology to probe high enthalpy hypersonic flows encountered during atmospheric reentry. I first relate the critical issues of atmospheric reentry which must be well understood and mastered for safe return of human flight from space or successful planetary probing and sample return. I then describe different measurement techniques to characterize gas flows around reentry vehicles in test in ground facilities or in flight. Particularly, linear optical methods like Electron Beam Fluorescence (EBF), laser induced fluorescence, laser absorption spectroscopy (TDLAS), emission spectroscopy and Rayleigh Lidar.

Ce document synthétise mes actions de recherches dans la métrologie optique pour l'hypersonique à haute enthalpie rencontré lors d'une rentrée atmosphérique. Je présente en début de ce document la problématique de la rentrée atmosphérique dont la maîtrise est primordiale pour le retour sur Terre d'un vol habité ou d'une sonde de retour d'échantillons. Je décris ensuite les moyens de mesures servant à caractériser le gaz en écoulement autour d'un véhicule de rentrée en test dans une soufflerie ou en vol de démonstration. En particulier les moyens d'optique linéaire que sont la fluorescence induite par faisceau d'électrons (FFE) ou par laser, la spectroscopie d'absorption ou d'émission et le LIDAR à diffusion Rayleigh.

Mots clés: ELECTRON BEAM FLUORESCENCE; EBF; HYPERSONICS; HIGH ENTHALPIE FLOWS; ATMOSPHERIQUE REENTRY; REENTRY DEMONSTRATOR; OPTICAL METROLOGY; OPTICAL DIAGNOSTICS; IN-FLIGHT MEASUREMENTS; HYPERSONIC VELOCITY; ROTATIONAL TEMPERATURE; VIBRATIONAL TEMPERATURE; ATMOSPHERIC DENSITY; MOLECULAR NITROGEN; N2; NIROGEN OXIDE; NO; CARBON DIOXIDE; MARTIAN ATMOSPHERE; DIODE LASER ABSORPTION SPECTROSCOPY; CARS; F4 ARC JET WIND TUNNEL; HEG SHOCK TUBE; R5 WIND TUNNEL; SIMOUN WIND TUNNEL; RAYLEIGH LIDAR

Mots clés: FLUORESCENCE PAR FAISCEAU D'ELECTRONS; FFE; HYPERSONIQUE; ECOULEMENT A HAUTE ENTHALPIE; RENTREE ATMOSPHERIQUE; DEMONSTRATEURS DE RENTREE; METROLOGIE OPTIQUE; DIAGNOSTICS OPTIQUES; MESURES EN VOL; VITESSE HYPERSONIQUE; TEMPERATURE DE ROTATION; TEMPERATURE DE VIBRATION; DENSITE ATMOSPHERIQUE; AZOTE MOLECULAIRE N2; MONOXYDE D'AZOTE NO; DIOXIDE DE CARBONE; CO; CO2; SPECTROSCOPIE PAR ABSORPTION DIODE LASER; SDLA; TDLAS; QCL; LIF; DRASC; MONOXIDE DE CARBONE; SOUFFLERIE A ARC F4; TUBE A CHOC HEG; SOUFFLERIE R5; SOUFFLERIE SIMOUN; ATMOSPHERE MARTIENNE; LIDAR RAYLEIGH

Domaines: Optique / photonique; Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]; Plasmas; Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]; Optique [physics.optics]; Planétologie et astrophysique de la terre [astro-ph.EP]; Planétologie et astrophysique de la terre [astro-ph.EP]

Ajmal Khan Mohamed. Métrologie optique en hypersonique à haute enthalpie pour la rentrée atmosphérique. Optique / photonique. Université Paris Sud - Paris XI, 2012. ⟨tel-00829327⟩