Europa Melting Probe - numerická studie konceptu kryosondy založené na aktivním protavování ledovou slupkou
| Thesis title in Czech: | Europa Melting Probe - numerická studie konceptu kryosondy založené na aktivním protavování ledovou slupkou |
|---|---|
| Thesis title in English: | Europa Melting Probe - numerical study of the concept of cryo-probe based on active melting through the outer icy shell |
| Key words: | Europa, tavící sonda, ledová slupka |
| English key words: | Europa, melting probe, ice shell |
| Academic year of topic announcement: | 2021/2022 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | |
| Department: | Mathematical Institute of Charles University (32-MUUK) |
| Supervisor: | doc. RNDr. Ondřej Souček, Ph.D. |
| Author: | |
| Advisors: | RNDr. Jaroslav Hron, Ph.D. |
| RNDr. Klára Kalousová, Ph.D. | |
| Guidelines |
| Cílem práce bude numerická studie konceptu kryosondy plánované pro budoucí planetární mise k Jupiterovu měsící Europě, která se má aktivně protavovat vnější ledovou slupkou měsíce a dosáhnout vnitřního kapalného oceánu. Prototyp sondy je v současné době vyvíjen a testován v Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, USA), reálné parametry sondy i data z měření máme z JPL přislíbeny.
V první fázi se zaměříme na analytické odhady termo-mechanických podmínek v systému sonda - kapalná voda - led, abychom zjistili, v jakém režimu se bude sonda nejspíše nacházet a jaká zanedbání budou pro účely numerického modelování přípustná. Předmětem druhé fáze bude vývoj numerického modelu v prostředí FEniCS s cílem simulovat proces protavování sondy okolním ledem. Systém led-voda bude popsán modelem viskózní teplo-vedoucí kapaliny s viskozitou, hustotou a dalšími fyzikálními parametry závislými na teplotě, proces fázové přeměny bude implementován pomocí tzv. "enthalpy metody". Sonda samotná bude v modelu zahrnuta pomocí tzv. "fictitious boundary metody". |
| References |
| B. H. Wilcox, J. A. Carlton, J. M. Jenkins and F. A. Porter, 2017, "A deep subsurface ice probe for Europa", 2017 IEEE Aerospace Conference, Big Sky, MT, pp. 1-13
S. Ulamec, J. Biele, O. Funke and M. Engelhardt, 2007, "Access to glacial and subglacial environments in the Solar System by melting probe technology", Reviews in Environmental Science and Bio/Technology", 6(1), 71-94 D. Wan, S. Turek and L. S. Rivkind, 2003, "The Fictitious Boundary Method for the Implicit Treatment of Dirichlet Boundary Conditions with Applications to Incompressible Flow Simulations", Challenges in Scientific Computing - CISC 2002: Proceedings of the Conference Challenges in Scientific Computing Berlin, October 2--5, 2002, Springer Berlin Heidelberg, 37--68 Robert T. Pappalardo, William B. McKinnon, K. Khurana, 2009, "Europa", University of Arizona Press, Jul 30, 2009 - Science - 727 pages Logg, A., Mardal K.A., Wells, G., 2012, "Automated Solution of Differential Equations by the Finite Element Method", Springer Danaila et al., 2014, "A Newton method with adaptive finite elements for solving phase-change problems with natural convection", Journal of Computational Physics, 274, 826–840 a další literatura dle doporučení školitele |