Symulacja ponownego wejścia w atmosferę ziemską należącego do ESA pojazdu kosmicznego Automated Transfer Vehicle (ATV) rozpoczyna się od przedstawienia otoczenia statku kosmicznego jako trójwymiarowej chmury połączonych ze sobą punktów, tzw. siatki obliczeniowej. Stanowi to część procesu modelowania hipersonicznego ruchu gazów wokół spadającego statku kosmicznego poprzez obliczeniową dynamikę płynów.

Badanie upadku ATV zostało przeprowadzone w ramach projektu MIDGARD (MultI-Disciplinary modeling of the Aerothemodynamically-induced fragmentation of Re-entering boDies) w ramach Platformy Innowacji Otwartej Przestrzeni Kosmicznej ESA wraz z Wydziałem Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej Uniwersytetu Strathclyde. To trwające działanie ma na celu zmniejszenie niepewności w symulacji destrukcyjnego wejścia w atmosferę poprzez połączenie metod symulacji o wysokiej dokładności, ale kosztownych, oraz metod symulacji o niskiej wierności i szybkości.

Łącznie pięć ATV zaopatrywało Międzynarodową Stację Kosmiczną w latach 2008-2015, wszystkie zostały unieszkodliwione przez reentry atmosferyczne. Największy europejski statek kosmiczny pozostawia po sobie bardziej długotrwałe dziedzictwo jako podstawa europejskiego modułu serwisowego statku kosmicznego NASA-ESA Orion, zaprojektowanego do powrotu astronautów na Księżyc i planowanego do lotu w pierwszej misji NASA Artemis jeszcze w tym roku.

Destrukcyjne wejście w atmosferę jest tradycyjnym sposobem pozbywania się statków kosmicznych i satelitów po zakończeniu ich eksploatacji, ale przepisy ESA i międzynarodowe stanowią, że ryzyko obrażeń osób lub mienia na ziemi musi być niższe niż jeden na 10 000.

Fábio Morgado z Uniwersytetu Strathclyde, pracujący nad MIDGARD, stwierdza: „Rozwiązanie problemu ryzyka atmosferycznego ponownego wejścia w atmosferę kosmicznych śmieci staje się stopniowo coraz bardziej naglące ze względu na wzrost liczby orbitujących obiektów i wynikającą z tego większą częstotliwość ponownego wejścia w atmosferę. Na przewidywanie procesów reentry ma wpływ postępująca fragmentacja i erozja termiczna ponownie wchodzących obiektów w wyniku silnych obciążeń aerotermicznych.”

Prof. Marco Fossati, główny badacz MIDGARD i opiekun Fabio, dodaje: „Ulepszone modelowanie i symulacja fragmentacji wywołanej aerotermodynamiką ma pierwszorzędne znaczenie dla projektowania systemów bezpiecznego rozpadu i oceny związanego z tym ryzyka uderzenia w ziemię.”

W przeszłości ciężkie elementy, takie jak zbiorniki z paliwem napędowym lub ławy optyczne instrumentów, dotarły do ziemi w nienaruszonym stanie, ale przeprojektowanie systemów w celu wykorzystania lżejszych części lub sprawienie, że będą one bardziej narażone na rozpad wcześniej.