У найближчі десятиліття на Марсі заплановано низку місій, які включають пропозиції вперше відправити туди космонавтів. Це представляє численні матеріально-технічні та технічні проблеми, починаючи від великої відстані і закінчуючи потребою в підвищеному захисті від радіації. У той же час, є також труднощі з посадкою на Червону планету, або те, що називається «Марсове прокляття».
Щоб ускладнити питання, розмір та маса майбутніх місій (особливо космічних кораблів) будуть виходять за рамки можливостей поточної технології в'їзду, спуску та посадки (EDL). Для вирішення цього питання команда вчених з аерокосмічного простору оприлюднила дослідження, яке показує, як компроміс між гальмовою тягою на нижній висоті та кутом траєкторії польоту може забезпечити важкі місії для безпечного приземлення на Марс.
Дослідження, яке нещодавно з'явилося в Журнал космічних кораблів і ракет, є автором Крістофера Г. Лоренца та Закарі Р. Путнама - наукового співробітника «Аерокосмічної корпорації» і доцента аерокосмічної інженерії в університеті Іллінойсу відповідно. Разом вони дослідили різні стратегії посадки, щоб побачити, що може подолати «Марсове прокляття».
Простіше кажучи, посадка на Марс - справа непроста, і лише 53% космічних кораблів, відправлених туди з 1960-х років, досягли її на поверхню неушкодженою. На сьогоднішній день найважчим транспортним засобом, який успішно приземлився на Марс, був Цікавість ровер, який важив 1 метричну тону (2200 фунтів). Надалі НАСА та інші космічні агенції планують відправляти корисні навантаження масою від 5 до 20 тонн, що виходить за рамки звичайних стратегій EDL.
У більшості випадків це транспортний засіб, який потрапляє в марсіанську атмосферу з гіперзвуковою швидкістю до 30 мах, а потім швидко сповільнюється через тертя повітря. Як тільки вони дістаються до Mach 3, вони розгортають парашут і вистрілюють свої ретророкети для подальшого уповільнення. За словами Путнама, проблема з більш важкими місіями полягає в тому, що парашутні системи не змінюють масштабів із збільшенням маси транспортних засобів.
На жаль, ретро-ракетні двигуни спалюють багато палива, що додає до загальної маси транспортних засобів - а це означає, що потрібні більш важкі ракети-носії та місії в кінцевому рахунку коштують дорожче. Крім того, чим більше транспортного засобу потребує космічний корабель, тим менше обсягу він може зекономити для корисного вантажу, вантажу та екіпажу. Як пояснив професор Путман у прес-релізі аеропорту Іллінойсу:
"Нова ідея полягає в тому, щоб усунути парашут і використовувати більш великі ракетні двигуни для спуску ... Коли автомобіль летить гіперсонічно, перед тим, як ракетні двигуни вистріляються, створюється деякий підйомник, і ми можемо використовувати цей підйомник для управління. Якщо ми перемістимо центр ваги, щоб він не був рівномірно упакований, але важчий з одного боку, він буде літати під іншим кутом ».
Для початку Лоренц і Путнам дослідили перепад тиску, який виникає навколо транспортного засобу, коли він потрапляє в атмосферу Марса. В основному, потік навколо транспортного засобу відрізняється вгорі, ніж на дні транспортного засобу, що створює підйом в одному напрямку. Це життя можна використовувати для керування транспортним засобом, коли він сповільнюється через атмосферу.
Як пояснив Путнам, судно може або використати свої ретро-ракети в цей момент, щоб точно висадити судно, або могло зберегти свій випар, щоб висадити якомога більшу кількість маси - або можна було б досягти рівноваги між ними. Зрештою, це питання про те, на якій висоті ви обстрілюєте ракети. Як сказав Путнам:
"Питання полягає в тому, що якщо ми знаємо, що ми будемо запалювати двигуни спуску на, скажімо, Mach 3, то як слід керувати транспортним засобом аеродинамічно в режимі гіперзвуку, щоб ми використовували мінімальну кількість палива і максимізували масу корисний вантаж, який ми можемо приземлити? Щоб максимально збільшити кількість маси, яку ми можемо [приземлити] на поверхню, важлива висота, на якій ви запалюєте двигуни спуску, а також кут, який ваш вектор швидкості робить з горизонтом - наскільки крутим ви будете входити. "
У цьому полягає ще один важливий аспект дослідження, де Лоренц і Путнам оцінили, як найкраще використовувати вектор підйомника. Вони виявили, що найкраще входити в атмосферу Марса з піднятим вектором підйому, щоб транспортний засіб пірнав, а потім (залежно від часу та швидкості) перемикати підйомник і літати на невеликій висоті.
"Це дозволяє транспортному засобу проводити більше часу, летячи низько там, де атмосферна щільність вище", - сказав Путнам. "Це збільшує затягування, зменшуючи кількість енергії, яка повинна бути вилучена двигунами спуску".
Висновки цього дослідження можуть повідомити про майбутні місії на Марс, особливо коли йдеться про важкі космічні апарати, що перевозять вантажі та екіпажі. Хоча ця стратегія EDL передбачає більш сприятливу приземлення, шанси екіпажів висаджуватись безпечно і не піддаватися «Великому галактичному вурлаку».
За межами Марса, це дослідження може мати наслідки для посадки на інші сонячні тіла, що мають тонку атмосферу. В кінцевому рахунку, стратегія Лоренца і Путнама щодо гіперзвукового входу і тяга гальмування на нижній висоті могла б допомогти у виконанні місій з усіма небесними тілами.
