Примітка редактора: Цей гостьовий пост написав Енді Томасвік, інженер-електрик, який слідкує за космічною наукою та технікою.
Одне з найбільш складних технічно завдань будь-яких майбутніх пілотованих місій на Марс - це безпечно вивести космонавтів на землю. Поєднання високої швидкості, необхідної для короткої подорожі у космосі, та набагато легшої марсіанської атмосфери створює проблему аеродинаміки, яка досі вирішувалася лише для роботизованих космічних апаратів. Якщо люди одного разу будуть ходити по пильній поверхні Марса, нам потрібно спочатку розробити кращі технології спуску та посадки (EDL).
Ці технології є частиною недавньої зустрічі Місячного планетарного інституту (LPI), Концепції та підходи до дослідження Марса, що відбулася 12-14 червня в Х'юстоні, і зосередилася на останніх досягненнях технологій, які можуть вирішити проблему EDL.
З безлічі технологій, які були представлені на нараді, більшість, здавалося, включають багаторівневу систему, що включає декілька різних стратегій. Різні технології, які заповнять ці рівні, частково залежать від місії, і всі вони ще потребують додаткового тестування. Три найбільш широко обговорювані - гіперзвукові надувні аеродинамічні делератори (HIAD), надзвукові ретро-двигуни (SRP) та різні форми аеробного гальмування.
HIAD - це по суті великі теплові щити, які часто зустрічаються у багатьох типах пілотованих капсул для повторного вживання, які використовувались протягом останніх 50 років космічного польоту. Вони працюють, використовуючи велику площу поверхні, щоб створити достатнє перетягування через атмосферу планети, щоб сповільнити подорожуючий корабель до розумної швидкості. Оскільки ця стратегія роками працює так добре на Землі, цілком природно перекласти технологію на Марс. Однак з перекладом є проблема.
HIAD покладаються на опір повітря для своєї здатності уповільнити судно. Оскільки на Марсі є набагато тонша атмосфера, ніж Земля, цей опір не є настільки ефективним для уповільнення повторного вступу. Через таке падіння ефективності HIAD розглядаються лише для використання з іншими технологіями. Оскільки він також використовується в якості теплового екрана, він повинен бути прикріплений до корабля на початку повторного виходу, коли тертя повітря викликає масовий нагрів на деяких поверхнях. Після того як автомобіль сповільнився до швидкості, коли нагрівання вже не є проблемою, HIAD випускається для того, щоб інші технології могли взяти на себе весь процес гальмування.
Однією з таких інших технологій є SRP. У багатьох схемах після звільнення HIAD SRP в основному відповідає за уповільнення ремесла. SRP - тип технології посадки, який часто зустрічається в науковій фантастиці. Загальна ідея дуже проста. Ті ж типи двигунів, які прискорюють космічний корабель для виходу зі швидкості на Землю, можна повернути і використовувати для зупинки цієї швидкості після досягнення пункту призначення. Щоб уповільнити роботу корабля, або переверніть оригінальні ракетні підсилювачі при повторному введенні, або спроектуйте ракети, спрямовані вперед, які будуть використовуватися лише під час посадки. Хімічна ракетна технологія, необхідна для цієї стратегії, вже добре зрозуміла, але ракетні двигуни працюють по-різному, коли вони рухаються із надзвуковими швидкостями. Необхідно провести більш тестування для проектування двигунів, які можуть справлятися з напруженнями таких швидкостей. СРП також використовують паливо, яким судно буде потрібно проїхати всю відстань до Марса, що зробить його подорож дорожче. СРП більшості стратегій також викреслюється в якийсь момент під час спуску. Ваговий провал та труднощі контрольованого спуску під час слідування за полум'ям полум'я до місця посадки допомагають прийти до такого рішення.
Як тільки прискорювачі SRP відпадають, у більшості конструкцій технологія аеробайки перейде на озброєння. Найчастіше обговорюваною технологією на конференції були балути, комбіновані кулі та парашути. Ідея цієї технології полягає в тому, щоб захопити повітря, яке мчить повз посадкового судна, і використовувати його для заповнення балу, прив'язаного до корабля. Стиснення повітря, що влітає в балут, призведе до нагрівання газу, фактично створивши повітряну кулю, яка матиме подібні властивості підйому, ніж ті, що застосовуються на Землі. Якщо припустити, що в балут потрапить достатня кількість повітря, це могло б забезпечити остаточне уповільнення, необхідне для обережного скидання посадкового судна на поверхню Марсія, з мінімальним навантаженням на корисний вантаж. Однак загальна кількість, якою ця технологія сповільнить роботу судна, залежить від кількості повітря, яке він може ввести в свою структуру. При більшій кількості повітря виходить більший балут, і більше напружень на матеріал, з якого виготовлений балут. З огляду на це, це не розглядається як автономна технологія EDL.
Ці стратегії ледве дряпають поверхню запропонованих методів EDL, які можуть бути використані людською місією на Марс. Цікавість, найновіший ровер, який незабаром приземлиться на Марс, використовує декілька, включаючи унікальну форму СРП, відому як Небесний кран. Результати його систем допоможуть вченим, як тим, хто на конференції LPI, визначити, який набір технологій EDL буде найефективнішим для будь-яких майбутніх місій людини на Марс.
Заголовок зображення свинцю: Концепція художника про гіперзвуковий надувний аеродинамічний уповільнювач, що уповільнює потрапляння атмосфери в космічний корабель. Кредит: NASA
Підпис другого зображення: Сверхзвукові реактивні літаки вистрілюються вперед космічного корабля, щоб уповільнити транспортний засіб під час входу в марсіанську атмосферу перед розгортанням парашута. Зображення представлене науковою лабораторією Марса на Mach 12 з 4 надзвуковими ретро-імпульсними реакторами. Кредит: NASA
Джерело: Концепція LPI та підходи до вивчення Марса
