Ateinančiais dešimtmečiais į Marsą planuojama surengti daugybę misijų, įskaitant pasiūlymus pirmą kartą ten nusiųsti astronautus. Tai kelia daugybę logistinių ir techninių iššūkių, pradedant nuo didelio atstumo ir padidintos apsaugos nuo radiacijos poreikiu. Kartu kyla sunkumų nusileisti ant Raudonosios planetos arba to, kas vadinama „Marso prakeiksmu“.
Norėdami labiau apsunkinti reikalus, būsimų misijų (ypač įgulos narių įgulų) dydis ir masė viršys dabartinės atvykimo, nusileidimo ir tūpimo (EDL) technologijos galimybes. Siekdama išspręsti šią problemą, aviacijos ir kosmoso mokslininkų komanda išleido tyrimą, kuris parodo, kaip kompromisas tarp stabdymo traukos žemumoje ir skrydžio trajektorijos gali leisti sunkioms misijoms saugiai nusileisti į Marsą.
Tyrimas, neseniai pasirodęs Erdvėlaivio ir raketų žurnalas, parašė Christopheris G. Lorenzas ir Zacharijus R. Putnamas - atitinkamai „The Aerospace Corporation“ tyrėjas ir Ilinojaus universiteto aerokosmoso inžinerijos docentas. Kartu jie ištyrė skirtingas nusileidimo strategijas, kad sužinotų, kurios galėtų įveikti „Marso prakeiksmą“.
Paprasčiau tariant, tūpimas į Marsą yra sunkus verslas, ir tik 53% nuo septintojo dešimtmečio ten išsiųstų erdvėlaivių padarė jį nepažeistą į paviršių. Iki šiol sunkiausia transporto priemonė sėkmingai nusileisti į Marsą buvo Smalsumas roveris, kuris svėrė 1 metrinę toną (2200 svarų). Ateityje NASA ir kitos kosmoso agentūros planuoja siųsti naudingus krovinius, kurių masė svyruoja nuo 5 iki 20 tonų, o tai yra daugiau nei įprasta EDL strategija.
Daugeliu atvejų tai susideda iš transporto priemonės, įvažiuojančios į Marso atmosferą hipergarsiniu greičiu iki 30 Macho, o vėliau greitai sulėtinančia dėl oro trinties. Pasiekę Mach 3, jie dislokuoja parašiutą ir šaudo savo retrokokus, kad dar labiau sulėtėtų. „Putnam“ teigimu, sunkesnių misijų problema yra ta, kad parašiuto sistemos nėra pakankamai gerai matomos didėjant transporto priemonės masei.
Deja, retroreketiniai varikliai sudegina daug raketinio kuro, o tai padidina bendrą transporto priemonės masę - tai reiškia, kad reikia sunkesnių raketų, o misijos kainuoja daugiau. Be to, kuo daugiau raketinio kuro reikia kosminiam laivui, tuo mažiau gali jo skirti atsargos naudingam kroviniui, kroviniui ir įgulai. Kaip prof. Putmanas paaiškino Ilinojaus kosminės erdvės pranešime spaudai:
„Nauja idėja yra panaikinti parašiutą ir nusileidimui naudoti didesnius raketų variklius. Kai transporto priemonė skrenda hipersensiškai, prieš šaunant raketų varikliams, sukuriamas šiek tiek keltuvo, kurį galime naudoti vairuodami. Jei perkelsime svorio centrą taip, kad jis nebūtų vienodai supakuotas, bet būtų sunkesnis iš vienos pusės, jis skristų kitu kampu. “
Pradedantiesiems, Lorenzas ir Putnamas ištyrė slėgio skirtumą, kuris atsiranda aplink transporto priemonę, kai ji atsiduria Marso atmosferoje. Iš esmės srautas aplink transporto priemonę skiriasi transporto priemonės viršuje, o ne apačioje, todėl keliama viena kryptimi. Šis gyvenimas gali būti naudojamas transporto priemonei valdyti, nes ji lėtėja per atmosferą.
Kaip paaiškino Putnamas, šiuo metu laivas galėjo panaudoti savo retrocketus, kad tiksliai nuskraidintų plaukiojančią priemonę, arba jis galėjo išlaikyti savo raketinį kurą, kad jis iškrautų kuo didesnę masę, arba gali būti išlaikyta pusiausvyra tarp jų. Galų gale kyla klausimas, kokiame aukštyje šaudote į raketas. Kaip Putnamas pasakė:
„Klausimas yra, jei žinome, kad užsidegsime nusileidimo variklius, tarkime, 3 Macho, kaip turėtume valdyti transporto priemonę aerodinamiškai esant hipergarsiniam režimui, kad sunaudotume kuo mažiau raketinio kuro ir maksimaliai padidintume variklio masę. naudingas krovinys, kurį galime iškrauti? Norėdami padidinti masės kiekį, kurį galime nusileisti ant paviršiaus, svarbu ne tik aukštis, kuriame uždegate savo nusileidimo variklius, bet ir kampas, kurį jūsų greičio vektorius daro su horizontu - koks kietas esate? “.
Čia slypi dar vienas svarbus tyrimo aspektas, kuriame Lorenzas ir Putnamas įvertino, kaip geriausiai panaudoti pakėlimo vektorių. Jie nustatė, kad į Marso atmosferą geriausia patekti nukreipus pakreipimo vektorių žemyn, kad transporto priemonė nardytų, o tada (priklausomai nuo laiko ir greičio) pakreipti keltuvą į viršų ir skristi išilgai mažo aukščio.
„Tai leidžia transporto priemonei daugiau laiko praleisti skrendant žemai, kur atmosferos tankis yra didesnis“, - sakė Putnam. „Tai padidina pasipriešinimą, sumažindamas energijos kiekį, kurį turi pašalinti nusileidimo varikliai.“
Šio tyrimo išvadomis galėtų būti informuojama apie būsimas misijas į Marsą, ypač kai tai susiję su sunkiasvoriais erdvėlaiviais, gabenančiais krovinius, ir įgulomis. Nors ši EDL strategija padėtų daugiau nervų keliančiam nusileidimui, ekipažų šansai nusileisti saugiai ir nepasiduoti „Didžiajai galaktikos gūžai“.
Be Marso, šis tyrimas gali turėti įtakos nusileidimui ant kitų Saulės kūnų, kurių atmosfera yra plona. Galiausiai Lorenzo ir Putnamo strategija, susijusi su įvažiavimu į viršgarsinį garsą ir mažesnio aukščio stabdymo trauka, gali padėti atlikti įgulos narių misijas į visų rūšių dangaus kūnus.
