Nota redactorului: acest post invitat a fost scris de Andy Tomaswick, un inginer electric care urmărește știința și tehnologia spațiului.
Una dintre sarcinile cele mai dificile din punct de vedere tehnic ale oricăror viitoare misiuni cu echipă pe Marte este de a pune astronauții în siguranță pe pământ. Combinația dintre viteza mare necesară pentru o scurtă călătorie în spațiu și atmosfera marțiană mult mai ușoară creează o problemă de aerodinamică care a fost rezolvată doar pentru nave spațiale robotizate până acum. Dacă oamenii vor merge într-o zi pe suprafața prafuită a lui Marte, va trebui mai întâi să dezvoltăm tehnologii mai bune de descărcare și debarcare (EDL).
Aceste tehnologii fac parte dintr-o întâlnire recentă a Conferinței Lunar Planetary Institute (LPI), The Concepts and Approaches for Mars Exploration Conference, care a avut loc în perioada 12-14 iunie la Houston, care s-a concentrat pe ultimele progrese în tehnologii care ar putea rezolva problema EDL.
Dintre multitudinea de tehnologii prezentate la întâlnire, majoritatea păreau să implice un sistem cu mai multe niveluri care cuprinde mai multe strategii diferite. Diferitele tehnologii care vor completa aceste niveluri sunt parțial dependente de misiune și toate au încă nevoie de mai multe testări. Trei dintre cele mai discutate au fost decelerațiile aerodinamice hipersonice gonflabile (HIAD), Propulsia retro supersonică (SRP) și diverse forme de aerobraking.
HIAD-urile sunt, în esență, scuturi de căldură mari, găsite în mod obișnuit multe tipuri de capsule de reintrare echipate utilizate în ultimii 50 de ani de zbor spațial. Ei lucrează folosind o suprafață mare pentru a crea suficientă tracțiune prin atmosfera unei planete pentru a încetini ambarcațiunile călătoare la o viteză rezonabilă. Deoarece această strategie a funcționat atât de bine pe Pământ ani de zile, este firesc să transpunem tehnologia pe Marte. Cu toate acestea, există o problemă cu traducerea.
HIAD-urile se bazează pe rezistența aerului pentru capacitatea sa de a decelera ambarcațiunea. Întrucât Marte are o atmosferă mult mai subțire decât Pământul, această rezistență nu este aproape la fel de eficientă pentru a încetini reintrarea. Din cauza acestei scăderi a eficienței, HIAD-urile sunt luate în considerare numai pentru utilizarea cu alte tehnologii. Întrucât este folosit și ca scut termic, trebuie să fie atașat de navă la începutul reintrării, când frecarea aerului provoacă o încălzire masivă pe unele suprafețe. Odată ce vehiculul a încetinit la o viteză în care încălzirea nu mai este o problemă, HIAD este eliberat pentru a permite altor tehnologii să preia restul procesului de frânare.
Una dintre aceste alte tehnologii este SRP. În multe scheme, după ce HIAD este lansat, SRP devine responsabil în principal de încetinirea ambarcațiunii. SRP este tipul de tehnologie de aterizare întâlnită frecvent în știința ficțiune. Ideea generală este foarte simplă. Aceleași tipuri de motoare care accelerează navele spațiale pentru a scăpa de viteză pe Pământ pot fi întoarse și folosite pentru a opri această viteză la atingerea unei destinații. Pentru a încetini nava, rotiți butoanele de rachetă originale în jurul reintrării sau proiectați rachete orientate spre înainte, care vor fi folosite doar în timpul aterizării. Tehnologia rachetelor chimice necesare acestei strategii este deja bine înțeleasă, dar motoarele rachetelor funcționează diferit atunci când călătoresc cu viteze supersonice. Trebuie efectuate mai multe testări pentru a proiecta motoare care pot face față tensiunilor unor astfel de viteze. SRP folosesc, de asemenea, combustibil, care ambarcațiunea va fi obligată să parcurgă întreaga distanță până la Marte, făcând călătoria sa mai costisitoare. SRP-urile celor mai multe strategii sunt, de asemenea, reduse la un moment dat în timpul coborârii. Greutatea vărsată și dificultatea unei coborâri controlate în timp ce urmează un stâlp de flacără către un șantier ajută la această decizie.
Odată ce impulsurile SRP cad, în majoritatea proiectelor, o tehnologie de aerobraking ar prelua. O tehnologie discutată frecvent la conferință a fost baleta, un balon combinat și parașută. Ideea din spatele acestei tehnologii este să capteze aerul care trece prin nava de aterizare și să o folosească pentru a umple un balet care este legat de ambarcațiune. Compresia aerului care se grăbește în balet ar provoca încălzirea gazului, creând de fapt un balon cu aer cald, care ar avea proprietăți de ridicare similare cu cele folosite pe Pământ. Presupunând că aerul este aruncat în balet, acesta ar putea oferi decelerația finală necesară pentru a arunca ușor navele de aterizare de pe suprafața marțiană, cu un efort minim asupra sarcinii utile. Cu toate acestea, cantitatea totală cu care această tehnologie ar încetini ambarcațiunea depinde de cantitatea de aer pe care ar putea-o injecta în structura sa. Cu un aer mai mare, și mai multă tensiune asupra materialului din care este făcută. Din aceste considerente, nu este considerată o tehnologie EDL de sine stătătoare.
Aceste strategii abia zgârie suprafața metodelor propuse EDL care ar putea fi utilizate de o misiune umană pe Marte. Curiosity, cel mai nou rover care s-a instalat în curând pe Marte, folosește mai multe, inclusiv o formă unică de SRP cunoscută sub numele de Sky Crane. Rezultatele sistemelor sale îi vor ajuta pe oamenii de știință precum cei de la conferința LPI să stabilească ce suită de tehnologii EDL va fi cea mai eficientă pentru orice viitoare misiuni umane pe Marte.
Subtitrare imagine: Conceptul artistului de decelerație aerodinamică hipersonică gonflabilă încetinind intrarea atmosferică a unei nave spațiale. Credit: NASA
A doua legendă a imaginii: Avioanele supersonice sunt tras în fața unei nave spațiale pentru a decelera vehiculul în timpul intrării în atmosfera marțiană înainte de desfășurarea parașutei. Imaginea este a Mars Science Lab de la Mach 12 cu 4 jeturi de retropropulsie supersonică. Credit: NASA
Sursa: Conceptul și abordările LPI pentru explorarea lui Marte
