În următoarele decenii, pentru Marte sunt planificate o serie de misiuni, care includ propuneri pentru a trimite astronauți acolo pentru prima dată. Aceasta prezintă numeroase provocări logistice și tehnice, de la distanța pură la necesitatea unei protecții sporite împotriva radiațiilor. În același timp, există și dificultatea de aterizare pe Planeta Roșie, sau ceea ce este denumit „Blestemul lui Marte”.
Pentru a complica mai mult lucrurile, dimensiunea și masa viitoarelor misiuni (în special navele spațiale echipate) vor depăși capacitatea tehnologiei actuale de intrare, coborâre și aterizare (EDL). Pentru a aborda acest lucru, o echipă de oameni de știință aerospațială a publicat un studiu care arată cum un compromis între tracțiunea de frânare la altitudine inferioară și unghiul de zbor poate permite misiunilor grele să aterizeze în siguranță pe Marte.
Studiul, care a apărut recent în Jurnalul de nave spațiale și rachete, a fost scris de Christopher G. Lorenz și Zachary R. Putnam - cercetător al The Aerospace Corporation și, respectiv, profesor asistent de inginerie aerospațială la Universitatea din Illinois. Împreună, au investigat diferite strategii de aterizare pentru a vedea care ar putea depăși „Blestemul lui Marte”.
Mai simplu spus, aterizarea pe Marte este o afacere dificilă și doar 53% din navele spațiale trimise acolo încă din anii ’60 au ajuns la suprafață intactă. Până în prezent, cel mai greu vehicul care a aterizat cu succes pe Marte a fost Curiozitate rover, care a cântărit 1 tonă metrică (2.200 lbs). În viitor, NASA și alte agenții spațiale intenționează să trimită sarcini utile cu mase cuprinse între 5 și 20 de tone, ceea ce depășește strategiile convenționale ale EDL.
În cele mai multe cazuri, acesta constă într-un vehicul care intră în atmosfera marțiană cu viteze hipersonice de până la Mach 30 și apoi încetinește rapid din cauza frecării aerului. Odată ce ajung la Mach 3, își desfășoară o parașută și își dau focul înapoi pentru a încetini în continuare. Problema cu misiunile mai grele, potrivit Putnam, este că sistemele de parașute nu se scalează bine cu creșterea masei vehiculului.
Din păcate, motoarele retrorocket ard o mulțime de propulsor, ceea ce se adaugă la masa totală a vehiculului - ceea ce înseamnă că sunt necesare vehicule de lansare mai grele și misiunile ajung să coste mai mult. În plus, cu cât este mai propulsant o navă spațială, cu atât mai puțin volum poate economisi pentru sarcină utilă, încărcătură și echipaj. După cum a explicat prof. Putman într-un comunicat de presă din Illinois Aerospace:
„Noua idee este de a elimina parașuta și de a folosi motoarele rachetă mai mari pentru coborâre ... Când un vehicul zboară hipersonic, înainte de a trage motoarele rachetă, este generat un anumit ascensor și putem folosi acel lift pentru direcție. Dacă deplasăm centrul de greutate astfel încât să nu fie ambalat uniform, ci mai greu pe o parte, acesta va zbura într-un unghi diferit. "
Pentru început, Lorenz și Putnam au investigat diferențialul de presiune care apare în jurul unui vehicul atunci când lovește atmosfera lui Marte. Practic, debitul în jurul vehiculului este diferit în partea de sus decât în partea de jos a vehiculului, ceea ce creează ridicare într-o direcție. Această viață poate fi utilizată pentru a conduce vehiculul, deoarece acesta decelerează prin atmosferă.
Așa cum a explicat Putnam, ambarcațiunea își poate folosi retrosocket-urile în acest moment pentru a ateriza ambarcațiunea cu exactitate, sau ar putea conserva propulsorul pentru a ateriza cea mai mare cantitate de masă posibilă - sau un echilibru între cele două. În cele din urmă, este o întrebare despre ce altitudine ardeți rachetele. După cum a spus Putnam:
„Întrebarea este: dacă știm că vom aprinde motoarele de coborâre la Mach 3, cum ar trebui să direcționăm vehiculul aerodinamic în regimul hipersonic, astfel încât să folosim cantitatea minimă de propulsor și să maximizăm masa din sarcină utilă pe care o putem ateriza? Pentru a maximiza cantitatea de masă pe care o putem [ateriza] pe suprafață, este importantă altitudinea la care vă aprindeți motoarele de coborâre, dar și unghiul pe care vectorul dvs. de viteză îl face cu orizontul - cât de abrupt veți intra. "
Aici se află un alt aspect important al studiului, în care Lorenz și Putnam au evaluat cum să utilizeze cât mai bine vectorul de ridicare. Ceea ce au descoperit a fost că este cel mai bine să intre în atmosfera lui Marte cu vectorul de ridicare îndreptat în jos, astfel încât vehiculul să se scufunde și apoi (în funcție de timp și viteză) să comute ascensorul și să zboare de-a lungul la altitudine mică.
„Acest lucru permite vehiculului să petreacă mai mult timp zburând în condiții de densitate atmosferică mai mare”, a spus Putnam. "Acest lucru mărește tracțiunea, reducând cantitatea de energie care trebuie eliminată de motoarele descendente."
Concluziile acestui studiu ar putea informa misiunile viitoare pe Marte, în special în cazul în care navele spațiale grele care transportă mărfuri și echipaje sunt în cauză. În timp ce această strategie EDL ar face o aterizare mai nervoasă, șansele echipajelor să aterizeze în siguranță și să nu cedeze la „Marele Ghoul Galactic”.
Dincolo de Marte, acest studiu ar putea implica implicații pentru aterizarea pe alte corpuri solare care au atmosfere subțiri. În cele din urmă, strategia lui Lorenz și Putnam pentru o intrare hipersonică și o frânare de frânare la altitudine inferioară ar putea ajuta misiunile echipajate către tot felul de corpuri cerești.
