Redaktørens note: Dette gæstepost er skrevet af Andy Tomaswick, en elektrisk ingeniør, der følger rumvidenskab og teknologi.
En af de mest teknisk vanskelige opgaver ved fremtidige bemande missioner til Mars er at få astronauterne sikkert på jorden. Kombinationen af den høje hastighed, der er nødvendig for en kort tur i rummet, og den meget lettere martiske atmosfære skaber et aerodynamisk problem, der hidtil kun er løst for robot rumfartøjer. Hvis folk en dag går Mars 'støvede overflade, er vi nødt til at udvikle bedre Entry Descent and Landing (EDL) teknologier først.
Disse teknologier er en del af et nyligt møde i Lunar Planetary Institute (LPI), The Concepts and Approaches for Mars Exploration-konference, der blev afholdt 12-14 juni i Houston, som koncentrerede sig om de seneste fremskridt inden for teknologier, der muligvis løser EDL-problemet.
Af de mange teknologier, der blev præsenteret på mødet, syntes de fleste at involvere et flerlags-system, der omfatter flere forskellige strategier. De forskellige teknologier, der vil udfylde disse niveauer, er til dels missionafhængige og har stadig brug for mere test. Tre af de mest diskuterede var Hypersonic oppustelige aerodynamiske deceleratorer (HIADs), Supersonic Retro Propulsion (SRP) og forskellige former for aerobraking.
HIADs er i det væsentlige store varmeskærme, der ofte findes mange typer bemandet reentry-kapsel, der blev brugt i de sidste 50 år med rumfart. De arbejder ved at bruge et stort overfladeareal for at skabe tilstrækkelig træk gennem en planetes atmosfære til at bremse det rejsende fartøj til en rimelig hastighed. Da denne strategi har fungeret så godt på Jorden i årevis, er det naturligt at oversætte teknologien til Mars. Der er dog et problem med oversættelsen.
HIADs er afhængige af luftmotstand for sin evne til at retardere fartøjet. Da Mars har en meget tyndere atmosfære end Jorden, er denne modstand ikke næsten lige så effektiv til at bremse genindtræden. På grund af dette fald i effektivitet overvejes HIAD'er kun til brug sammen med andre teknologier. Da det også bruges som varmeskjold, skal det fastgøres til skibet i begyndelsen af genindtræden, når luftfriktionen medfører massiv opvarmning på nogle overflader. Når køretøjet er bremset op i en hastighed, hvor opvarmning ikke længere er et problem, frigøres HIAD for at give andre teknologier mulighed for at overtage resten af bremseprocessen.
En af disse andre teknologier er SRP. I mange ordninger, efter at HIAD er frigivet, bliver SRP primært ansvarlig for at bremse håndværket. SRP er den type landingsteknologi, der ofte findes i science fiction. Den generelle idé er meget enkel. De samme typer motorer, der accelererer rumfartøjet for at undslippe hastigheden på Jorden, kan drejes rundt og bruges til at stoppe denne hastighed, når de når en destination. For at bremse skibet skal du enten vende de originale raketforstærkere rundt ved genindtræden eller designe fremadrettede raketter, der kun vil blive brugt under landing. Den kemiske raket-teknologi, der er nødvendig for denne strategi, er allerede godt forstået, men raketmotorer fungerer forskelligt, når de kører i supersoniske hastigheder. Der skal gøres mere test for at designe motorer, der kan håndtere spændingerne i sådanne hastigheder. SRP'er bruger også brændstof, som fartøjet vil være nødvendigt for at føre hele afstanden til Mars, hvilket gør dens rejse dyrere. SRP'erne for de fleste strategier er også udslettet på et tidspunkt under nedstigningen. Vægtskuret og vanskeligheden ved en kontrolleret nedstigning, mens du følger en flammesøjle til et landingssted, hjælper med til denne beslutning.
Når SRP-boosterne falder væk, ville i de fleste design en aerobraking-teknologi overtage. En almindelig diskuteret teknologi på konferencen var balluten, en kombinationsballon og faldskærm. Ideen bag denne teknologi er at fange den luft, der haster forbi landingsfartøjet, og bruge den til at fylde en ballute, der er bundet til håndværket. Komprimering af luften, der styrter ind i balluten, ville få gassen til at varme op, hvilket faktisk skaber en varmluftsballon, der ville have lignende løfteegenskaber som dem, der blev brugt på Jorden. Hvis man antager, at der er hastet med nok luft ind i balluten, kan det give den endelige deceleration, der er nødvendig for forsigtigt at slippe landingsfartøjet ud på Marsoverfladen med minimal belastning af nyttelasten. Den samlede mængde, som denne teknologi bremser håndværket, er imidlertid afhængig af den mængde luft, den kunne indsprøjte i dens struktur. Med mere luft kommer større ballute, og mere spændinger på materialet balluten er lavet af. Med disse overvejelser betragtes det ikke som en selvstændig EDL-teknologi.
Disse strategier skraber næppe overfladen af foreslåede EDL-metoder, der kunne bruges ved en menneskelig mission til Mars. Nysgerrighed, den nyeste rover, der snart er sat til at lande på Mars, bruger flere, herunder en unik form for SRP kendt som Sky Crane. Resultaterne af dets systemer vil hjælpe forskere som dem på LPI-konferencen med at bestemme, hvilken pakke af EDL-teknologier der vil være den mest effektive til fremtidige menneskelige missioner til Mars.
Lead billedtekst: Kunstnerens koncept om Hypersonic oppustelig aerodynamisk decelerator, der bremser et rumfartøjs atmosfæriske indrejse. Kredit: NASA
Andet billedtekst: Supersonic jetfly fyres forud for et rumfartøj for at decelerere køretøjet under indsejling i den Martiske atmosfære inden faldskærmsudstationering. Billedet er af Mars Science Lab på Mach 12 med 4 supersoniske retropropulsionsstråler. Kredit: NASA
Kilde: LPI-koncept og fremgangsmåder til Mars-efterforskning
