V nadcházejících desetiletích je pro Mars naplánováno několik misí, mezi něž patří i návrhy na vyslání astronautů poprvé. To představuje řadu logistických a technických výzev, od pouhé vzdálenosti po potřebu zvýšené ochrany proti záření. Současně je zde také obtížnost přistání na Rudé planetě nebo tzv. „Mars Curse“.
Aby se věci více komplikovaly, velikost a hmotnost budoucích misí (zejména posádky kosmických lodí) bude nad kapacitu současné technologie vstupu, sestupu a přistání (EDL). Za tímto účelem zveřejnil tým leteckých vědců studii, která ukazuje, jak může kompromis mezi brzdným úderem v dolní výšce a úhlem dráhy letu umožnit těžkým misím bezpečně přistát na Marsu.
Studie, která se nedávno objevila v EU Žurnál kosmických lodí a raket, byl napsán Christopherem G. Lorenzem a Zacharym R. Putnamem - vědcem společnosti The Aerospace Corporation a odborným asistentem leteckého inženýrství na University of Illinois. Společně zkoumali různé strategie přistání, aby zjistili, které by mohly překonat „Mars Curse“.
Jednoduše řečeno, přistání na Marsu je obtížná záležitost a pouze 53% kosmických lodí, které tam byly zaslány od šedesátých let, ho přivedlo na povrch neporušený. K dnešnímu dni bylo nejtěžším vozidlem, které úspěšně přistálo na Marsu, Zvědavost rover, který vážil 1 metrickou tunu (2 200 liber). V budoucnu NASA a další vesmírné agentury plánují posílat svá užitečná zatížení s hmotností od 5 do 20 tun, což je nad rámec konvenčních strategií EDL.
Ve většině případů se jedná o vozidlo vstupující do marťanské atmosféry hypersonickými rychlostmi až do Mach 30 a poté rychle zpomalit v důsledku tření vzduchu. Jakmile dosáhnou Mach 3, nasadí padák a vypálí své retrorockety, aby dále zpomalili. Problém s těžšími misemi podle Putnama spočívá v tom, že padákové systémy se při zvyšující se hmotnosti vozidla nesetkávají dobře.
Bohužel spalovací motory spalují hodně paliva, což přispívá k celkové hmotnosti vozidla - to znamená, že jsou zapotřebí těžší startovací vozidla a mise skončí dražší. Kromě toho čím více pohonná látka potřebuje, tím menší objem může ušetřit na užitečné zatížení, náklad a posádku. Jak vysvětlil Prof. Putman v tiskové zprávě Illinois Aerospace:
"Nová myšlenka je odstranit padák a použít větší raketové motory pro sestup ... Když vozidlo letí hypersonicky, před vypálením raketových motorů je generován nějaký výtah a my můžeme tento výtah použít pro řízení." Pokud posuneme těžiště tak, aby nebylo rovnoměrně zabaleno, ale těžší na jedné straně, bude létat pod jiným úhlem. “
Pro začátek Lorenz a Putnam zkoumali tlakový rozdíl, který se vyskytuje kolem vozidla, když zasáhne atmosféru na Marsu. V zásadě je tok kolem vozidla odlišný nahoře než na spodku vozidla, což vytváří zdvih v jednom směru. Tuto životnost lze použít k řízení vozidla, když se zpomaluje atmosférou.
Jak Putnam vysvětlil, plavidlo mohlo v tomto bodě buď použít své retrorockety k přesnému přistání plavidla, nebo si mohlo zachránit pohonnou látku, aby přistála co největší množství hmoty - nebo by mohla být dosažena rovnováha mezi nimi. Nakonec je to otázka, v jaké výšce vypálíte rakety. Jak řekl Putnam:
"Otázkou je, jestli víme, že rozsvítíme sestupové motory, řekněme, Mach 3, jak bychom měli řídit vozidlo aerodynamicky v hypersonickém režimu, abychom využili minimální množství pohonné hmoty a maximalizovali hmotnost užitečné zatížení, které můžeme přistát? Abychom maximalizovali množství hmoty, kterou můžeme [přistát] na povrchu, je důležitá nadmořská výška, ve které zapálíte své sestupné motory, ale také úhel, který váš vektor rychlosti vytváří s horizontem - jak strmý se vcházíte. “
Tady leží další důležitý aspekt studie, kde Lorenz a Putnam posoudili, jak co nejlépe využít vektor výtahu. Zjistili, že bylo nejlepší vstoupit do atmosféry Marsu s vektorem výtahu směřujícím dolů, takže vozidlo se potápí, a pak (v závislosti na čase a rychlosti) přepnout výtah nahoru a letět podél v nízké nadmořské výšce.
"To umožňuje vozidlu trávit více času nízkým letem, kde je vyšší hustota vzduchu," řekl Putnam. "To zvyšuje odpor a snižuje množství energie, které musí být odstraněny sestupnými motory."
Závěry této studie by mohly informovat o budoucích misích na Mars, zejména pokud jde o těžkou kosmickou loď přepravující náklad a posádky. I když by tato strategie EDL umožnila přistání nervóznější, přistání posádek bezpečně a nepodléhání „Velkému Galaktickému Ghoulovi“.
Kromě Marsu by tato studie mohla mít dopad na přistání na jiných solárních tělesech, která mají tenké atmosféry. Nakonec, Lorenz a Putnamova strategie hypersonického vstupu a brzdění v nižších výškách mohla pomoci s misemi s posádkou do všech druhů nebeských těl.
