Poznámka editora: Tento příspěvek hosta napsal Andy Tomaswick, elektrotechnik, který sleduje vesmírnou vědu a technologii.
Jedním z technicky nejnáročnějších úkolů budoucích misí s posádkou na Mars je dostat astronauty bezpečně na zem. Kombinace vysoké rychlosti potřebné pro krátký výlet do vesmíru a mnohem lehčí marťanské atmosféry vytváří aerodynamický problém, který byl dosud vyřešen pouze pro robotickou kosmickou loď. Pokud budou jednoho dne chodit na prašném povrchu Marsu, musíme nejprve vyvinout lepší technologie vstupu a sestupu (EDL).
Tyto technologie jsou součástí nedávného zasedání konference Lunární planetární institut (LPI), Koncepty a přístupy pro průzkum Marsu, konané ve dnech 12. – 14. Června v Houstonu, která se soustředila na nejnovější pokroky v technologiích, které by mohly problém EDL vyřešit.
Z mnoha technologií, které byly na schůzi představeny, se zdálo, že většina zahrnuje víceúrovňový systém zahrnující několik různých strategií. Různé technologie, které tyto úrovně naplní, jsou částečně závislé na misích a všechny stále vyžadují další testování. Tři z nejvíce diskutovaných byly hypersonické nafukovací aerodynamické decelerátory (HIAD), nadzvukový retro pohon (SRP) a různé formy aerobrakingu.
HIAD jsou v podstatě velké tepelné štíty, které se běžně vyskytují v mnoha druzích kapslí s reentry používanou v posledních 50 letech kosmického letu. Pracují pomocí velké plochy, aby vytvořili dostatek tažení atmosférou planety, aby zpomalili cestovní plavidlo na rozumnou rychlost. Vzhledem k tomu, že tato strategie na Zemi fungovala už roky, je přirozené přeložit technologii na Mars. Přesto je problém s překladem.
HIADs spoléhají na odpor vzduchu pro jeho schopnost zpomalit plavidlo. Protože Mars má mnohem tenčí atmosféru než Země, není tento odpor při zpomalení reentry zdaleka tak účinný. Kvůli tomuto poklesu účinnosti jsou HIAD uvažovány pouze pro použití s jinými technologiemi. Protože se také používá jako tepelný štít, musí být připevněn k lodi na začátku reentry, když tření vzduchu způsobuje na některých površích masivní zahřívání. Jakmile vozidlo zpomalí na rychlost, při které již není vytápění problémem, uvolní se HIAD, aby ostatní technologie mohly převzít zbytek procesu brzdění.
Jednou z těchto dalších technologií je SRP. V mnoha schématech se po uvolnění HIAD stává SRP primárně zodpovědným za zpomalení plavidla. SRP je typ technologie přistání, který se běžně vyskytuje ve sci-fi. Obecná myšlenka je velmi jednoduchá. Stejné typy motorů, které urychlují kosmickou loď, aby unikly rychlosti na Zemi, lze otočit a použít k zastavení této rychlosti po dosažení cíle. Pro zpomalení lodi buď otočte původní raketové posilovače při návratu nebo navrhněte rakety směřující dopředu, které budou použity pouze během přistání. Technologie chemických raket potřebná pro tuto strategii je již dobře známá, ale raketové motory fungují odlišně, když jedou nadzvukovou rychlostí. Musí být provedeno více zkoušek pro konstrukci motorů, které dokážou čelit stresům těchto rychlostí. SRP také používají palivo, které od plavidla bude vyžadováno, aby celou vzdálenost odnesl na Mars, čímž se jeho cesta stane nákladnější. SRP většiny strategií jsou také odhozeny v určitém okamžiku během sestupu. K tomuto rozhodnutí přispívá váha a obtížnost řízeného klesání při sledování sloupu plamene na místo přistání.
Jakmile se posilovače SRP dostanou pryč, převezme ve většině návrhů technologii aerobraking. Běžně diskutovanou technologií na konferenci byl balet, kombinovaný balón a padák. Myšlenka této technologie je zachytit vzduch, který se řítí kolem přistávacího plavidla, a použít jej k naplnění koule, která je připoutána k řemeslu. Stlačení vzduchu proudícího do kuličky způsobí, že se plyn zahřeje, a ve skutečnosti by vytvořil horkovzdušný balón, který by měl podobné zdvihací vlastnosti, jaké se používají na Zemi. Za předpokladu, že se do kuličky vrhne dostatek vzduchu, mohlo by to poskytnout konečné zpomalení potřebné k jemnému pádu přistávacího plavidla na marťanském povrchu, s minimálním stresem na užitečné zatížení. Avšak celkové množství, které by tato technologie zpomalila, je závislé na množství vzduchu, které by mohlo vstříknout do své struktury. S větším množstvím vzduchu přichází větší kulička a větší tlak na materiál, ze kterého je kulička vyrobena. S ohledem na tyto skutečnosti se nepovažuje za samostatnou technologii EDL.
Tyto strategie stěží poškrábají povrch navrhovaných metod EDL, které by mohly být použity při lidské misi na Mars. Zvědavost, nejnovější rover, který se brzy chystá přistát na Marsu, používá několik, včetně unikátní formy SRP známé jako Sky Crane. Výsledky jejích systémů pomohou vědcům, jako jsou ti na konferenci LPI, určit, která sada technologií EDL bude nejefektivnější pro jakékoli budoucí lidské mise na Mars.
Titulek hlavního obrázku: Koncept umělce hypersonického nafukovacího aerodynamického zpomalovače zpomalující atmosférický vstup kosmické lodi. Kredit: NASA
Titulek druhého obrázku: Nadzvukové trysky jsou vystřeleny před kosmickou lodí, aby zpomalily vozidlo během vstupu do marťanské atmosféry před rozmístěním padáků. Obrázek je z Mars Science Lab na Mach 12 se 4 nadzvukovými retropropulzními tryskami. Kredit: NASA
Zdroj: Koncept a přístupy LPI pro průzkum na Marsu
