Redaktørens notat: Dette gjesteposten ble skrevet av Andy Tomaswick, en elektroingeniør som følger romfag og teknologi.
En av de mest teknisk vanskelige oppgavene til fremtidige bemannede oppdrag til Mars er å få astronautene trygt på bakken. Kombinasjonen av den høye hastigheten som trengs for en kort tur i verdensrommet og den mye lettere martianske atmosfæren skaper et aerodynamikkproblem som hittil bare er løst for robotrommet. Hvis folk en dag skal gå på Mars 'støvete overflate, må vi utvikle bedre Entry Descent and Landing (EDL) teknologier først.
Disse teknologiene er en del av et nylig møte i Lunar Planetary Institute (LPI), The Concepts and Approaches for Mars Exploration-konferansen, som ble holdt 12. - 14. juni i Houston, og som konsentrerte seg om de siste fremskrittene innen teknologier som kan løse EDL-problemet.
Av de mange teknologiene som ble presentert på møtet, virket de fleste å involvere et flerlags-system som omfatter flere forskjellige strategier. De forskjellige teknologiene som vil fylle disse nivåene er delvis oppdragsavhengige og alle trenger fortsatt mer testing. Tre av de mest omtalte var Hypersonic oppblåsbare aerodynamiske deceleratorer (HIADs), Supersonic Retro Propulsion (SRP), og forskjellige former for aerobraking.
HIADs er i hovedsak store varmeskjold, ofte funnet mange typer bemannet reentry-kapsel som ble brukt i løpet av de siste 50 årene med romfart. De arbeider ved å bruke et stort overflateareal for å skape nok drag gjennom atmosfæren til en planet til å bremse det ferdige fartøyet til en rimelig hastighet. Siden denne strategien har fungert så bra på jorden i flere år, er det naturlig å oversette teknologien til Mars. Det er imidlertid et problem med oversettelsen.
HIADs er avhengige av luftmotstand for sin evne til å redusere farkosten. Siden Mars har en mye tynnere atmosfære enn Jorden, er den motstanden ikke på langt nær like effektiv når det gjelder å bremse reentry. På grunn av dette fallet i effektivitet, vurderes HIAD-er bare for bruk med andre teknologier. Siden det også brukes som varmeskjold, må det festes til skipet i begynnelsen av reentry, når luftfriksjonen forårsaker massiv oppvarming på noen flater. Når kjøretøyet har sakket til en hastighet der oppvarming ikke lenger er et problem, frigjøres HIAD for å la andre teknologier ta over resten av bremseprosessen.
En av de andre teknologiene er SRP. I mange ordninger, etter at HIAD er utgitt, blir SRP hovedansvarlig for å bremse farkosten. SRP er den typen landingsteknologi som vanligvis finnes i science fiction. Den generelle ideen er veldig enkel. De samme typene motorer som akselererer romskipet for å unnslippe hastigheten på jorden, kan snus rundt og brukes til å stoppe den hastigheten når du når et mål. For å bremse skipet, vipp enten de originale rakettforsterkerne rundt ved reentry eller designe fremovervendte raketter som bare skal brukes under landing. Den kjemiske rakettteknologien som trengs for denne strategien er allerede godt forstått, men rakettmotorer fungerer annerledes når de ferdes i supersoniske hastigheter. Mer testing må gjøres for å designe motorer som kan håndtere spenningen til slike hastigheter. SRP-er bruker også drivstoff, som farkosten vil være nødvendig for å ta hele distansen til Mars, noe som gjør reisen mer kostbar. SRP-ene for de fleste strategier blir også bøtelagt på et tidspunkt under nedstigningen. Vekten som skur og vanskeligheten med en kontrollert nedstigning mens du følger en flammesøyle til et landingssted, fører til den avgjørelsen.
Når SRP-forsterkerne faller bort, ville en aerobraking-teknologi i de fleste design ta over. En ofte diskutert teknologi på konferansen var balluten, en kombinasjonsballong og fallskjerm. Tanken bak denne teknologien er å fange opp luften som suser forbi landingsfarkosten og bruke den til å fylle en ballute som er bundet til farkosten. Komprimeringen av luften som strømmer inn i balluten, ville føre til at gassen varmes opp, og faktisk skaper en varmluftsballong som ville ha lignende løfteegenskaper som de som brukes på jorden. Hvis man antar at nok luft sirkuleres inn i balluten, kan det gi den endelige retardasjonen som trengs for å slippe landingsfartøyet forsiktig av på Marsoverflaten, med minimal belastning på nyttelasten. Imidlertid er den totale mengden denne teknologien vil redusere farkosten, avhengig av mengden luft den kan injisere i strukturen. Med mer luft kommer større ballute, og mer belastning på materialet balluten er laget av. Med disse hensynene blir det ikke betraktet som en frittstående EDL-teknologi.
Disse strategiene klipper knapt overflaten til foreslåtte EDL-metoder som kan brukes av et menneskelig oppdrag til Mars. Nysgjerrighet, den nyeste roveren snart satt til å lande på Mars, bruker flere, inkludert en unik form for SRP kjent som Sky Crane. Resultatene fra systemene vil hjelpe forskere som de på LPI-konferansen å bestemme hvilken serie EDL-teknologier som vil være den mest effektive for fremtidige menneskelige oppdrag til Mars.
Bly bildetekst: Artistens konsept med Hypersonic oppblåsbar aerodynamisk deselerator som bremser atmosfæren til et romfartøy. Kreditt: NASA
Andre bildetekst: Supersonic jetfly blir avfyrt foran et romfartøy for å bremse kjøretøyet under inntreden i den Martiske atmosfæren før fallskjermutplassering. Bildet er av Mars Science Lab på Mach 12 med 4 supersoniske retropropulsjonsstråler. Kreditt: NASA
Kilde: LPI Concept and Approaches for Mars Exploration
