През следващите десетилетия на Марс са планирани редица мисии, които включват предложения за изпращане на астронавти за първи път. Това представя множество логистични и технически предизвикателства, вариращи от чистото разстояние до необходимостта от повишена защита от радиация. В същото време има и трудността при кацането на Червената планета или това, което се нарича „Марсово проклятие“.
За да усложнят повече въпросите, размерът и масата на бъдещите мисии (особено космически кораби) ще надхвърлят възможностите на технологията за влизане, спускане и кацане (EDL). За да се справи с това, екип от космически учени пусна проучване, което показва как компромис между спирачната тяга на по-малка надморска височина и ъгъла на полетния път може да позволи тежки мисии за безопасно кацане на Марс.
Проучването, което наскоро се появи в Списание за космически кораби и ракети, е автор на Кристофър Г. Лоренц и Захари Р. Путнам - изследовател от The Aerospace Corporation и съответно доцент по аерокосмическо инженерство в Университета на Илинойс. Заедно те проучиха различни стратегии за кацане, за да видят кои биха могли да преодолеят „Марсовото проклятие“.
Най-просто казано, кацането на Марс е труден бизнес и само 53% от космическите кораби, изпратени там от 60-те години на миналия век, са стигнали до повърхността непокътнати. Към днешна дата най-тежкото превозно средство, което успешно кацна на Марс, беше любопитство ровер, който тежеше 1 метричен тон (2200 фунта). В бъдеще НАСА и други космически агенции планират да изпращат полезни товари с маса от 5 до 20 тона, което е извън конвенционалните стратегии за EDL.
В повечето случаи това се състои от превозно средство, влизащо в марсианската атмосфера с хиперзвукови скорости до Мах 30 и след това се забавя бързо поради триене на въздуха. След като стигнат до Mach 3, те разгръщат парашут и стрелят ретророкетите си, за да се забавят допълнително. Проблемът с по-тежките мисии, според Putnam, е, че парашутните системи не се увеличават добре с увеличаване на масата на превозните средства.
За съжаление, ретро ракетните двигатели изгарят много гориво, което допринася за общата маса на превозните средства - което означава, че са необходими по-тежки ракети и мисии в крайна сметка струват повече. В допълнение, колкото повече гориво трябва да има космически кораб, толкова по-малък обем може да спести за полезен товар, товар и екипаж. Както проф. Путман обясни в прессъобщение на Илинойс Аерокосмически:
„Новата идея е да премахнем парашута и да използваме по-големи ракетни двигатели за спускане… Когато превозното средство лети хиперзвуково, преди да се изстрелят ракетните двигатели, се генерира някакъв повдигач и можем да използваме този асансьор за управление. Ако преместим центъра на тежестта, така че да не е равномерно опакован, но по-тежък от едната страна, той ще лети под друг ъгъл. "
Като начало, Лоренц и Путнам проучиха разликата в налягането, която възниква около превозно средство, когато удари атмосферата на Марс. По принцип потокът около превозното средство е различен отгоре, отколкото в долната част на автомобила, което създава повдигане в една посока. Този живот може да се използва за управление на превозното средство, когато той се забавя през атмосферата.
Както обясни Путнам, корабът може или да използва своите ретророкети в този момент, за да кацне точно кораба, или може да запази горивото си, за да кацне възможно най-голямото количество маса - или да се постигне баланс между двете. В крайна сметка е въпрос на каква височина да стреляте по ракетите. Както Путнам каза:
„Въпросът е, ако знаем, че ще запалим двигателите за спускане, да речем, Mach 3, как трябва да управляваме автомобила аеродинамично в хиперзвуков режим, така че да използваме минималното количество гориво и да увеличим максимално масата на полезен товар, който можем да кацнем? За да увеличите максимално количеството маса, което можем да кацнем на повърхността, е важна височината, на която запалвате двигателите си за спускане, но също така и ъгълът, който векторът на скоростта ви прави с хоризонта - колко стръмно влизате. “
В това се крие и друг важен аспект на изследването, където Лоренц и Путнам оценяват как да използват най-добре вектора на повдигане. Това, което откриха, беше, че е най-добре да влязат в атмосферата на Марс с посока на повдигащия се вектор, така че превозното средство да се гмурка, и след това (в зависимост от времето и скоростта) да превключи лифта нагоре и да лети на малка височина.
„Това дава възможност на превозното средство да прекарва повече време, летейки ниско, където атмосферната плътност е по-висока“, каза Путнам. „Това увеличава съпротивлението, намалявайки количеството енергия, което трябва да бъде отстранено от спускащите се двигатели.“
Заключенията от това проучване биха могли да информират бъдещите мисии на Марс, особено когато става въпрос за тежки космически кораби, превозващи товари и екипажи. Докато тази стратегия на EDL би направила по-уморително приземяване, шансовете на екипажите да кацат безопасно и да не се поддадат на „Големия галактически герой“.
Отвъд Марс, това проучване може да има последици за кацане на други слънчеви тела, които имат тънка атмосфера. В крайна сметка стратегията на Лоренц и Путнам за свръхзвуково влизане и тяга при спиране на по-ниска надморска височина може да помогне за създаване на мисии на всички видове небесни тела.
