Redaktörens anmärkning: Det här gästposten skrevs av Andy Tomaswick, en elektrotekniker som följer rymdvetenskap och teknik.
En av de mest tekniskt svåra uppgifterna för framtida bemannade uppdrag till Mars är att få astronauterna säkert på marken. Kombinationen av den höga hastigheten som behövs för en kort resa i rymden och den mycket lättare Martianatmosfären skapar ett aerodynamikproblem som hittills bara har lösts för robotar. Om människor en dag går Mars: s dammiga yta, måste vi utveckla bättre Entry Descent and Landing (EDL) teknik först.
Dessa tekniker är en del av ett möte nyligen av Lunar Planetary Institute (LPI), The Concepts and Approaches for Mars Exploration-konferensen, som hölls 12-14 juni i Houston, som koncentrerades på de senaste framstegen inom teknik som kan lösa EDL-problemet.
Av de många tekniker som presenterades vid mötet verkade de flesta involvera ett system med flera nivåer som innehåller flera olika strategier. De olika teknologierna som kommer att fylla dessa nivåer är delvis beroende av uppdrag och alla behöver fortfarande mer testning. Tre av de mest diskuterade var Hypersonic Uppblåsbara Aerodynamic Decelerators (HIADs), Supersonic Retro Propulsion (SRP) och olika former av aerobraking.
HIAD: er är väsentligen stora värmesköldar, ofta finns många typer av bemannad reentrykapsel som använts under de senaste 50 åren av rymdflukt. De arbetar med att använda ett stort ytområde för att skapa tillräckligt drag genom atmosfären på en planet för att bromsa det färdiga fartyget till en rimlig hastighet. Eftersom denna strategi har fungerat så bra på jorden i flera år är det naturligt att översätta tekniken till Mars. Det finns dock ett problem med översättningen.
HIAD: er förlitar sig på luftmotstånd för sin förmåga att bromsa fartyget. Eftersom Mars har en mycket tunnare atmosfär än Jorden, är det motståndet inte så lika effektivt för att bromsa återinträde. På grund av denna minskning av effektiviteten övervägs HIAD endast för användning med annan teknik. Eftersom det också används som värmesköld måste det fästas på fartyget i början av återinförandet, när luftfriktionen orsakar massiv uppvärmning på vissa ytor. När fordonet har bromsat till en hastighet där uppvärmning inte längre är en fråga släpps HIAD för att låta andra tekniker ta över resten av bromsprocessen.
En av dessa andra tekniker är SRP. I många scheman, efter att HIAD släppts, blir SRP huvudsakligen ansvarig för att bromsa fartyget. SRP är den typ av landningsteknologi som vanligtvis finns i science fiction. Den allmänna idén är mycket enkel. Samma typer av motorer som accelererar rymdskeppet för att undkomma hastigheten på jorden kan vändas och användas för att stoppa den hastigheten när de når en destination. För att bromsa fartyget, vänd antingen de ursprungliga raketförstärkarna runt vid återinträde eller utforma framåtriktade raketer som endast kommer att användas under landning. Den kemiska rakettekniken som behövs för denna strategi är redan väl förstått, men raketmotorer fungerar annorlunda när de reser med supersoniska hastigheter. Mer testning måste göras för att designa motorer som kan hantera spänningarna i sådana hastigheter. SRP: er använder också bränsle, vilket fartyget kommer att krävas för att ta hela avståndet till Mars, vilket gör sin resa dyrare. SRP: erna för de flesta strategier bortskaffas också någon gång under nedstigningen. Viktburen och svårigheten med en kontrollerad nedstigning när du följer en lågspelare till en landningsplats hjälper till att fatta beslutet.
När SRP-boostarna faller bort, skulle i de flesta konstruktioner en aerobraking-teknik ta över. En vanligt diskuterad teknik vid konferensen var balluten, en kombination ballong och fallskärm. Tanken bakom denna teknik är att fånga luften som rusar förbi landningsfarkosten och använda den för att fylla en ballute som är bunden till farkosten. Komprimeringen av luften som rusar in i ballutan skulle få gasen att värmas upp, i själva verket skapa en varmluftsballong som skulle ha liknande lyftegenskaper som de som används på jorden. Förutsatt att tillräckligt med luft rusas in i ballongen, kan det ge den sista retardationen som behövs för att försiktigt släppa landningsfarkosten på Marsytan, med minimal belastning på nyttolasten. Men den totala mängden denna teknik skulle bromsa fartyget är beroende av mängden luft den skulle kunna injicera i sin struktur. Med mer luft kommer större ballute, och mer påfrestningar på materialet balluten är gjord av. Med dessa överväganden betraktas det inte som en fristående EDL-teknik.
Dessa strategier kliar knappt ytan på föreslagna EDL-metoder som kan användas av ett mänskligt uppdrag till Mars. Nyfikenhet, den senaste rover som snart kommer att landa på Mars, använder flera, inklusive en unik form av SRP, känd som Sky Crane. Resultaten av dess system kommer att hjälpa forskare som de på LPI-konferensen att avgöra vilken serie EDL-tekniker som kommer att vara den mest effektiva för alla framtida mänskliga uppdrag till Mars.
Huvudbildtexter: Konstnärens koncept av Hypersonic uppblåsbar aerodynamisk decelerator som bromsar atmosfärens inträde i ett rymdskepp. Kredit: NASA
Andra bildtexten: Supersonic jets avfyras framför ett rymdskepp för att bromsa fordonet under inträde i den Martiska atmosfären innan fallskärmsinstallationen. Bilden är från Mars Science Lab på Mach 12 med 4 supersoniska retropropulsionsstrålar. Kredit: NASA
Källa: LPI Concept och Approaches for Mars Exploration
