Tulevien vuosikymmenien aikana Marsiin on suunnitteilla joukko operaatioita, joihin sisältyy ehdotuksia astronauttien lähettämiseksi sinne ensimmäistä kertaa. Tämä asettaa lukuisia logistisia ja teknisiä haasteita suuresta etäisyydestä tarpeeseen lisätä suojausta säteilyltä. Samalla on myös vaikeuksia laskeutua Punaiselle planeetalle tai ns. Marsin kirous.
Asioiden monimutkaistamiseksi tulevien operaatioiden (etenkin miehitettyjen avaruusalusten) koko ja massa ylittävät nykyisen maahantulon, laskeutumisen ja laskeutumisen (EDL) tekniikan. Tämän ratkaisemiseksi ryhmä ilmailu- ja avaruustutkijoita julkaisi tutkimuksen, joka osoittaa, kuinka kompensointi alemman korkeuden jarrutusvoiman ja lentoradan kulman välillä voisi antaa raskaille operaatioille mahdollisuuden laskeutua turvallisesti Marsille.
Tutkimus, joka ilmestyi äskettäin Avaruusalusten ja rakettien lehti, kirjoittivat Christopher G. Lorenz ja Zachary R. Putnam - The Aerospace Corporationin tutkija ja Illinoisin yliopiston ilmailualan tekniikan apulaisprofessori. Yhdessä he tutkivat erilaisia laskeutumisstrategioita selvittääkseen, mitkä voisivat voittaa Marsin kirouksen.
Yksinkertaisesti sanottuna, laskeutuminen Marsille on vaikea liiketoiminta, ja vain 53% 1960-luvulta lähtien sinne lähetetyistä avaruusaluksista on tehnyt sen pinnalle ehjä. Tähän mennessä raskain ajoneuvo menestyäkseen Marsilla oli Uteliaisuus rover, joka painoi 1 tonni (2200 lbs). NASA ja muut avaruusjärjestöt aikovat tulevaisuudessa lähettää hyötykuormansa massalla 5-20 tonnia, mikä on tavanomaisen EDL-strategian ulkopuolella.
Useimmissa tapauksissa tämä koostuu ajoneuvosta, joka saapuu Marsin ilmakehään yli 30-prosenttisilla yliäänenopeuksilla ja hidastuu sitten nopeasti ilman kitkan vuoksi. Kun he saavuttavat Mach 3: n, he lähettävät laskuvarjon ja ampuvat retrorokeitaan hidastaakseen edelleen. Putnamin mukaan vaikeampien matkojen ongelmana on, että laskuvarjojärjestelmät eivät ole mittakaavassa hyvin ajoneuvon massan kasvaessa.
Valitettavasti jälkijäämämoottorit polttavat paljon polttoainetta, mikä lisää ajoneuvon kokonaismassaa - mikä tarkoittaa, että tarvitaan raskaampia kantoraketteja ja matkat maksavat enemmän. Lisäksi mitä enemmän ponneaineita avaruusalus tarvitsee, sitä vähemmän tilaa se voi säästää hyötykuormalle, lastille ja miehistölle. Kuten professori Putman selitti Illinois Aerospace -lehdistötiedotteessa:
”Uusi idea on poistaa laskuvarjo ja käyttää suurempia rakettimoottoreita laskeutumiseen… Kun ajoneuvo lentää henkilökohtaisesti, ennen kuin rakettimoottorit laukaistaan, syntyy jonkin verran hissiä ja voimme käyttää sitä hissillä ohjaamiseen. Jos siirrämme painopistettä siten, että se ei ole tasaisesti pakattu, vaan painavampi toisella puolella, se lentää eri kulmassa. "
Ensinnäkin Lorenz ja Putnam tutkivat paine-eroa, joka tapahtuu ajoneuvon ympärillä, kun se osuu Marsin ilmakehään. Periaatteessa virtaus ajoneuvon ympärillä on erilaista ajoneuvon yläosassa kuin alaosassa, mikä luo nostoa yhteen suuntaan. Tätä elämää voidaan käyttää ohjaamaan ajoneuvoa hidastuessaan ilmakehän läpi.
Kuten Putnam selitti, veneet voivat joko käyttää jälkinauhojaan tässä vaiheessa laskeutua veneet tarkasti tai se voi säästää potkuriaan laskeutuakseen suurimman mahdollisen massamäärän - tai näiden kahden välillä voidaan löytää tasapaino. Lopulta kysymys on siitä, missä korkeudessa amput raketteja. Kuten Putnam totesi:
”Kysymys on, jos tiedämme, että valaistamme laskeutuvia moottoreita, esimerkiksi Mach 3, kuinka meidän pitäisi ohjata ajoneuvoa aerodynaamisesti hypersonic-tilassa, jotta käytämme vähimmäismäärää ponneainetta ja maksimoimme hyötykuorma, jonka voimme purkaa? Jotta voimme maksimoida massamäärän, jonka voimme [laskeutua] pinnalle, on tärkeätä korkeus, jolla sytytät laskeutumiskoneesi, mutta myös kulma, jonka nopeusvektorisi tekee horisontin kanssa - kuinka jyrkkä olet tulossa. "
Tässä on toinen tärkeä näkökohta tutkimuksessa, jossa Lorenz ja Putnam arvioivat, miten histivektoria voidaan käyttää parhaalla mahdollisella tavalla. He löysivät, että oli parasta mennä Marsin ilmakehään nostovektorin osoittamalla alaspäin, jotta ajoneuvo sukeltaa, ja sitten (ajasta ja nopeudesta riippuen) kääntää hissi ylös ja lentää pitkin matalalla korkeudella.
"Tämän ansiosta ajoneuvo viettää enemmän aikaa lentäen matalalla, jos ilmakehän tiheys on suurempi", Putnam sanoi. "Tämä lisää kulumista, vähentäen energian määrää, joka laskevien moottorien on poistettava."
Tämän tutkimuksen päätelmistä voitaisiin tiedottaa tuleville Marsin-operaatioille, etenkin rahtia kuljettavien avaruusalusten ja miehistöjen osalta. Vaikka tämä EDL-strategia tekisi hermostuttavamman laskeutumisen, miehistöjen kertoimet laskeutuvat turvallisesti eivätkä alistu "Suurelle galaktiselle ghoulille".
Marsin ulkopuolella tämä tutkimus voisi vaikuttaa laskeutumiseen muille aurinkokehoille, joiden ilmapiiri on ohut. Viime kädessä Lorenzin ja Putnamin strategia hypertonisesta sisäänmenosta ja alemman korkeuden jarrutusvoimasta voisi auttaa miehitetyissä tehtävissä kaikenlaisiin taivaankappaleisiin.
