Toimittajan huomautus: Tämän vierasviestin on kirjoittanut sähköalan insinööri Andy Tomaswick, joka seuraa avaruustieteitä ja -teknologiaa.
Yksi teknisesti vaikeimmista tehtävistä kaikissa tulevissa miehitetyissä Marsissa tehtävissä on saada astronautit turvallisesti maahan. Lyhyessä avaruudessa tapahtuvaa matkaa varten tarvittavan nopeuden ja paljon kevyemmän marsilaisen ilmapiirin yhdistelmä luo aerodynamiikkaongelman, joka on toistaiseksi ratkaistu vain robotti-avaruusaluksiin. Jos ihmiset kävelevät jonakin päivänä Marsin pölyisellä pinnalla, meidän on ensin kehitettävä parempia lähtö- ja laskeutumistekniikoita (EDL).
Nämä tekniikat ovat osa Lunar Planetary Institute (LPI) -konferenssin äskettäistä kokousta, Marsin tutkimuksen käsitteet ja lähestymistavat, joka pidettiin 12. – 14. Kesäkuuta Houstonissa. Keskustelu keskittyi viimeisimpään tekniikan kehitykseen, joka saattaa ratkaista EDL-ongelman.
Kokouksessa esitellyistä lukuisista tekniikoista suurin osa näytti sisältävän monitasoisen järjestelmän, joka käsittää useita erilaisia strategioita. Eri tekniikat, jotka täyttävät nämä tasot, ovat osittain riippuvaisia tehtävästä ja kaikki tarvitsevat vielä enemmän testausta. Kolme laajimmin käsiteltyä olivat hypersonic-puhallettavat aerodynaamiset hidastimet (HIAD), ultraääniretro-potkuri (SRP) ja erilaiset aerobraking-muodot.
HIAD: t ovat pääosin suuria lämpökilpiä, yleisesti löytyneitä monentyyppisiä miehitettyjä paluukappaleita, joita on käytetty viimeisen 50 vuoden avaruuslennon aikana. Ne toimivat käyttämällä suurta pinta-alaa luomaan riittävästi vettä planeetan ilmakehän läpi hidastamaan matkustavaa alusta kohtuulliseen nopeuteen. Koska tämä strategia on toiminut niin hyvin maapallolla vuosia, on luonnollista kääntää tekniikka Marsille. Kääntämisessä on kuitenkin ongelma.
HIAD: t luottavat ilmakestävyyteen kykynsä hidastaa alusta. Koska Marsilla on paljon ohuempi ilmapiiri kuin Maalla, tämä vastus ei ole läheskään yhtä tehokas paluun hidastamisessa. Koska tehokkuus laskee, HIAD-laitteita harkitaan käytettäväksi vain muiden tekniikoiden kanssa. Koska sitä käytetään myös lämpösuojana, se on kiinnitettävä laivaan paluun alkaessa, kun ilman kitka aiheuttaa massiivisen lämmityksen joillekin pinnoille. Kun ajoneuvo on hidastunut nopeuteen, jossa lämmitys ei ole enää ongelma, HIAD vapautetaan, jotta muut tekniikat voivat ottaa loppuun jarrutusprosessin.
Yksi näistä muista tekniikoista on SRP. Monissa järjestelmissä HIAD: n vapauttamisen jälkeen SRP: stä tulee ensisijaisesti vastuu veneen hidastamisesta. SRP on tieteiskirjallisuudessa yleisesti käytetty tyyppinen laskutekniikka. Yleinen idea on hyvin yksinkertainen. Saman tyyppisiä moottoreita, jotka kiihdyttävät avaruusaluksia päästäkseen nopeuteen maapallolla, voidaan kääntää ympäri ja käyttää pysäyttämään tämä nopeus saavuttaessaan määränpäähän. Laivan hidastamiseksi kääntäkää alkuperäiset raketin vahvistimet uudelleen palatessaan maahan tai suunnittele eteenpäin suunnattuja raketteja, joita käytetään vain laskun aikana. Tähän strategiaan tarvittava kemiallinen rakettitekniikka on jo hyvin ymmärretty, mutta rakettimoottorit toimivat eri tavalla, kun ne liikkuvat yliäänenopeudella. On testattava enemmän sellaisten moottoreiden suunnittelua, jotka pystyvät käsittelemään tällaisten nopeuksien rasituksia. SRP: t käyttävät myös polttoainetta, jota veneen on kuljetettava koko matka Marsiin, mikä tekee matkansa kalliimmaksi. Useimpien strategioiden SRP: t hävitetään myös jossain vaiheessa laskeutumisen aikana. Painokato ja hallitun laskeutumisen vaikeudet seuraamalla liekkipilariin laskupaikalle auttavat johtamaan päätökseen.
Kun SRP-vahvistimet katoavat, useimmissa malleissa aerobraking-tekniikka ottaisi haltuunsa. Konferenssissa yleisesti käsitelty tekniikka oli ballute, yhdistelmäpallo ja laskuvarjo. Tämän tekniikan taustalla on kaapata laskualuksen ohi nouseva ilma ja käyttää sitä veneeseen kiinnitetyn ballutin täyttämiseen. Balluteihin ryntävän ilman puristaminen aiheuttaisi kaasun kuumenemisen, luomalla käytännössä kuumailmapallo, jolla olisi samanlaiset nosto-ominaisuudet kuin maapallolla. Jos oletetaan, että balluttiin ryntää riittävästi ilmaa, se voisi tarjota loppuajan hidastumisen, jota tarvitaan laskualuksen laskemiseen varovasti Marsin pinnalle aiheuttamatta minimaalista rasitusta hyötykuormalle. Tämän tekniikan kokonaismäärä hidastaa veneen kulkua kuitenkin riippuen ilman määrästä, jonka se voi ruiskuttaa rakenteeseensa. Kun enemmän ilmaa, suurempi ballutti ja lisää rasitusta materiaalille, josta ballute tehdään. Näiden näkökohtien perusteella sitä ei pidetä erillisenä EDL-tekniikkana.
Nämä strategiat tuskin naarmuttavat ehdotettujen EDL-menetelmien pintaa, jota ihmisen käyttö Marsissa voisi käyttää. Curiosity, uusin pian Marsiin laskeutuva rover, käyttää useita, mukaan lukien ainutlaatuinen SkyP-niminen SRP-muoto. Sen järjestelmien tulokset auttavat LPI-konferenssin tapaisten tutkijoiden päättämään, mikä EDL-tekniikan sarja on tehokkain kaikissa tulevissa ihmismatkoissa Marsiin.
Lyijykuvateksti: Taiteilijan konsepti hypersonic puhallettavasta aerodynaamisesta hidastimesta, joka hidastaa avaruusaluksen ilmakehän pääsyä. Luotto: NASA
Toinen kuvan kuvateksti: Yliääniset suihkukoneet ammutaan eteenpäin avaruusaluksesta ajoneuvon hidastamiseksi, kun se saapuu Marsin ilmakehään ennen laskuvarjoa. Kuva on Mars Science Lab -yrityksestä Mach 12: llä, jossa on 4 yliäänen retropropulsio-suihkua. Luotto: NASA
Lähde: LPI-konsepti ja lähestymistavat Marsin tutkimiseen
