Примечание редактора: Этот гостевой пост был написан Энди Томасвиком, инженером-электриком, который следит за космической наукой и техникой.
Одна из наиболее технически трудных задач любых будущих пилотируемых полетов на Марс - безопасно доставить космонавтов на землю. Сочетание высокой скорости, необходимой для короткого полета в космосе, и гораздо более легкой марсианской атмосферы создает проблему аэродинамики, которая до сих пор решалась только для роботизированных космических кораблей. Если люди однажды пройдут по пыльной поверхности Марса, нам нужно будет сначала разработать более совершенные технологии Entry Descent and Landing (EDL).
Эти технологии являются частью недавней встречи Лунного планетарного института (ФИАН) на конференции «Концепции и подходы к исследованию Марса», которая состоялась 12-14 июня в Хьюстоне и была посвящена последним достижениям в технологиях, которые могут решить проблему EDL.
Из множества технологий, которые были представлены на совещании, большинство, казалось, включало многоуровневую систему, включающую несколько различных стратегий. Различные технологии, которые будут заполнять эти уровни, частично зависят от миссии и все еще нуждаются в дальнейшем тестировании. Тремя наиболее широко обсуждаемыми были Гиперзвуковые Надувные Аэродинамические Замедлители (HIAD), Сверхзвуковое Ретро Движение (SRP) и различные формы аэробрейкинга.
HIAD - это по существу большие теплозащитные экраны, обычно встречающиеся во многих типах пилотируемых капсул на входе, используемых в последние 50 лет космического полета. Они работают, используя большую площадь поверхности, чтобы создать достаточное сопротивление в атмосфере планеты, чтобы замедлить движение корабля до разумной скорости. Поскольку эта стратегия годами так хорошо работала на Земле, естественно, перевести эту технологию на Марс. Есть проблема с переводом, хотя.
HIAD-ы полагаются на сопротивление воздуха за его способность замедлять корабль. Поскольку атмосфера на Марсе гораздо тоньше, чем на Земле, это сопротивление не так эффективно замедляет повторный вход. Из-за этого снижения эффективности HIAD рассматриваются только для использования с другими технологиями. Поскольку он также используется в качестве теплозащитного экрана, его необходимо прикрепить к кораблю в начале повторного входа, когда воздушное трение вызывает массивный нагрев на некоторых поверхностях. Как только автомобиль замедлился до скорости, когда нагрев больше не является проблемой, HIAD выпускается, чтобы позволить другим технологиям взять на себя оставшуюся часть процесса торможения.
Одной из таких технологий является SRP. Во многих схемах после выпуска HIAD SRP становится главным ответственным за замедление ремесла. SRP - тип технологии приземления, обычно встречающийся в научной фантастике. Общая идея очень проста. Те же самые типы двигателей, которые разгоняют космический корабль до скорости на Земле, могут быть развернуты и использованы для остановки этой скорости при достижении цели. Чтобы замедлить корабль, переверните оригинальные ракетные ускорители при входе или создайте ракеты, обращенные вперед, которые будут использоваться только при приземлении. Химическая ракетная технология, необходимая для этой стратегии, уже хорошо понята, но ракетные двигатели работают по-разному, когда они движутся со сверхзвуковыми скоростями. Необходимо провести дополнительные испытания для разработки двигателей, способных справляться с напряжениями таких скоростей. SRP также используют топливо, которое потребуется кораблю для перемещения на все расстояние до Марса, что делает его путешествие более дорогостоящим. SRP большинства стратегий также отбрасываются в какой-то момент во время спуска. Потеря веса и сложность контролируемого спуска во время следования за огненным столбом на посадочную площадку помогают принять это решение.
Как только ускорители SRP отпадут, в большинстве конструкций будет использоваться технология аэробрейкинга. Обсуждаемой на конференции технологией был баллут, комбинированный баллон и парашют. Идея, лежащая в основе этой технологии, заключается в том, чтобы захватить воздух, который мчится мимо десантного корабля, и использовать его, чтобы заполнить шарик, привязанный к кораблю. Сжатие воздушного потока, попадающего в шарик, приведет к нагреву газа, в результате чего воздушный шар будет иметь такие же подъемные свойства, что и те, что используются на Земле. Предполагая, что в шарик направляется достаточное количество воздуха, это может обеспечить конечное замедление, необходимое для плавного сбрасывания десантного корабля на марсианской поверхности с минимальным напряжением на полезной нагрузке. Тем не менее, общее количество, которое эта технология может замедлить, зависит от количества воздуха, которое оно может впрыснуть в его конструкцию. Чем больше воздуха, тем больше шарик и больше нагрузок на материал, из которого сделан шарик. С учетом этих соображений он не рассматривается как отдельная технология EDL.
Эти стратегии едва касаются поверхности предлагаемых методов EDL, которые могут быть использованы человеческой миссией на Марс. Curiosity, новейший марсоход, который скоро приземлится на Марсе, использует несколько, включая уникальную форму SRP, известную как Sky Crane. Результаты его систем помогут ученым, подобным тем, которые присутствуют на конференции LPI, определить, какой набор технологий EDL будет наиболее эффективным для любых будущих человеческих миссий на Марс.
Подпись к изображениюХудожественная концепция гиперзвукового надувного аэродинамического замедлителя, замедляющего проникновение в атмосферу космического корабля. Предоставлено: НАСА.
Заголовок второго изображения: Сверхзвуковые самолеты запускаются вперед от космического корабля, чтобы замедлить транспортное средство во время входа в атмосферу Марса до развертывания парашюта. На снимке - научная лаборатория Марса на Маха 12 с 4 сверхзвуковыми ретропропульсивными струями. Предоставлено: НАСА.
Источник: Концепция LPI и подходы к исследованию Марса.
