До сих пор самым тяжелым устройством, которое мы смогли отправить на поверхность Марса, был марсоход Curiosity весом 1 тонна. Для будущих амбициозных роботизированных миссий и, наконец, пилотируемого полета нам понадобятся системы, которые обеспечивают мягкое приземление аппаратов не менее 5 тонн, а в некоторых концепциях даже 20 тонн! Ученые в исследовании, опубликованном в журнале «Spaceships new», изучают и сравнивают различные стратегии для таких тяжелых полетов.
Атмосфера Марса не идеальна для планирования посадок планетарных миссий. Она достаточно плотная, чтобы вызвать много тепловых проблем при входе в нее, но для больших грузов, которые будут спускаться с помощью парашютов, плотности достаточно для посадки. Марсоход Curiosity, а также его преемник Mars 2020 используют систему, в которой он сначала освобождает капсулу, затем срабатывает парашют и на последнем этапе выполняется торможение ракетного типа. Посадка системы MSL (операция, известная под аббревиатурой EDL — Entry, Descent и Landing) представляет пример самых современных технологий в этой области.
К сожалению, как признается Зак Путнэм, один из авторов работы, которую мы здесь обсуждаем, парашюты плохо масштабируются для больших нагрузок. В принципе, нет парашютов, которые бы работали на космических кораблях с баллистическим рейтингом выше 150 кг / м 2 (у корабля с марсоходом Curiosity этот коэффициент составлял 140 кг / м 2).). Скорость открытия таких гиперзвуковых парашютов практически не может превышать 2 маха (марсианский мах составляет около 240 м / с). Поэтому, возможно, с более крупными миссиями, вы должны полностью отказаться от них и использовать гиперзвуковые тормозные двигатели. Тогда появляется другая проблема. Чем дольше время замедления, тем требуется больше топлива, тем больше масса всего корабля, мы можем быстро превысить грузоподъемность современных ракет, чтобы вообще обеспечить такие системы для полета на Марс. К сожалению, в настоящее время технологии ракетно-гиперзвуковых тормозных систем недостаточно развиты, и наверняка ближайшие миссии не откажутся от парашютов, проверенных и усовершенствованных в течение десятилетий.
Однако, прежде чем использовать парашюты или двигатели с гиперзвуковым торможением, мы должны совершить контролируемый гиперзвуковой полет. При падении в атмосферу Марса корабль генерирует подъемную силу, которую можно использовать для управления. В таком контролируемом полете много скорости может быть потеряно. Конечно, длительный гиперзвуковой полет снижает точность, с которой мы могли бы приземлиться. Мы должны найти золотую середину между возможным топливом, которое нужно взять для контролируемого падения ракеты в последней фазе, и скольжением в марсианской атмосфере.
Управляемый гиперзвуковой полет — задача не из легких. Исследователи хотели проверить, как эта техника может максимизировать массу груза, который может быть доставлен на Марс.
Исследование показывает, как наилучшим образом использовать вектор подъема, используя разные стратегии управления полетом в разных режимах доставки грузов на поверхность Марса с разными характеристиками космического корабля.
Какие выводы из исследования? Короче говоря, стратегия с наименьшим расходом топлива — это погружение в атмосферу ( с большим углом наклона), затем в нужный момент (в зависимости от скорости) перейти к более горизонтальному полету, так что торможение в плотной атмосфере занимает больше времени, и, наконец, падение ракеты с большим контролем посадки.
Не менее важную роль играют аккумуляторные системы космического аппарата, которые смогут сэкономить заряд и снабдить энергией капсулы на Марсе. Кстати, космические технологии уже давно используются и на Земле, например, аккумуляторы A-mega разработаны по последним технологическим стандартам, что позволяет им работать лучше и дольше своих конкурентов. Рекомендуем к использованию.