Штета што је Марс тако занимљиво место, јер је у ствари једно од најтежих места за посету Сунчевог система, посебно ако желите да понесете пуно пртљага. Та планета је гробље мисија које баш и нису успеле.
Како наше амбиције расту и размишљамо о истраживању Марса са људима - можда чак и будућим колонистима - требат ћемо решити један од највећих проблема у свемирском истраживању.
Успешно је слетање тешких корисних терета на површину Марса заиста тешко.
Са Марсом се налази гомила изазова, укључујући његов недостатак заштитне магнетосфере и гравитације ниже површине. Али једна од највећих је његова танка атмосфера угљен-диоксида.
Да сте стајали на површини Марса без свемирског одијела, смрзнули бисте се у смрт и угасили се од недостатка кисеоника. Али, такође ћете доживети мање од 1% атмосферског притиска у ком уживате овде, на Земљи.
А испоставило се да та танка атмосфера прави невероватно изазов да се значајан корисни терет сигурно спусти на површину Црвене планете. У ствари, само 53% мисија на Марс заиста је исправно одрађено.
Хајде да разговарамо о томе како су мисије на Марс радиле у прошлости, а ја ћу вам показати у чему је проблем.
Слетање на Марс је најгоре
Историјски гледано, мисије на Марс покрећу се са Земље током прозора лета који се отварају сваке две године или више када су Земља и Марс ближе један другом. ЕкоМарс је полетео 2016. године, ИнСигхт 2018. године, а ровер компаније Марс 2020 ће полетјети, па, 2020. годину.
Мисије прате интерпланетарну путању трансфера дизајнирану тако да најбрже дођу до тамо или са најмањом количином горива.
Док свемирска летјелица улази у атмосферу Марса, вози се десетинама хиљада километара на сат. Мора некако изгубити сву ту брзину пре него што се лагано слети на површину Црвене планете.
Овде на Земљи можете да користите густу земљанску атмосферу да успорите спуштање, крварећи са своје брзине топлотним штитом. Плочице свемирског шатла дизајниране су да апсорбују топлину поновног уласка, јер је орбита од 77 тона прешла из 28.000 км / х у нулу.
Слична техника се може користити и на Венери или на Титану, где имају густу атмосферу.
Месец, без икакве атмосфере, релативно је директан за слетање. Без икакве атмосфере, нема потребе за топлотним штитом, већ само користите погон да успорите своју орбиту и слетите на површину. Све док донесете довољно погонског средства, можете да залијепите слетиште.
Повратак на Марс, свемирски брод који је улетио у његову танку атмосферу брзином преко 20.000 километара на сат.
Радозналост је граница
Традиционално, мисије су започеле спуштање аеросталом како би уклониле део брзине свемирске летјелице. Најтежа мисија икад послана на Марс била је Цуриосити, која је тежила 1 метричку тону, односно 2.200 фунти.
Када је ушао у марсовску атмосферу, кретао се 5,9 километара у секунди, односно 22.000 километара на сат.
Радозналост је имала највећи аеросхеллл икад послан на Марс, димензија 4,5 метра. Ова огромна аеросхелл била је нагнута под углом, омогућавајући свемирском броду да маневрира док удара у танку атмосферу Марса, циљајући према одређеној зони слетања.
На висини од око 131 километра, свемирска летјелица би започела пуштање потисника да би савршено прилагодила путању док се приближавала површини Марса.
Око 80 секунди лета кроз атмосферу, температуре на топлотном оклопу попеле су се на 2.100 степени целзијуса. Да се не би растопио, топлотни штит користио је посебан материјал који се зове Фенолни импрегнирани карбонски аблатор или ПИЦА. Узгред, исти материјал користи и СпацеКс за своје Змајеве капсуле.
Једном када је успорила брзину нижу од Мацха 2.2, свемирска летелица је разместила највећи падобран икада изграђен за мисију на Марс - 16 метара широм. Овај падобран може да произведе 29.000 килограма вучне силе, успоравајући га још више.
Линији огибљења били су направљени од Тецхнора и Кевлар, који су прилично најјачи и најотпорнији материјали отпорни на топлоту.
Потом је угасио свој падобран и користио ракетне моторе да још више успори његово спуштање. Кад је био довољно близу, Цуриосити је убацио скициран који је лагано спустио ровер до површине.
Ово је брза верзија. Ако желите опсежан преглед онога што је знатижеља прошла током слетања на Марс, топло вам препоручујем да погледате „Дизајн и инжењеринг радозналости“ Емилије Лакдавалле.
Знатижеља је тежила само једну тону.
Тежак не расте
Желите ли учинити исту ствар с већим оптерећењима? Сигуран сам да замишљате веће аеросисте, веће падобране, веће скициране.
Теоретски, СпацеКс Старсхип ће послати 100 тона колониста и њихових ствари на површину Марса.
Ево проблема. Методе успоравања у Марсовој атмосфери не постижу се баш добро.
Прво, кренимо с падобранима. Да будем искрен, у једној тони је радозналост приближно толико јака колико можете добити падобраном. Било који тежи и једноставно не постоји материјал инжењера који може да поднесе оптерећење успоравања.
Пре неколико месеци, НАСА-ини инжењери прославили су успешан тест Напредног експеримента за истраживање надуваности падобранског парашута или АСПИРЕ. Ово је падобран који ће се користити за ровер мисију Марс 2020.
Ставили су падобран од напредних композитних тканина, попут најлона, Тецхнора и Кевлар, на звучну ракету и бацили га на висину од 37 километара, опонашајући услове које ће свемирске летелице доживети док стигну на Марс.
Падобран је размештен у делићу секунде и потпуно надуван, имао је 32.000 килограма снаге. Да сте били у возилу у то време, искусили бисте 3,6 пута већу снагу од удара у зид који иде брзином 100 км / х носећи сигурносни појас. Другим речима, не бисте преживели.
Да је свемирска летелица била тежа, требало би да буде направљена од немогућих композитних тканина. И заборави на путнике.
НАСА искушава различите идеје да слети веће оптерећење на Марс, као, чак 3 тоне.
Једна се идеја назива надзвучни децелератор ниске густине или ЛДСД. Идеја је да се користи много већи аеродинамички успоравач који би се надувао око свемирске летјелице попут замкастог замка док улази у марсовску гравитацију.
У 2015. години НАСА је заправо тестирала ову технологију, носећи прототипно возило на балону до надморске висине од 36 километара. Возило је затим испалило своју чврсту ракету, носећи је на надморској висини од 55 километара.
Како се кретао према горе, надувао је свој надзвучни напухавајући аеродинамички децелератор до пречника 6 метара (или 20 стопа), што га је затим успорило на Мах 2.4. Нажалост, његов падобран није успео да се правилно изврши, па је пао у Тихи океан.
То је напредак Ако заиста могу да раде инжењерство и физику, једног дана бисмо могли видети свемирске летелице од 3 тоне на површини Марса. Три целе тоне.
Више погона, мање терета
Следећа идеја која ће повећати слетање са Марса је да се користи више покретања. Теоретски, можете само носити више горива, испалити ракете када стигнете на Марс и отказати сву ту брзину. Проблем је, наравно, што што више масе морате да носите да бисте успорили, то је мање масе коју заправо можете слетјети на површину Марса.
Очекује се да ће СпацеКс Старсхип користити пропулзивно слетање како би се спустио 100 тона на површину Марса. Будући да је кренуо директнијим, бржим стазом, Звијезда ће ударити у Марсовску атмосферу брже од 8,5 км / с, а затим ће користити аеродинамичке снаге да успори улазак.
Не мора, наравно, ићи тако брзо. Старсхип би могао користити аеробракинг, пролазећи кроз горњу атмосферу неколико пута да би одзрачио брзину. У ствари, ово је метода коју користи орбитална свемирска летелица која иде на Марс.
Али тада би путници на броду требали провести седмице да се свемирска летелица успори и крене у орбиту око Марса, а затим да се спусти кроз атмосферу.
Према Елону Муску, његова предивно неинтуитивна стратегија за руковање сву ту топлину је изградња свемирског брода од нехрђајућег челика, а затим ће малене рупе у шкољци искрварити метан горивом како би се намотала страна свемирског брода охладила.
Једном када прође довољно брзине, окренут ће се, упалити своје моторе Раптор и лагано слети на површину Марса.
Циљ за земљу, повуците се у последњем минуту
Сваки килограм горива који свемирски брод користи да успори спуштање на површину Марса представља килограм терета који не може да пренесе на површину.
Нисам сигуран да постоји одржива стратегија која ће лако спустити тешке терете на површину Марса. Паметнији људи од мене мисле да је то прилично немогуће без употребе огромних количина погонског горива.
То је речено, Елон Муск мисли да постоји начин. И пре него што попусте његовим идејама, погледајмо двоструке бочне ракете из ракета Фалцон Хеави савршено заједно.
И не обраћајте пажњу на оно што се догодило са централним појачалом.
Нова студија одељења за ваздухопловство на Универзитету Илиноис у Урбана-Цхампаигн предлаже да мисије на Марс могу да искористе дебљу атмосферу која је ближа површини Марса.
У свом раду под насловом „Опције путање улаза за возила са високом балистичком коефицијентом на Марсу“, истраживачи предлажу да свемирске летелице које лете на Марс не требају толико журити да се ослободе своје брзине.
Како свемирски брод вришти кроз атмосферу, и даље ће моћи да генерише пуно аеродинамичког дизања, које би се могло користити за његово кретање кроз атмосферу.
Водили су прорачуне и установили да је идеалан угао да се свемирски брод усмери право доле и зарони према површини. Затим, у последњем могућем тренутку, повуците се користећи аеродинамички лифт да бисте летели бочно кроз најдебљи део атмосфере.
То повећава повлачење и омогућава вам да се ослободите већине брзина пре него што укључите моторе за спуштање и завршите своје приземљено напајање.
Звучи забавно.
Ако ће човечанство изградити одрживу будућност на површини Марса, мораћемо да решимо овај проблем. Требат ћемо развити низ технологија и техника које ће слијетање на Марс учинити поузданијим и сигурнијим.
Претпостављам да ће бити много изазовнији него што људи очекују, али радујем се идејама које ће се тестирати у наредним годинама.
Велико хвала Нанци Аткинсон која Овде смо покривали ову тему у часопису Спаце Магазине пре више од деценије, и инспирисао ме да радим на овом видеу.
