Nākamajās desmitgadēs uz Marsu tiek plānotas vairākas misijas, kas ietver priekšlikumus pirmo reizi uz turieni sūtīt astronautus. Tas rada daudzus loģistikas un tehniskus izaicinājumus, sākot no milzīgā attāluma līdz nepieciešamībai pēc paaugstinātas aizsardzības pret radiāciju. Tajā pašā laikā ir arī grūti nolaisties uz Sarkanās planētas jeb tā dēvētās “Marsa lāsta”.
Lai sarežģītu jautājumus, turpmāko misiju (īpaši apkalpoto kosmosa kuģu) lielums un masa pārsniegs pašreizējās iebraukšanas, nolaišanās un nosēšanās (EDL) tehnoloģijas iespējas. Lai to risinātu, kosmosa zinātnieku grupa izlaida pētījumu, kas parāda, kā kompromiss starp bremzēšanas spēku zemākā augstumā un lidojuma trajektorijas leņķi varētu ļaut smagām misijām droši nolaisties uz Marsa.
Pētījums, kas nesen parādījās Kosmosa kuģa un raķešu žurnāls, autori ir Christopher G. Lorenz un Zachary R. Putnam - attiecīgi The Aerospace Corporation pētnieks un Ilinoisas universitātes kosmosa inženierzinātņu docents. Kopā viņi pētīja dažādas nosēšanās stratēģijas, lai noskaidrotu, kuras varētu pārvarēt “Marsa lāstu”.
Vienkārši sakot, nosēšanās uz Marsa ir grūts bizness, un tikai 53% no kosmosa kuģiem, kas uz turieni ir nosūtīti kopš 60. gadiem, ir padarījuši to virsmu neskartu. Līdz šim smagākais transporta līdzeklis, lai veiksmīgi nolaistos uz Marsa, bija Ziņkārība rovers, kas svēra 1 metrisko tonnu (2200 mārciņas). Nākotnē NASA un citas kosmosa aģentūras plāno nosūtīt kravas ar masu no 5 līdz 20 tonnām, kas pārsniedz parastās EDL stratēģijas.
Vairumā gadījumu tas sastāv no transportlīdzekļa, kas nonāk Marsa atmosfērā ar hiperskaņas ātrumu līdz Mach 30 un pēc tam gaisa berzes dēļ ātri palēnina. Kad viņi sasniedz Mach 3, viņi izvieto izpletni un izšauj savus retrorockets, lai vēl vairāk palēninātu. Pēc Putnamas domām, smagāku misiju problēma ir tāda, ka izpletņu sistēmas nav pietiekami mērogojamas, palielinoties transportlīdzekļa masai.
Diemžēl retroraķešu dzinēji sadedzina daudz propelenta, kas palielina kopējo transportlīdzekļa masu - tas nozīmē, ka ir nepieciešami smagāki nesējraķete un misijas galu galā maksā vairāk. Turklāt, jo vairāk propelenta ir vajadzīgs kosmosa kuģim, jo mazāk tilpuma tas var rezervēt kravas, kravas un apkalpes vajadzībām. Kā profils Putmans paskaidroja Ilinoisas aviācijas kosmosa paziņojumā presei:
“Jaunā ideja ir likvidēt izpletni un nolaišanās gadījumā izmantot lielākus raķešu dzinējus. Kad transportlīdzeklis peld personiski, pirms raķešu dzinēji tiek atlaisti, tiek radīts kāds pacēlājs, un mēs to varam izmantot stūres vadīšanai. Ja mēs pārvietojam smaguma centru tā, lai tas nebūtu vienmērīgi iesaiņots, bet vienā pusē būtu smagāks, tas lidos citā leņķī. ”
Sākumā Lorenss un Putnams izpētīja spiediena starpību, kas rodas ap transportlīdzekli, kad tas sasniedz Marsa atmosfēru. Pamatā plūsma ap transportlīdzekli ir atšķirīga transportlīdzekļa augšpusē nekā apakšā, kas rada pacelšanos vienā virzienā. Šo kalpošanas laiku var izmantot, lai vadītu transportlīdzekli, jo tas palēninās atmosfērā.
Kā paskaidroja Putnams, kuģis šajā brīdī varēja vai nu izmantot savus retrorketus, lai precīzi nolaistos, vai arī varētu saglabāt savu propelentu, lai nolaistu pēc iespējas lielāku masu, vai arī varētu rast līdzsvaru starp abiem. Noslēgumā tas ir jautājums par to, kādā augstumā jūs izšaujat raķetes. Kā Putnam teica:
“Jautājums ir, ja mēs zinām, ka mēs aizdegsim nolaišanās motorus pie, teiksim, Mach 3, kā mums vajadzētu vadīt transportlīdzekli aerodinamiski hiperskaņas režīmā, lai mēs izmantotu minimālo propelenta daudzumu un maksimāli palielinātu kravas, kuru mēs varam nolaisties? Lai maksimāli palielinātu masas daudzumu, ko mēs varam nolaisties uz virsmas, ir svarīgi ne tikai augstums, kurā jūs aizdedzat nolaišanās motorus, bet arī leņķis, ko jūsu ātruma vektors veido horizontā - cik stāvi jūs iebraucat. ”
Šeit ir vēl viens svarīgs pētījuma aspekts, kurā Lorenss un Putnams novērtēja, kā vislabāk izmantot pacelšanas vektoru. Viņi secināja, ka vislabāk ir iekļūt Marsa atmosfērā ar paceltu vektoru, kas ir vērsts uz leju, lai transportlīdzeklis nirtu, un pēc tam (atkarībā no laika un ātruma), lai pagrieztu pacēlāju un lidotu gar zemu augstumu.
"Tas ļauj transportlīdzeklim vairāk laika pavadīt zemu lidojot, ja atmosfēras blīvums ir lielāks," sacīja Putnams. "Tas palielina vilkmi, samazinot enerģijas daudzumu, kas jānoņem nolaišanās motoriem."
Šī pētījuma secinājumi varētu sniegt informāciju par turpmākajām misijām uz Marsu, jo īpaši attiecībā uz smagajiem kosmosa kuģiem, kas pārvadā kravas, un apkalpēm. Kaut arī šī EDL stratēģija ļautu veikt vairāk nervu sabojājošu nosēšanos, ekipāžu izredzes droši nolaisties un nepadoties “Lielajai galaktiskajai varai”.
Ārpus Marsa šis pētījums varētu ietekmēt nolaišanos uz citiem Saules ķermeņiem, kuru atmosfēra ir plāna. Visbeidzot, Lorenca un Putnama stratēģija par ieiešanu hiperskaņā un zemāka augstuma bremzēšanas vilci varētu palīdzēt apkalpes komandējumos uz visa veida debess ķermeņiem.
