V nasledujúcich desaťročiach sa plánuje niekoľko misií pre Mars, medzi ktoré patria návrhy na vyslanie astronautov po prvýkrát. To predstavuje množstvo logistických a technických výziev, od úplnej vzdialenosti až po potrebu zvýšenej ochrany pred žiarením. Zároveň je tu tiež problém s pristátím na Červenú planétu, alebo to, čo sa označuje ako „Mars Curse“.
Aby sa veci viac skomplikovali, veľkosť a hmotnosť budúcich misií (najmä kozmických lodí s posádkou) bude nad rámec kapacity súčasnej technológie vstupu, zostupu a pristátia (EDL). Na vyriešenie tohto problému tím vedcov z oblasti letectva vydal štúdiu, ktorá ukazuje, ako môže kompromis medzi brzdnou silou nižšej výšky a uhlom dráhy letu umožniť, aby ťažké misie bezpečne pristáli na Marse.
Štúdia, ktorá sa nedávno objavila v USA Žurnál kozmických lodí a rakiet, autori Christopher G. Lorenz a Zachary R. Putnam - výskumný pracovník spoločnosti The Aerospace Corporation a pomocný profesor leteckého inžinierstva na University of Illinois. Spoločne preskúmali rôzne stratégie pristátia, aby zistili, ktoré by mohli prekonať „Mars Curse“.
Zjednodušene povedané, pristátie na Marse je náročná záležitosť a iba 53% kozmických lodí, ktoré tam boli zaslané od 60. rokov minulého storočia, ho urobilo nedotknutým. K dnešnému dňu bolo najťažším vozidlom na úspešné pristátie na Marse zvedavosť rover, ktorý vážil 1 metrickú tonu (2 200 libier). NASA a ďalšie vesmírne agentúry v budúcnosti plánujú vysielať užitočné zaťaženie s hmotnosťou od 5 do 20 ton, čo je nad rámec konvenčných stratégií EDL.
Vo väčšine prípadov ide o vozidlo, ktoré vstupuje do atmosféry Marsu pri nadzvukových rýchlostiach až do Mach 30 a potom sa rýchlo spomalí v dôsledku trenia vzduchu. Len čo dorazia na Mach 3, nasadia padák a vypália svoje vreckovky, aby ďalej spomalili. Podľa Putnama je problém s ťažšími misiami ten, že padákové systémy sa nezvyšujú podľa zvyšujúcej sa hmotnosti vozidla.
Bohužiaľ, hnacie motory spaľujú veľa pohonných látok, čo zvyšuje celkovú hmotnosť vozidla - čo znamená, že sú potrebné ťažšie štartovacie vozidlá a náklady na misie sú drahšie. Okrem toho, čím viac potrebuje vesmírna loď, tým menší objem môže ušetriť na užitočné zaťaženie, náklad a posádku. Ako vysvetlil Prof. Putman v tlačovej správe spoločnosti Illinois Aerospace:
„Novou myšlienkou je vylúčiť padák a používať väčšie raketové motory na zostup ... Keď vozidlo letí nadzvukovo, skôr ako sú vypálené raketové motory, generuje sa nejaký výťah a tento výťah môžeme použiť na riadenie. Ak presunieme ťažisko tak, aby nebolo rovnomerne zabalené, ale na jednej strane ťažšie, bude lietať pod iným uhlom. “
Pre začiatočníkov Lorenz a Putnam skúmali tlakový rozdiel, ktorý sa vyskytuje okolo vozidla, keď narazí na Marsovu atmosféru. V zásade je prietok okolo vozidla iný na vrchu ako na spodku vozidla, čo vytvára zdvih v jednom smere. Tento život sa dá použiť na riadenie vozidla, keď sa spomaľuje atmosférou.
Ako Putnam vysvetlil, plavidlo mohlo v tomto okamihu buď použiť svoje presmerovacie kliešte na presné pristátie plavidla, alebo si mohlo zachovať pohonnú látku, aby vyložilo čo najväčšie množstvo hmoty - alebo by sa mohla dosiahnuť rovnováha medzi nimi. Nakoniec je to otázka, v akej výške budete strieľať rakety. Ako Putnam uviedol:
"Otázkou je, či vieme, že rozsvietime zostupové motory pri, povedzme, Mach 3, ako by sme mali riadiť vozidlo aerodynamicky v hypersonickom režime, aby sme používali minimálne množstvo paliva a maximalizovali hmotnosť užitočné zaťaženie, ktoré môžeme pristáť? Aby sme maximalizovali množstvo hmoty, ktorú môžeme [pristáť] na povrchu, je dôležitá výška, v ktorej zapálite svoje zostupné motory, ale tiež uhol, ktorý váš vektor rýchlosti tvorí s horizontom - ako strmý ste prišli. “
Tu leží ďalší dôležitý aspekt štúdie, v ktorom Lorenz a Putnam posúdili, ako čo najlepšie využiť vektor výťahu. Zistili, že bolo najlepšie vstúpiť do atmosféry Marsu pomocou vektora výťahu nasmerovaného nadol, aby sa vozidlo potápalo, a potom (v závislosti od času a rýchlosti) prepnúť výťah a letieť ďalej v nízkej nadmorskej výške.
„Toto umožňuje vozidlu stráviť viac času lietaním s nízkou atmosférickou hustotou,“ povedal Putnam. „To zvyšuje odpor a znižuje množstvo energie, ktoré musia byť odstránené zostupnými motormi.“
Závery tejto štúdie by mohli informovať o budúcich misiách na Mars, najmä pokiaľ ide o ťažké kozmické lode prepravujúce náklad a posádky. Aj keď by táto stratégia EDL viedla k nervóznejšiemu pristátiu, šance posádok pristáť bezpečne a nepodľahnúť „Veľkému galaktickému Ghoulovi“.
Okrem Marsu by táto štúdia mohla mať dopad na pristátie na ďalšie slnečné telesá, ktoré majú tenkú atmosféru. V konečnom dôsledku mohla Lorenz a Putnamova stratégia nadzvukového vstupu a brzdného ťahu v nižších nadmorských výškach pomôcť pri misiách s posádkou pre všetky druhy nebeských telies.
