Poznámka editora: Tento príspevok hosťa napísal Andy Tomaswick, elektrotechnik, ktorý sleduje vesmírnu vedu a technológiu.
Jednou z technicky najťažších úloh budúcich misií s posádkou na Mars je dostať astronautov bezpečne na zem. Kombinácia vysokej rýchlosti potrebnej na krátky výlet do vesmíru a oveľa ľahšej marťanskej atmosféry vytvára aerodynamický problém, ktorý bol doteraz vyriešený iba pre robotické kozmické lode. Ak budú ľudia jedného dňa kráčať po prašnom povrchu Marsu, musíme najskôr vyvinúť lepšie technológie na vstup a zostup (EDL).
Tieto technológie sú súčasťou nedávneho zasadnutia Konferencie o konceptoch a prístupoch k prieskumu Marsu v Lunárnom planetárnom inštitúte (LPI), ktorá sa konala 12. - 14. júna v Houstone a ktorá sa sústredila na najnovšie pokroky v technológiách, ktoré by mohli vyriešiť problém EDL.
Z množstva technológií, ktoré boli predstavené na stretnutí, sa zdalo, že väčšina zahŕňa viacvrstvový systém pozostávajúci z niekoľkých rôznych stratégií. Rôzne technológie, ktoré tieto úrovne zaplnia, sú čiastočne závislé od misie a všetky ešte potrebujú ďalšie testovanie. Tri z najviac diskutovaných boli hypersonické nafukovacie aerodynamické spomaľovače (HIAD), nadzvukový retro pohon (SRP) a rôzne formy aerobrakingu.
HIAD sú v podstate veľké tepelné štíty, ktoré sa bežne vyskytujú v mnohých druhoch kapsúl s reentry s posádkou používaných v posledných 50 rokoch vesmírneho letu. Pracujú s použitím veľkej povrchovej plochy, aby vytvorili dostatočný odpor vzduchu planéty, aby spomalili cestovné plavidlo primeranou rýchlosťou. Keďže táto stratégia funguje na Zemi už roky, je prirodzené prekladať túto technológiu na Mars. Problém je však s prekladom.
HIADs sa spoliehajú na odpor vzduchu kvôli svojej schopnosti spomaliť plavidlo. Pretože Mars má oveľa tenšiu atmosféru ako Zem, tento odpor nie je pri spomalení návratu taký účinný. Z dôvodu tohto poklesu účinnosti sa HIAD uvažuje len o použití s inými technológiami. Keďže sa používa aj ako tepelný štít, musí sa pripevniť k lodi na začiatku opätovného návratu, keď trenie vzduchu spôsobí na niektorých povrchoch masívne zahriatie. Keď vozidlo spomalí na rýchlosť, pri ktorej už nie je problémom zahrievanie, HIAD sa uvoľní, aby ostatné technológie mohli prevziať zvyšok brzdového procesu.
Jednou z týchto ďalších technológií je SRP. V mnohých schémach sa po uvoľnení HIAD stáva SRP primárne zodpovednou za spomalenie remesla. SRP je typ technológie pristávania, ktorý sa bežne vyskytuje v sci-fi. Všeobecná myšlienka je veľmi jednoduchá. Rovnaké typy motorov, ktoré zrýchľujú kozmickú loď tak, aby unikli rýchlosti na Zemi, sa dajú otočiť a použiť na zastavenie tejto rýchlosti po dosiahnutí cieľa. Ak chcete loď spomaliť, pri reentrii otočte pôvodné zosilňovače rakiet alebo navrhnite rakety smerujúce dopredu, ktoré sa budú používať iba počas pristátia. Technológia chemických rakiet potrebná pre túto stratégiu je už dobre pochopená, ale raketové motory pracujú odlišne, keď cestujú nadzvukovou rýchlosťou. Pri navrhovaní motorov, ktoré dokážu čeliť stresu týchto rýchlostí, sa musí vykonať viac skúšok. SRP tiež používajú palivo, ktoré bude musieť plavidlo prepraviť celú vzdialenosť na Mars, čím sa jeho cesta bude nákladnejšia. SRP väčšiny stratégií sa tiež v určitom okamihu počas zostupu odhadzujú. K tomuto rozhodnutiu prispieva váha, ktorá sa uvoľňuje, a obtiažnosť kontrolovaného zostupu pri sledovaní stĺpika plameňa na mieste pristátia.
Len čo odpadnú zosilňovače SRP, vo väčšine návrhov prevezme technológiu aerobrakingu. Bežne diskutovanou technológiou na konferencii bol balet, kombinovaný balónik a padák. Hlavnou myšlienkou tejto technológie je zachytiť vzduch, ktorý prúdi okolo pristávacieho plavidla, a použiť ho na naplnenie gule, ktorá je priviazaná k tomuto remeslu. Stlačenie vzduchu vháňajúceho sa do guľôčky by spôsobilo, že sa plyn zohreje, v skutočnosti by sa vytvoril horúci vzduchový balón, ktorý by mal podobné zdvíhacie vlastnosti ako tie, ktoré sa používajú na Zemi. Za predpokladu, že by sa do gule vháňalo dostatočné množstvo vzduchu, mohlo by to poskytnúť konečné spomalenie potrebné na šetrné spustenie pristávacej lode na povrch Marsu s minimálnym tlakom na užitočné zaťaženie. Avšak celkové množstvo, ktoré by táto technológia spomalila, je závislé od množstva vzduchu, ktorý by mohol vstreknúť do svojej štruktúry. S väčším množstvom vzduchu prichádza väčšia guľa a väčšia záťaž na materiál, z ktorého je guľa vyrobená. Z týchto dôvodov sa nepovažuje za samostatnú technológiu EDL.
Tieto stratégie sotva poškriabaniu navrhovaných metód EDL, ktoré by mohla byť použitá ľudskou misiou na Mars. Zaujímavosť, najnovší rover, ktorý sa čoskoro chystá pristáť na Marse, používa niekoľko, vrátane jedinečnej formy SRP známej ako Sky Crane. Výsledky jeho systémov pomôžu vedcom, ako sú tí na konferencii LPI, určiť, ktorá sada technológií EDL bude najefektívnejšia pre všetky budúce ľudské misie na Mars.
Titulok úvodného obrázku: Umelecký koncept hypersonického nafukovacieho aerodynamického spomaľovača spomaľujúci atmosférický vstup kozmickej lode. Kredit: NASA
Titulok druhého obrázka: Nadzvukové trysky sú odpálené pred kozmickou loďou, aby sa vozidlo pred vstupom do marťanskej atmosféry pred nasadením padáka spomalilo. Obrázok je z Mars Science Lab v Mach 12 so 4 nadzvukovými retropropulznými tryskami. Kredit: NASA
Zdroj: Koncepcia a prístupy LPI pre prieskum na Marse
