בעשורים הקרובים מתוכננים מספר משימות למאדים הכוללות הצעות לשלוח לשם אסטרונאוטים לראשונה. זה מציג אתגרים לוגיסטיים וטכניים רבים, החל מהמרחק העצום לצורך בהגנה מוגברת מפני קרינה. יחד עם זאת, ישנו גם הקושי לנחות בכוכב האדום, או מה שמכונה "קללת מאדים".
כדי לסבך יותר את העניינים, הגודל והמסה של המשימות העתידיות (במיוחד חלליות עם צוותים) יהיו מעבר ליכולת הטכנולוגיה של כניסה, ירידה ונחיתה (EDL). כדי לטפל בכך, צוות מדעני תעופה וחלל פרסם מחקר שמראה כיצד חילופי דרכים בין דחיפת הבלימה בגובה התחתון לזווית נתיב הטיסה עלולים לאפשר משימות כבדות לנחות בבטחה על מאדים.
המחקר שהופיע לאחרונה ב- כתב העת לחלליות ורקטות, נכתב על ידי כריסטופר ג 'לורנץ וזכרארי ר. פוטנאם - חוקר מטעם חברת התעופה והחלל ועוזר פרופסור להנדסת חלל באוניברסיטת אילינוי, בהתאמה. יחד, הם חקרו אסטרטגיות נחיתה שונות כדי לראות אילו יכולות להתגבר על "קללת מאדים".
במילים פשוטות, הנחיתה על מאדים היא עסק קשה, ורק 53% מהחלליות שנשלחו לשם מאז שנות ה -60 של המאה העשרים הובילו אותה לפני השטח. נכון להיום, הרכב הכבד ביותר שנחת בהצלחה במאדים היה הרכב סקרנות רובר, ששקל 1 טון מטרי (2,200 קילוגרם). בעתיד, נאס"א וסוכנויות חלל אחרות מתכננות לשלוח מטענים שלהם עם המונים הנעים בין 5 ל 20 טון, וזה מעבר לאסטרטגיות EDL המקובלות.
ברוב המקרים זה מורכב מרכב שנכנס לאטמוספירה של מאדים במהירות היפראסונית של עד מאך 30 ואז מאט במהירות בגלל חיכוך אוויר. ברגע שהם מגיעים למאץ '3, הם פורסים מצנח ומעלים את התיקים שלהם כדי להאט עוד יותר. הבעיה עם משימות כבדות יותר, לפי פוטנם, היא שמערכות המצנח אינן מתרחשות בקנה מידה טוב יותר עם הגדלת מסת הרכב.
למרבה הצער, מנועי הטרור שורף הרבה דחף, מה שמוסיף למסת הרכב הכללית - מה שאומר שדרושים רכבי שיגור כבדים יותר והמשימות בסופו של דבר עולות יותר. בנוסף, ככל שחללית יותר זקוקה לחללית, כך היא יכולה לחסוך פחות בעומס, מטען וצוות. כפי שהסביר פרופ 'פוטמן בהודעה לעיתונות של אילינוי חלל:
"הרעיון החדש הוא לחסל את המצנח ולהשתמש במנועי טילים גדולים יותר לירידה ... כשרכב טס באופן היפרסוני, לפני שמנועי הרקטה יורים, נוצרת מעלית מסוימת ונוכל להשתמש במעלית זו לצורך ההיגוי. אם נעביר את מרכז הכובד כך שהוא לא ארוז בצורה אחידה, אלא כבד יותר מצד אחד, הוא יעוף בזווית אחרת. "
בתור התחלה, לורנץ ופוטנם חקרו את הפרש הלחץ המתרחש סביב רכב כשהוא פוגע באטמוספירה של מאדים. בעיקרון, הזרימה סביב הרכב שונה בחלקה העליון מאשר בתחתית הרכב, מה שיוצר מעלית לכיוון אחד. ניתן להשתמש בחיים אלה בכדי להנווט את הרכב כאשר הוא מאט באווירה.
כפי שהסביר פוטנם, המלאכה יכולה להשתמש בטרקטורונים שלה בנקודה זו כדי להנחית את המלאכה במדויק, או שהיא יכולה לשמר את המניע שלה לנחות את כמות המסה הגדולה ביותר האפשרית - או שניתן היה ליצור איזון בין השניים. בסופו של דבר זו שאלה באיזה גובה אתה יורה את הרקטות. כלשונו של פוטנם:
"השאלה היא, אם אנו יודעים שנדליק את מנועי הירידה ב, נאמר, מאך 3, כיצד עלינו לנווט את הרכב בצורה אווירודינמית במשטר ההיפרסוני, כך שאנו משתמשים בכמות המינימום של דחף ונמקסם את המסה של עומס שאנחנו יכולים לנחות? כדי למקסם את כמות המסה שנוכל [לנחות] על פני השטח, הגובה בו אתה מצית את מנועי הירידה שלך הוא חשוב, אבל גם הזווית שהווקטור המהיר שלך עושה עם האופק - כמה אתה תלול. "
כאן טמון היבט חשוב נוסף במחקר, בו העריכו לורנץ ופוטנם כיצד לנצל בצורה הטובה ביותר את וקטור המעלית. מה שהם מצאו היה שעדיף להיכנס לאטמוספירה של מאדים כאשר וקטור המעלית מופנה כלפי מטה כך שהרכב צולל ואז (תלוי בזמן ומהירות) להחליף את המעלית ולעוף לגובה נמוך.
"זה מאפשר לרכב לבלות זמן רב יותר בטיסה נמוכה במקום בו הצפיפות האטמוספרית גבוהה יותר," אמר פוטנם. "זה מגדיל את הגרירה, ומקטין את כמות האנרגיה שצריך להסיר על ידי מנועי הירידה."
מסקנות המחקר יכולות ליידע משימות עתידיות למאדים, במיוחד בכל הנוגע לחלליות כבדות המובילות מטען וצוותים. בעוד שאסטרטגיית EDL זו תביא לנחיתה עוטפת עצבים יותר, הסיכויים של הצוותים לנחות בבטחה ולא להיכנע ל"גול הגלקטי הגדול ".
מעבר למאדים, מחקר זה עשוי להיות בעל השלכות על הנחיתה על גופי שמש אחרים שיש להם אטמוספרות דקות. בסופו של דבר, האסטרטגיה של לורנץ ופוטנם של כניסה היפרסונית ודחיפה לבלימה בגובה התחתון יכלו לסייע במשימות הצוות לכל מיני גופות שמימיות.
