Az elkövetkező évtizedekben számos missziót terveznek a Marsra, amelyek magukba foglalják az űrhajósok első alkalommal történő küldésére irányuló javaslatokat. Ez számos logisztikai és technikai kihívást jelent, kezdve a hatalmas távolságtól a sugárzás elleni fokozott védelem szükségességéig. Ugyanakkor nehézségeket okoz a leszállás a Vörös Bolygón, vagy az úgynevezett „Mars átok”.
A dolgok további bonyolítása érdekében a jövőbeni küldetések (különösen a személyzettel ellátott űrhajók) mérete és tömege meghaladja a jelenlegi belépési, leszállási és leszállási (EDL) technológia képességét. Ennek megoldására egy űrkutatási tudósok egy csoport kiadott egy tanulmányt, amely bemutatja, hogy az alacsonyabb magasságú fékezési tolóerő és a repülési út szög közötti kompromisszum lehetővé teheti a nehéz missziók számára a biztonságos leszállást a Marsra.
A közelmúltban a Űrhajó és rakéták naplójacímű cikk szerzője Christopher G. Lorenz és Zachary R. Putnam - az The Aerospace Corporation kutatója, ill. az Illinoisi Egyetem légiközlekedési mérnökének docense. Együtt megvizsgálták a különböző leszállási stratégiákat, hogy meghatározzák, melyik képezi a „Mars átok” leküzdését.
Egyszerűen fogalmazva: a Marsra történő leszállás nehéz üzlet, és az 1960-as évek óta oda küldött űrhajók csak 53% -a érintetlennek tette a felszínt. A mai napig a legnehezebb jármű volt a sikeres Marsra szállás Kíváncsiság 1 tonnát (2200 font) súlyú rover. A jövőben a NASA és más űrügynökségek azt tervezik, hogy 5 - 20 tonna tömegű hasznos rakományokat küldenek, ami meghaladja a hagyományos EDL stratégiákat.
A legtöbb esetben ez egy olyan járműből áll, amely a marsi atmoszférába lép be, 30 Mach fölötti hiperhang sebességgel, majd a levegő súrlódása következtében gyorsan lelassul. Amint elérték a Mach 3-at, ejtőernyőt állítanak fel, és az utóhegyüket lőik, hogy tovább lassuljanak. Putnam szerint a nehezebb küldetéseknél az a probléma, hogy az ejtőernyős rendszerek nem méretezik jól a jármű tömegét.
Sajnos a retrorocket motorok sok hajtóanyagot elégetnek, ami növeli a járművek teljes tömegét - ami azt jelenti, hogy nehezebb rakétákra van szükség, és a küldetések többet fizetnek. Ezen túlmenően, minél több hajtóanyagra van szükség egy űrhajónak, annál kevesebbet tud megtakarítani hasznos teher, rakomány és személyzet számára. Ahogyan Putman professzor kifejtette az Illinois Aerospace sajtóközleményében:
„Az új ötlet az ejtőernyő kiküszöbölése és a nagyobb rakétahajtóművek használata leszálláshoz. Ha egy jármű személyesen repül, még mielőtt a rakétamotorokat kiütötte, némi emelő generálódik, és ezt a felvonót használhatjuk kormányzáshoz. Ha úgy mozgatjuk a súlypontját, hogy nem egyenletesen van csomagolva, hanem az egyik oldalán nehezebb, akkor más szögben repül. ”
Először Lorenz és Putnam megvizsgálták a nyomáskülönbséget, amely a jármű körül jelentkezik, amikor eléri a Mars atmoszféráját. Alapvetően a jármű körül az áramlás eltér a jármű tetején, mint az alján, ami az egyik irányba emeli az emelkedést. Ez az élet felhasználható a jármű irányítására, mivel az lassul a légkörben.
Ahogyan Putnam elmagyarázta, a kézműves ezen a ponton felhasználhatja az utókorláinkat a kézműves pontos leszállásához, vagy megőrizheti a hajtógépek számára, hogy a lehető legnagyobb tömegű leszálljon - vagy meg lehet teremteni a kettő közötti egyensúlyt. Végül az a kérdés, hogy milyen magasságban tüzeljük el a rakétákat. Ahogy Putnam mondta:
„A kérdés az, hogy ha tudjuk, hogy a süllyedő motorokat meggyújtjuk, mondjuk a Mach 3-on - hogyan kell irányítani a járművet aerodinamikusan a hiperszonikus üzemmódban úgy, hogy a lehető legkevesebb hajtóanyagot használjuk fel, és maximalizáljuk a hasznos teher, amelyet földet tudunk szállítani? A felszínre szállítandó tömeg maximalizálása érdekében fontos az a magasság, amelyen a süllyedő motorokat meggyújtjuk, ugyanakkor az a szög is, amelyet a sebességvektor a horizonthoz viszonyítva megmutat - mennyire meredek a belépés. ”
Ebben rejlik a tanulmány másik fontos szempontja, ahol Lorenz és Putnam megvizsgálta, hogyan lehet a felvonóvektorot a lehető legjobban kihasználni. Azt találták, hogy a legjobb a Mars légkörébe belépni, ha a felfelé mutató emelővektor úgy van, hogy a jármű búvárkodik, majd (az időtől és a sebességtől függően) a felvonót felkapcsolni és alacsony magasságon repülni.
"Ez lehetővé teszi a jármű számára, hogy több időt töltsön alacsony repüléssel, ahol a légköri sűrűség nagyobb" - mondta Putnam. "Ez növeli a húzóerőt, csökkentve az energiamennyiséget, amelyet a leszálló motoroknak el kell távolítaniuk."
Ennek a tanulmánynak a következtetései tájékozódhatnak a Marsba irányuló jövőbeli missziókról, különös tekintettel a rakományt szállító nehéz űrhajókra és a legénységre. Míg ez az EDL-stratégia egy idegesebb pusztítást eredményezne, addig a legénység esélye, hogy biztonságosan landol, és nem engedelmeskedik a „Nagy Galaktikus Ghoulnak”.
A Marson túl ez a tanulmány befolyásolhatja más vékony atmoszférájú napelemekre történő leszállást. Végül Lorenz és Putnam hiperszonikus belépési és alacsonyabb magassági fékezőerő stratégiája segítséget nyújthat a legénység mindenféle égi testhez történő kiküldetésében.
