Предложен экономичный способ доставки многотонных грузов на Марс

Самым тяжелым космическим аппаратом, доставленным на Марс, является марсоход «Кьюриосити». Вес автономной научной лаборатории составляет около одной тонны. Отправка более амбициозных миссий на Красную планету, а в перспективе и людей, потребует использования более тяжелых космических аппаратов весом от 5 до 20 тонн. Для этого необходимо разработать новые методы посадки. Цель недавнего исследования команды ученых из Иллинойского университета, пресс-релиз которого опубликовал EurekAlert!, заключалась как раз именно в этом.

Обычно, когда аппарат входит в атмосферу Марса на гиперзвуковой скорости около 30 Махов, он должен быстро замедлиться, раскрыв парашют и задействовав ракетные двигатели или воздушные подушки, чтобы завершить посадку.

«К сожалению, парашютные системы мало предназначены для более массивных транспортных средств. Наша идея состоит в том, чтобы отказаться от парашюта и использовать более крупные ракетные двигатели для спуска», — комментирует доцент кафедры аэрокосмических технологий Иллинойского университета Зак Патнэм.

По словам Патнэма, когда спускаемый модуль замедляется до скорости 3 Махов, должны включиться электрические двигатели, которые создадут обратную тягу и замедлят аппарат для безопасной посадки. Проблема в том, что такой маневр сжигает много топлива. Топливо, как правило, составляющее основную часть массы аппарата, увеличивают стоимость всего запуска. Каждый килограмм топлива – это минус килограмм полезной нагрузки: научных инструментов, оборудования, людей и так далее.

«Когда космический аппарат достигает гиперзвуковой скорости, перед запуском ракетных двигателей возникает небольшой объем подъемной силы, которую можно использовать для управления аппаратом, – говорит Пантэм. – Если мы сдвинем центр тяжести так, чтобы он сместился к одной из сторон, аппарат полетит под другим углом».

Пантэм объясняет, что потоки вокруг аппарата в передней и задней части отличаются друг от друга, что создает дисбаланс, разницу в давлении. Так как подъемная сила направлена в одну сторону, ее можно использовать для направления аппарата во время спуска через атмосферу.

«Во время входа в атмосферу, спуска и посадки у нас имеется некоторая возможность управления аппаратом. Мы можем менять его направление. При гиперзвуковых скоростях это управление может осуществляться за счет подъемной силы, которая возникает с запуском тормозных двигателей, сжигающих определенный объем топлива. Управление запуском двигателей позволяет осуществить очень точную посадку. Если нужно посадить очень большой аппарат, то о точности стоит забыть, в противном случае придется сжечь все топливо. Но можно найти и баланс между этими двумя способами».

«Предположим, что мы хотим снизить скорость спуска до 3 Махов. Как именно мы должны аэродинамически управлять им в гиперзвуковом режиме, чтобы минимизировать использование топлива и при этом максимизировать массу возможной полезной нагрузки? Чтобы максимизировать объем массы, которую мы сможем спустить на поверхность, важно учесть высоту, при которой необходимо будет запустить двигатели спускаемого аппарата, а также угол между вектором скорости и линией горизонта», — добавляет Пантэм.

Расчеты показали, как наилучшим образом использовать вектор подъемной силы и контролировать спуск на планету в зависимости от характеристик ракеты и высоты полета, чтобы максимизировать спускаемую массу.

«Оказалось, что с точки зрения расхода топлива наиболее оптимальным будет выполнять вход в атмосферу так, чтобы вектор подъемной силы был направлен вниз, как будто ракета ныряет. А затем в нужный момент, зависящий от скорости и времени, она должна развернуться вверх и лететь на низкой высоте. Чем больше времени аппарат проведет в более плотной атмосфере, тем сильнее и дольше будет действовать на него аэродинамическое сопротивление и тем меньше потребуется топлива для посадки», — говорит Пантэм.

Обсудить выводы исследования можно в нашем Telegram-чате.

{ «@context»: «http://schema.org», «@type»: «Article», «name»: «Предложен экономичный способ доставки многотонных грузов на Марс», «headline»: «Предложен экономичный способ доставки многотонных грузов на Марс», «author»: { «@type»: «Person», «name»: «Николай Хижняк» }, «datePublished»: «2019-02-14 09:30:51», «dateModified»: «2019-02-14 07:20:23», «image»: [«https://hi-news.ru/wp-content/uploads/2019/02/descent-650×365.jpg»], «mainEntityOfPage»: «https://hi-news.ru/technology/predlozhen-ekonomichnyj-sposob-dostavki-mnogotonnyx-gruzov-na-mars.html», «publisher»: { «@type»: «Organization», «name»: «Hi-News.ru», «logo»: { «@type»: «ImageObject», «url»: «https://hi-news.ru/wp-content/themes/101media/img/hi-apps_mini.jpg» } } }