El vehículo más pesado que aterrizó con éxito en Marte es el Curiosity Rover de 1 tonelada métrica, sobre 2, 200 libras. Enviar misiones robóticas más ambiciosas a la superficie de Marte, y eventualmente humanos, requerirá masas de carga útil aterrizadas en el rango de 5 a 20 toneladas. Para hacer eso, tenemos que averiguar cómo aterrizar más masa. Ese fue el objetivo de un estudio reciente.

Normalmente, cuando un vehículo entra en la atmósfera de Marte a velocidades hipersónicas de aproximadamente Mach 30, se ralentiza rápidamente, despliega un paracaídas para frenar más y luego usa motores de cohetes o bolsas de aire para terminar el aterrizaje.

"Desafortunadamente, Los sistemas de paracaídas no escalan bien al aumentar la masa del vehículo. La nueva idea es eliminar el paracaídas y utilizar motores de cohetes más grandes para el descenso, "dijo Zach Putnam, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Según Putnam, cuando el módulo de aterrizaje se ha desacelerado a aproximadamente Mach 3, se encienden los motores de retropropulsión, disparado en la dirección opuesta para reducir la velocidad del vehículo y lograr un aterrizaje seguro. El problema es, que quema mucho propulsor. El propulsor se suma a la masa del vehículo, lo que puede aumentar rápidamente el costo del vehículo y superar la capacidad de lanzamiento actual aquí en la Tierra. Y cada kilogramo de propulsor es un kilogramo que no puede ser carga útil:humanos, instrumentos de ciencia, carga, etc.

"Cuando un vehículo vuela de forma hipersónica, antes de que se enciendan los motores de los cohetes, se genera algo de elevación y podemos usar esa elevación para dirigir, Putnam dijo. "Si movemos el centro de gravedad para que no esté empacado uniformemente, pero más pesado de un lado, volará en un ángulo diferente ".

Putnam explicó que el flujo alrededor del vehículo es diferente en la parte superior e inferior, lo que crea un desequilibrio. un diferencial de presión. Debido a que el ascensor está en una dirección, se puede utilizar para dirigir el vehículo a medida que desacelera a través de la atmósfera.

"Tenemos cierta autoridad de control durante la entrada, descendencia, y aterrizar, es decir, la capacidad de conducir ", dijo Putnam." Hipersónicamente, el vehículo puede utilizar el ascensor para conducir. Una vez que se encienden los motores de descenso, los motores tienen una cierta cantidad de propulsor. Puede disparar camiones de tal manera que aterrice con mucha precisión, puede olvidarse de la precisión y usarlo todo para aterrizar la nave espacial más grande posible, o puede encontrar un equilibrio en el medio.

"La pregunta es, si sabemos que vamos a encender los motores de descenso en, decir, Mach 3, ¿Cómo debemos dirigir el vehículo aerodinámicamente en el régimen hipersónico para que usemos la cantidad mínima de propulsor y maximicemos la masa de la carga útil que podemos aterrizar?

"Para maximizar la cantidad de masa que podemos aterrizar en la superficie, la altitud a la que enciende los motores de descenso es importante, sino también el ángulo que forma tu vector de velocidad con el horizonte:qué tan empinado estás entrando, "Dijo Putnam.

El estudio aclaró cómo aprovechar al máximo el vector de elevación, el uso de técnicas de control óptimas para identificar estrategias de control que se pueden usar hipersónicamente en diferentes condiciones de entrega interplanetaria, propiedades del vehículo, y altitudes de aterrizaje para maximizar la masa de aterrizaje.

"Resulta que es óptimo para el propulsor entrar en la atmósfera con el vector de elevación apuntando hacia abajo para que el vehículo se sumerja. Luego, en el momento justo en función del tiempo o la velocidad, cambiar para levantar, para que el vehículo salga y vuele a baja altura, "Dijo Putnam." Esto permite que el vehículo pase más tiempo volando bajo donde la densidad atmosférica es mayor. Esto aumenta la resistencia reduciendo la cantidad de energía que deben eliminar los motores de descenso ".

El estudio, "Opciones de trayectoria de entrada para vehículos de alto coeficiente balístico en Marte, "fue escrito por Christopher G. Lorenz y Zachary R. Putnam. Aparece en el Diario de naves espaciales y cohetes .