Het zwaarste voertuig om succesvol op Mars te landen is de Curiosity Rover met 1 ton, ongeveer 2, 200 pond. Meer ambitieuze robotmissies naar het oppervlak van Mars sturen, en uiteindelijk mensen, vereist gelande ladingsmassa's in het bereik van 5 tot 20 ton. Om dat te doen, we moeten uitzoeken hoe we meer massa kunnen landen. Dat was het doel van een recent onderzoek.

Normaal gesproken, wanneer een voertuig de atmosfeer van Mars binnenkomt met hypersonische snelheden van ongeveer Mach 30, het vertraagt ​​snel, zet een parachute in om meer te vertragen dan raketmotoren of airbags om de landing te voltooien.

"Helaas, parachutesystemen schalen niet goed met toenemende voertuigmassa. Het nieuwe idee is om de parachute te elimineren en grotere raketmotoren te gebruiken voor de afdaling, " zei Zach Putnam, assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.

Volgens Putnam, wanneer de lander is vertraagd tot ongeveer Mach 3, de retrovoortstuwingsmotoren worden ontstoken, vuurde in de tegenovergestelde richting om het voertuig af te remmen voor een veilige landing. Het probleem is, dat verbrandt veel drijfgas. Drijfgas draagt ​​bij aan voertuigmassa, die de voertuigkosten snel kunnen opdrijven en de huidige lanceringscapaciteit hier op aarde kunnen overtreffen. En elke kilogram drijfgas is een kilogram die geen nuttige lading kan zijn:mensen, wetenschappelijke instrumenten, lading, enzovoort.

"Als een voertuig hypersonisch vliegt, voordat de raketmotoren worden afgevuurd, er wordt wat lift gegenereerd en we kunnen die lift gebruiken om te sturen, Putnam zei. "Als we het zwaartepunt verplaatsen zodat het niet uniform verpakt is, maar aan één kant zwaarder, het zal vliegen in een andere hoek."

Putnam legde uit dat de stroming rond het voertuig aan de boven- en onderkant verschillend is, waardoor er een onbalans ontstaat, een drukverschil. Omdat de lift in één richting is, het kan worden gebruikt om het voertuig te sturen terwijl het door de atmosfeer vertraagt.

"We hebben een zekere mate van controlebevoegdheid tijdens binnenkomst, herkomst, en landen - dat wil zeggen, het vermogen om te sturen.' Putnam zei. 'Hypersoonlijk, het voertuig kan de lift gebruiken om te sturen. Zodra de afdalingsmotoren zijn ontstoken, de motoren hebben een bepaalde hoeveelheid drijfgas. Je kunt motoren zo afvuren dat je heel nauwkeurig landt, je kunt nauwkeurigheid vergeten en alles gebruiken om het grootst mogelijke ruimtevaartuig te landen, of je kunt er een balans tussen vinden.

"De vraag is, als we weten dat we de afdalingsmotoren gaan aansteken, zeggen, Mach 3, hoe moeten we het voertuig aerodynamisch sturen in het hypersonische regime, zodat we de minimale hoeveelheid drijfgas gebruiken en de massa van de nuttige lading die we kunnen landen maximaliseren?

"Om de hoeveelheid massa die we op het oppervlak kunnen landen te maximaliseren, de hoogte waarop je je afdalingsmotoren ontsteekt is belangrijk, maar ook de hoek die je snelheidsvector maakt met de horizon - hoe steil je binnenkomt, ' zei Putnam.

De studie verduidelijkte hoe de liftvector het beste kan worden gebruikt, optimale controletechnieken gebruiken om controlestrategieën te identificeren die hypersonisch kunnen worden gebruikt in verschillende interplanetaire leveringsvoorwaarden, voertuig eigenschappen, en gelande hoogten om de gelande massa te maximaliseren.

"Blijkt, het is drijfgas-optimaal om de atmosfeer binnen te gaan met de liftvector naar beneden gericht, zodat het voertuig duikt. Dan op het juiste moment gebaseerd op tijd of snelheid, schakelaar om op te tillen, dus het voertuig trekt uit en vliegt op lage hoogte mee, "Zei Putnam. "Hierdoor kan het voertuig meer tijd besteden aan laag vliegen waar de atmosferische dichtheid hoger is. Dit verhoogt de weerstand, het verminderen van de hoeveelheid energie die moet worden verwijderd door de afdalingsmotoren."

De studie, "Instaptrajectopties voor voertuigen met hoge ballistische coëfficiënt op Mars, " is geschreven door Christopher G. Lorenz en Zachary R. Putnam. Het verschijnt in de Journal of Spacecraft and Rockets .