ملاحظة المحرر: كتب هذا الضيف أندي توماسويك ، مهندس كهربائي يتبع علوم وتكنولوجيا الفضاء.
واحدة من أصعب المهام التقنية لأي مهمة مأهولة في المستقبل إلى المريخ هي الحصول على رواد الفضاء بأمان على الأرض. إن الجمع بين السرعة العالية اللازمة لرحلة قصيرة في الفضاء وجو المريخ الأخف بكثير يخلق مشكلة الديناميكا الهوائية التي تم حلها فقط للمركبات الفضائية الروبوتية حتى الآن. إذا سار الناس يومًا ما على سطح المريخ المترب ، فسنحتاج إلى تطوير تقنيات دخول وهبوط أفضل (EDL) أفضل أولاً.
هذه التقنيات هي جزء من الاجتماع الأخير لمعهد الكواكب القمرية (LPI) ، مفاهيم ونهج مؤتمر استكشاف المريخ ، الذي عقد في 12-14 يونيو في هيوستن ، والذي ركز على أحدث التطورات في التقنيات التي قد تحل مشكلة EDL.
من بين العديد من التقنيات التي تم تقديمها في الاجتماع ، بدا أن معظمها يتضمن نظامًا متعدد المستويات يتضمن العديد من الاستراتيجيات المختلفة. تعتمد التقنيات المختلفة التي ستملأ هذه المستويات جزئيًا على المهمة ولا تزال جميعها بحاجة إلى المزيد من الاختبارات. ثلاثة من أكثر الموضوعات التي تمت مناقشتها على نطاق واسع كانت التباطؤ الديناميكي الهوائي الفرط الهوائي (HIADs) ، الدفع الرجعية الأسرع من الصوت (SRP) ، وأشكال مختلفة من الكبح الهوائي.
HIADs هي في الأساس دروع حرارية كبيرة ، وعادة ما توجد أنواع كثيرة من كبسولة إعادة الدخول المأهولة المستخدمة في السنوات الخمسين الماضية من رحلات الفضاء. وهي تعمل عن طريق استخدام مساحة سطح كبيرة لإنشاء ما يكفي من السحب عبر الغلاف الجوي لكوكب لإبطاء سرعة السفر إلى سرعة معقولة. نظرًا لأن هذه الاستراتيجية قد عملت بشكل جيد على الأرض لسنوات ، فمن الطبيعي ترجمة التكنولوجيا إلى المريخ. هناك مشكلة في الترجمة بالرغم من ذلك.
تعتمد الرؤوس HIAD على مقاومة الهواء لقدرتها على إبطاء المركبة. نظرًا لأن المريخ يتمتع بجو أنحف بكثير من الأرض ، فإن هذه المقاومة ليست فعالة تقريبًا في إبطاء إعادة الدخول. بسبب هذا الانخفاض في الفعالية ، يتم اعتبار HIADs للاستخدام فقط مع التقنيات الأخرى. نظرًا لأنه يستخدم أيضًا كدرع حراري ، يجب إرفاقه بالسفينة في بداية إعادة الدخول ، عندما يتسبب احتكاك الهواء في تسخين كبير على بعض الأسطح. بمجرد تباطؤ السيارة إلى سرعة حيث لم يعد التسخين يمثل مشكلة ، يتم تحرير نظام HIAD للسماح للتكنولوجيات الأخرى بالسيطرة على بقية عملية الكبح.
إحدى هذه التقنيات الأخرى هي SRP. في العديد من المخططات ، بعد إصدار HIAD ، تصبح SRP مسؤولة في المقام الأول عن إبطاء الطائرة. SRP هو نوع تقنية الهبوط الشائعة في الخيال العلمي. الفكرة العامة بسيطة للغاية. يمكن تدوير نفس أنواع المحركات التي تسرع المركبة الفضائية للهروب من السرعة على الأرض واستخدامها لإيقاف هذه السرعة عند الوصول إلى وجهة. لإبطاء السفينة ، إما أن تقلب معززات الصواريخ الأصلية حولها عند إعادة الدخول أو تصميم صواريخ مواجهة للأمام والتي سيتم استخدامها فقط أثناء الهبوط. إن تكنولوجيا الصواريخ الكيميائية اللازمة لهذه الاستراتيجية مفهومة جيدًا بالفعل ، لكن محركات الصواريخ تعمل بشكل مختلف عندما تسافر بسرعات تفوق سرعة الصوت. يجب إجراء المزيد من الاختبارات لتصميم المحركات التي يمكنها التعامل مع ضغوط هذه السرعات. تستخدم SRPs أيضًا الوقود ، الذي ستحتاجه المركبة لنقل المسافة الكاملة إلى المريخ ، مما يجعل رحلتها أكثر تكلفة. يتم أيضًا التخلص من برامج التقويم الاستراتيجي لمعظم الاستراتيجيات في مرحلة ما أثناء النزول. يساعد فقدان الوزن وصعوبة الهبوط المتحكم به أثناء اتباع عمود اللهب إلى موقع الهبوط على اتخاذ هذا القرار.
بمجرد أن تتلاشى معززات SRP ، في معظم التصاميم ستتولى تقنية الكبح الهوائي. إحدى التقنيات التي نوقشت بشكل شائع في المؤتمر كانت ballute ، وبالون مختلط ومظلة. تتمثل الفكرة وراء هذه التقنية في التقاط الهواء الذي يندفع بعيدًا عن سفينة الهبوط واستخدامها لملء صندوق صغير مرتبط بالمركبة. قد يؤدي ضغط الهواء المتدفق إلى البالط إلى تسخين الغاز ، مما يؤدي في الواقع إلى إنشاء منطاد هواء ساخن له خصائص رفع مماثلة لتلك المستخدمة على الأرض. بافتراض اندفاع كمية كافية من الهواء إلى صناديق الاقتراع ، يمكن أن يوفر التباطؤ النهائي اللازم لإسقاط سفينة الهبوط برفق على سطح المريخ ، مع الحد الأدنى من الضغط على الحمولة. ومع ذلك ، فإن الكمية الإجمالية لهذه التقنية ستبطئ الطائرة تعتمد على كمية الهواء التي يمكن أن تضخها في هيكلها. مع مزيد من الهواء ، يأتي البالوت أكبر ، والمزيد من الضغوط على المواد المصنوعة من الباليه. مع هذه الاعتبارات ، لا تعتبر تقنية EDL قائمة بذاتها.
بالكاد تخدش هذه الاستراتيجيات سطح طرق EDL المقترحة التي يمكن استخدامها من قبل بعثة بشرية إلى المريخ. تستخدم كيريوسيتي ، وهي أحدث مركبة روفر ستنزل قريبًا على كوكب المريخ ، العديد منها ، بما في ذلك شكل فريد من نوعه من SRP يعرف باسم سكاي كرين. سوف تساعد نتائج أنظمتها العلماء مثل أولئك في مؤتمر LPI على تحديد مجموعة تقنيات EDL التي ستكون الأكثر فعالية لأي بعثات بشرية مستقبلية إلى المريخ.
عنوان الصورة الرصاص: مفهوم الفنان عن تباطؤ ديناميكي هوائي قابل للنفخ فرط الصوت يبطئ دخول الغلاف الجوي لمركبة فضائية. الائتمان: وكالة ناسا
شرح الصورة الثانية: يتم إطلاق الطائرات الأسرع من الصوت أمام مركبة فضائية من أجل إبطاء السيارة أثناء دخولها إلى جو المريخ قبل نشر المظلة. الصورة مأخوذة من مختبر علوم المريخ في Mach 12 مع 4 طائرات نفاثة رجعية تفوق سرعة الصوت. الائتمان: وكالة ناسا
المصدر: LPI Concept and Approeseses for Mars Exploration
