Biên tập viên Lưu ý: Bài đăng của khách này được viết bởi Andy Tomaswick, một kỹ sư điện, người theo ngành khoa học và công nghệ vũ trụ.
Một trong những nhiệm vụ khó khăn nhất về mặt kỹ thuật của bất kỳ nhiệm vụ có người lái nào trong tương lai tới Sao Hỏa là đưa các phi hành gia lên mặt đất an toàn. Sự kết hợp giữa tốc độ cao cần thiết cho một chuyến đi ngắn trong không gian và bầu khí quyển sao Hỏa nhẹ hơn nhiều tạo ra một vấn đề khí động học chỉ được giải quyết cho tàu vũ trụ robot cho đến nay. Nếu một ngày nào đó mọi người sẽ đi bộ trên bề mặt bụi Mars Mars, trước tiên chúng ta sẽ cần phát triển các công nghệ Nhập cảnh và Hạ cánh (EDL) tốt hơn.
Những công nghệ này là một phần của cuộc họp gần đây của Viện hành tinh âm lịch (LPI), Hội nghị về khái niệm và phương pháp tiếp cận sao Hỏa, được tổ chức vào ngày 12 đến 14 tháng 6 tại Houston, tập trung vào những tiến bộ mới nhất trong công nghệ có thể giải quyết vấn đề EDL.
Trong vô số các công nghệ đã được trình bày tại cuộc họp, hầu hết dường như liên quan đến một hệ thống nhiều tầng bao gồm một số chiến lược khác nhau. Các công nghệ khác nhau sẽ lấp đầy các tầng đó phụ thuộc một phần vào nhiệm vụ và tất cả vẫn cần thử nghiệm nhiều hơn. Ba trong số các thảo luận được thảo luận rộng rãi nhất là Hypersonic Bơm giảm tốc khí động học (HIAD), Động lực đẩy siêu âm (SRP) và các hình thức aerobraking khác nhau.
HIAD thực chất là những tấm chắn nhiệt lớn, thường được tìm thấy nhiều loại viên nang tái chế có người lái được sử dụng trong 50 năm qua của không gian vũ trụ. Họ làm việc bằng cách sử dụng diện tích bề mặt lớn để tạo ra lực kéo đủ xuyên qua bầu khí quyển của một hành tinh để làm chậm tàu du lịch đến tốc độ hợp lý. Vì chiến lược này đã hoạt động rất tốt trên Trái đất trong nhiều năm, nên việc dịch công nghệ sang Sao Hỏa là điều đương nhiên. Có một vấn đề với bản dịch mặc dù.
HIAD dựa vào sức cản không khí cho khả năng giảm tốc của tàu. Vì sao Hỏa có bầu khí quyển mỏng hơn nhiều so với Trái đất, nên sự kháng cự đó gần như không hiệu quả trong việc làm chậm lại cuộc tái ngộ. Do sự giảm hiệu quả này, HIAD chỉ được xem xét để sử dụng với các công nghệ khác. Vì nó cũng được sử dụng như một lá chắn nhiệt, nó phải được gắn vào tàu khi bắt đầu lại, khi ma sát không khí gây ra sự gia nhiệt lớn trên một số bề mặt. Khi xe đã giảm tốc độ mà việc sưởi ấm không còn là vấn đề nữa, HIAD được phát hành để cho phép các công nghệ khác tiếp quản phần còn lại của quá trình phanh.
Một trong những công nghệ khác là SRP. Trong nhiều kế hoạch, sau khi HIAD được phát hành, SRP chịu trách nhiệm chính trong việc làm chậm thủ công. SRP là loại công nghệ hạ cánh thường thấy trong khoa học viễn tưởng. Ý tưởng chung rất đơn giản. Các loại động cơ tương tự tăng tốc tàu vũ trụ để thoát vận tốc trên Trái đất có thể được quay lại và được sử dụng để ngăn chặn vận tốc đó khi đến đích. Để làm chậm con tàu, hãy lật các tên lửa đẩy ban đầu xung quanh khi thử lại hoặc thiết kế các tên lửa hướng về phía trước sẽ chỉ được sử dụng trong khi hạ cánh. Công nghệ tên lửa hóa học cần thiết cho chiến lược này đã được hiểu rõ, nhưng động cơ tên lửa hoạt động khác đi khi chúng di chuyển ở tốc độ siêu thanh. Phải thử nghiệm nhiều hơn để thiết kế các động cơ có thể đối phó với sự căng thẳng của vận tốc như vậy. SRP cũng sử dụng nhiên liệu, mà tàu sẽ được yêu cầu để mang toàn bộ khoảng cách lên Sao Hỏa, khiến hành trình của nó tốn kém hơn. Các SRP của hầu hết các chiến lược cũng bị vứt bỏ tại một số thời điểm trong quá trình hạ xuống. Trọng lượng giảm và khó khăn của một hậu duệ có kiểm soát trong khi đi theo một cột lửa đến một bãi đáp giúp dẫn đến quyết định đó.
Một khi các tên lửa đẩy SRP biến mất, trong hầu hết các thiết kế, một công nghệ aerobraking sẽ chiếm lĩnh. Một công nghệ thường được thảo luận tại hội nghị là ballute, một quả bóng kết hợp và dù. Ý tưởng đằng sau công nghệ này là nắm bắt không khí đang ào ạt bay qua tàu đổ bộ và sử dụng nó để lấp đầy một quả đạn được buộc vào tàu. Việc nén không khí xông vào vũ khí sẽ khiến khí nóng lên, thực tế là tạo ra một khinh khí cầu có đặc tính nâng tương tự như các vật liệu được sử dụng trên Trái đất. Giả sử đủ không khí được dồn vào vũ khí, nó có thể cung cấp sự giảm tốc cuối cùng cần thiết để nhẹ nhàng thả tàu đổ bộ xuống bề mặt sao Hỏa, với trọng tải tối thiểu. Tuy nhiên, tổng lượng công nghệ này sẽ làm chậm máy bay phụ thuộc vào lượng không khí mà nó có thể bơm vào cấu trúc của nó. Với không khí nhiều hơn đến ballute lớn hơn, và nhiều căng thẳng hơn trên vật liệu, ballute được tạo ra. Với những cân nhắc đó, nó không được coi là một công nghệ EDL độc lập.
Những chiến lược này hầu như không làm trầy xước bề mặt của các phương pháp EDL được đề xuất có thể được sử dụng bởi một sứ mệnh của con người lên Sao Hỏa. Tò mò, chiếc rover mới nhất sắp hạ cánh trên Sao Hỏa, đang sử dụng một số, bao gồm cả một dạng SRP duy nhất được gọi là Sky Crane. Kết quả của các hệ thống của nó sẽ giúp các nhà khoa học như những người trong hội nghị LPI xác định bộ công nghệ EDL nào sẽ hiệu quả nhất cho bất kỳ nhiệm vụ nào của con người tới Sao Hỏa trong tương lai.
Chú thích ảnh: Nghệ sĩ khái niệm về máy giảm tốc khí động học Hypersonic làm chậm sự xâm nhập khí quyển của tàu vũ trụ. Tín dụng: NASA
Chú thích ảnh thứ hai: Các máy bay phản lực siêu âm được bắn về phía trước một tàu vũ trụ để giảm tốc độ phương tiện trong quá trình xâm nhập vào bầu khí quyển sao Hỏa trước khi triển khai nhảy dù. Hình ảnh là của Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa ở Mach 12 với 4 máy bay phản lực siêu âm. Tín dụng: NASA
Nguồn: Khái niệm và phương pháp tiếp cận LPI cho thám hiểm sao Hỏa
