«7 минут террора»: взгляд на технологию, которая понадобится «Персеверансу», чтобы выжить при посадке на Марс

Nov 19, 2023

Сотрудник ARC DECRA, Центр гиперзвука, Школа машиностроения и горного дела, Университет Квинсленда

Крис Джеймс не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирования от какой-либо компании или организации, которым может быть полезна эта статья, и не раскрыл никакой связи, кроме своей академической должности.

Университет Квинсленда предоставляет финансирование как член The Conversation AU.

Посмотреть всех партнеров

Этот месяц был напряженным для исследования Марса. Несколько стран отправили миссии на Красную планету в июне прошлого года, воспользовавшись окном запуска. Большинство из них прибыли после восьмимесячного путешествия.

В течение следующих нескольких дней НАСА осуществит прямой вход в атмосферу Марса, чтобы посадить марсоход «Настойчивость» в марсианском кратере Джезеро.

Читать далее: Когда новые зонды достигают Марса, вот что мы знаем о поездках на Красную планету

«Настойчивость» размером с автомобиль является самой крупной полезной нагрузкой на Марсе — она весит буквально тонну (на Земле). После приземления марсоход будет искать признаки древней жизни и собирать образцы, которые в конечном итоге будут возвращены на Землю.

В миссии будет использоваться то же оборудование, что и в миссии Марсианской научной лаборатории (MSL) 2012 года, в ходе которой приземлился марсоход Curiosity, но будут внесены некоторые обновления, включая повышенную точность приземления марсохода.

Путешествие Curiosity предоставило массу информации о том, в какой среде может оказаться Марс 2020 и какие технологии ему потребуются для выживания.

Поскольку Марс представляет собой враждебную и удаленную среду с атмосферой примерно в 100 раз тоньше земной, у приближающегося космического корабля мало атмосферы, которую он мог бы использовать для аэродинамического замедления.

Скорее, выживание на Марсе требует творческого сочетания аэродинамики, парашютов, ретро-движения (использование тяги двигателя для замедления при приземлении) и часто большой подушки безопасности.

Кроме того, модели марсианской погоды не обновляются в режиме реального времени, поэтому мы не знаем точно, с какой средой столкнется зонд во время входа. Непредсказуемые погодные явления, особенно пыльные бури, являются одной из причин снижения точности приземления в предыдущих миссиях.

Читать далее: Марсианские миссии из Китая и ОАЭ собираются выйти на орбиту – вот что они могут обнаружить

Инженеры НАСА называют этап входа, спуска и приземления (EDL) миссий по входу на Марс «семи минутами ужаса». Всего за семь минут существует множество способов входа в систему, которые могут оказаться неудачными.

Космический корабль MSL 2012 года был оснащен тепловым экраном диаметром 4,5 метра, который защищал аппарат во время его спуска через атмосферу Марса.

Он вошел в марсианскую атмосферу со скоростью около 5900 метров в секунду. Это гиперзвук, что означает, что он более чем в пять раз превышает скорость звука.

Марс 2020 года будет аналогичным. Он будет в значительной степени полагаться на свою систему тепловой защиты, в том числе на передний и задний теплозащитные экраны, чтобы не дать горячему потоку повредить уложенный внутри марсоход.

На гиперзвуковых скоростях атмосфера Марса не сможет достаточно быстро уйти с пути космического корабля. В результате спереди сформируется сильная ударная волна.

В этом случае газ перед автомобилем будет быстро сжиматься, вызывая огромный скачок давления и температуры между ударной волной и тепловым экраном.

Горячий постударный поток нагревает поверхность теплового экрана при входе, но тепловой экран защищает внутреннюю структуру от этого тепла.

Поскольку миссии MSL 2012 и Mars 2020 используют относительно большую полезную нагрузку, эти космические корабли подвергаются более высокому риску перегрева на этапе входа.

Но MSL эффективно обошла эту проблему, во многом благодаря специально разработанному тепловому экрану, который впервые использовал материал НАСА для абляции фенольной пропиткой углерода (PICA).

Этот материал, который также используется в космическом корабле «Марс 2020», изготовлен из рубленого углеродного волокна, залитого синтетической смолой. Он очень легкий, может поглощать огромное количество тепла и является эффективным изолятором.