في العقود القادمة ، تم التخطيط لعدد من المهام للمريخ ، والتي تتضمن مقترحات لإرسال رواد فضاء إلى هناك للمرة الأولى. وهذا يمثل تحديات لوجستية وتقنية عديدة ، تتراوح من مجرد المسافة إلى الحاجة إلى زيادة الحماية ضد الإشعاع. في الوقت نفسه ، هناك أيضًا صعوبة في الهبوط على الكوكب الأحمر ، أو ما يشار إليه باسم "لعنة المريخ".
ولتعقيد الأمور بشكل أكبر ، فإن حجم وكتلة المهام المستقبلية (خاصة المركبات الفضائية المأهولة) ستتجاوز قدرة الدخول الحالي والنزول والهبوط (EDL). ولمعالجة ذلك ، أصدر فريق من علماء الفضاء دراسة أظهرت كيف يمكن للمفاضلة بين دفع الكبح على ارتفاع منخفض وزاوية مسار الطيران أن تسمح للمهام الثقيلة بالهبوط بأمان على كوكب المريخ.
الدراسة التي ظهرت مؤخرا في مجلة المركبة الفضائية والصواريخ، من تأليف كريستوفر لورنز وزاكاري ر. بوتنام - باحث في شركة الفضاء الجوي وأستاذ مساعد في هندسة الطيران في جامعة إلينوي ، على التوالي. قاموا معًا بدراسة استراتيجيات الهبوط المختلفة لمعرفة أيها يمكن أن يتغلب على "لعنة المريخ".
ببساطة ، يعد الهبوط على كوكب المريخ أمرًا صعبًا ، وقد وصل 53 ٪ فقط من المركبات الفضائية التي تم إرسالها إلى هناك منذ الستينيات إلى السطح كما هو. حتى الآن ، كانت أثقل مركبة تهبط بنجاح على كوكب المريخ هي حب الاستطلاع روفر ، الذي يزن 1 طنًا متريًا (2200 رطل). في المستقبل ، تخطط وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى لإرسال حمولاتها بكميات تتراوح من 5 إلى 20 طنًا ، وهو ما يتجاوز استراتيجيات EDL التقليدية.
في معظم الحالات ، يتكون هذا من مركبة تدخل إلى جو المريخ بسرعات تفوق سرعة الصوت تصل إلى 30 ماخ ثم تتباطأ بسرعة بسبب احتكاك الهواء. بمجرد وصولهم إلى Mach 3 ، ينشرون مظلة ويطلقون مقذوفاتهم لإبطاء السرعة. المشكلة مع المهام الثقيلة ، وفقا لبوتنام ، هي أن أنظمة المظلة لا تتناسب بشكل جيد مع زيادة كتلة السيارة.
لسوء الحظ ، تحرق محركات الصاروخ الكثير من الوقود ، مما يزيد من إجمالي كتلة السيارة - مما يعني أن هناك حاجة إلى مركبات إطلاق أثقل وتنتهي المهام بتكاليف أكثر. بالإضافة إلى ذلك ، كلما احتاجت المركبة الفضائية إلى دفع أكبر ، كلما قل حجمها الذي يمكن أن توفره للحمولة والشحن والطاقم. كما أوضح البروفيسور بوتمان في بيان صحفي إلينوي للفضاء:
"الفكرة الجديدة هي القضاء على المظلة واستخدام محركات صاروخية أكبر للنزول ... عندما تطير سيارة بشكل أسرع من الصوت ، قبل إطلاق محركات الصواريخ ، يتم إنشاء بعض الرفع ويمكننا استخدام هذا الرفع للتوجيه. إذا حركنا مركز الجاذبية بحيث لا يكون معبأ بشكل موحد ، ولكن أثقل على جانب واحد ، فإنه سيطير بزاوية مختلفة ".
بالنسبة للمبتدئين ، بحث لورنز وبوتنام في فرق الضغط الذي يحدث حول السيارة عندما تضرب الغلاف الجوي للمريخ. بشكل أساسي ، يختلف التدفق حول السيارة في الأعلى عن الجزء السفلي من السيارة ، مما يخلق رفعًا في اتجاه واحد. يمكن استخدام هذه الحياة لتوجيه السيارة لأنها تتباطأ من خلال الغلاف الجوي.
كما أوضح بوتنام ، يمكن للمركبة إما استخدام جيوبها الخلفية في هذه المرحلة لهبوط الطائرة بدقة ، أو يمكنها الحفاظ على دافعتها للهبوط بأكبر قدر ممكن من الكتلة - أو يمكن تحقيق التوازن بين الاثنين. في النهاية ، إنها مسألة مدى الارتفاع الذي تطلقه الصواريخ. كما قال بوتنام:
"السؤال هو ، إذا علمنا أننا سنقوم بإضاءة المحركات الهابطة ، على سبيل المثال ، ماخ 3 ، كيف يجب أن ندير السيارة بشكل ديناميكي في نظام تفوق سرعة الصوت حتى نستخدم الحد الأدنى من الوقود الدافع ونزيد كتلة الكتلة إلى أقصى حد الحمولة التي يمكننا الهبوط عليها؟ لزيادة كمية الكتلة التي يمكننا [الهبوط] على السطح إلى أقصى حد ، يعد الارتفاع الذي تشعل فيه محركات الهبوط أمرًا مهمًا ، ولكن أيضًا الزاوية التي تصنعها ناقلات السرعة الخاصة بك مع الأفق - إلى أي مدى تكون حادًا. "
هنا يكمن جانب مهم آخر من الدراسة ، حيث قيم لورنز وبوتنام كيفية الاستفادة المثلى من ناقلات المصعد. ما وجدوه هو أنه من الأفضل الدخول إلى جو المريخ مع توجيه ناقل الرفع إلى أسفل ، وبالتالي فإن السيارة تغوص ، ثم (اعتمادًا على الوقت والسرعة) لتبديل الرفع والتحليق على ارتفاع منخفض.
قال بوتنام: "هذا يمكّن السيارة من قضاء المزيد من الوقت في التحليق على ارتفاع منخفض حيث تكون كثافة الغلاف الجوي أعلى". "هذا يزيد من السحب ، ويقلل من كمية الطاقة التي يجب إزالتها بواسطة محركات الهبوط."
يمكن لاستنتاجات هذه الدراسة أن تعلم البعثات المستقبلية إلى المريخ ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالمركبات الفضائية الثقيلة التي تنقل البضائع والأطقم. في حين أن استراتيجية EDL ستؤدي إلى هبوط أكثر إثارة للأعصاب ، فإن احتمالات هبوط الطاقم بأمان وعدم الاستسلام لـ "Great Galactic Ghoul".
ما وراء المريخ ، يمكن لهذه الدراسة آثارًا على الهبوط على أجسام شمسية أخرى ذات أجواء رقيقة. في نهاية المطاف ، يمكن لاستراتيجية لورنز وبوتنام لدخول فرط سرعة الصوت ودفع كبح منخفض الارتفاع أن تساعد في المهام المرسلة إلى جميع أنواع الأجرام السماوية.
