Il veicolo più pesante per atterrare con successo su Marte è il Curiosity Rover a 1 tonnellata, circa 2, 200 libbre. Inviando missioni robotiche più ambiziose sulla superficie di Marte, e alla fine gli umani, richiederanno masse di carico utile sbarcate nell'intervallo da 5 a 20 tonnellate. Fare quello, dobbiamo capire come far atterrare più massa. Questo era l'obiettivo di un recente studio.

Normalmente, quando un veicolo entra nell'atmosfera di Marte a velocità ipersoniche di circa Mach 30, rallenta velocemente, dispiega un paracadute per rallentare di più, quindi utilizza motori a razzo o airbag per completare l'atterraggio.

"Sfortunatamente, i sistemi di paracadute non si adattano bene con l'aumento della massa del veicolo. La nuova idea è eliminare il paracadute e utilizzare motori a razzo più grandi per la discesa, " ha detto Zach Putnam, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.

Secondo Putnam, quando il lander ha rallentato a circa Mach 3, si accendono i motori di retropropulsione, sparato nella direzione opposta per rallentare il veicolo per un atterraggio sicuro. Il guaio è, che brucia molto propellente. Il propellente aumenta la massa del veicolo, che può far aumentare rapidamente il costo del veicolo e superare l'attuale capacità di lancio qui sulla Terra. E ogni chilogrammo di propellente è un chilogrammo che non può essere carico utile:umani, strumenti scientifici, carico, eccetera.

"Quando un veicolo vola in modo ipersonico, prima che i motori a razzo si accendano, viene generata una portanza e possiamo usare quella portanza per sterzare, " ha detto Putnam. "Se spostiamo il centro di gravità in modo che non sia imballato in modo uniforme, ma più pesante da un lato, volerà con un'angolazione diversa."

Putnam ha spiegato che il flusso intorno al veicolo è diverso nella parte superiore e inferiore, il che crea uno squilibrio, un differenziale di pressione. Poiché l'ascensore è in una direzione, può essere utilizzato per guidare il veicolo mentre decelera attraverso l'atmosfera.

"Abbiamo una certa quantità di autorità di controllo durante l'ingresso, discesa, e atterraggio, cioè la capacità di guidare." Disse Putnam. "Ipersonicamente, il veicolo può utilizzare l'ascensore per sterzare. Una volta accesi i motori di discesa, i motori hanno una certa quantità di propellente. Puoi azionare i motori in modo tale da atterrare in modo molto accurato, puoi dimenticare la precisione e usarla tutta per far atterrare la più grande astronave possibile, oppure puoi trovare un equilibrio nel mezzo.

"La domanda è, se sappiamo che accenderemo i motori di discesa a, dire, macchina 3, come dovremmo guidare aerodinamicamente il veicolo nel regime ipersonico in modo da utilizzare la quantità minima di propellente e massimizzare la massa del carico utile che possiamo atterrare?

"Per massimizzare la quantità di massa possiamo atterrare sulla superficie, l'altitudine alla quale accendi i motori di discesa è importante, ma anche l'angolo che il tuo vettore di velocità fa con l'orizzonte:quanto sei ripido, " ha detto Putnam.

Lo studio ha chiarito come utilizzare al meglio il vettore ascensore, utilizzando tecniche di controllo ottimali per identificare strategie di controllo che possono essere utilizzate ipersonicamente in diverse condizioni di consegna interplanetaria, proprietà del veicolo, e altitudini atterrate per massimizzare la massa atterrata.

"Si scopre, è ottimale per il propellente entrare nell'atmosfera con il vettore di sollevamento puntato verso il basso in modo che il veicolo si tuffi. Quindi al momento giusto in base al tempo o alla velocità, passare per sollevare, così il veicolo si allontana e vola a bassa quota, " Putnam ha detto. "Questo consente al veicolo di trascorrere più tempo volando basso dove la densità atmosferica è più alta. Questo aumenta la resistenza, riducendo la quantità di energia che deve essere rimossa dai motori di discesa."

Lo studio, "Opzioni di traiettoria di ingresso per veicoli ad alto coefficiente balistico su Marte, " è stato scritto da Christopher G. Lorenz e Zachary R. Putnam. Appare nel Journal of Spacecraft and Rockets .