Atmosférický vstup na Mars - Mars atmospheric entry

NASA Zvědavost rover a jeho padák spatřili NASA Mars Reconnaissance Orbiter když sonda sestoupila na povrch. 6. srpna 2012.
Video sestupové fáze přicházející k přistání na Marsu (2012, NASA)

Atmosférický vstup na Mars je vstup do atmosféra Marsu. Vysokorychlostní vstup do marťanského vzduchu vytváří CO2-N2 plazma, na rozdíl od O2-N2 pro zemský vzduch.[1] Vstup na Mars je ovlivněn radiačními účinky horkého CO2 ve vzduchu visel plyn a marťanský prach.[2] Letové režimy pro systémy vstupu, sestupu a přistání zahrnují aerocapture, hypersonické, nadzvukové a podzvukové.[3]

Přehled

Systémy tepelné ochrany a atmosférické tření byly historicky použity ke snížení většiny Kinetická energie které je třeba před přistáním ztratit, s padáky a někdy i poslední kousek retropropulze použitý při konečném přistání. Vysokohorská retropropulze s vysokou rychlostí je zkoumán pro budoucí dopravní lety s těžšími náklady.

Například, Mars Pathfinder vstoupil v roce 1997.[4] Asi 30 minut před vjezdem se oddělily výletní fáze a vjezdová kapsle.[4] Když kapsle zasáhla atmosféru, zpomalila z přibližně 7,3 km / s na 0,4 km / s (16330 mph na 900 mph) během tří minut.[4] Při sestupu se padák otevřel, aby se dále zpomalil a brzy po uvolnění tepelného štítu.[4] Během vstupu byl signál přenášen zpět na Zemi, včetně semafor signály pro důležité události.[4]

Porovnání nadmořské výšky (osa y) a rychlosti (osa x) různých přistávacích modulů Marsu
Padák z Přistávací modul Phoenix otevřené, jak klesá v atmosféře Marsu. Tento snímek pořídil Mars Reconnaissance Orbiter s HiRISE
MSL tepelný štít

Seznam kosmických lodí

Vyřazený tepelný štít MER-B na povrchu Marsu.

Některé příklady kosmických lodí, které se pokusily přistát na povrchu Marsu:

Technologie

Termální snímky NASA z NASA Test SpaceX s kontrolovaným sestupem a Falcon 9 první fáze od oddělení fáze dále, dále 21. září 2014. Zahrnuje záběry „motorového letu přes retropropulzní režim relevantní pro Mars“, začátek ve videu ve 1:20.

Nasazitelný decelerátor, jako je padák, může po tepelném štítu zpomalit kosmickou loď.[5] Obvykle se používá padák Disk-Gap-Band, ale další možností jsou koncová nebo připojená nafukovací vstupní zařízení.[5] Mezi nafukovací typy patří koule s plotem, slza s plotem, izotensoid, torusnebo napínací kužel a připojené typy zahrnují izotensoid, napínací kužel, a skládaný toroidní tupý kužel.[5] Vědci z éry programu Viking byli skutečnými průkopníky této technologie a vývoj musel být po desetiletích zanedbávání restartován.[5] Tyto nejnovější studie to ukázaly napínací kužel, izotensoid, a skládaný torus mohou být nejlepšími typy.[5]

Finsko je MetNet pokud je sonda odeslána, může použít rozšiřitelný vstupní štít.[6] Lze také použít marťanský vzduch aerobraking na orbitální rychlost (aerocapture ), spíše než sestup a přistání.[1] Supersonický retro pohon je dalším konceptem, který vrhá rychlost.[7]

NASA provádí výzkum technologií retropropulzivního zpomalení s cílem vyvinout nové přístupy k vstupu atmosféry na Mars. Klíčovým problémem pohonných technik je řešení problémů s prouděním tekutin a ovládání postoje klesajícího vozidla během fáze nadzvukového retropropulze vstupu a zpomalení. Přesněji řečeno, NASA provádí termální zobrazování studie sběru dat z infračerveného snímače SpaceX posilovací zkoušky s kontrolovaným sestupem které jsou aktuálně od roku 2014, v plném proudu.[8]Výzkumný tým se zvláště zajímá o 70–40 kilometrů (43–25 mil) nadmořských výšek „reentry hoření“ SpaceX při vstupních testech Země Falcon 9, protože se jedná o „motorový let přes retropulzní režim relevantní pro Mars „který modeluje podmínky vstupu a sestupu na Mars,[9] i když SpaceX se samozřejmě zajímá také o konečné spálení motoru a nižší rychlost retropropulzivní přistání stejně, protože to je kritická technologie pro jejich opakovaně použitelný posilovač rozvojový program které doufají, že použijí pro přistání na Marsu ve 20. letech 20. století.[10][11]

Příklady

Mars Science Laboratory

Následující data byla sestavena uživatelem Mars Science Laboratory Tým Entry, Descent and Landing v Laboratoř tryskového pohonu NASA. Poskytuje časovou osu kritických událostí mise, ke kterým došlo večer 5. srpna PDT (začátkem 6. srpna EDT).[12]

událostČas výskytu události v Mars (PDT )Čas Událost Událost přijata dne Země (PDT)
Atmosférický vstup22:10: 45,7 odp22:24: 33,8 odp
Nasazení padákem22:15: 04,9 hodin22:28: 53,0 odp
Oddělení tepelného štítu22:15: 24,6 hodin22:29: 12,7 hodin
Rover spuštěn nebeským jeřábem22:17: 38,6 hodin22:31: 26,7 hodin
Přistání22:17: 57,3 odp22:31: 45,4 odp

675608main edl20120809-full.jpg

Tým EDL společnosti Curiosity vydává časovou osu pro milníky mise (zobrazené v konceptu tohoto umělce) obklopující přistání roveru Mars.

Mars Pathfinder EDL

Ilustrace atmosférického vstupu Marsu z 90. let


Identifikace místa přistání

Koncepce umění pro koncept přistání na Marsu, jak se přibližuje k povrchu, ilustrující, jak je identifikace bezpečného místa přistání znepokojující.[13]

Vložené snímky ukazují, jak zobrazovací systém sestupu přistávacího modulu identifikuje nebezpečí (NASA, 1990)

Viz také

Reference

  1. ^ A b J. Louriero a kol. - Výzkum atmosférického vstupu v Centru fyziky plazmatu Archivováno 2011-01-20 na Wayback Machine
  2. ^ Haberle, Robert M .; Houben, Howard C .; Hertenstein, Rolf; Herdtle, Tomas (1993). „Boundary-Layer Model for Mars: Comparison with Viking Lander and Entry Data“. Journal of the Atmospheric Sciences. 50 (11): 1544–1559. doi:10.1175 / 1520-0469 (1993) 050 <1544: ABLMFM> 2,0.CO; 2. ISSN  0022-4928.
  3. ^ Vývoj nadzvukového retro pohonu pro budoucí systémy vstupu, sestupu a přistání na Mars Archivováno 2012-02-27 na Wayback Machine (.pdf)]
  4. ^ A b C d E Strategie vstupu do atmosféry Mars Pathfinder - NASA
  5. ^ A b C d E B. P. Smith a kol. - Historický přehled vývoje technologie nafukovacích aerodynamických zpomalovačů Archivováno 2012-04-24 na Wayback Machine
  6. ^ MetNet EDLS[trvalý mrtvý odkaz ]
  7. ^ Hoppy Price - Strohá lidská mise na Mars (2009) - JPL
  8. ^ Morring, Frank, Jr. (2014-10-16). „NASA, SpaceX Share Data On Supersonic Retropropulsion: Data-sharing deal will help SpaceX land Falcon 9 on Earth and NASA put people on Mars“. Letecký týden. Citováno 2014-10-18. požadavky na propulzní návrat první etapy zde na Zemi a pak ... požadavky na přistání těžkého nákladu na Marsu, existuje oblast, kde se tyto dva překrývají - jsou přímo na sobě ... nosnou raketu a chcete ji ovládat kontrolovaným způsobem, skončíte s provozováním tohoto pohonného systému v nadzvukovém režimu ve správných nadmořských výškách, abyste získali podmínky relevantní pro Mars.
  9. ^ „Nová data komerčního raketového sestupu mohou pomoci NASA s budoucími přistáními na Marsu, č. 14–287“. NASA. 17. 10. 2014. Citováno 2014-10-19.
  10. ^ Elon Musk (29. září 2017). Stát se druhem více planet (video). 68. výroční zasedání Mezinárodního astronautického kongresu v australském Adelaide: SpaceX. Citováno 2018-01-02 - přes YouTube.CS1 maint: umístění (odkaz)
  11. ^ Dent, Steve (29. září 2017). „Sen Elona Muska o Marsu závisí na nové obří raketě“. Engadget. Citováno 2018-01-02.
  12. ^ NASA - milníky časové osy mise během přistání zvědavosti
  13. ^ „Exploration Imagery S91-25383“. NASA. Února 1991.

Další čtení