El vehículo más pesado para aterrizar con éxito en Marte es el Curiosity Rover a 1 tonelada métrica, aproximadamente 2,200 libras. El envío de misiones robóticas más ambiciosas a la superficie de Marte, y eventualmente a los humanos, requerirá masas de carga útil aterrizadas en el 5-20-rango de toneladas. Para hacer eso, necesitamos descubrir cómo conseguir más masa. Ese era el objetivo de un estudio reciente.
Normalmente, cuando un vehículo ingresa a la atmósfera de Marte a velocidades hipersónicas de aproximadamente Mach 30, se desacelera rápidamente, despliega un paracaídas para reducir la velocidad más y luego usa motores de cohetes o bolsas de aire para terminar el aterrizaje.
"Desafortunadamente, los sistemas de paracaídas no se adaptan bien al aumentar la masa del vehículo. La nueva idea es eliminar el paracaídas y usar motores de cohetes más grandes para el descenso", dijo Zach Putnam, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinoisen Urbana-Champaign.
Según Putnam, cuando el módulo de aterrizaje se ha desacelerado a aproximadamente Mach 3, los motores de retropropulsión se encienden, se disparan en la dirección opuesta para reducir la velocidad del vehículo para un aterrizaje seguro. El problema es que quema mucho propulsor. El propulsor agregaa la masa del vehículo, que puede aumentar rápidamente el costo del vehículo y superar la capacidad de lanzamiento actual aquí en la Tierra. Y cada kilogramo de propulsor es un kilogramo que no puede ser una carga útil: humanos, instrumentos científicos, carga, etc.
"Cuando un vehículo está volando hipersónicamente, antes de que se disparen los motores de los cohetes, se genera algo de elevación y podemos usar ese elevador para la dirección", dijo Putnam. "Si movemos el centro de gravedad para que no esté empaquetado uniformemente, peromás pesado en un lado, volará en un ángulo diferente "
Putnam explicó que el flujo alrededor del vehículo es diferente en la parte superior e inferior, lo que crea un desequilibrio, un diferencial de presión. Debido a que el elevador está en una dirección, puede usarse para dirigir el vehículo a medida que desacelera a través de la atmósfera.
"Tenemos una cierta cantidad de autoridad de control durante la entrada, el descenso y el aterrizaje, es decir, la capacidad de conducir", dijo Putnam. "Hipersónico, el vehículo puede usar el elevador para conducir. Una vez que se encienden los motores de descenso,los motores tienen una cierta cantidad de propulsor. Puede disparar motores de tal manera que aterrice con mucha precisión, puede olvidarse de la precisión y usarlo todo para aterrizar la nave espacial más grande posible, o puede encontrar un equilibrio en el medio.
"La pregunta es, si sabemos que vamos a encender los motores de descenso a, digamos, Mach 3, ¿cómo debemos dirigir el vehículo aerodinámicamente en el régimen hipersónico para que usemos la mínima cantidad de propulsor y maximicemos la masade la carga útil que podemos aterrizar?
"Para maximizar la cantidad de masa que podemos aterrizar en la superficie, la altitud a la que enciende los motores de descenso es importante, pero también el ángulo que forma su vector de velocidad con el horizonte: qué tan empinado está entrando"Dijo Putnam
El estudio aclaró cómo hacer el mejor uso del vector de elevación, utilizando técnicas de control óptimas para identificar estrategias de control que pueden usarse hipersónicamente en diferentes condiciones de entrega interplanetaria, propiedades del vehículo y altitudes de aterrizaje para maximizar la masa de aterrizaje.
"Resulta que es óptimo para los propulsores entrar a la atmósfera con el vector de elevación apuntando hacia abajo para que el vehículo esté buceando. Luego, en el momento justo en función del tiempo o la velocidad, cambie para levantar, para que el vehículo se retire yvuela a baja altitud ", dijo Putnam." Esto permite que el vehículo pase más tiempo volando bajo donde la densidad atmosférica es mayor. Esto aumenta la resistencia, reduciendo la cantidad de energía que deben eliminar los motores de descenso ".
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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