ΜΑΝΙΦΕΣΤΟ

Το βαρύτερο όχημα που έχει προσεδαφιστεί επιτυχώς στον Άρη είναι το Curiosity του ενός τόνου. Ωστόσο, για να υλοποιηθούν πιο φιλόδοξες ρομποτικές αποστολές, και εν τέλει επανδρωμένη αποστολή, χρειάζεται να κατεβούν στην επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη βαρύτερα σκάφη, 5-20 τόνων. Για να καταστεί εφικτό αυτό, πρέπει να διαπιστωθεί πώς θα γίνει δυνατή η προσεδάφιση μεγαλύτερης μάζας, κι αυτός ήταν ακριβώς ο στόχος πρόσφατης μελέτης στο University of Illinois at Urbana-Champaign στις ΗΠΑ.

Κανονικά, όταν ένα σκάφος εισέρχεται στην ατμόσφαιρα του Άρη, σε τεράστιες ταχύτητες (περίπου 30 φορές αυτής του ήχου-στην κλίμακα των hypersonic ταχυτήτων, δηλαδή από 5 Μαχ και άνω) επιβραδύνει γρήγορα, ανοίγει αλεξίπτωτο και μετά ολοκληρώνει την προσεδάφιση, ενεργοποιώντας πυραυλοκινητήρες ή αερόσακους. «Δυστυχώς, στα συστήματα αλεξιπτώτων δεν αυξάνεται καλά η κλίμακα με τα σκάφη μεγαλύτερης μάζας. Η νέα ιδέα είναι να εξαφανίσουμε το αλεξίπτωτο και να χρησιμοποιήσουμε μεγαλύτερους πυραυλοκινητήρες για την κάθοδο» λέει ο Ζαχ Πάτναμ, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Αεροδιαστημικής Μηχανικής του πανεπιστημίου.

Σύμφωνα με τον Πάτναμ, όταν το σκάφος έχει επιβραδύνει στα 3 Μαχ (τρεις φορές η ταχύτητα του ήχου), οι κινητήρες retropropulsion ενεργοποιούνται, ωθώντας προς την αντίθετη πλευρά για να επιβραδύνουν το σκάφος επαρκώς, ώστε να προσεδαφιστεί με ασφάλεια. Το πρόβλημα είναι η μεγάλη κατανάλωση καυσίμου, οπότε απαιτείται περισσότερο καύσιμο, κάτι που σημαίνει μεγαλύτερη μάζα κ.ο.κ.

«Όταν ένα όχημα πετά σε hypersonic ταχύτητες, πριν ενεργοποιηθούν οι πυραυλοκινητήρες, παράγεται κάποια ανύψωση, και μπορούμε να τη χρησιμοποιήσουμε για πηδαλιούχηση» λέει ο Πάτναμ. «Αν μετακινήσουμε το κέντρο βάρους έστι ώστε να είναι μην είναι ίσα κατανεμημένο, μα βαρύτερο στη μία πλευρά, θα πετά σε διαφορετική γωνία» περιγράφει.

Όπως εξηγεί ο Πάτναμ, η ροή γύρω από το σκάφος είναι διαφορετική στο πάνω σημείο και διαφορετική στο κάτω, δημιουργώντας ανισορροπία (διαφορικό πίεσης). Εφόσον η ανύψωση είναι προς τη μία κατεύθυνση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κατεύθυνση του οχήματος, καθώς επιβραδύνει στην ατμόσφαιρα.

«Έχουμε έναν βαθμό ελέγχου κατά τη διάρκεια της εισόδου, της καθόδου και της προσεδάφισης, τη δυνατότητα πηδαλιούχησης» προσθέτει ο Πάτναμ. «Σε hypersonic ταχύτητες, το όχημα μπορεί να χρησιμοποιήσει την ανύψωση για να πηδαλιουχηθεί. Όταν ενεργοποιηθούν οι κινητήρες καθόδου, έχουν μια συγκεκριμένη ποσότητα καυσίμου. Μπορείς να ενεργοποιήσεις τους κινητήρες έτσι ώστε να προσγειωθείς με μεγάλη ακρίβεια. Μπορείς να ξεχάσεις την ακρίβεια και να το χρησιμοποιήσεις όλο για να προσεδαφίσεις το μεγαλύτερο διαστημόπλοιο που μπορείς ή μπορείς να βρεις μια ισορροπία κάπου ενδιάμεσα» αναφέρει.

«Το ερώτημα είναι αν ξέρουμε πώς θα ενεργοποιήσουμε τους κινητήρες καθόδου πχ στα 3 Μαχ, πώς θα έπρεπε να κατευθύνουμε αεροδυναμικά το όχημα σε hypersonic ταχύτητες έτσι ώστε να χρησιμοποιήσουμε την ελάχιστη ποσότητα καυσίμου και να μεγιστοποιήσουμε τη μάζα του φορτίου που μπορούμε να προσεδαφίσουμε; Για να μεγιστοποιήσουμε την ποσότητα της μάζας που μπορούμε να προσεδαφίσουμε στην επιφάνεια, το ύψος στο οποίο ενεργοποιείς τις μηχανές καθόδου είναι σημαντικό, αλλά επίσης και η γωνία που σχηματίζει το διάνυσμα ταχύτητάς σου με τον ορίζοντα – σε πόσο απότομη γωνία κατεβαίνεις» συμπληρώνει ο Πάτναμ.

Στο πλαίσιο της μελέτης, διερευνήθηκε πώς γίνεται η καλύτερη δυνατή χρήση του διανύσματος ανύψωσης, χρησιμοποιώντας τις βέλτιστες δυνατές τεχνικές ελέγχου για τη διαμόρφωση στρατηγικών ελέγχου, που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε hypersonic ταχύτητες, υπό διαφορετικές συνθήκες σε άλλους πλανήτες, χαρακτηριστικών διαστημικών σκαφών κ.α., με απώτερο στόχο την προσεδάφιση της μέγιστης δυνατής μάζας.

«Όπως προκύπτει, το βέλτιστο από άποψης καυσίμου είναι να μπαίνεις στην ατμόσφαιρα με το διάνυσμα ανύψωσης στραμμένο προς τα κάτω, έτσι ώστε το σκάφος να πραγματοποιεί βύθιση. Τότε, την κατάλληλη στιγμή, με βάση τον χρόνο ή την ταχύτητα, το στρέφεις προς τα επάνω, οπότε το αεροσκάφος γυρνά προς τα πάνω και πετά σε χαμηλό ύψος. Αυτό επιτρέπει στο σκάφος να περνά περισσότερο χρόνο πετώντας χαμηλά, όπου η πυκνότητα της ατμόσφαιρας είναι μεγαλύτερη, με αποτέλεσμα τη μείωση της ενέργειας που πρέπει να “διώξουν” οι κινητήρες καθόδου» τονίζει ο Πάτναμ.