Još 2007. razgovarao sam sa Robom Meningom, vrhunskim inženjerom u Laboratoriji za mlazni pogon, i on mi je rekao nešto šokantno. Iako je uspešno vodio timove za ulazak, spuštanje i sletanje (EDL) za tri misije rovera na Mars, rekao je da bi izgledi za sletanje ljudske misije na Crvenu planetu mogli biti nemogući.
Ali sada, nakon skoro 20 godina rada i istraživanja – kao i uspešnijih sletanja rovera na Mars – Mening kaže da su se izgledi znatno poboljšali.
„Napravili smo ogroman napredak od 2007.“, rekao mi je Mening kada smo ćaskali pre nekoliko nedelja 2024. „Zanimljivo je kako je evoluirao, ali fundamentalni izazovi koje smo imali 2007. nisu nestali, samo su se promenili .“
Problemi nastaju zbog kombinacije ultra tanke atmosfere Marsa – koja je preko 100 puta tanja od Zemljine – i ultra velike svemirske letelice potrebne za ljudske misije, verovatno između 20 i 100 metričkih tona.
„Mnogi ljudi odmah zaključuju da bi sletanje ljudi na Mars trebalo da bude lako“, rekao je Mening 2007. godine, „pošto smo uspešno sleteli na Mesec i rutinski spuštamo vozila koja nose ljude iz svemira na Zemlju. I pošto Mars pada između Zemlja i mesec po veličini i količini atmosfere, onda bi sredina Marsa trebalo da bude laka.“
Ali Marsova atmosfera pruža izazove koji se ne mogu naći na Zemlji ili Mesecu. Velika, teška svemirska letelica koja prolazi kroz tanku, nestabilnu atmosferu Marsa ima samo nekoliko minuta da uspori od dolaznih međuplanetarnih brzina (na primer, rover Perseverance je putovao 19 500 km/h kada je stigao na Mars) do ispod 1 maha, i zatim brzo pređite na lender da usporite da biste mogli nežno da sletite.
Godine 2007. među inženjerima EDL-a preovladavala je ideja da postoji premalo atmosfere da bismo sleteli kao mi na Zemlju, ali je zapravo previše atmosfere na Marsu da bismo sleteli teška vozila kao što mi radimo na Mesec koristeći samo propulzivnu tehnologiju.
„Mi to zovemo problem nadzvučne tranzicije“, rekao je Mening, ponovo 2007. „Jedinstveno za Mars, postoji jaz između brzine i visine ispod 5 maha. Jaz je između mogućnosti isporuke velikih ulaznih sistema na Marsu i sposobnosti super- i podzvučne tehnologije usporavanja kako bi se smanjila brzina zvuka.“
Najveći teret koji je do sada sleteo na Mars je rover Perseverance, koji ima masu od oko 1 metričke tone. Uspešno sletanje Perseverance i njegovog prethodnika Curiositi zahtevalo je komplikovanu seriju manevara i uređaja nalik Rubeu Goldbergu, kao što je Ski Crane. Veća vozila sa ocenom ljudi će dolaziti još brža i teža, što će ih činiti neverovatno teškim za usporavanje.
„Dakle, kako usporiti do podzvučnih brzina“, rekao je Mening sada 2024. kao glavni inženjer u JPL-u, „da biste došli do brzina gde tradicionalno znamo kako da ispalimo naše motore da bismo omogućili tačdaun? Mislili smo na veće padobrane ili supersonične usporivače poput LOFTID-a (Test letenja u niskoj orbiti na naduvavanju) koji je testirala NASA) bi nam omogućio da možda bolje usporimo, ali i dalje je bilo problema sa oba ta uređaja.“
Ali postojao je jedan trik o kojem nismo ništa znali“, nastavio je Mening. „Kako bi bilo da koristite svoj pogonski sistem i pokrenete motore unazad — retro pogon — dok letite supersoničnim brzinama da smanjite brzinu? Još 2007. nismo znali odgovor na to. Nismo čak ni mislili da je to moguće .“
Zašto ne? Šta bi moglo poći po zlu?
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
„Kada pokrenete motore unazad dok se krećete kroz atmosferu, formira se front udarca i on bi se kretao okolo“, objasnio je Mening, „tako da bi mogao da naiđe i udari vozilo i prouzrokuje nestabilnost ili ošteti Takođe letite pravo u auspuh raketnog motora, tako da bi moglo biti dodatnog trenja i mogućnosti zagrevanja na vozilu.“
Sve ovo je veoma teško modelirati i praktično nije bilo iskustva u tome, jer 2007. niko nikada nije koristio samo propulzivnu tehnologiju da uspori, a zatim spusti svemirsku letelicu nazad na Zemlju. To je uglavnom zato što prelepa, luksuzno gusta atmosfera naše planete lako usporava letelicu, posebno sa padobranom ili kreativnim letenjem kao što je to učinio spejs šatl.
„Ljudi su to malo proučavali i došli smo do zaključka da bi bilo sjajno probati i saznati da li možemo da pokrenemo motore unazad i vidimo šta će se desiti“, razmišljao je Mening, dodajući da nema dodatnih sredstava. da lansira raketu samo da gledam kako se ponovo spušta i vidi šta se dogodilo.
Ali onda je SpaceKs počeo da radi testove u pokušaju da vrati prvi stepen pojačanja svog Falcona 9 na Zemlju kako bi ga ponovo koristio.
„SpaceKs je rekao da će to isprobati“, rekao je Mening, „i da bi to uradili, morali su da uspore buster u supersoničnoj fazi dok je u gornjoj atmosferi Zemlje. Dakle, postoji deo leta u kojem oni ispaljuju svoje motore unazad nadzvučnim brzinama kroz razređenu atmosferu, što je veoma slično na Marsu.“
Kao što možete zamisliti, ovo je bilo neverovatno intrigantno za EDL inženjere koji su razmišljali o budućim misijama na Mars.
Posle nekoliko godina pokušaja, grešaka i neuspeha, 29. septembra 2013, SpaceKs je izveo prvi manevar supersonične retropropulzije (SRP) kako bi usporio ponovni ulazak prve faze njihove rakete Falcon 9. Iako je na kraju udario u okean i bio uništen, SRP je zapravo radio na usporavanju pojačivača.
NASA je pitala da li njihovi EDL inženjeri mogu da gledaju i proučavaju SpaceKs-ove podatke, i SpaceKs se spremno složio. Počevši od 2014. godine, NASA i SpaceKs formirali su trogodišnje javno-privatno partnerstvo usredsređeno na analizu podataka SRP pod nazivom NASA Propulzivna tehnologija spuštanja (PDT) projekat. F9 pojačivači su bili opremljeni posebnim instrumentima za prikupljanje podataka posebno o delovima ulaznog sagorevanja koji su bili u opsegu Mahovih brojeva i dinamičkih pritisaka koji se očekuju na Marsu. Pored toga, postojale su kampanje vizuelnih i infracrvenih slika, rekonstrukcija leta i analiza dinamike fluida — sve je to pomoglo i NASA-i i SpaceKs-u.
Na opšte iznenađenje i oduševljenje, uspelo je. 21. decembra 2015. godine, prvi stepen F9 se vratio i uspešno sleteo u zonu sletanja 1 na Kejp Kanaveralu, prvo sletanje rakete orbitalne klase. Ovo je bila demonstracija SRP-a koja je promenila igru, koja je unapredila znanje i testirala tehnologiju korišćenja SRP-a na Marsu.
„Na osnovu završenih analiza, preostali izazov SRP-a je okarakterisan kao jedan od razboritog inženjeringa sistema leta koji zavisi od sazrevanja specifičnih sistema leta na Marsu, a ne od napretka tehnologije“, napisao je tim EDL-a, detaljno izlažući rezultate PDT projekta u radu. Ukratko, uspeh SpaceKs-a značio je da neće biti potrebna nikakva nova fensi tehnologija ili kršenje zakona fizike za sletanje velikih tereta na Mars.
„Ispostavilo se da smo naučili neku novu fiziku“, rekao je Mening. Otkrili su da prednji udarni ‘mehur’ nastao oko vozila paljenjem motora nekako izoluje letelicu od bilo kakvog udara, kao i od nekog grejanja.
Inženjeri EDL-a sada veruju da je SRP jedina tehnologija ulaska, spuštanja i sletanja na Mars koja je suštinski skalabilna u širokom opsegu i veličini misija kako bi se smanjila dovoljna brzina tokom atmosferskog leta kako bi se omogućilo bezbedno sletanje. Pored aerokočenja, ovo je jedno od vodećih sredstava za sletanje teške opreme, staništa, pa čak i ljudi na Mars.
Ali ipak, brojna pitanja ostaju nerešena kada je u pitanju sletanje ljudske misije na Mars. Mening je pomenuo da postoji više nepoznanica, uključujući kako bi se veliki brod kao što je SpaceKs-ov Starship mogao upravljati i leteti kroz atmosferu Marsa; da li se peraje mogu koristiti hipersonično ili će ih toplotno okruženje plazme istopiti? Količina krhotina koju podignu veliki motori na brodu veličine čoveka može biti fatalna, posebno za motore koje biste želeli da ponovo koristite za povratak u orbitu ili na Zemlju, pa kako zaštititi motore i brod?
Mars može biti prilično vetrovit, pa šta se dešava ako naiđete na smicanje vetra ili oluju prašine tokom sletanja? Kakve noge za sletanje će raditi za veliki brod na Marsovoj stenovitoj površini? Zatim postoje logistički problemi kao što je kako će se sva infrastruktura uspostaviti? Kako će se brodovi puniti gorivom za povratak kući?
„Za sve ovo će biti potrebno mnogo vremena, više nego što ljudi shvataju“, rekao je Mening. „Jedan od nedostataka odlaska na Mars je to što je teško raditi pokušaje i greške osim ako niste veoma strpljivi. Sledeći put možete ponovo da pokušate 26 meseci kasnije zbog vremenskog perioda za lansiranje između naše dve planete. kante, kakva će to biti muka, ali mislim da ćemo mnogo naučiti kad god to budemo mogli prvi put!“
I barem je odgovoreno na pitanje supersonične retropropulzije.
„U suštini radimo ono što nam je Bak Rodžers rekao da uradimo još 1930-ih: Palite svoje motore unazad dok idete veoma brzo.“
