Visão artística de uma espaçonave retro-pulsada para controlar
O rover Curiosity (1 tonelada métrica) tornou-se o mais pesado veículo de pouso em Marte. Mas no futuro, para a colonização, você precisará enviar muito mais carga na faixa de 5 a 20 toneladas. Para realizar um pouso seguro, você precisa entender como gerenciar grandes massas.
Normalmente, o veículo entra na atmosfera marciana em velocidades hipersônicas (cerca de 30 no máximo), desacelera rapidamente, instala o pára-quedas e ativa motores de foguete ou airbags.
Infelizmente, os sistemas de pára-quedas são difíceis de escalar com o aumento da massa do dispositivo. Portanto, os cientistas querem eliminar o pára-quedas e usar motores de foguetes maiores para reduzir.
Quando o trem de pouso desacelera para 3 Max, os motores a jato são ativados na direção oposta para desacelerar o veículo e realizar uma aterrissagem controlada. O problema é que isso queima uma enorme quantidade de combustível. O propulsor aumenta a massa do aparelho, por causa do qual o custo da missão aumenta muito. Mas cada quilograma de combustível leva essa massa de instrumentos científicos e assentos da tripulação.
Quando a máquina voa a uma velocidade hipersônica, uma certa elevação é criada antes do lançamento dos motores de foguete, que podem ser usados para controle. Se você mover o centro de gravidade de modo que não seja uniforme, mas mais pesado de um lado, poderá direcionar o vôo de um ângulo diferente. Pesquisadores dizem que o fluxo ao redor do aparelho difere de cima e de baixo, o que causa desequilíbrio e queda de pressão. Na entrada, descida e pouso há uma oportunidade para gerenciar o transporte. Mas, se vamos iniciar os motores em 3 Max, então como devemos controlar aerodinamicamente o dispositivo em modo hipersônico para usar a quantidade mínima de combustível e maximizar a massa útil?
Nesta questão, a altura em que os motores descendentes são iniciados é importante, assim como o ângulo que o vetor de velocidade cria com o horizonte. O estudo examina métodos de controle ótimos para encontrar uma estratégia de aterrissagem segura no modo hipersônico sob várias condições de pouso interplanetário.
As análises mostram que, para o combustível de foguetes, a entrada na atmosfera com um vetor de içamento direcionado para baixo será a ideal, e como resultado, o dispositivo mergulha. Então, em um certo ponto (baseado no tempo ou na velocidade), você precisa alternar para elevar para que a unidade avance em baixa altitude. Isso permite que você transporte mais tempo em vôo a baixa altitude, onde a densidade da camada atmosférica é maior. Devido a isso, a resistência aumenta, reduzindo a quantidade de energia gasta.
