Вход в атмосферу Марса

Марс атмосферная запись является записью в атмосферу Марса . Высокоскоростной вход в марсианский воздух создает плазму CO 2 -N 2 , в отличие от O 2 -N 2 для земного воздуха. [1] Вход на Марс находится под воздействием излучения горячего газа CO 2 и марсианской пыли, взвешенной в воздухе. [2] Режимы полета для систем входа, снижения и посадки включают в себя авиационный, гиперзвуковой, сверхзвуковой и дозвуковой. [3]

Изображение HiRISE с Марсианского разведывательного орбитального аппарата Марса в 2020 году при спуске с парашютом 18 февраля 2021 года.
"> Файл: Спуск и приземление марсохода Perseverance на Марсе с бортовой камеры .webmВоспроизвести медиа
Видео спуска и приземления Марса 2020 г. (18 февраля 2021 г., НАСА)

Системы тепловой защиты и атмосферное трение исторически использовались для уменьшения большей части кинетической энергии, которая должна быть потеряна перед приземлением, с парашютами и, иногда, последней частью ретропульсии, используемой при окончательной посадке. Высотная высокоскоростная ретропульсия изучается для будущих транспортных рейсов, приземляющих более тяжелые грузы.

Например, Mars Pathfinder вошел в космос в 1997 году. [4] Примерно за 30 минут до входа этап полета и входная капсула разделились. [4] Когда капсула ударилась в атмосферу, она замедлилась с 7,3 км / с до 0,4 км / с (от 16330 до 900 миль в час) в течение трех минут. [4] При спуске парашют раскрылся, чтобы замедлить его еще больше, и вскоре после того, как был снят тепловой экран. [4] Во время входа на Землю был передан сигнал, включая сигналы семафоров для важных событий. [4]

Сравнение высоты (ось y) и скорости (ось x) различных марсианских посадочных устройств.
Парашют спускаемого аппарата "Феникс" раскрывается при спуске в марсианской атмосфере. Эта фотография была сделана в Reconnaissance Orbiter Марс с HiRISE
Тепловой экран MSL

Выброшенный тепловой экран MER-B на поверхности Марса.

Некоторые примеры космических кораблей, которые пытались приземлиться на поверхность Марса:

"> File:Falcon 9 Flight 13 infrared video of first stage propulsive descent.ogvВоспроизвести медиа
NASA тепловой образность испытания контролируемого спуска SpaceX в виде Фалькон 9 первой ступени со стадии разделения дальнейшей, на 21 сентября 2014 года . Включает кадры «полета с двигателем через режим ретропульсивного движения, имеющего отношение к Марсу», начало в 1:20 видео.

Развертываемый замедлитель, такой как парашют, может замедлить космический корабль после теплового экрана. [5] Обычно использовался парашют Disk-Gap-Band, но другая возможность - это буксируемые или прикрепленные надувные устройства входа. [5] Типы Надувные включают в сферу ж / заборе , слезу ж / забора , isotensoid , тор , или натяжной конус и подсоединенные к нему типам включают isotensoid , натяжной конус и штабели тороид притупленного конус . [5] Исследователи эпохи программы «Викинг» были настоящими пионерами этой технологии, и разработку пришлось возобновить после десятилетий пренебрежения. [5] Эти последние исследования показали, что конус растяжения , изотензоид и многослойный тор могут быть лучшими типами для изучения. [5]

Финляндия «s MetNet зонд может использовать расширяемую запись щит , если оно направлено. [6] Марсианский воздух также можно использовать для аэродинамического торможения до орбитальной скорости ( аэрозахват ), а не для спуска и посадки. [1] Сверхзвуковая ретро-тяга - еще одна концепция снижения скорости. [7]

НАСА проводит исследования технологий ретропульсивного замедления для разработки новых подходов к входу в атмосферу Марса. Ключевая проблема пропульсивных технологий - это решение проблем с потоком жидкости и регулировкой ориентации спускаемого аппарата во время фазы сверхзвуковой ретропульсии при входе и торможении. В частности, НАСА проводит исследования по сбору данных с тепловизионных инфракрасных датчиков для испытаний управляемого спуска ракеты-носителя SpaceX , которые в настоящее время, по состоянию на 2014 г., в процессе. [8] Исследовательская группа особенно интересуется диапазоном высот 70-40 километров (43-25 миль) космического корабля SpaceX при входе на Землю при испытаниях входа на Землю Falcon 9, поскольку это «полет с двигателем через Марс». соответствующий режим ретропульсии », моделирующий условия входа и спуска на Марс [9], хотя SpaceX, конечно, также заинтересован в окончательном сгорании двигателя и ретропульсивной посадке на более низких скоростях, поскольку это критически важная технология для их программы разработки многоразового ускорителя, которую они надеются использовать для высадки на Марс в 2020-х годах. [10] [11]

Марсианская научная лаборатория

Следующие данные были собраны командой Марсианской научной лаборатории по входу, спуску и посадке в Лаборатории реактивного движения НАСА . Он предоставляет график критических событий миссии, которые произошли вечером 5 августа по тихоокеанскому времени (начало 6 августа по восточноевропейскому времени). [12]

МероприятиеВремя наступления события на Марсе ( PDT )Время наступления события, полученного на Земле (PDT)
Вход в атмосферу10: 10: 45,7 вечера10:24:33 PM
Развертывание парашюта10: 15: 16.910: 28: 53.0 PM
Разделение теплового экрана10: 15: 24,6 вечера10: 29: 12.7 PM
Ровер, спущенный с помощью небесного крана10: 17: 38,6 вечера10: 31: 26.7 PM
Приземление10: 17: 57,3 PM10: 31: 45.4 PM

Команда Curiosity EDL публикует график основных этапов миссии (изображенных в концепции этого художника), связанных с посадкой марсохода.

Марсовый следопыт EDL

Иллюстрация входа в атмосферу Марса в 1990-е годы


Концепт-арт концепции посадочного модуля на Марс по мере его приближения к поверхности, демонстрирующий, насколько важно определить безопасное место для приземления. [13]

На вставленных кадрах показано, как система визуализации спускаемого аппарата выявляет опасности (НАСА, 1990).

  • Посадка на Марс
  • Вход в атмосферу Венеры
  • Гиперконус (космический корабль)

  1. ^ а б Дж. Лурьеро и др. - Исследование входа в атмосферу в Центре физики плазмы, архивировано 20 января 2011 г. на Wayback Machine.
  2. ^ Haberle, Роберт М .; Houben, Howard C .; Гертенштейн, Рольф; Хердтл, Томас (1993). «Модель пограничного слоя Марса: сравнение с посадочным устройством Viking и данными входа» . Журнал атмосферных наук . 50 (11): 1544–1559. DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1993) 050 <1544: ABLMFM> 2.0.CO; 2 . ISSN  0022-4928 .
  3. ^ Разработка сверхзвуковой ретро-двигательной установки для будущих систем входа, спуска и посадки на Марс. Архивировано 27 февраля 2012 г. на Wayback Machine (.pdf)]
  4. ^ a b c d e Стратегия входа в атмосферу Mars Pathfinder - НАСА
  5. ^ а б в г д Б. П. Смит и др. - Исторический обзор развития технологии надувных аэродинамических замедлителей, заархивированный 24 апреля 2012 г. на Wayback Machine
  6. ^ MetNet EDLS [ постоянная мертвая ссылка ]
  7. ^ Hoppy Цена - Missions Строгий человека на Марс (2009) - JPL
  8. ^ Морринг, Фрэнк младший (2014-10-16). «НАСА и SpaceX обмениваются данными о сверхзвуковой ретропульсии: сделка по обмену данными поможет SpaceX приземлить Falcon 9 на Земле, а НАСА отправит людей на Марс» . Авиационная неделя . Проверено 18 октября 2014 . требования к возврату первой ступени здесь, на Земле, двигательным путем, а затем ... требования для посадки тяжелых грузов на Марс, есть область, где они пересекаются - находятся прямо друг над другом ... Если вы начнете с ракета-носитель, и вы хотите сбить ее контролируемым образом, вы в конечном итоге будете использовать эту двигательную установку в сверхзвуковом режиме на нужных высотах, чтобы создать условия, соответствующие Марсу.
  9. ^ «Новые данные о спуске коммерческих ракет могут помочь НАСА в будущих посадках на Марс, № 14-287» . НАСА. 2014-10-17 . Проверено 19 октября 2014 .
  10. ^ Илон Маск (29 сентября 2017 г.). Превращение в многопланетный вид (видео). 68-е ежегодное собрание Международного астронавтического конгресса в Аделаиде, Австралия: SpaceX . Проверено 2 января 2018 г. - через YouTube.CS1 maint: location ( ссылка )
  11. ^ Дент, Стив (29 сентября 2017 г.). «Мечта Илона Маска о Марсе основана на гигантской новой ракете» . Engadget . Проверено 2 января 2018 .
  12. ^ НАСА - Вехи миссии Timeline во время приземления Curiosity
  13. ^ «Разведочные изображения S91-25383» . НАСА. Февраль 1991 г.

  • Профили входа в атмосферу с марсоходов Mars Exploration (.pdf)
  • Обзор воздействия пыли при входе в атмосферу Марса (.pdf)
  • Обеспечение безопасной посадки на Марс - Природа 2009