Nota dell'editore: questo post per gli ospiti è stato scritto da Andy Tomaswick, un ingegnere elettrico che segue la scienza e la tecnologia spaziale.
Uno dei compiti tecnicamente più difficili di qualsiasi futura missione con equipaggio su Marte è di mettere in sicurezza gli astronauti. La combinazione dell'alta velocità necessaria per un breve viaggio nello spazio e l'atmosfera marziana molto più leggera crea un problema aerodinamico che è stato risolto finora solo per i veicoli spaziali robotici. Se un giorno le persone cammineranno sulla superficie polverosa di Marte, dovremo prima sviluppare tecnologie di Discesa ed Atterraggio (EDL) migliori.
Tali tecnologie fanno parte di un recente incontro del Lunar Planetary Institute (LPI), la conferenza The Concepts and Approaches for Mars Exploration, tenutosi a Houston dal 12 al 14 giugno, che si è concentrato sugli ultimi progressi nelle tecnologie che potrebbero risolvere il problema EDL.
Della moltitudine di tecnologie presentate alla riunione, la maggior parte sembrava coinvolgere un sistema a più livelli che comprendeva diverse strategie. Le diverse tecnologie che riempiranno quei livelli sono in parte dipendenti dalla missione e tutte necessitano ancora di ulteriori test. Tre dei più discussi sono stati i Deceleratori aerodinamici gonfiabili ipersonici (HIAD), la Supersonic Retro Propulsion (SRP) e varie forme di aerobraking.
Gli HIAD sono essenzialmente grandi scudi termici, comunemente trovati molti tipi di capsule di rientro con equipaggio utilizzate negli ultimi 50 anni di volo spaziale. Funzionano utilizzando una vasta area per creare una sufficiente resistenza nell'atmosfera di un pianeta per rallentare la velocità del viaggio. Poiché questa strategia ha funzionato così bene sulla Terra per anni, è naturale tradurre la tecnologia su Marte. Tuttavia, c'è un problema con la traduzione.
Gli HIAD fanno affidamento sulla resistenza dell'aria per la sua capacità di rallentare l'imbarcazione. Poiché Marte ha un'atmosfera molto più sottile della Terra, quella resistenza non è altrettanto efficace nel rallentare il rientro. A causa di questo calo di efficacia, gli HIAD sono considerati solo per l'uso con altre tecnologie. Poiché è anche usato come scudo termico, deve essere fissato alla nave all'inizio del rientro, quando l'attrito dell'aria provoca un riscaldamento massiccio su alcune superfici. Una volta che il veicolo ha rallentato a una velocità in cui il riscaldamento non è più un problema, l'HIAD viene rilasciato per consentire ad altre tecnologie di assumere il resto del processo di frenata.
Una di queste altre tecnologie è SRP. In molti schemi, dopo il rilascio dell'HIAD, SRP diventa il principale responsabile del rallentamento del mezzo. SRP è il tipo di tecnologia di atterraggio che si trova comunemente nella fantascienza. L'idea generale è molto semplice. Gli stessi tipi di motori che accelerano il veicolo spaziale per sfuggire alla velocità sulla Terra possono essere ruotati e utilizzati per fermare quella velocità al raggiungimento di una destinazione. Per rallentare la nave, capovolgi i razzi originali al rientro o progetta razzi rivolti in avanti che verranno utilizzati solo durante l'atterraggio. La tecnologia dei missili chimici necessaria per questa strategia è già ben compresa, ma i motori dei missili funzionano in modo diverso quando viaggiano a velocità supersoniche. Ulteriori test devono essere effettuati per progettare motori in grado di gestire le sollecitazioni di tali velocità. Gli SRP usano anche carburante, che l'imbarcazione sarà richiesta per trasportare l'intera distanza su Marte, rendendo il suo viaggio più costoso. Gli SRP della maggior parte delle strategie vengono anche abbandonati ad un certo punto durante la discesa. La perdita di peso e la difficoltà di una discesa controllata mentre seguono un pilastro di fiamma verso un sito di atterraggio aiutano a prendere quella decisione.
Una volta che i booster SRP si ritirano, nella maggior parte dei progetti subentrerebbe una tecnologia di frenata aerodinamica. Una tecnologia comunemente discussa alla conferenza era il ballute, una combinazione di palloncini e paracadute. L'idea alla base di questa tecnologia è catturare l'aria che scorre veloce oltre l'imbarcazione di atterraggio e usarla per riempire una scanalatura che è legata all'astronave. La compressione dell'aria che precipita nella balluta causerebbe il riscaldamento del gas, creando in effetti una mongolfiera che avrebbe proprietà di sollevamento simili a quelle utilizzate sulla Terra. Supponendo che vi sia abbastanza aria nella burrasca, si potrebbe fornire la decelerazione finale necessaria per far cadere delicatamente la nave da sbarco sulla superficie marziana, con uno stress minimo sul carico utile. Tuttavia, la quantità totale che questa tecnologia rallenterebbe l'imbarcazione dipende dalla quantità di aria che potrebbe iniettare nella sua struttura. Con più aria si ottiene una balluta più grande e più sollecitazioni sul materiale di cui è composta la balluta. Con tali considerazioni, non viene considerata una tecnologia EDL autonoma.
Queste strategie a malapena graffiano la superficie dei metodi EDL proposti che potrebbero essere utilizzati da una missione umana su Marte. Curiosity, il rover più recente che presto arriverà su Marte, ne sta usando diversi, tra cui una forma unica di SRP nota come Sky Crane. I risultati dei suoi sistemi aiuteranno gli scienziati come quelli della conferenza LPI a determinare quale suite di tecnologie EDL sarà la più efficace per qualsiasi futura missione umana su Marte.
Didascalia dell'immagine principale: Concetto dell'artista di deceleratore aerodinamico gonfiabile ipersonico che rallenta l'ingresso atmosferico di un veicolo spaziale. Credito: NASA
Didascalia seconda immagine: I getti supersonici vengono lanciati in avanti di un veicolo spaziale per rallentare il veicolo durante l'ingresso nell'atmosfera marziana prima dello spiegamento del paracadute. L'immagine è del Mars Science Lab di Mach 12 con 4 getti supersonici a retropropulsione. Credito: NASA
Fonte: LPI Concept and Approaches for Mars Exploration
