Вход в атмосферу Марса

Видео спуска и приземления Perseverance

Вход в атмосферу Марса — это вход в атмосферу Марса . Вход с высокой скоростью в марсианский воздух создает плазму CO ₂ -N ₂ , в отличие от O ₂ -N ₂ в земном воздухе. ^[1] На вход на Марс влияет радиационное воздействие горячего газа CO ₂ и марсианской пыли, взвешенной в воздухе. ^[2] Режимы полета систем входа, спуска и посадки включают аэрозахват, гиперзвуковой, сверхзвуковой и дозвуковой режимы. ^[3]

Обзор

Системы тепловой защиты и атмосферное трение исторически использовались для уменьшения большей части кинетической энергии , которую необходимо потерять перед приземлением, при этом парашюты и, иногда, последняя часть ретродвижения при окончательном приземлении использовались . Высотная высокоскоростная ретро-движительная установка исследуется для будущих транспортных полетов, приземляющих более тяжелые грузы.

Например, Mars Pathfinder появился в 1997 году. ^[4] Примерно за 30 минут до входа круизная ступень и входная капсула разделились. ^[4] Когда капсула вошла в атмосферу, ее скорость замедлилась с 7,3 км/с до 0,4 км/с (от 16 330 до 900 миль в час) за три минуты. ^[4] Когда он снизился, парашют раскрылся, чтобы еще больше замедлить его, и вскоре после этого был выпущен тепловой экран. ^[4] Во время входа на Землю был передан сигнал, включая семафорные сигналы важных событий. ^[4]

Сравнение высоты (ось Y) и скорости (ось X) различных марсианских аппаратов.
Парашют посадочного модуля «Феникс» раскрывается во время спуска в марсианской атмосфере. Этот снимок был сделан марсианским разведывательным орбитальным аппаратом с помощью HiRISE.
Тепловой экран MSL
Выброшенный тепловой экран MER-B на поверхности Марса.

Список космических кораблей

Марс-2 (1971) - вошел в атмосферу, но разбился.
Марс-3 (1971 г.) - вошел в атмосферу, мягко приземлился, потерян после 20 секунд передачи данных с поверхности.
Марс-6 (1973 г.) - вошел в атмосферу, но разбился.
Викинг-1 (1976 г.) - успешно приземлился.
Викинг-2 (1976) – успешно приземлился.
Mars Pathfinder (1997) – успешно приземлился
Бигль 2 - потерян, подтверждено приземление, но заброшено в 2015 году.
МЕР-А «Дух» – успешно приземлился.
МЕР-Б «Оппортьюнити» – успешно приземлился.
Полярный посадочный модуль Марса (потерян)
Глубокий космос 2 (пропал)
Посадочный модуль «Феникс» - успешно приземлился
Марсианская научная лаборатория ( марсоход Curiosity ) – успешно приземлился
Посадочный модуль Schiaparelli EDM (утерян)
Посадочный модуль InSight (2018 г.) – успешно приземлился
Марс 2020 ( марсоход Perseverance и Ingenuity вертолет ) – успешно приземлился
Посадочный модуль «Тяньвэнь-1» с удаленной камерой и вездеход «Чжужун » успешно приземлились.

Технологии

Тепловизионное изображение НАСА испытания управляемого спуска первой ступени Falcon 9 , начиная с отделения ступеней, 21 сентября 2014 года . Включает кадры «полета с двигателем через марсианский режим ретро-движения», начиная с 1:20 видео.

Развертываемый замедлитель, такой как парашют, может замедлить космический корабль после теплового экрана. ^[5] Обычно используется парашют Disk-Gap-Band, но можно использовать прицепные или прикрепленные надувные входные устройства. ^[5] Надувные типы включают сферу с ограждением , каплю с ограждением , изотенсоид , тор или натяжной конус , а прикрепленные типы включают изотенсоид , натяжной конус и сложенный тороид с затупленным конусом . ^[5] Исследователи эпохи Программы «Викинг» были настоящими пионерами этой технологии, и после десятилетий забвения ее разработку пришлось возобновлять. ^[5] Эти последние исследования показали, что конус напряжения , изотензоид и сложенный тор могут быть лучшими типами для изучения. ^[5]

Финский зонд MetNet может использовать расширяемый входной щит, если он будет отправлен. ^[6] Марсианский воздух также можно использовать для торможения до орбитальной скорости ( аэрозахват ), а не для спуска и посадки. ^[1] Сверхзвуковая ретро-движение — еще одна концепция снижения скорости. ^[7]

НАСА проводит исследования в области технологий ретропульсивного замедления для разработки новых подходов к входу в атмосферу Марса. Ключевой проблемой, связанной с двигательными технологиями, является решение проблем с потоком жидкости и ориентацией спускаемого аппарата на этапе сверхзвукового ретродвижения при входе и торможении. В частности, НАСА проводит тепловизионных исследования по сбору данных с помощью SpaceX инфракрасных датчиков в ходе испытаний управляемого спуска ракеты-носителя , которые в настоящее время, по состоянию на 2014 год, проводятся ^[update], в процессе. ^[8]Исследовательская группа особенно заинтересована в диапазоне высот 70–40 километров (43–25 миль) «возвращения в атмосферу» SpaceX во время испытаний Falcon 9 на Землю, поскольку это «полет с двигателем через режим ретропульсии, соответствующий Марсу». "который моделирует условия входа и спуска на Марс, ^[9] хотя SpaceX, конечно, также заинтересована в окончательном включении двигателя и посадке с ретро-движением на более низкой скорости , поскольку это критически важная технология для их многоразовых ракет-носителей программы разработки , которую они надеются использовать для посадок на Марс в 2020-х годах. ^[10]^[11]

Примеры

Марсианская научная лаборатория

Следующие данные были собраны для Марсианской научной лаборатории ( марсоход Curiosity ) командой входа, спуска и посадки Лаборатории реактивного движения НАСА . В нем представлена хронология важнейших событий миссии, произошедших вечером 5 августа по тихоокеанскому времени (рано 6 августа по восточному времени). ^[12]

Событие	Время возникновения события на Марсе ( тихоокеанское тихоокеанское время )	Время возникновения события, полученного на Земле (PDT)
Вход в атмосферу	22:10:45,7	22:24:33,8
Развертывание парашюта	22:15:04.9	22:28:53.0
Разделение теплового экрана	22:15:24,6	22:29:12,7
Ровер спущен небесным краном	22:17:38,6	22:31:26,7
Тачдаун	22:17:57.3	22:31:45.4

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

Определение места посадки

Концепт-арт марсианского спускаемого аппарата, приближающегося к поверхности, иллюстрирующий, насколько важно определить безопасное место приземления. ^[13]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Дж. Лурьеро и др. - «Исследование входа в атмосферу в Центре физики плазмы». Архивировано 20 января 2011 г. в Wayback Machine.
^ Хаберле, Роберт М.; Хубен, Ховард К.; Хертенштейн, Рольф; Хердтл, Томас (1993). «Модель пограничного слоя для Марса: сравнение с посадочным модулем «Викинг» и входными данными» . Журнал атмосферных наук . 50 (11): 1544–1559. doi : 10.1175/1520-0469(1993)050<1544:ABLMFM>2.0.CO;2 . ISSN 0022-4928 .
^ Разработка сверхзвукового ретро-двигателя для будущих систем входа, спуска и посадки на Марс. Архивировано 27 февраля 2012 г. в Wayback Machine (.pdf)]
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Стратегия входа в атмосферу Mars Pathfinder - НАСА
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Б.П. Смит и др. - Исторический обзор развития технологии надувных аэродинамических замедлителей. Архивировано 24 апреля 2012 г. в Wayback Machine.
^ MetNet EDLS ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Хоппи Прайс - Суровые человеческие миссии на Марс (2009) - JPL
^ Морринг, Фрэнк младший (16 октября 2014 г.). «НАСА и SpaceX обмениваются данными о сверхзвуковой ретро-двигательной установке: сделка по обмену данными поможет SpaceX посадить Falcon 9 на Землю, а НАСА отправит людей на Марс» . Авиационная неделя . Проверено 18 октября 2014 г. требования по возвращению первой ступени сюда, на Землю, с помощью двигателя, а затем... требования по посадке тяжелых грузов на Марс, есть область, где они пересекаются - находятся прямо друг над другом... Если вы начнете с ракету-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 марсианским условиям.
^ «Новые данные о спуске коммерческой ракеты могут помочь НАСА в будущих посадках на Марс, № 14-287» . НАСА. 17 октября 2014 г. Проверено 19 октября 2014 г.
^ Маск, Илон (29 сентября 2017 г.). Становление мультипланетным видом . 68-е ежегодное собрание Международного астронавтического конгресса в Аделаиде, Австралия (видео). СпейсИкс . Проверено 2 января 2018 г. - через YouTube.
^ Дент, Стив (29 сентября 2017 г.). «Мечта Илона Маска о Марсе зависит от новой гигантской ракеты» . Engadget . Проверено 02 января 2018 г.
^ НАСА - Хронология основных этапов миссии во время приземления Curiosity
^ «Исследовательские изображения S91-25383» . НАСА. Февраль 1991 г. Архивировано из оригинала 2 августа 2007 г.

Дальнейшее чтение

[lour-1] Jump up to: ^а ^б Дж. Лурьеро и др. - «Исследование входа в атмосферу в Центре физики плазмы». Архивировано 20 января 2011 г. в Wayback Machine.

[HaberleHouben1993-2] Хаберле, Роберт М.; Хубен, Ховард К.; Хертенштейн, Рольф; Хердтл, Томас (1993). «Модель пограничного слоя для Марса: сравнение с посадочным модулем «Викинг» и входными данными» . 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 сверхзвукового ретро-двигателя для будущих систем входа, спуска и посадки на Марс. Архивировано 27 февраля 2012 г. в Wayback Machine (.pdf)]

[path-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Стратегия входа в атмосферу Mars Pathfinder - НАСА

[smith-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Б.П. Смит и др. - Исторический обзор развития технологии надувных аэродинамических замедлителей. Архивировано 24 апреля 2012 г. в Wayback Machine.

[6] MetNet EDLS ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[7] Хоппи Прайс - Суровые человеческие миссии на Марс (2009) - JPL

[aw20141016-8] Морринг, Фрэнк младший (16 октября 2014 г.). «НАСА и SpaceX обмениваются данными о сверхзвуковой ретро-двигательной установке: сделка по обмену данными поможет SpaceX посадить Falcon 9 на Землю, а НАСА отправит людей на Марс» . Авиационная неделя . Проверено 18 октября 2014 г. требования по возвращению первой ступени сюда, на Землю, с помощью двигателя, а затем... требования по посадке тяжелых грузов на Марс, есть область, где они пересекаются - находятся прямо друг над другом... Если вы начнете с ракету-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 марсианским условиям.

[nasa20141017-9] «Новые данные о спуске коммерческой ракеты могут помочь НАСА в будущих посадках на Марс, № 14-287» . НАСА. 17 октября 2014 г. Проверено 19 октября 2014 г.

[musk20170929-10] Маск, Илон (29 сентября 2017 г.). Становление мультипланетным видом . 68-е ежегодное собрание Международного астронавтического конгресса в Аделаиде, Австралия (видео). СпейсИкс . Проверено 2 января 2018 г. - через YouTube.

[Dent20170929-11] Дент, Стив (29 сентября 2017 г.). «Мечта Илона Маска о Марсе зависит от новой гигантской ракеты» . Engadget . Проверено 02 января 2018 г.

[12] НАСА - Хронология основных этапов миссии во время приземления Curiosity

[13] «Исследовательские изображения S91-25383» . НАСА. Февраль 1991 г. Архивировано из оригинала 2 августа 2007 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]