Entrada atmosférica de Marte

La entrada atmosférica de Marte es la entrada a la atmósfera de Marte . La entrada a alta velocidad en el aire marciano crea un plasma de CO 2 -N 2 , a diferencia del O 2 -N 2 del aire de la Tierra. [1] La entrada a Marte se ve afectada por los efectos radiativos del gas CO 2 caliente y el polvo marciano suspendido en el aire. [2] Los regímenes de vuelo para los sistemas de entrada, descenso y aterrizaje incluyen aerocaptura, hipersónico, supersónico y subsónico. [3]

Imagen HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter de Mars 2020 mientras descendía en paracaídas el 18 de febrero de 2021.
"> Archivo: Perseverance Rover's Descent and Touchdown on Mars Onboard Camera Views .webmReproducir medios
Video de Descenso y aterrizaje de Marte 2020 (18 de febrero de 2021, NASA)

Los sistemas de protección térmica y la fricción atmosférica se han utilizado históricamente para reducir la mayor parte de la energía cinética que se necesita perder antes del aterrizaje, con paracaídas y, a veces, un poco de retropropulsión final utilizado en el aterrizaje final. Se está investigando la retropropulsión a gran altitud y alta velocidad para futuros vuelos de transporte que desembarquen cargas más pesadas.

Por ejemplo, Mars Pathfinder ingresó en 1997. [4] Aproximadamente 30 minutos antes de la entrada, la etapa de crucero y la cápsula de entrada se separaron. [4] Cuando la cápsula golpeó la atmósfera, desaceleró de aproximadamente 7.3 km / sa 0.4 km / s (16330 mph a 900 mph) durante tres minutos. [4] A medida que descendía, el paracaídas se abrió para reducir la velocidad aún más, y poco después se soltó el escudo térmico. [4] Durante la entrada, se transmitió una señal a la Tierra, incluidas las señales de semáforo para eventos importantes. [4]

Comparación de altitud (eje y) y velocidad (eje x) de varios módulos de aterrizaje de Marte
El paracaídas del módulo de aterrizaje Phoenix se abre mientras desciende en la atmósfera marciana. Esta foto fue tomada por el Mars Reconnaissance Orbiter con HiRISE
Escudo térmico MSL

Escudo térmico desechado de MER-B en la superficie de Marte.

Algunos ejemplos de naves espaciales que han intentado aterrizar en la superficie de Marte:

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Imágenes térmicas de la NASA de la prueba de descenso controlado de SpaceX de una primera etapa Falcon 9 desde la separación de etapas en adelante, el 21 de septiembre de 2014 . Incluye imágenes de "vuelo motorizado a través del régimen de retropropulsión relevante para Marte", comenzando a la 1:20 en el video.

Un desacelerador desplegable como un paracaídas puede ralentizar una nave espacial después de un escudo térmico. [5] Normalmente se ha utilizado un paracaídas Disk-Gap-Band, pero otra posibilidad son los dispositivos de entrada inflables arrastrados o conectados. [5] tipos inflables incluyen esfera w / valla , de lágrima w / valla , isotensoide , toro , o cono de tensión y los tipos unidos incluyen isotensoide , cono de tensión , y apilada toroide despuntada cono . [5] Los investigadores de la era del Programa Vikingo fueron los verdaderos pioneros de esta tecnología, y el desarrollo tuvo que reiniciarse después de décadas de abandono. [5] Estos últimos estudios han demostrado que el cono de tensión , el isotensoide y el toro apilado pueden ser los mejores tipos a seguir. [5]

La sonda MetNet de Finlandia puede usar un protector de entrada expandible si se envía. [6] El aire marciano también se puede utilizar para aerofrenado a velocidad orbital ( aerocaptura ), en lugar de descender y aterrizar. [1] La retropropulsión supersónica es otro concepto para reducir la velocidad. [7]

La NASA está llevando a cabo una investigación sobre tecnologías de desaceleración retropropulsiva para desarrollar nuevos enfoques para la entrada a la atmósfera de Marte. Un problema clave con las técnicas de propulsión es el manejo de los problemas de flujo de fluido y el control de actitud del vehículo de descenso durante la fase de retropropulsión supersónica de la entrada y desaceleración. Más específicamente, la NASA está llevando a cabo estudios de recopilación de datos de sensores infrarrojos de imágenes térmicas de las pruebas de descenso controlado del impulsor SpaceX que se encuentran actualmente, a partir de 2014, en marcha. [8] El equipo de investigación está particularmente interesado en el rango de altitud de 70 a 40 kilómetros (43 a 25 millas) de la "quema de reentrada" de SpaceX en las pruebas de entrada a la Tierra del Falcon 9, ya que este es el "vuelo propulsado a través de Marte- El régimen de retropulsión relevante "que modela las condiciones de entrada y descenso de Marte, [9] aunque SpaceX está, por supuesto, también interesado en la combustión final del motor y el aterrizaje retropropulsivo de menor velocidad , ya que es una tecnología crítica para su programa de desarrollo de impulsores reutilizables que esperan uso para aterrizajes en Marte en la década de 2020. [10] [11]

Laboratorio de Ciencias de Marte

Los siguientes datos fueron recopilados por el equipo de Entrada, Descenso y Aterrizaje del Laboratorio de Ciencias de Marte en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA . Proporciona una línea de tiempo de los eventos críticos de la misión que ocurrieron en la noche del 5 de agosto PDT (temprano el 6 de agosto EDT). [12]

EventoHora de ocurrencia del evento en Marte ( PDT )Tiempo de ocurrencia del evento recibido en la Tierra (PDT)
Entrada atmosférica10: 10: 45.7 p. M.10: 24: 33.8 p. M.
Despliegue de paracaídas10: 15: 04.9 p. M.10:28: 53.0 p. M.
Separación del escudo térmico10: 15: 24.6 p. M.10: 29: 12.7 p. M.
Rover bajado por la grúa del cielo10:17: 38.6 p. M.10: 31: 26.7 p. M.
Aterrizaje10: 17: 57.3 p. M.10: 31: 45.4 PM

El equipo de EDL de Curiosity publica una línea de tiempo para los hitos de la misión (representados en el concepto de este artista) que rodean el aterrizaje del rover de Marte.

Mars Pathfinder EDL

Ilustración de la década de 1990 de la entrada atmosférica de Marte


Arte conceptual para un concepto de módulo de aterrizaje en Marte a medida que se acerca a la superficie, que ilustra cómo identificar un lugar seguro para aterrizar es una preocupación. [13]

Los marcos insertados muestran cómo el sistema de imágenes de descenso del módulo de aterrizaje está identificando peligros (NASA, 1990)

  • Aterrizaje en Marte
  • Entrada atmosférica de Venus
  • Hypercone (nave espacial)

  1. ^ a b J. Louriero, et al. - Investigación de entrada atmosférica en el Plasma Physics Center Archivado 2011-01-20 en Wayback Machine
  2. ^ Haberle, Robert M .; Houben, Howard C .; Hertenstein, Rolf; Herdtle, Tomas (1993). "Un modelo de capa límite para Marte: comparación con Viking Lander y datos de entrada" . Revista de Ciencias Atmosféricas . 50 (11): 1544-1559. doi : 10.1175 / 1520-0469 (1993) 050 <1544: ABLMFM> 2.0.CO; 2 . ISSN  0022-4928 .
  3. ^ Desarrollo de retropropulsión supersónica para futuros sistemas de entrada, descenso y aterrizaje a Marte. Archivado el 27 de febrero de 2012 en la Wayback Machine (.pdf)]
  4. ^ a b c d e Estrategia de entrada atmosférica de Mars Pathfinder - NASA
  5. ^ a b c d e B. P. Smith, et al. - Una revisión histórica del desarrollo de la tecnología del desacelerador aerodinámico inflable Archivado el 24 de abril de 2012 en la Wayback Machine.
  6. ^ MetNet EDLS [ enlace muerto permanente ]
  7. ↑ Hoppy Price - Austeras misiones humanas a Marte (2009) - JPL
  8. ^ Morring, Frank, Jr. (16 de octubre de 2014). "NASA, SpaceX comparten datos sobre retropropulsión supersónica: el acuerdo de intercambio de datos ayudará a SpaceX a aterrizar el Falcon 9 en la Tierra y la NASA a los humanos en Marte" . Semana de la aviación . Consultado el 18 de octubre de 2014 . los requisitos para devolver una primera etapa aquí en la Tierra de manera propulsora, y luego ... los requisitos para el aterrizaje de cargas útiles pesadas en Marte, hay una región donde los dos se superponen, están uno encima del otro ... Si comienza con un vehículo de lanzamiento, y desea derribarlo de manera controlada, terminará operando ese sistema de propulsión en el régimen supersónico a las altitudes correctas para brindarle las condiciones relevantes para Marte.
  9. ^ "Nuevos datos de descenso de cohetes comerciales pueden ayudar a la NASA con futuros aterrizajes en Marte, no. 14-287" . NASA. 2014-10-17 . Consultado el 19 de octubre de 2014 .
  10. ^ Elon Musk (29 de septiembre de 2017). Convertirse en una especie multiplaneta (video). 68a reunión anual del Congreso Astronáutico Internacional en Adelaida, Australia: SpaceX . Consultado el 2 de enero de 2018 a través de YouTube.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
  11. ^ Dent, Steve (29 de septiembre de 2017). "El sueño de Marte de Elon Musk depende de un nuevo cohete gigante" . Engadget . Consultado el 2 de enero de 2018 .
  12. ^ NASA - Hitos de la misión de la línea de tiempo durante el aterrizaje de Curiosity
  13. ^ "Imágenes de exploración S91-25383" . NASA. Febrero de 1991. Archivado desde el original el 2 de agosto de 2007.

  • Perfiles de entrada atmosférica de los Mars Exploration Rovers (.pdf)
  • Descripción general de los efectos del polvo durante las entradas atmosféricas de Marte (.pdf)
  • Garantizar aterrizajes seguros en Marte - Nature 2009