Järgmistel aastakümnetel on Marsi jaoks kavandatud mitmeid missioone, mis hõlmavad ettepanekuid saata astronaudid sinna esimest korda. See kujutab endast arvukaid logistilisi ja tehnilisi väljakutseid alates suurest vahemaast kuni vajaduseni suurema kaitse järele kiirguse eest. Samal ajal on raskusi ka Punasele planeedile maandumisega ehk nn Marsi needusega.
Asja keerulisemaks muutmiseks ületab tulevaste missioonide (eriti meeskonnaga kosmoselaevade) suurus ja mass praeguse sisenemise, laskumise ja maandumise (EDL) tehnoloogia võimalusi. Selle lahendamiseks andis kosmose- ja kosmoseteadlaste meeskond välja uuringu, mis näitab, kuidas madalama kõrguse pidurdusjõu ja lennutradenurga vaheline kompromiss võimaldaks rasketel missioonidel ohutult Marsile maanduda.
Uuring ilmus hiljuti Ajakiri Kosmoseaparaadid ja raketid, autoriteks olid Christopher G. Lorenz ja Zachary R. Putnam - vastavalt The Aerospace Corporationi teadur ja Illinoisi ülikooli kosmosetehnika abiprofessor. Koos uurisid nad erinevaid maandumisstrateegiaid, et leida, mis võiksid Marsi needusest üle saada.
Lihtsustatult öeldes on Marsile maandumine keeruline äri ja ainult 53% 1960. aastatest sinna saadetud kosmoseaparaatidest on selle pinna puutumatuna teinud. Praeguseks oli raskeim sõiduk Marsile edukaks maandumiseks Uudishimu rover, mis kaalus 1 tonni (2200 naela). Tulevikus kavatsevad NASA ja muud kosmoseagentuurid saata kasulikku last oma massiga 5-20 tonni, mis on väljaspool tavapäraseid EDL-i strateegiaid.
Enamasti koosneb see sõidukist, mis siseneb Marsi atmosfääri hüpersoonikiirusel kuni Mach 30 ja aeglustub seejärel õhu hõõrdumise tõttu kiiresti. Kui nad jõuavad Mach 3-sse, lähetavad nad langevarju ja lasevad oma retrokokid edasi, et veelgi aeglustada. Raskemate missioonide probleem on Putnami sõnul selles, et langevarjusüsteemid ei mõõdu sõiduki massi suurenemisega hästi.
Kahjuks põletavad tagantreketimootorid palju raketikütust, mis suurendab sõiduki kogumassi - see tähendab, et vaja on raskemat kanderaketti ja lähetused maksavad lõpuks rohkem. Lisaks, mida rohkem raketikütust kosmoselaev vajab, seda vähem mahtu saab see kasutada nii lasti kui ka meeskonna jaoks. Nagu prof Putman Illinoisi kosmoseteate pressiteates selgitas:
„Uus idee on langevari kaotada ja laskumiseks kasutada suuremaid rakettmootoreid. Kui sõiduk lendab hüpersonaalselt, enne raketimootorite tulistamist tekitatakse mõni tõste ja seda tõstukit saame kasutada roolimiseks. Kui liigutame raskuskeskme nii, et see poleks ühtlaselt pakitud, vaid ühel küljel raskem, siis lendaks see teise nurga all. ”
Alustuseks uurisid Lorenz ja Putnam rõhu erinevust, mis tekib sõiduki ümber, kui see tabab Marsi atmosfääri. Põhimõtteliselt on sõiduki ümber kulgev vool ülalt erinev kui sõiduki põhjas, mis loob tõusu ühes suunas. Seda eluiga saab kasutada sõiduki juhtimiseks, kuna see aeglustub atmosfääri kaudu.
Nagu Putnam selgitas, võis veesõiduk kasutada sel hetkel oma tagasitõmbamisi, et veesõiduk täpselt maanduda, või võib ta säilitada oma raketikütuse, et see maanduks võimalikult suure massiga - või võib nende kahe vahel olla tasakaal. Lõpuks on küsimus selles, millisel kõrgusel te rakette tulistate. Nagu Putnam ütles:
„Küsimus on selles, kas me teame, et hakkame laskuma laskmismootoreid, näiteks Mach 3, kuidas peaksime sõidukit aerodünaamiliselt juhtima hüpersoonilises režiimis nii, et me kasutaksime raketikütuse minimaalset kogust ja maksimeeriksime massi kasulik koormus, mille saame maanduda? Massi suuruse suurendamiseks, mis me pinnal võime maanduda, on oluline kõrgus, kus te oma laskumismootoreid süüdate, aga ka nurk, mille kiirusvektor horisondi abil teeb - kui järsku te sisse tulete. "
Siin peitub veel üks oluline aspekt uuringus, kus Lorenz ja Putnam hindasid, kuidas tõstevektorit kõige paremini kasutada. Nad leidsid, et kõige parem on siseneda Marsi atmosfääri suunaga tõstevektoriga, nii et sõiduk sukeldub, ja seejärel (sõltuvalt kellaajast ja kiirusest) tõsta tõstuk üles ja lennata mööda madalat kõrgust.
"See võimaldab sõidukil veeta rohkem aega madalal lendamisel, kui atmosfääri tihedus on suurem," ütles Putnam. "See suurendab tõmbejõudu, vähendades laskuvate mootorite energiakogust."
Selle uuringu järeldused võiksid anda teada tulevastest missioonidest Marsile, eriti kui tegemist on lasti ja meeskonda vedavate raskete kosmoselaevadega. Ehkki see EDL-strateegia muudaks veelgi närvilisemaks maandumise, on meeskondade tõenäosus maanduda ohutult ega alistu “Suurele galaktilisele kurjale”.
Lisaks Marsile võib see uuring mõjutada maandumist teistele õhukese atmosfääriga päikesekehadele. Lõppkokkuvõttes võiks Lorenzi ja Putnami strateegia ülehelikiirusele sisenemiseks ja madalamal asuval pidurdusjõul abistada meeskonnaliikmete missioonidel igasuguste taevakehade jaoks.
