Dalam beberapa dekade mendatang, sejumlah misi direncanakan untuk Mars, yang mencakup proposal untuk mengirim astronot ke sana untuk pertama kalinya. Ini menghadirkan banyak tantangan logistik dan teknis, mulai dari jarak yang sangat jauh hingga kebutuhan akan peningkatan perlindungan terhadap radiasi. Pada saat yang sama, ada juga kesulitan mendarat di Planet Merah, atau apa yang disebut sebagai "Kutukan Mars".
Untuk lebih memperumit masalah, ukuran dan massa misi masa depan (terutama pesawat ruang angkasa berawak) akan berada di luar kapasitas teknologi entry, descent, and landing (EDL) saat ini. Untuk mengatasinya, tim ilmuwan ruang angkasa merilis studi yang menunjukkan bagaimana pertukaran antara dorongan pengereman ketinggian rendah dan sudut jalur terbang memungkinkan misi berat mendarat dengan aman di Mars.
Studi, yang baru-baru ini muncul di Internet Jurnal Pesawat Ruang Angkasa dan Roket, ditulis oleh Christopher G. Lorenz dan Zachary R. Putnam - seorang peneliti dengan The Aerospace Corporation dan asisten profesor teknik kedirgantaraan di University of Illinois, masing-masing. Bersama-sama, mereka menyelidiki berbagai strategi pendaratan untuk melihat mana yang bisa mengatasi "Kutukan Mars".
Sederhananya, pendaratan di Mars adalah bisnis yang sulit, dan hanya 53% dari pesawat ruang angkasa yang dikirim ke sana sejak 1960-an telah membuatnya ke permukaan utuh. Sampai saat ini, kendaraan terberat yang berhasil mendarat di Mars adalah Keingintahuan rover, yang memiliki berat 1 metrik ton (2.200 pon). Di masa depan, NASA dan badan antariksa lainnya berencana untuk mengirim muatan mereka dengan massa mulai dari 5 hingga 20 ton, yang berada di luar strategi EDL konvensional.
Dalam kebanyakan kasus, ini terdiri dari kendaraan yang memasuki atmosfer Mars dengan kecepatan hipersonik hingga Mach 30 dan kemudian melambat dengan cepat karena gesekan udara. Begitu mereka mencapai Mach 3, mereka menggunakan parasut dan menembakkan retrorockets mereka untuk memperlambat lebih lanjut. Masalah dengan misi yang lebih berat, menurut Putnam, adalah bahwa sistem parasut tidak berskala baik dengan meningkatnya massa kendaraan.
Sayangnya, mesin retrorocket membakar banyak propelan, yang menambah massa kendaraan secara keseluruhan - yang berarti kendaraan peluncuran yang lebih berat diperlukan dan misi pada akhirnya lebih mahal. Selain itu, semakin propelan kebutuhan pesawat ruang angkasa, semakin sedikit volume yang dapat dicadangkan untuk muatan, kargo, dan awak. Seperti yang dijelaskan Prof. Putman dalam siaran pers Illinois Aerospace:
"Gagasan baru adalah untuk menghilangkan parasut dan menggunakan mesin roket yang lebih besar untuk turun ... Ketika kendaraan terbang hipersonik, sebelum mesin roket ditembakkan, beberapa lift dihasilkan dan kita dapat menggunakan lift itu untuk kemudi. Jika kita memindahkan pusat gravitasi sehingga tidak dikemas secara seragam, tetapi lebih berat di satu sisi, ia akan terbang pada sudut yang berbeda. "
Sebagai permulaan, Lorenz dan Putnam menyelidiki perbedaan tekanan yang terjadi di sekitar kendaraan ketika menyentuh atmosfer Mars. Pada dasarnya, aliran di sekitar kendaraan berbeda di atas daripada di bagian bawah kendaraan, yang menciptakan gaya angkat satu arah. Kehidupan ini dapat digunakan untuk mengarahkan kendaraan saat melambat melalui atmosfer.
Seperti yang dijelaskan Putnam, pesawat itu bisa menggunakan soketnya pada titik ini untuk mendaratkan pesawat secara akurat, atau bisa menghemat propelannya untuk mendaratkan massa sebanyak mungkin - atau keseimbangan di antara keduanya bisa tercapai. Pada akhirnya, pertanyaannya adalah pada ketinggian berapa Anda menembakkan roket. Seperti yang dikatakan Putnam:
"Pertanyaannya adalah, jika kita tahu kita akan menyalakan mesin turun di, katakanlah, Mach 3, bagaimana kita mengarahkan kendaraan secara aerodinamis dalam rezim hipersonik sehingga kita menggunakan jumlah propelan minimum dan memaksimalkan massa mesin." muatan yang kita dapat mendarat? Untuk memaksimalkan jumlah massa yang kita dapat [mendaratkan] di permukaan, ketinggian tempat Anda menyalakan mesin turunan Anda adalah penting, tetapi juga sudut yang dibuat oleh vektor kecepatan Anda dengan cakrawala — seberapa curamnya Anda. ”
Di sinilah letak aspek penting lain dari studi ini, di mana Lorenz dan Putnam menilai cara memanfaatkan vektor lift dengan sebaik-baiknya. Apa yang mereka temukan adalah bahwa yang terbaik adalah memasuki atmosfer Mars dengan vektor lift menunjuk ke bawah sehingga kendaraan menyelam, dan kemudian (tergantung pada waktu dan kecepatan) untuk beralih lift dan terbang bersama di ketinggian rendah.
"Ini memungkinkan kendaraan menghabiskan lebih banyak waktu terbang rendah di mana kepadatan atmosfer lebih tinggi," kata Putnam. "Ini meningkatkan hambatan, mengurangi jumlah energi yang harus dihilangkan oleh mesin keturunan."
Kesimpulan dari penelitian ini dapat menginformasikan misi masa depan ke Mars, terutama di mana pesawat ruang angkasa yang berat mengangkut kargo dan kru. Sementara strategi EDL ini akan membuat pendaratan yang lebih menegangkan, kemungkinan para kru mendarat dengan aman dan tidak menyerah pada "Great Galactic Ghoul".
Di luar Mars, penelitian ini dapat berimplikasi pada pendaratan pada benda-benda Solar lain yang memiliki atmosfer tipis. Pada akhirnya, strategi Lorenz dan Putnam tentang entri hipersonik dan dorongan pengereman di ketinggian lebih rendah dapat membantu dengan misi kru ke semua jenis benda langit.
