Visión artística de una nave espacial de pulsos retroactivos para controlar.
El rover Curiosity (1 tonelada métrica) se convirtió en el vehículo de aterrizaje más pesado en Marte. Pero en el futuro, para la colonización, deberá enviar mucha más carga en el rango de 5 a 20 toneladas. Para realizar un aterrizaje seguro, debe comprender cómo gestionar grandes masas.
Por lo general, el vehículo ingresa a la atmósfera marciana a velocidades hipersónicas (aproximadamente 30 como máximo), disminuye la velocidad rápidamente, despliega el paracaídas y activa los motores de cohetes o las bolsas de aire.
Desafortunadamente, los sistemas de paracaídas son difíciles de escalar al aumentar la masa del dispositivo. Por lo tanto, los científicos quieren eliminar el paracaídas y usar motores de cohetes más grandes para reducir.
Cuando el tren de aterrizaje disminuye a 3 Max, los motores a reacción se activan en la dirección opuesta para reducir la velocidad del vehículo y realizar un aterrizaje controlado. El problema es que esto quema una gran cantidad de combustible. El propulsor aumenta la masa del aparato, debido a lo cual el costo de la misión aumenta considerablemente. Pero cada kilogramo de combustible toma esta masa de instrumentos científicos y asientos de la tripulación.
Cuando la máquina vuela a una velocidad hipersónica, se crea una cierta elevación antes de lanzar los motores de cohetes, que se pueden usar para el control. Si mueve el centro de gravedad para que no sea uniforme, pero más pesado en un lado, puede dirigir el vuelo desde un ángulo diferente. Los investigadores dicen que el flujo alrededor del aparato difiere de arriba y abajo, lo que causa un desequilibrio y una caída de presión. En la entrada, descenso y aterrizaje hay una oportunidad para gestionar el transporte. Pero, si vamos a arrancar los motores con 3 Max, ¿cómo deberíamos controlar aerodinámicamente el dispositivo en modo hipersónico para usar la cantidad mínima de combustible y maximizar la masa de la carga útil?
En esta materia, la altura a la que se inician los motores descendentes es importante, así como el ángulo que el vector de velocidad crea con el horizonte. El estudio examina los métodos de control óptimo para encontrar una estrategia de aterrizaje seguro en modo hipersónico en diversas condiciones de aterrizaje interplanetario.
Los análisis muestran que para el combustible de cohetes, la entrada a la atmósfera con un vector de elevación dirigido hacia abajo será óptima, como resultado de lo cual el dispositivo se sumerge. Luego, en un cierto punto (en función del tiempo o la velocidad), debe cambiar a la elevación para que la unidad avance hacia una altitud baja. Esto le permite transportar más tiempo en vuelo a baja altitud, donde la densidad de la capa atmosférica es mayor. Debido a esto, la resistencia aumenta, reduciendo la cantidad de energía gastada.
