Svi znamo na koji način 'SpaceX' planira da spusti putnički brod na Mars: koristeći 'Starship'. Odnosno, koristio bi nadzvučni retro-pogonski sistem, oblast u kojoj kompanija Elona Muska već ima veliko iskustvo zahvaljujući reutilizaciji 'Falcona 9'. No, treba odabrati oblik broda. Svi se slažu da je sletanje na Mars posebno složeno. S jedne strane imamo atmosferu koja nas prisiljava da koristimo termički štit ako ne želimo da izgorimo. Ali ova atmosfera je toliko tanka da nije dovoljno otvoriti padobran da bi brzina našeg broda bila značajno manja od brzine kamena u slobodnom padu. Potrebno je dodati i druge kočione sisteme, poput retro-raketa ili vazdušnih jastuka. Svako ko je pratio odiseju Marsovskih sondi dobro poznaje ovaj problem, što je rezultiralo sa nekoliko epskih 'litokočenja' koje su iskusili 'Schiaparelli' ili 'Mars Polar Lander'. Ali brod s ljudskom posadom, zbog svojih velikih dimenzija, ovom izazovu daje novu dimenziju. U stvari, NASA već četiri godine odlučuje koji je metod sletanja najbolji i još uvek nije odlučila.
Brod sa termoštitom na naduvavanje (HIAD, Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator) ulazi u atmosferu.
Iako je Trumpova administracija još jednom stavila Mesec u fokus programa s posadom na štetu Marsa, Crvena planeta izgleda da ostaje Nasina meta. Dugoročni cilj, bez konkretnog budžeta. Ali i za takav cilj se treba pripremiti. Kao što smo već rekli, kosmički brod s posadom mnogo je veći od kosmičke sonde. Padobrani nisu dobra opcija zbog dodatne složenosti koju zahtevaju, i najbolje je koristiti retro-pogonski sistem[1]. Budući da je u završnoj fazi neophodno koristiti rakete, zašto ih ne bismo koristili od početka za kočenje i na taj način izbegli uvođenje dodatnih sistema? Jedimo što treba, to je odlučiti o obliku broda (u tehničkom smislu, ideja se bazira na smanjenju balističkog koeficijenta broda prilikom ulaska u atmosferu). I to je ono što NASA ne može da reši. 'Starship' je u stanju da stvori malu potisnu silu zahvaljujući svom obliku i tako kontroliše trajektoriju spuštanja svojim aerodinamičnim površinama. Nedostatak je, kao što je poznato, što brod mora izvesti kritični završni manevar – salto unazad – da bi u zadnjem trenutku prečao iz horizontalnog položaja u vertikalni i sleteo.
Dva dizajna Marsovih lendera koje je odabrala NASA: noseći korpus (tj. lifting body) ili brod sa termozaštitom na naduvavanje (NASA).
NASA je takođe decenijama verovala da bi brod oblika 'nosećeg korpusa'[2] bio dobra ideja, premda je razlišljala o sistemu retro raketa postavljenih na takav način da brod sleće horizontalno, bez potrebe za sprovođenjem salto manevra. Alternativa je eventualno dovođenje ove konstrukcije do krajnjosti i korišćenje jednostavnijeg oblika kapsule. Druga alternativa je uporaba termičkog štita koji bi se otvarao.
Ova opcija ima dve varijante: čvrsti termički štit koji se može postaviti, nazvan ADEPT (Adaptive Deployable Entry system Project) ili naduvavajući termički štit, poznat kao HIAD (Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator).Ukratko, suočeni smo s četiri različita reentri sistema.Koji odabrati? Nasin zahev je da bilo koji od ovih sistema mora da bude kadar da smesti oko 20 tona na površinu Marsa. To je minimalna masa uzletnog broda ili MAV-a (Mars Ascent Vehicle), koji mora posadu da vrati s površine u Marsovu orbitu.
Četiri originalna dizajna od pre četiri godine (NASA)
Poslednja iteracija[3] dizajna putničke kapsule 'Sojuz' tipa.
Ni nakon ove četiri godine NASA nije uspela da odabere finalni sistem, iako je suzila kandidate na dva: 'noseći korpus' za vodoravno sletanje i toplotni štit na naduvavanje. Uprkos svojoj jednostavnosti kapsula je odbačena, jer bi za sletanje zahtevala gotovo dvostruko više goriva od krutog nosećeg korpusa i ne nudi toliko kontrole pri odabiru sletne putanje. Što se tiče toplotnog štita, favorizuje se HIAD dizajn na naduvavanje, ali ni čvrsti ADEPT nije u potpunosti isključen. Prednost termičkih štitova na otvaranje je u tome što omogućuju kompaktnu letilicu bez aerodinamičnih ograničenja nosećeg korpusa, idealnu konfiguraciju za donošenje tereta na površinu Marsa, poput modula za stanicu ili MAV. Međutim, pronaći mesta za ovakve vrste tereta unutar krutog nosećeg korpusa puno je teže. Vredno je napomenuti da je NASA poslednjih godina eksperimentirala s prototipovima štitova tipa HIAD, ali ADEPT ili dizajn nosećeg korpusa i dalje su vrlo zeleni. Ovi referentni projekti za brodove s posadom bi koristili osam motora na tečni kiseonik i metan, dok bi brod sa štitom na naduvavanje imao motore potiska od 100 kilonjutna i noseći korpus od 120 kN. Korpus bi imao dužinu od gotovo dvadeset metara (19,8 m), a drugo bi letilica imala toplotni štit prečnika oko 16,4 metra. Korpus bi na zadnjem delu bio opremljen s dva flapsa za kontrolu silazne putanje. Ukupna težina broda iznosila bi oko 66 tona za noseći korpus, i 57 tona za brod termoštitom.
Nasin sistem čvrstog štita na otvaranje ADEPT.
Nasin sistem termoštita na otvaranje HIAD.
Te studije za utvrđivanje optimalnog oblika letilice sa posadom za Mars nazvane su EDLSA (Entry, Descent, and Landing Architecture Analysis), a temelje se na referentnoj arhitekturi misije s posadom na 'Mars DRA5' (Design Reference Architecture 5) iz 2009[4]. U DRA5, svemirski brod s posadom bio je veliki noseći korpus – 10 x 30 metara – sposoban da odnese 40 tona na površinu Marsa zahvaljujući zverskoj nosivosti gigantske rakete 'Ares V' iz nesrećnog programa 'Constellation'. Studija EDLSA uzima kao referencu performanse rakete SLS, koja će u verziji Block 2 moći da podigne do 140 tona u nisku orbitu. Mnogo manje od 'Ares V', pa otuda i manje dimenzije referentne letilice s posadom. Iako studija ne zalazi u detalje arhitekture, s tim ograničenjima bi bilo potrebno prethodno poslati brodove s teretom i zalihama na površinu Marsa – kao i opremu sa ISRU – pre dolaska broda s posadom. Podsetimo da je arhitektura DRA5 favorizovala misije konjunkcijskog tipa na Mars, sa ukupnim trajanjem od oko tri godine, uključujući godinu ipo dana boravka na površini Marsa.
Dizajn nosećeg korpusa.
Elementi broda u obliku nosećeg korpusa (levo). Konfiguracija nosećeg korpusa sa MAV unutra.
Verzija uzletnog modula sa posadom Design Reference Architecture (DRA) 5.0 iz 2009. Ameri su naivno verovali da će svake četvrte godine slati četvoročlanu posadu…
Kao zanimljivost, reći ću da konstrukcija brodova ovih opcija koje je pokrenula NASA podseća na neke projekte stvorene u sovjetskom kosmičkom programu. Naprimer, horizontalni noseći korpus s MAV-om u vertikalnom položaju unutre vrlo je slično sletnom modulu iz poslednjeg sovjetskog programa za misiju s posadom na Mars krajem 80-ih. Dizajn kapsule, oblikovan poput kosmičkog broda 'Sojuz', identičan je onom iz projekta višekratnog putničkog broda sa posadom 'Zarja' (14F70), zamišljen da zameni veterana 'Sojuza'. Napokon, tvrdi termoštit koji može da se otvara predlagan je za mnoge misije, ali je neizbežno prisetiti se otkazanog sovjetskog projekta Marsove sonde '5M'[5], koji je predviđao takav štit. Osim toga, zapanjujuće je da se nakon četiri godine NASA gotovo vratila na početak, budući da su čvrsta konstrukcija korpusa i naduvavajući štit HIAD prvobitno predloženi pre više od pet godina. Jasno je da, očigledno, sletanje na Mars nije lako. Hoće li nam 'SpaceX' dokazati suprotno?
Jedna od karakteristika broda 'Zarja' bilo je 40 kerozinskih kočionih motora radi mekog ateriranja. Trebalo je da izdrži makar 50 letova. Trebalo je da ponesu 2-8 ljudi na stanice tipa 'Mir'. Prečnik – 4,1 m; dužina – 5 m; max težina – do 15 t i oko 2-3 t korisnog tereta.
DRA5 iz 2009. planirao je noseći korpus za sletanje.
Putnički brod iz 1987. sovjetske misije za Mars. Vidi se MAV u vertikalnom položaju u unutrašnjosti.
Još jednom, sovjetska sonda 'M5' koja je trebala da prouči Mars i donese uzorke. Krajnje levo se vidi čvrsti termoštit u sklopljenom položaju.
Reference:
- Human Mars Entry, Descent, and Landing Architecture Study: Phase 3 Summary, DOI: 10.2514 / 6.2020-1509, May 30, 2020.
- Human Mars Entry, Descent, and Landing Architecture Study: Phase 3 Summary(presentation).
- Human Mars Entry, Descent and Landing Architecture Study Overview, DOI: 10.2514 / 6.2016-5494, September 16, 2016.
[1] U septembru 2013. 'SpaceX' je prvi izveo manevar retro-pogona da bi usporio reentri prvog stepena svoje rakete 'Falcon 9'. Nakon toga, 'SpaceX' je nastavio da primenjuje tehniku za sve svoje I stepene. Od tada, istraživanjima se pridružila i NASA, sa jedinom željim da sistem implementriraju na buduće misije na Mars.
[2] To je već stara ideja, kojom su se više ili manje uspešno Ameri i Sovjeti bavili još od 50-ih godina, ai uglavnom experimentalno.
[3] Iteracija je čin procesa ponavljanja sa ciljem približavanja željenom cilju, meti ili rezultatu.
[4] Otprilike u to vreme se ojavio modifikovani i jeftiniji koncept ljudske misije na Mars, nazvan Austere Human Missions to Mars
[5] Sećam se da sam o ovoj 'Lavočkinovoj' sondi nekad davno pisao nešto u feljtonu 'Ekspedicija SSSR-a na Fobos' i u textu 'Komadić Marsa na Zemlji'
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
