Već više od pola veka Mars bije glas planete na koju je najteže spustiti kosmičku sondu. Zbog prisustva vrlo ’tanke’ atmosfere neophodna je upotreba termičkog štita, jer nije moguće dostići bezbednu brzinu korišćenjem samo padobrana pri sletanju. Zato marsovske sonde moraju da imaju snažne kočione motore ili ’erbegove’ za spuštanje u jednom komadu. Ali svi ti sistemi omogućavaju nam da spustimo na Mars samo oko tone tereta. Za slanje misija sa ljudskom posadom ili većih sondi moraćemo da ovladamo novim metodama, ali kojim?
Prototip toplotnog štita na naduvavanje LDSD za putovanja na Mars. Testiranja počinju sledeće godine, ali neće poleteti na Mars pre 2018. (NASA).
Godinama se zna da je za dopremanje većih tereta na Crvenu planetu neophodna upotreba velikih termičkih štitova (koji funkcionišu kao aerodinamička kočnica) i/ili kočionih (“retro”) raketa u supersoničnoj fazi sletanja. Razvoj tih tehnologija predstavlja ključ za slanje ljudi na Mars, tako da je NASA odlučila da započne sa najprostijom tehnikom, koja predstavlja, logično, toplotni štit. U tom slučaju, mogli bi da postignemo svoj cilj upotrebom s jedne strane velikog aerodinamičkog objekta koji bi omogućavao čak i tehniku aerohvatanja, ili s druge strane izgradnju konvencionalnog štita koji bi se otvarao u kosmosu i tako povećao površinu pa samim tim i kočenje.
Očigledno je da je poslednja opcija najjednostavnija, pa je NASA konstruisala novi prototip termičkog štita na naduvavanje nazvanog LDSD(Low-Density Supersonic Decelerator). Zapravo, LDSD objedinjuje tri različite inovativne tehnologije. Jedna je termoštit na naduvavanje toplim vazduhom prečnika šest metara, nazvan SIAD-R[1], dok je druga osmometarski termoštit nazvan SIAD-E koji se naduvava komprimovanim vazduhom (SIAD je skraćenica od “Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators”, tj. supersonični aerodinamički usporivač na naduvavanje). Smatra se da SIAD-R predstavlja preteču štitova za buduće misije bez ljudske posade na Mars[2], dok bi SIAD-E mogao da posluži za razvoj elemenata za ekspedicije sa ljudima. Treći elemenat predstavljaju supersonični padobrani nove generacije, prečnika 33,5 metara (kao poređenje, padobran za rover “Curiosity” je imao prečnik od oko 16 metara!).
Prilikom sletanja na neku planetu, potrebno je nekako svesti orbitnu brzinu (desetine hiljada km/h) na nultu na površini. Trenje sa Zemljinom atmosferom dovoljno redukuje brzinu letilica da bi padobrani obezbedili meko sletanje. Na Mesecu, koji nema atmosferu, koriste se retrorakete da bi bilo izvedeno sletanje. Marsova vrlo ‘tanka’ atmosfera ne može da pruži dovoljno otpora letilicama da bi ova postigla bezbednu brzinu za sletanje samo korišćenjem termoštita i padobrana.
Delovi programa LDSD. Prvi kompletni supersonični testovi biće obavljeni ovog leta, a proba na Marsu ne bi bila pre 2018. Program sponzoriše NasinaKancelarija za vodeće tehnologije i Program za kosmičku tehnologiju, a za agenciju ga sprovodi Maršalov centar za kosmička istraživanja u Hantsviju, u Alabami.
Tehnički gledano, naduvavajući štitovi deluju pre kao “usporivači”, ili kako to Ameri kažu “šok absorberi”, nego kao (za)štitnici od visoke temperature ako se otvore odmah nakon najteže faze ulaska u atmosferu, ali ta razlika nije toliko bitna jer površine mogu biti pokrivene ablativnim premazima i/ili materijalima otpornim na visoke temperature kao kod konvencionalnih štitova, te bi ova tehnologija mogla da bude pogodna za buduće “prave” štitove, naročito u slučajevima štitova prilikom aerohvatanja velikih marsovskih brodova.
Novi padobran za letove na Mars triput manjih dimenzija tokom aerodinamičkih testiranja (NASA).
Centar JPL u Kaliforniji već je proverio otvaranje SIAD-R na zemlji koristeći šinsko vozilo (“sanke”) na raketni pogon koje dostiže brzinu do 400 km/h, postižući tako aerodinamičko opterećenje oko 25% veće od onog koje bi mogao da oseti tokom ulaska u Marsovu atmosferu. Ovog juna, sledeći prototip LDSD će u Mornaričkoj vojnoj bazi na ostrvu Kauai (Havaji) biti okačen za stratosferski balon i na visini od 36 km biće uključena mala raketa na čvrsto gorivo “Star 48”[3] radi dostizanja supersonične brzine i visine od 55 kilometara. Mala gustina stratosfere biće pravo mesto za testiranje Marsovog termalnog štita.
Zemaljsko testiranje termičkog štita na naduvavanje SIAD-R. U stanju je da brzinu od 3,5 Maha momerntalno smanji na 2 Maha. (NASA).
Sledeća suborbitna proba projekta LDSD (NASA).
Ukrotiti teške brodove u Marsovoj atmosferi znači da moramo da počnemo da ih kočimo ranije, na većoj visini i pri većoj brzini. Trenutno, faza kočenja započinje kada brodovi putuju brzinom od oko 2 Maha[4], ali za veće letilice ta faza mora da započne pri 3 Maha ili 4 Maha. Zato je ova tehnologija značajna. SIAD štitovi će biti otvarani pri 3-4 Maha i usporiti letilice do 2 Maha, što je dobar uslov za otvaranje supersoničnih (nadzvučnih) padobrana.
Sadašnji projekat LDSD nije prvi koji se bavi razvojem naduvavajućih termoštitova. Japanci i Amerikanci su već sproveli nekoliko testova takve vrste toplotnih štitova u suborbitnim letovima[5]. Međutim, do danas su jedino Rusi lansirali termoštit na naduvavanje u orbitu[6], koji se na ruskom naziva НТУ(rus. надувное тормозное устройство, tj. naduvavajući kočioni uređaj). Govorimo, naravno, o subsondama („penetratorima“) nesrećnog „Maрса-96“ i projektu IRDT (Inflatable Re-entry and Descent TechnologyDemonstrator) – ili jednostavnije „Demonstratoru“ – zajednički konstruisanom od strane ESA i ruske kompanije NPO Lavočkin.
 |
 |
Levo: “Fregat” sa neotvorenim termičkim štitom. Desno: IRDT/Fregat sa otvorenom prvom kaskadom termoštita.
Faze ruskog štita na naduvavanje IRDT (NPO Lavočkin).
Američki naduvbavajući štit IRVE (NPO Lavočkin).
Prednost korišćenja ovih štitova na naduvavanje ogromna je i omogućiće nam probijanje današnje težinske barijere za sletanje od 1500 kg. U zavisnosti od konačnog dizajna, misije opremljene naduvavajućim usporivačima tih karakteristika pomoći će nam da na površinu Marsa spustimo teret od 2 do 3 tone. I ne samo to. Oni će nam dozvoliti da se spuštamo na delove Crvene planete koji se nalaze na dva do tri kilometra većoj visini nego što možemo danas, a i preciznost ateriranja bi se povećala na svega tri kilometra. Nije loše, zar ne?
SPISAK TESTOVA NADUVAVAJUĆIH ŠTITOVA:
- “Марс-96“penetratora na nuklearni pogon od 130 kg, opremljena usporivačima na naduvavanje teškim po 22,4 kg. Prečnik štita je bio 2,3 metra a naduvanog 3,8 metra. Sonde su izgubljene zajedno sa ostatkom letilice usled pada u okean izazvanog kvarom prilikom drugog uključivanja IV stepena (Blok D-2) rakete „Протон-К“.
- IRDT-1Союз“ u orbitu zajedno sa stepenom „Фрегат“. Težina sistema je bila 147 kg, dok je sam štit imao 33,3 kg. Njegove dimenzije su bile skoro istovetne štitu sa „Марсa-96“.
- IRDT/FregatФрегат“. Nikad se nije otvorio. Težina sistema je bila 1830 kg od čega je štit bio težak 673 kg. Prečnik je iznosio 6 metara, a 14 m kada je otvoren.
- IRDT/Cosmos-1Cosmos_1“ lansiranim sa podmornice K-496 Borisoglebsk. Korisni teret se nije odvojio od rakete-nosača.
- IRDT-2aketom „Волна“ na suborbitnu trajektroiju sa podmornice K-44. Raketa je otkazala. Težina: 146 kg.
- IRDT-2R
- ·IRVE-1Inflatable Re-entry Vehicle Experiment) uz pomoć sounding-rakete “Terrier Orion“ ispaljene sa ostrva Wallops.
- IRVE-2
- IRVE-3
- S-130-41
Predlog ruskog broda sa ljudskom posadom sa štitom na naduvavanje za aerohvatanje (NPO Lavočkin).
Odličan video o projektu LDSD.
<iframe width="510" height="287" src="//www.youtube.com/embed/9h1NtQJ59kM" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>
[1] NASA je prve testove obavila u vojnoj bazi Naval Air Warfare Center Weapons DivisionKaliforniji oktobra 2012. Amerika SVE svoje inovativne tehnologije vezane za kosmos po pravilu obavlja u vojnim bazama, a proizvode ih takože po pravilu kompanije koje su glavni snabdevači i kooperanti Pentagona. Mnogima od njih Pentagon je i jedini kupac i finansijer.
[2] Otuda ono „R“ – označava „Robot-class mission“.
[3] motor koji se isključivo koristi kao raketni dodatni stepen. Ono „48“ označava prečnik punjenja goriva u inčima. Recimo, ovaj motor je korišćen kao III stepen prolikom lansiranja sonde za Pluton, „New Horizons“. Zanimljivo je da je zbog specifične trajektorije, ovaj buster stigao do Jupitera pre sonde! Čak će 2015. stići i do Plutona.
[4] Npr., u toj fazi rover „Curiosity“ je imao brzinu od 1,7 Mahova (578 m/s). Kada je zašao u atmosferu Marsa, imao je brzinu od ~5800 m/s.
[5] Japanci su pre par godina lansirali raketu „S-130“ koja je nosila štit prečnika 1,2 metra i težine 20 kg. U isto vreme su i SAD lansirali svoj štit IRVE (Inflatable Re-Entry Vehicle Experiment) prečnika 3 metra i težine 426 kg. Slične sisteme su razmatrali i Rusi: IRDIT, koji je poleteo “Sojuzom” još februara 2000. godine.
[6] 2000. godine Rusi su lansirali raketu „Sajuz“ sa novim dodatnim stepenom „Fregat“. On je nosio inovativni sistem za povratak na Zemlju. Nakon 5 sati leta, „Fregat“ i njegov mali korisni teret su „deorbitirani“, pri čemu je na 150 km visine automatski otvoren gumeni naduvavajući štit sa ciljem da zaštiti teret tokom spuštanja ali i da apsorbuje udarac prilikom ateriranja. Naduvavajući konus „Fregata“, prečnika 14 m, bio je baziran na uređaju projektovanom za meko sletanje neuspelog „Marsa-8“ koji se 1996. srušio kraj Čilea. Prazan „Fregat“ je bio težak 1800 kg, tako da je dodatna zaštita bila neophodna. Kao teret je bio štit (IRDT-1) koji je koštao €1,8 miliona, a konstruisali su ga Hruničev, Dajmler-Krajzler i ESA. Taj štit je imao prečnik 4 m a unutar kontejnera se nalazili 110 kg različitog kamenja da bi se ispitalo kako temperatura prilikom ulaska u atmosferu utiče na meteorite.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
