Mars'ı kolonileştirmek mi? Önce bu sorunu çözelim!
Mars çok ilginç bir yer çünkü aslında güneş sistemindeki gidilmesi en zor yerlerden biri, özellikle de çok fazla "bagaj" getirmek istiyorsanız. Bu gezegen, daha az başarılı olan bazı görevlerin mezarlığı.
Büyüyen hırslarımızla, uzay araştırmalarındaki en büyük sorunlardan birini çözmemiz gerekecek. Mars yüzeyine başarılı bir şekilde ağır bir yük indirmek gerçekten zor.
Manyetosferin korunmaması ve düşük yüzey yerçekimi gibi Mars'ın karşılaştığı bir dizi zorluk var. Ancak en büyük sorunlardan biri, ince karbondioksit atmosferi. Bir uzay giysisi giymeden Mars yüzeyinde durursanız, donarak öleceksiniz ve oksijen eksikliğinden boğulacaksınız.
Bu ince atmosferin, ağır yükleri güvenli bir şekilde Mars yüzeyine göndermeyi son derece zorlaştırdığı ortaya çıktı. Aslında, Mars görevlerinin yalnızca% 53'ü aslında normal şekilde çalışıyor.
Öyleyse, Mars görevlerinin geçmişte nasıl çalıştığından bahsedelim, bu size sorunu gösterecektir.
Mars'a iniş en kötüsü
Tarihsel olarak, Mars misyonları iki yılda bir Dünya ve Mars yakın olduğunda Dünya'dan başlatıldı. 2016'da "ExoMars" görevi, 2018'de "Insight" ve 2020'de "Mars 2020 gezgini".
InSight uzay aracının iniş ve iniş aşamalarının Mars'a girmeye başlamasının hayal gücü
Bu görevler yıldızlararası transfer yörüngesini takip eder ve oraya en hızlı veya en az yakıtla varır.
Uzay aracı Mars atmosferine girdiğinde, saatte on binlerce kilometre hızla uçuyordu. Bir şekilde tüm hızını kaybetmeli ve sonra yavaşça kırmızı gezegenin yüzeyine inmelidir.
Yeryüzünde inişinizi yavaşlatmak için kalın bir dünya atmosferi ve hızınızı düşürmek için bir ısı kalkanı kullanabilirsiniz. 77 tonluk yörünge aracı saatte 28.000 kilometreden sıfıra düştüğünde, uzay mekiğinin ısı kalkanı atmosfere yeniden giren ısıyı emmek için tasarlandı. Benzer teknikler, kalın bir atmosferin olduğu Venüs veya Titan'da da kullanılabilir.
Atmosferi olmayan ayın da inmesi nispeten kolaydır. Atmosferin yokluğunda ısı kalkanına gerek yoktur, sadece yörüngenizi yavaşlatmak ve yere inmek için iticiler kullanmanız gerekir. Yeterince itici getirdiğin sürece inebilirsin.
Mars'a döndüğümüzde, bir uzay aracı saatte 20.000 kilometre hızla ince atmosferine koştu.
Merak sınırdır
Geleneksel olarak, görev, uzay aracının hızının bir kısmını ortadan kaldırmak için bir atmosferden aşağı inmektir. Mars'a fırlatılan en ağır görev ekipmanı 1 ton ağırlığındaki Curiosity'dir.
Mars atmosferine girdiğinde, hızı saniyede 5,9 kilometre veya saatte 22.000 kilometre.
Mars atmosferine merak girer
Yaklaşık 131 kilometre yükseklikte, uzay aracı, Mars yüzeyine yaklaşırken yörüngesini mükemmel bir şekilde ayarlamak için iticileri fırlatmaya başlayacak.
80 saniyelik atmosferik uçuştan sonra, ısı kalkanındaki sıcaklık 2100 santigrat dereceye yükseldi. Isı kalkanı erimemek için fenolik karbon termal ablasyon plakası (PICA) adı verilen özel bir malzeme kullanır. Bu arada, SpaceX'in Dragon kapsülü de aynı malzemeyi kullanıyor.
Hızı 2.700 km / s'nin altına düştüğünde, uzay aracı şimdiye kadar yapılmış en büyük paraşütü, Mars görevi için inşa edilen 16 metre genişliğindeki paraşütü açtı. Bu paraşüt 29.000 kg direnç oluşturarak daha yavaş hale getirebilir.
Askı kablosu Technora ve Kevlar'dan yapılmıştır, bu iki malzeme neredeyse bildiğimiz en güçlü ve ısıya en dayanıklı malzemelerdir.
Ardından paraşütü terk etti ve inişini daha da yavaşlatmak için bir roket motoru kullandı. Yeterince yaklaştığında, Curiosity tarafından yerleştirilen bir gökyüzü vinci, sondayı yavaşça yere indirdi.
Bu ekspres versiyondur. Curiosity'nin Mars'a iniş deneyimini tam olarak anlamak istiyorsanız, diğer bilgileri kontrol edebilirsiniz.
Gezgini nazikçe Mars'a yerleştiren Curiosity'nin gök vincinin resmi
Aynı şeyi daha ağır bir yük ile mi yapmak istiyorsunuz? Senin hayal ettiğin şeyin daha büyük bir paraşüt, daha büyük bir gökyüzü vinci olduğuna inanıyorum.
Teoride, SpaceX yıldızlararası uzay aracı, kolonistleri ve 100 ton ağırlığındaki malzemeleri Mars yüzeyine gönderecek. Sorun şu ki, Mars atmosferinde yavaşlama yöntemi iyi ölçeklenmiyor.
İlk önce paraşütle başlayalım. Dürüst olmak gerekirse, 1 ton olan Curiosity, paraşütle ulaşabileceğiniz kadar ağırdır. Daha ağır koşullar altında, hiçbir malzeme mühendisi yavaşlayan yüklerin üstesinden gelmek için kullanamaz.
Birkaç ay önce, NASA mühendisleri Süpersonik Paraşüt Enflasyon Araştırma Deneyinin (ASPIRE) başarılı testini kutladılar. Bu, Mars 2020 gezici görevi için kullanılacak paraşüt.
ASPIRE yükünü güçlendiricisinden ayırın
Sondaj roketinin üzerine naylon, Teknola elyaf ve Kevlar elyaf gibi gelişmiş kompozit malzemelerden yapılmış bir paraşüt koydular ve uzay aracının Mars'a ulaştığında durumu simüle etmek için 37 kilometre yüksekliğe fırlattılar.
Paraşüt bir saniyeden daha kısa sürede açıldı ve tamamen şişirilerek 32.000 kilogramlık bir kuvvet üretti. O sırada uçakta olsaydınız, saatte 100 kilometre hızla emniyet kemeri ile duvara çarpmak gibi gücün 3.6 katını hissedersiniz. Başka bir deyişle, yaşayamazsınız. Uzay aracı daha ağırsa kompozit malzemelerden yapılması gerekecektir.
NASA, 3 ton ağırlığındaki nesneler gibi daha ağır yükleri Mars'a indirmek için farklı fikirler deniyor.
Bir fikre düşük yoğunluklu süpersonik hız düşürücü (LDSD) denir. Buradaki fikir, uzay aracı Mars'ın yerçekimine girdiğinde daha büyük bir aerodinamik düşürücü kullanmak, uzay aracının etrafında bir zıplama kalesi gibi genişleyecektir.
Düşük Yoğunluklu Süpersonik Hız Düşürücünün (LDSD) Resmi
NASA 2015 yılında bu teknolojiyi gerçekten test etti ve 36 kilometre yükseklikte balonlu bir prototip uçak taşıdı. Ardından uçak sağlam bir roket fırlattı ve onu 55 kilometre yüksekliğe taşıdı.
Hızla yükseldiğinde, süpersonik şişirilebilir aerodinamik redüktörü 6 metre çapa kadar şişirir ve ardından 3000 km / saate düşürür. Maalesef paraşütü düzgün bir şekilde açılmadığı için Pasifik Okyanusu'na düştü.
Bu bir ilerleme. Mühendislik ve fiziği gerçekten çözebilirlerse, bir gün Mars'ın yüzeyine 3 tonluk bir uzay aracının inişini göreceğiz.
Daha fazla tahrik, daha az kargo
Mars inişini genişletmenin bir sonraki fikri, daha fazla itici kullanmaktır. Teorik olarak, daha fazla yakıt taşıyabilir, Mars'a vardığınızda bir roket fırlatabilir ve yavaşlayabilirsiniz. Elbette sorun şu ki, taşıdığınız yavaşlama kütlesi ne kadar büyükse, Mars yüzeyine o kadar az kütle inebilirsiniz.
SpaceX yıldızlararası uzay aracının, Mars'ın yüzeyine 100 ton nesne göndermek için itici bir iniş kullanması bekleniyor. Daha doğrudan ve daha hızlı bir yol izlediği için yıldızlararası uzay aracı, 8,5 km / s'den daha yüksek bir hızla Mars atmosferine çarptı ve ardından giriş hızını yavaşlatmak için aerodinamik kullandı.
Tabii bu kadar hızlı olmaya gerek yok. Yıldızlararası uzay aracı, hızı ortadan kaldırmak için atmosferin üst kısmından birkaç kez geçmek için hava frenlerini kullanabilir. Aslında, Mars'a gitmek için yörüngedeki uzay aracının kullandığı yöntem budur.
Ancak uzay aracındaki yolcuların yavaşlaması, Mars çevresinde bir yörüngeye girmesi ve ardından atmosfere inmesi birkaç hafta sürüyor.
Elon Musk'a göre, tüm ısıyı idare etmeye yönelik sezgisel olmayan stratejisi, uzay aracını paslanmaz çelikten yapmak ve ardından kabuktaki küçük delikler, uzay aracının rüzgar yönünü serin tutmak için metan yakıtı yayacak. Yeterli hızı serbest bıraktığında dönecek, Raptor motorunu çalıştıracak ve ardından yavaşça Mars yüzeyine inecektir.
Yere nişan al ve son dakikada dur
Uzay aracının Mars yüzeyine inişini yavaşlatmak için kullandığı her kilogram yakıt, Mars yüzeyine getiremeyeceği bir kilogram kargodur.
Mars yüzeyine daha ağır yükleri kolayca indirebilecek herhangi bir uygulanabilir strateji olup olmadığından emin değilim. Bazı insanlardan daha fazlası, büyük miktarda itici gaz kullanmadan bunun neredeyse imkansız olduğuna inanıyor.
Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi Havacılık Bölümü'nden yeni bir araştırma, Mars'a yapılan görevlerin Mars yüzeyine yakın daha kalın atmosferden yararlanabileceğini öne sürüyor.
Araştırmacılar, "Mars'taki Yüksek Balistik Katsayılı Araçlar için Giriş Yörünge Seçimi" başlıklı makalelerinde, Mars'a uçan uzay aracının hızlarından kurtulmak için acele etmesine gerek olmadığını öne sürdüler.
Uzay aracı atmosferden geçtiğinde, yine de atmosferde onu yönlendirmek için kullanılabilecek çok sayıda aerodinamik kaldırma üretebilir.
Hesaplamalar yaptılar ve ideal açının doğrudan uzay aracını işaret etmek ve yere dalmak olduğunu buldular. Ardından, mümkün olan en son anda, atmosferin en kalın kısmında yukarı çekmek ve yanal olarak uçmak için aerodinamik kaldırma kullanın.
Bu, sürüklenmeyi artırarak, iniş motorunu çalıştırmadan ve güçlü bir inişi tamamlamadan önce hızın çoğundan kurtulmanızı sağlar.
İnsanlık Mars yüzeyinde yaşanabilir bir gelecek inşa edecekse, bu sorunu çözmemiz gerekiyor. Mars inişini daha güvenilir ve güvenli hale getirmek için bir dizi teknoloji geliştirmemiz gerekiyor.
