Nas próximas décadas, várias missões estão planejadas para Marte, que incluem propostas para enviar astronautas para lá pela primeira vez. Isso apresenta inúmeros desafios técnicos e logísticos, que vão desde a grande distância até a necessidade de maior proteção contra radiação. Ao mesmo tempo, há também a dificuldade de aterrar no Planeta Vermelho, ou o que é chamado de "Maldição de Marte".
Para complicar ainda mais, o tamanho e a massa de missões futuras (especialmente naves espaciais com tripulação) estarão além da capacidade da atual tecnologia de entrada, descida e aterrissagem (EDL). Para resolver isso, uma equipe de cientistas aeroespaciais divulgou um estudo que mostra como uma troca entre o impulso de frenagem em menor altitude e o ângulo da trajetória de vôo poderia permitir que missões pesadas pousassem com segurança em Marte.
O estudo, que apareceu recentemente no Jornal de naves espaciais e foguetes, foi de autoria de Christopher G. Lorenz e Zachary R. Putnam - pesquisador da The Aerospace Corporation e professor assistente de engenharia aeroespacial da Universidade de Illinois, respectivamente. Juntos, eles investigaram diferentes estratégias de pouso para ver o que poderia superar a "Maldição de Marte".
Simplificando, pousar em Marte é um negócio difícil, e apenas 53% das naves espaciais enviadas para lá desde os anos 60 chegaram à superfície intacta. Até o momento, o veículo mais pesado a pousar com sucesso em Marte foi o Curiosidade rover, que pesava 1 tonelada métrica (2.200 libras). No futuro, a NASA e outras agências espaciais planejam enviar cargas úteis com massas variando de 5 a 20 toneladas, o que está além das estratégias convencionais de EDL.
Na maioria dos casos, isso consiste em um veículo que entra na atmosfera marciana em velocidades hipersônicas de até Mach 30 e depois desacelera rapidamente devido ao atrito do ar. Quando alcançam o Mach 3, eles colocam um paraquedas e disparam nas costas para diminuir a velocidade. O problema com missões mais pesadas, de acordo com Putnam, é que os sistemas de pára-quedas não escalam bem com o aumento da massa de veículos.
Infelizmente, os motores retrocessos queimam muito propulsor, o que aumenta a massa geral do veículo - o que significa que veículos de lançamento mais pesados são necessários e as missões acabam custando mais. Além disso, quanto mais propulsor uma espaçonave precisar, menos volume poderá poupar para carga, carga e tripulação. Putman explicou em um comunicado de imprensa da Illinois Aerospace:
“A nova idéia é eliminar o paraquedas e usar motores maiores de foguete para a descida. Quando um veículo está voando hipersonicamente, antes que os motores sejam acionados, é gerado algum elevador e podemos usá-lo para a direção. Se movermos o centro de gravidade para que não seja uniformemente empacotado, mas mais pesado de um lado, ele voará em um ângulo diferente ".
Para começar, Lorenz e Putnam investigaram o diferencial de pressão que ocorre ao redor de um veículo quando atinge a atmosfera de Marte. Basicamente, o fluxo ao redor do veículo é diferente na parte superior e na parte inferior do veículo, o que cria elevação em uma direção. Essa vida pode ser usada para dirigir o veículo enquanto ele desacelera pela atmosfera.
Como Putnam explicou, a nave poderia usar suas cavidades traseiras nesse momento para aterrissar com precisão, ou conservar seu propulsor para pousar a maior quantidade de massa possível - ou um equilíbrio entre os dois poderia ser alcançado. No final, é uma questão de em que altitude você dispara os foguetes. Como Putnam colocou:
“A questão é: se sabemos que vamos acender os motores de descida em, digamos, Mach 3, como devemos dirigir o veículo aerodinamicamente no regime hipersônico, para que possamos usar a quantidade mínima de propulsor e maximizar a massa do carga útil que podemos pousar? Para maximizar a quantidade de massa que podemos pousar na superfície, a altitude em que você acende seus motores de descida é importante, mas também o ângulo que seu vetor de velocidade faz com o horizonte - quão íngreme você está entrando. ”
Aqui está outro aspecto importante do estudo, onde Lorenz e Putnam avaliaram como fazer o melhor uso do vetor de elevação. O que eles descobriram foi que era melhor entrar na atmosfera de Marte com o vetor de elevação apontado para baixo, para que o veículo estivesse mergulhando e, em seguida (dependendo do tempo e velocidade), mudar a elevação e voar a baixa altitude.
"Isso permite que o veículo gaste mais tempo voando baixo onde a densidade atmosférica é maior", disse Putnam. "Isso aumenta a resistência, reduzindo a quantidade de energia que deve ser removida pelos motores de descida".
As conclusões deste estudo podem informar futuras missões a Marte, especialmente no que diz respeito a naves espaciais pesadas que transportam cargas e tripulações. Embora essa estratégia da EDL traga uma aterrissagem mais estressante, as chances das equipes aterrissarem com segurança e não sucumbirem ao "Grande Ghoul Galáctico".
Além de Marte, este estudo pode ter implicações no pouso em outros corpos solares que possuem atmosferas finas. Por fim, a estratégia de Lorenz e Putnam de uma entrada hipersônica e um impulso de frenagem a baixa altitude poderia ajudar nas missões tripuladas a todos os tipos de corpos celestes.
