ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้าจะมีการวางแผนสำหรับดาวอังคารซึ่งรวมถึงข้อเสนอที่จะส่งนักบินอวกาศไปที่นั่นเป็นครั้งแรก สิ่งนี้นำเสนอความท้าทายด้านลอจิสติกส์และด้านเทคนิคมากมายตั้งแต่ระยะทางที่ไกลถึงความต้องการในการป้องกันรังสีที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกันก็มีความยากลำบากในการลงจอดบนดาวเคราะห์แดงหรือสิ่งที่เรียกว่า "Mars Curse"
เพื่อเพิ่มความซับซ้อนให้มากขึ้นขนาดและมวลของภารกิจในอนาคต (โดยเฉพาะอย่างยิ่งยานอวกาศ crewed) จะเกินความสามารถของเทคโนโลยีในปัจจุบันการเข้าและการลงจอด (EDL) ทีมนักวิทยาศาสตร์ด้านการบินและอวกาศได้ปล่อยการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าการแลกเปลี่ยนระหว่างแรงผลักดันระดับความสูงต่ำและมุมเส้นทางการบินอาจทำให้ภารกิจหนักบนดาวอังคารปลอดภัย
การศึกษาซึ่งเพิ่งปรากฏใน วารสารยานอวกาศและจรวดผู้แต่งโดย Christopher G. Lorenz และ Zachary R. Putnam นักวิจัยจาก The Aerospace Corporation และผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ตามลำดับ พวกเขาตรวจสอบกลยุทธ์การขึ้นฝั่งต่าง ๆ เพื่อดูว่าสามารถเอาชนะ“ Mars Curse” ได้อย่างไร
เพียงแค่กล่าวว่าการลงจอดบนดาวอังคารเป็นเรื่องยากและมีเพียง 53% ของยานอวกาศที่ส่งไปที่นั่นตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ทำให้พื้นผิวสมบูรณ์ จนถึงปัจจุบันยานพาหนะที่หนักที่สุดที่ประสบความสำเร็จในการลงจอดบนดาวอังคารคือ ความอยากรู้ รถแลนด์โรเวอร์ซึ่งมีน้ำหนัก 1 เมตริกตัน (2,200 ปอนด์) ในอนาคตองค์การนาซ่าและหน่วยงานอวกาศอื่นวางแผนที่จะส่งน้ำหนักบรรทุกของพวกเขาตั้งแต่ 5 ถึง 20 ตันซึ่งเกินกว่ากลยุทธ์ EDL ทั่วไป
ในกรณีส่วนใหญ่สิ่งนี้ประกอบด้วยยานพาหนะที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวอังคารด้วยความเร็วที่สูงเกินความเร็วถึง Mach 30 และจากนั้นช้าลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงเสียดทานในอากาศ เมื่อพวกเขาไปถึง Mach 3 พวกเขาจะวางร่มชูชีพและยิง retrorockets เพื่อชะลอความเร็วลงอีก ปัญหาที่เกิดขึ้นกับภารกิจที่หนักกว่าตาม Putnam คือระบบร่มชูชีพไม่สามารถปรับขนาดได้ดีเมื่อเพิ่มมวลยานพาหนะ
แต่น่าเสียดายที่เครื่องยนต์ retrorocket เผาไหม้เชื้อเพลิงจำนวนมากซึ่งเพิ่มไปยังมวลยานพาหนะโดยรวม - ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมียานพาหนะยิงที่หนักกว่าและภารกิจสิ้นสุดลงด้วยค่าใช้จ่ายที่มาก นอกจากนี้ยิ่งยานขับเคลื่อนต้องการยานอวกาศมากเท่าไหร่ปริมาณการบรรทุกสินค้าและลูกเรือก็น้อยลงเท่านั้น ดังที่ศาสตราจารย์ Putman ได้อธิบายไว้ในการแถลงข่าวของ Illinois Aerospace:
“ ความคิดใหม่คือการกำจัดร่มชูชีพและใช้เครื่องยนต์จรวดขนาดใหญ่สำหรับการสืบเชื้อสาย…เมื่อยานพาหนะกำลังบินเร็วเกินไปก่อนที่เครื่องยนต์จรวดจะถูกยิงขึ้นลิฟต์บางตัวถูกสร้างขึ้นและเราสามารถใช้ลิฟต์นั้นสำหรับการบังคับเลี้ยว ถ้าเราย้ายจุดศูนย์ถ่วงเพื่อที่จะไม่ได้บรรจุอย่างเท่าเทียมกัน แต่หนักกว่าด้านหนึ่งมันจะบินในมุมที่ต่างออกไป”
สำหรับผู้เริ่มต้น Lorenz และ Putnam ได้ตรวจสอบค่าความดันซึ่งเกิดขึ้นรอบยานพาหนะเมื่อมันกระทบกับบรรยากาศของดาวอังคาร โดยพื้นฐานแล้วการไหลรอบตัวรถนั้นจะแตกต่างกันไปที่ด้านบนมากกว่าด้านล่างของตัวรถซึ่งจะเป็นการยกในทิศทางเดียว ชีวิตนี้สามารถใช้ในการบังคับยานพาหนะในขณะที่ชะลอตัวผ่านชั้นบรรยากาศ
ตามที่พัทอธิบายยานสามารถใช้ retrorockets ได้ที่จุดนี้เพื่อลงจอดยานอย่างแม่นยำหรือมันสามารถอนุรักษ์แรงขับของมันให้ลงสู่มวลที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้หรืออาจเกิดความสมดุลระหว่างทั้งสอง ในท้ายที่สุดมันเป็นคำถามว่าคุณยิงจรวดไปที่ความสูงเท่าไหร่ อย่างที่พัทใส่ไว้:
“ คำถามคือถ้าเรารู้ว่าเราจะส่องเครื่องยนต์โคตรที่กล่าวว่ามัค 3 เราจะขับยานพาหนะทางอากาศพลศาสตร์ในระบอบไฮเปอร์โซนิคเพื่อที่เราจะใช้ปริมาณเชื้อเพลิงขั้นต่ำและเพิ่มมวลของ น้ำหนักบรรทุกที่เราสามารถลงจอดได้หรือไม่ เพื่อเพิ่มจำนวนมวลที่เราสามารถ [จอด] บนพื้นผิวระดับความสูงที่คุณจุดชนวนเครื่องยนต์โคตรของคุณเป็นสิ่งสำคัญ แต่ยังทำมุมเวกเตอร์ความเร็วของคุณทำกับเส้นขอบฟ้า - คุณเข้ามาสูงชันอย่างไร "
ในที่นี้เป็นอีกแง่มุมที่สำคัญของการศึกษาที่ Lorenz และ Putnam ประเมินว่าจะใช้ประโยชน์จากเวกเตอร์ลิฟท์ได้ดีที่สุดอย่างไร สิ่งที่พวกเขาพบคือมันเป็นการดีที่สุดที่จะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารด้วยเวกเตอร์ยกที่ชี้ลงเพื่อให้ยานพาหนะกำลังดำน้ำและจากนั้น (ขึ้นอยู่กับเวลาและความเร็ว) เพื่อเปลี่ยนลิฟต์ขึ้นและบินไปตามระดับความสูงต่ำ
“ สิ่งนี้ช่วยให้ยานพาหนะใช้เวลาบินน้อยลงเมื่อความหนาแน่นของบรรยากาศสูงขึ้น” พัทนัมกล่าว “ สิ่งนี้จะเพิ่มแรงลากลดปริมาณพลังงานที่เครื่องยนต์จะต้องกำจัดออก”
บทสรุปของการศึกษาครั้งนี้สามารถแจ้งให้ทราบถึงภารกิจในอนาคตต่อดาวอังคารโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อยานอวกาศขนาดใหญ่ขนส่งสินค้าและลูกเรือ ในขณะที่กลยุทธ์ EDL นี้จะทำให้การลงจอดของเส้นประสาทเป็นไปได้มากขึ้น แต่อัตราต่อรองของลูกเรือที่ลงจอดอย่างปลอดภัยและไม่ยอมจำนนต่อ“ Great Galactic Ghoul”
นอกเหนือจากดาวอังคารการศึกษาครั้งนี้อาจส่งผลต่อการลงจอดบนดวงอาทิตย์อื่น ๆ ที่มีชั้นบรรยากาศบาง ๆ ในท้ายที่สุดกลยุทธ์ของ Lorenz และ Putnam ในการเข้าหาความเร็วและแรงผลักดันการเบรกระดับความสูงต่ำสามารถช่วยภารกิจที่มีลูกเรือในทุกส่วนของท้องฟ้า
