편집자 주 :이 게스트 포스트는 우주 과학 기술을 따르는 전기 엔지니어 Andy Tomaswick이 작성했습니다.
화성에 대한 미래의 유인 임무에서 가장 기술적으로 어려운 작업 중 하나는 우주 비행사를 안전하게 지상에 배치하는 것입니다. 우주에서 짧은 여행에 필요한 고속과 훨씬 더 가벼운 화성의 대기의 결합은 지금까지 로봇 우주선에 대해서만 해결 된 공기 역학 문제를 만듭니다. 사람들이 언젠가 화성의 먼지가 많은 표면을 걷는다면 먼저 더 나은 진입 하강 및 착륙 (EDL) 기술을 개발해야합니다.
이러한 기술은 휴스턴에서 6 월 12 일부터 14 일까지 개최 된 화성 탐사를위한 개념 및 접근법 인 Lunar Planetary Institute (LPI)의 최근 회의의 일부로, EDL 문제를 해결할 수있는 최신 기술 발전에 중점을 두었습니다.
회의에서 발표 된 수많은 기술 중 대부분은 여러 가지 전략으로 구성된 다 계층 시스템과 관련이있는 것으로 보였습니다. 이러한 계층을 채우는 다양한 기술은 부분적으로 미션에 따라 다르며 모두 더 많은 테스트가 필요합니다. 가장 널리 논의 된 세 가지는 HIAD (Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator), SRP (Supersonic Retro Propulsion) 및 다양한 형태의 에어로 브레이킹입니다.
HIAD는 본질적으로 대형 열 차폐물이며, 지난 50 년간 우주 비행에 사용 된 많은 유형의 유인 재입국 캡슐입니다. 그들은 넓은 표면적을 사용하여 행성 대기를 통해 충분한 항력을 만들어 여행하는 우주선을 적당한 속도로 늦추 게합니다. 이 전략은 수년간 지구에서 잘 작동했기 때문에 기술을 화성으로 번역하는 것은 당연합니다. 그래도 번역에 문제가 있습니다.
HIAD는 공예를 감속하는 능력으로 공기 저항에 의존합니다. 화성은 지구보다 대기가 훨씬 얇기 때문에이 저항은 재진입 속도를 늦추는 데 거의 효과적이지 않습니다. 이러한 효율성 저하로 인해 HIAD는 다른 기술에만 사용하는 것으로 간주됩니다. 또한 열 차폐로 사용되기 때문에 공기 마찰로 인해 일부 표면에서 큰 발열이 발생하는 재진입 시작시 선박에 부착해야합니다. 가열이 더 이상 문제가되지 않는 속도로 차량 속도가 느려지면 HIAD가 해제되어 다른 기술이 나머지 제동 과정을 대신 할 수 있습니다.
다른 기술 중 하나는 SRP입니다. 많은 계획에서, HIAD가 출시 된 후 SRP는 주로 선박의 속도를 늦추는 역할을합니다. SRP는 공상 과학에서 일반적으로 발견되는 착륙 기술의 유형입니다. 일반적인 아이디어는 매우 간단합니다. 우주선을 지구상에서 탈출하기 위해 가속하는 동일한 유형의 엔진을 돌리고 목적지에 도달했을 때 그 속도를 멈추는 데 사용할 수 있습니다. 선박의 속도를 줄이려면 재입국시 원래 로켓 부스터를 뒤집거나 착륙 중에 만 사용할 전방 로켓을 설계하십시오. 이 전략에 필요한 화학 로켓 기술은 이미 잘 알려져 있지만 로켓 엔진은 초음속으로 움직일 때 다르게 작동합니다. 이러한 속도의 스트레스를 처리 할 수있는 엔진을 설계하려면 더 많은 테스트를 수행해야합니다. SRP는 또한 연료를 사용하는데,이 기술은 우주선이 화성까지 전체 거리를 이동해야하므로 여행 비용이 더 많이 든다. 대부분의 전략의 SRP는 또한 하강 중 어느 시점에서 쏘아진다. 착륙 지점으로 불꽃 기둥을 따라 가면서 체중 감소와 통제 된 하강의 어려움이 그러한 결정에 도움이됩니다.
SRP 부스터가 사라지면 대부분의 설계에서 에어로 브레이킹 기술이 대신합니다. 회의에서 일반적으로 논의 된 기술은 풍선과 낙하산의 조합 인 발 루트였습니다. 이 기술의 기본 개념은 착륙선을 지나서 쇄도하는 공기를 포착하고이를 사용하여 고속선에 묶인 발 루트를 채우는 것입니다. 발 루트로 유입되는 공기의 압축으로 인해 가스가 가열되어 사실상 지구에서 사용되는 것과 유사한 리프팅 특성을 갖는 열기구가 생성됩니다. 충분한 공기가 발 루트로 유입되면, 탑재 하중에 대한 스트레스를 최소화하면서 착륙선을 화성 표면에 부드럽게 떨어 뜨리는 데 필요한 최종 감속을 제공 할 수 있습니다. 그러나이 기술이 고속선을 늦추는 총량은 구조물에 주입 할 수있는 공기의 양에 따라 달라집니다. 공기가 많을수록 발 루트가 커지고 발 루트가 만들어지는 물질에 더 많은 응력이 가해집니다. 이러한 고려 사항으로 인해 독립형 EDL 기술로 간주되지 않습니다.
이 전략들은 화성에 대한 인간의 임무에 의해 사용될 수있는 제안 된 EDL 방법의 표면을 간신히 긁습니다. 화성에 착륙 할 최신 로버 인 호기심은 스카이 크레인 (Sky Crane)으로 알려진 독특한 형태의 SRP를 포함하여 몇 가지를 사용하고 있습니다. 이 시스템의 결과는 LPI 회의에서와 같은 과학자들이 화성에 대한 미래의 인간 임무에 어떤 EDL 기술이 가장 효과적인지를 결정하는 데 도움이 될 것입니다.
리드 이미지 캡션: 우주선의 대기 진입을 늦추는 Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator의 아티스트 컨셉. 크레딧 : NASA
두 번째 이미지 캡션: 초음속 제트는 낙하산 배치 전에 화성 대기로 진입하는 동안 차량을 감속시키기 위해 우주선 앞으로 발사됩니다. 이미지는 4 개의 초음속 역추진 제트기를 갖춘 Mach 12의 Mars Science Lab의 이미지입니다. 크레딧 : NASA
출처 : 화성 탐사를위한 LPI 개념 및 접근법
