Le véhicule le plus lourd à avoir atterri avec succès sur Mars est le Curiosity Rover à 1 tonne, environ 2, 200 livres. Envoi de missions robotiques plus ambitieuses à la surface de Mars, et finalement les humains, nécessitera des masses de charge utile débarquées de l'ordre de 5 à 20 tonnes. Pour faire ça, nous devons trouver un moyen d'atterrir avec plus de masse. C'était l'objectif d'une étude récente.

Normalement, lorsqu'un véhicule pénètre dans l'atmosphère de Mars à des vitesses hypersoniques d'environ Mach 30, ça ralentit vite, déploie un parachute pour ralentir davantage puis utilise des moteurs de fusée ou des sacs gonflables pour terminer l'atterrissage.

"Malheureusement, les systèmes de parachute ne s'adaptent pas bien à l'augmentation de la masse du véhicule. La nouvelle idée est d'éliminer le parachute et d'utiliser des moteurs de fusée plus gros pour la descente, " a déclaré Zach Putnam, professeur adjoint au Département de génie aérospatial de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

Selon Putnam, lorsque l'atterrisseur a ralenti à environ Mach 3, les moteurs de rétropropulsion sont allumés, tiré dans la direction opposée pour ralentir le véhicule et atterrir en toute sécurité. Le problème est, qui brûle beaucoup de gaz propulseur. Le propulseur ajoute à la masse du véhicule, ce qui peut rapidement faire grimper le coût des véhicules et dépasser la capacité de lancement actuelle ici sur Terre. Et chaque kilogramme de propergol est un kilogramme qui ne peut pas être une charge utile :les humains, instruments scientifiques, cargaison, etc.

"Quand un véhicule vole de manière hypersonique, avant que les moteurs de fusée ne soient tirés, une certaine portance est générée et nous pouvons utiliser cette portance pour la direction, " Putnam a dit. " Si nous déplaçons le centre de gravité de sorte qu'il ne soit pas uniformément emballé, mais plus lourd d'un côté, il volera sous un angle différent."

Putnam a expliqué que le flux autour du véhicule est différent en haut et en bas ce qui crée un déséquilibre, un différentiel de pression. Parce que l'ascenseur est dans une direction, il peut être utilisé pour diriger le véhicule lorsqu'il décélère dans l'atmosphère.

"Nous avons une certaine autorité de contrôle lors de l'entrée, descente, et l'atterrissage, c'est-à-dire la capacité de diriger. » Putnam a dit. « Hypersonique, le véhicule peut utiliser l'ascenseur pour diriger. Une fois les moteurs de descente allumés, les moteurs ont une certaine quantité de propergol. Vous pouvez tirer des moteurs de telle manière que vous atterrissez très précisément, vous pouvez oublier la précision et tout utiliser pour faire atterrir le plus gros vaisseau spatial possible, ou vous pouvez trouver un équilibre entre les deux.

"La question est, si nous savons que nous allons allumer les moteurs de descente à, dire, 3 mars, comment diriger aérodynamiquement le véhicule en régime hypersonique pour utiliser le minimum de propergol et maximiser la masse de la charge utile que nous pouvons atterrir ?

"Pour maximiser la quantité de masse que nous pouvons atterrir sur la surface, l'altitude à laquelle vous allumez vos moteurs de descente est importante, mais aussi l'angle que fait votre vecteur vitesse avec l'horizon - à quel point vous arrivez en pente raide, ", a déclaré Putnam.

L'étude a clarifié comment tirer le meilleur parti du vecteur de levage, utiliser des techniques de contrôle optimales pour identifier des stratégies de contrôle qui peuvent être utilisées de manière hypersonique dans différentes conditions de livraison interplanétaire, propriétés du véhicule, et les altitudes au sol pour maximiser la masse au sol.

"Il s'avère que, il est optimal pour le propulseur d'entrer dans l'atmosphère avec le vecteur de levage pointé vers le bas afin que le véhicule plonge. Puis au bon moment en fonction du temps ou de la vitesse, interrupteur pour soulever, donc le véhicule sort et vole à basse altitude, " a déclaré Putnam. " Cela permet au véhicule de passer plus de temps à voler à basse altitude là où la densité atmosphérique est plus élevée. Cela augmente la traînée, réduisant la quantité d'énergie qui doit être retirée par les moteurs de descente."

L'étude, "Options de trajectoire d'entrée pour les véhicules à coefficient balistique élevé sur Mars, " a été rédigé par Christopher G. Lorenz et Zachary R. Putnam. Il apparaît dans le Journal des vaisseaux spatiaux et des fusées .