¿Cómo sería una nave espacial diseñada para entrar en la atmósfera marciana y aterrizar en la superficie del planeta y de qué estaría hecha?

Una nave espacial diseñada para entrar en la atmósfera marciana:

Este es un concepto artístico de la cápsula aeroshell del Laboratorio de Ciencias de Marte de la NASA cuando ingresa a la atmósfera marciana.

En este punto, el rover Curiosity y la etapa de descenso de la nave espacial están metidos de forma segura dentro de la carcasa del aerosol. La cubierta del aerosol incluye un escudo térmico (a la derecha, orientado en la dirección del viaje a través de la atmósfera) y la cubierta posterior. El diámetro del aeroshell es de 14.8 pies (4.5 metros), el más grande jamás utilizado para una misión a Marte. [1]

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Construido por Lockheed Martin Astronautics Co. en Denver, CO., El aeroshell está hecho de una estructura de panal de aluminio intercalada entre láminas frontales de grafito-epoxi. El exterior de la cubierta del aerosol está cubierto con una capa de panal fenólico. Un compuesto fenólico está hecho de benceno y generalmente se usa en varios plásticos, desinfectantes y productos farmacéuticos. Este panal fenólico está lleno de un material ablativo (también llamado “ablador”), que disipa el calor generado por la fricción atmosférica.

El ablador en sí es una mezcla única de madera de corcho, aglutinante y muchas pequeñas esferas de vidrio de sílice. Fue inventado para los escudos térmicos volados en las misiones de aterrizaje de Viking Mars en la década de 1970. Una tecnología similar se utilizó en las primeras misiones espaciales tripuladas de EE. UU. Mercurio, Géminis y Apolo. Está especialmente formulado para reaccionar químicamente con la atmósfera marciana durante la entrada y esencialmente eliminar el calor, dejando una estela de gas detrás del vehículo. (La fricción normal sin un ablador provocaría que el escudo térmico se quemara). La pérdida de calor en la atmósfera marciana reduce la energía cinética del vehículo de entrada, lo que la ralentiza … mucho … rápido! El vehículo se desacelera de 10,000 mph a aproximadamente 1000 mph en aproximadamente un minuto, produciendo aproximadamente 10 “Gees de la Tierra” de aceleración en el módulo de aterrizaje y el vehículo de superficie.

Tanto el protector posterior como el protector térmico están hechos de los mismos materiales, pero el protector térmico tiene una capa más gruesa (1/2 in) del ablador. Además, en lugar de pintarse, la cubierta posterior está cubierta con una manta mylar aluminizada muy delgada para protegerla del frío del espacio profundo. La manta se vaporiza durante la entrada atmosférica de Marte. [2]

Notas al pie

[1] Curiosidad dentro de Aeroshell, concepto del artista

[2] Mars Exploration Rover Mission: la misión

Se han utilizado algunos enfoques diferentes para los aterrizadores marcianos, algunos de los cuales es probable que se reconsideren para cualquier misión marciana humana, dependiendo de las necesidades de cada despliegue.

Sin embargo, una cosa con la que puede contar es que no todo llegará de una vez, porque cuanto más grande sea, menos probable será que la atmósfera marciana lo ayude a frenar, lo que significa que tiene que traer combustible para frenar. Tener que llevar cantidades excesivas de combustible al freno no es divertido, y corta el combustible de aterrizaje para arrancar, y realmente quieres que todo lo que envíes termine relativamente cerca en la superficie, por lo que el combustible de aterrizaje es precioso.

Entonces, obviamente, para las naves de regreso, probablemente usarás un perfil de aterrizaje muy similar a lo que hace SpaceX para sus cohetes Falcon, donde haces un aterrizaje impulsado principalmente. Esto también puede ser aplicable a las naves de la tripulación, y esta fue la base de las naves de transporte interplanetario de Elon Musks. Estas naves se reabastecerán en la superficie de la atmósfera marciana para que estén listas para despegar cuando sea necesario.

Para suministros y cosas que pueden sobrevivir a un reingreso alto en G, probablemente veremos alguna variación en el sistema de entrega de rebote utilizado por Pathfinder. Esto incluso puede incluir módulos de habitación y otras cosas bastante grandes.

Para cosas delicadas como electrónica, robots, equipos de misión, vehículos, etc., espero que sigamos viendo frenado aerodinámico -> aterrizajes de estilo skycrane, especialmente si podemos reutilizar los skycranes después de aterrizar para drones, muestras de devolución u otros fines.

Tenga en cuenta todo lo que nos molestemos en enviar que tenga alas y funcione con algo como la energía de la batería. Espero que lo aterricemos como un planeador. Dichos vehículos serán buenos para el monitoreo del clima, la ciencia atmosférica, la identificación de características cercanas, el escaneo de rocas y arcillas, la devolución de muestras de algunos sitios distantes, el transporte, las comunicaciones y todo tipo de cosas, una vez que podamos pilotarlos remotamente desde Marte. La razón por la que no hacemos aviones marcianos ahora es simplemente que volar un avión con una demora de señal de 30 segundos es brutal, y aterrizar uno es peor, en Marte no será tan largo.

Estas son solo algunas ideas, pero es justo esperar que los escudos térmicos, paracaídas, cohetes retro y skycranes continúen siendo parte de nuestros sistemas de entrega para futuras misiones marcianas.