Но почему? Актуальной задачей космонавтики на ближайшую и среднесрочную перспективу является доставка полезного груза на Марс (желательно точечного, с точностью до сотен и десятков метров).
Роверы, автоматические станции, дроны, колонисты.
И эта задача уже неоднократно решалась, причём с активным использованием разрежённой атмосферы Марса, но размеры эллипсов рассеяния для традиционных капсульных посадочных модулей всё ещё порядка десяти км (для Упорство - 7,7 км * 6,6 км) На примерах миссии, предложенной в 90-х годах прошлого века ЭОЛ и уже создан в наше время, наши дни Starship компании SpaceX демонстрирует возможности аэродинамического маневрирования в атмосфере Марса и особенности, которые более слабая гравитация и более тонкая атмосфера Марса накладывают на внешний вид космических кораблей, предназначенных для маневров аэрозахвата и управляемого гиперзвукового полета в атмосфере Марса.
Особенности атмосферы
Во-первых, атмосфера Марса гораздо менее плотная, чем земная.Но даже на Земле аэродинамическое торможение начинается на высоте ~80 км, где плотность воздуха составляет всего 0,00002 кг/м.
3 (в скоростном напоре квадрат скорости побеждает плотность) Если вы используете Центр Гленна НАСА модель марсианской атмосферы , Что:
- Можно выделить коридор ~15 – 45 км, где плотности соответствуют «земному» коридору аэродинамического торможения ~40 – 60 км.
- Плотность атмосферы в яме с более слабой гравитацией не уменьшается так быстро с высотой; атмосфера Марса действительно пригодна для торможения с параболических скоростей
- На начальном этапе аэроторможения можно попробовать полет с отрицательной подъемной силой, чтобы компенсировать слабую гравитацию Марса.
Высота входа в верхние слои атмосферы: 125 км; Скорость: 6,1 – 7 км/с; Угол спуска: 10 – 15 градусов.
ЭОЛ
Миссия AEOLUS была предложена в начале 90-х годов 20 века специалистами НАСА для доставки нескольких миниатюрных метеостанций и марсоходов в несколько удаленных друг от друга регионов.
Схематическая диаграмма миссии AEOLUS. Метеостанции и мини-вездеходы сбрасываются с активно маневрирующего планера на протяжении всего полета.
Средством доставки должен был стать космический корабль оригинальной конфигурации по схеме «оперенный конус» с пусковыми трубами в хвостовом отсеке, из которого при пролете над выбранными планетологами целями вылетали капсулы, называемые «спасательными жилетами», с полезным грузом внутри.
должны были быть уволены.
Миниатюрный (5 кг, 40 см*20 см) марсоход, поставляемый компанией AEOLUS в амортизирующем контейнере Slides. Много их 
AEOLUS в полетной конфигурации (с небольшим маневренным пультом управления на хвостовой части), полупогруженный в цилиндрический отсек с солнечными батареями.
Раздел ЭОЛ.
Внутри хвостового отделения установлены РЛС с синтезированной апертурой и турель для отстрела полезной нагрузки.
SWERVE - предшественник AEOLUS в автосалоне SANDIA Высокоточная доставка НАУКИ! на поверхность берет свое начало от миссии предшественника AEOLUS - SWERVE, высокоточной боевой части для МБР, которая должна была поражать советские пусковые установки в районах, защищенных ПРО.
В оригинале оперённое средство доставки (не)МИРНОГО АТОМА должно было отклоняться от баллистической траектории с высоты ~30 - 40 км, обманывая тем самым ожидания систем ПВО/ПРО (готовившихся нанести удар цели на основе протяженных баллистических траекторий) и перейти на короткий (~100 км) участок аэродинамического полета.
Похожую конструкцию оперенного конуса использовала головка самонаведения ракеты «Першинг-2».
Першинг-2. Оружие времен Холодной войны, сочетающее аэродинамический маневр с наведением по карте.
Возможный прототип SWERVE Однако холодная война закончилась, и SANDIA предоставила свое детище НАСА.
Проведенные работы показали, что AEOLUS вполне способен погасить параболическую скорость и совершить длительный (~12 000 км) гиперзвуковой полет в марсианской атмосфере.
Попробуем повторить расчеты НАСА, а заодно посмотрим на особенности аэрозахвата.
Аэродинамика ЭОЛУС 
Трехмерный AEOLUS, который был загружен в программу расчета аэродинамики космических кораблей из предыдущей статьи.
Аэродинамические качества AEOLUS Предварительная оценка показала, что удлиненный (относительное удлинение 5,5) оперенный конус действительно обладает высокими аэродинамическими качествами (~2,1 – 2,2) и низким коэффициентом лобового сопротивления (~0,09 – 0,12).
Баллистический коэффициент AEOLUS ~6360 кг/м.
2 .
Маневрирование в путевом канале позволяет отклоняться в боковом канале от первоначального курса на 1900 км.
Из-за большого баллистического коэффициента AEOLUS медленно рассеивает кинетическую энергию, а вход в плотную атмосферу под постоянным углом атаки приводит к отскоку на высокоэллиптическую орбиту, что приемлемо для беспилотной миссии, но нежелательно для пилотируемой.
один.
Эту проблему можно решить попеременным маневром в плоскости тангажа (так, чтобы «средняя» подъемная сила была равна нулю)
Траектория ЭОЛУСА
Траектория AEOLUS на тормозном и основном участках полета
Участок торможения до скорости, близкой к круговой.
Красный график — перегрузка с пиком 25g примерно на 90-й секунде.
Планирование AEOLUS в марсианской атмосфере.
Не удалось найти управление, которое бы одновременно гасило параболическую скорость и переводило нас в 20-километровый коридор высот без «отскока», но дальность 10860 км была достигнута.
Главный вывод: аэроторможение в атмосфере Марса вполне возможно.
Из-за высокого баллистического коэффициента AEOLUS начинает тормозить лишь на малых высотах (около 20 км и ниже).
К чему приводят перегрузки, недопустимые в пилотируемой миссии Судя по отскоку «низко-низко», если немного изменить закон управления на участке демпфирования скорости, можно также выйти на зенгеровскую траекторию планирования или перейти на промежуточную эллиптическую орбиту.
ЗВЕЗДНЫЙ КОРАБЛЬ
Звездолет тормозит брюхом поперек потока.
Материалы dailyastronaut.com AELUS — прекрасная идея, но она была задумана тридцать лет назад и до сих пор не реализована аппаратно.
Однако у нас есть Starship, который может быть завершен в ближайшие 5 лет. И было бы интересно посмотреть на его возможности.
Аэродинамика звездолета 
Модель "Звездного корабля" на фоне рефов из Neopork. 
Аэродинамические качества Starship на низких (4 Маха) и высоких (20 Маха) скоростях.
Starship радикально отличается от AEOLUS по своей схемотехнике.
Во-первых, затупленный носовой отсек создает достаточно большое лобовое сопротивление.
Во-вторых, развитые аэродинамические поверхности (также с сильно затупленными передними кромками).
За счет переднего горизонтального оперения и крыла Starship также имеет достаточно высокое аэродинамическое качество (1,62), однако его баллистический коэффициент в несколько раз ниже (2625 кг/м).
2 ).
Максимальное аэродинамическое качество Звездолета реализуется при большем угле атаки (~17 градусов) Для гашения параболической скорости в сценарии «Звездный корабль» мы войдем в атмосферу ровно, с углом атаки 75 градусов (подъёмная сила при таких углах атаки начинает падать, и мы избежим «рикошета» от атмосферы).
Траектория звездолета 
Торможение «объемного» Starship начинается гораздо раньше, чем у AEOLUS, с ~70 км.
Перегрузка не превышает 4 «g».
Вся траектория Starship от входа в марсианскую атмосферу до приземления Д Большее сопротивление и более низкое аэродинамическое качество несколько снижают дальность полета Starship и его боковой маневр, но его летные качества по-прежнему высоки.
Максимальная дальность – 9270 км, боковой маневр – 630 км.
Сравнение AEOLUS и Starship 
Сравнение бокового маневра Синяя линия — предел досягаемости Звездолета, красная линия — ЭОЛ.
После всех подсчетов можно сделать несколько выводов.
- Планирующий аэродинамический полет в атмосфере Марса действительно возможен
- Аэроторможение в марсианской атмосфере вполне возможно
- Для эффективного аэродинамического торможения необходимо сочетание высокого аэродинамического качества (по дальности) и низкого, а еще лучше контролируемого баллистического коэффициента (чтобы торможение начиналось плавно в верхних слоях атмосферы, а не превращалось в удар кувалдой с мощность 25 «же» на высоте 10 км)
- Управляя интенсивностью торможения на участке торможения с параболической скорости, можно выйти на промежуточную орбиту, с которой затем можно спуститься в любую точку Марса.
- Перспективным решением в конструкции «марсианского» транспорта могла бы стать изменяемая геометрия – вращающиеся и убирающиеся консоли крыла, выдвижные тормозные щитки.
- Для одноразовых посадочных модулей – баллютов и надувных термоэкранов.
- Node.js — отличный инструмент для ракетостроения.
Ссылки на соответствующие репозитории прилагаются.
Теги: #Научно-популярные #Космонавтика #Марс #Звездный корабль #аэроторможение
-
Курсы Компьютерных Ит Сегодня Очень Важны
19 Oct, 24 -
Эффективно Работайте На Mac Os X
19 Oct, 24 -
Ремонт Воздушной Мыши Logitech Mx
19 Oct, 24 -
Пилот - "Аватар"
19 Oct, 24 -
Создаем Шаблон 1С-Битрикс На Базе Bootstrap.
19 Oct, 24
