Przechwytywanie aerodynamiczne (aerocapture) to wciąż opracowywana metoda umieszczania pojazdów na orbicie innych planet i księżyców. Technika ta pozwoliłaby umieszczać na orbitach znacznie większe ładunki niż obecnie. To zaś oznacza olbrzymie oszczędności, gdyż zamiast dwóch lub trzech misji naukowych badających np. Jowisza, można by zorganizować jedną. Ten jeden pojazd mógłby bowiem zabrać na pokład znacznie więcej instrumentów naukowych niż obecnie.

Umieszczenie satelity na orbicie innej planety to niełatwe zadanie. Pędzący z olbrzymią prędkością pojazd trzeba bowiem wyhamować do odpowiedniej prędkości i umieścić go na orbicie. Najlepiej kołowej. Manewry takie wymagają zużycia olbrzymich ilości paliwa. A im pojazd cięższy, tym więcej paliwa potrzebuje. To poważny czynnik ograniczający masę sond, które obecnie wysyłamy, by badały Układ Słoneczny.

Przechwytywanie aerodynamiczne to pomysł, który polega na chwilowym wejściu pojazdu w atmosferę planety. W wyniku oddziaływania z atmosferą pojazd zwalnia, a gdy osiągnie odpowiednią prędkość, opuszcza atmosferę i trafia na orbitę planety. Tego typu manewr wymagałby znacznie mniej paliwa, niż obecnie używane techniki spowalniania sond kosmicznych.

Już wcześniejsze wyliczenia dla ośmiu potencjalnych misji planetarnych, w których dokonano bezpośredniego porównania pomiędzy przechwytywaniem aerodynamicznym a innymi zaawansowanymi technikami, takimi jak hamowanie atmosferyczne, wykorzystanie energii chemicznej lub słonecznej elektrycznej do spowolnienia pojazdu, wykazały jak olbrzymie korzyści niesie ze sobą nowa technika.

Odpowiednio rozmieszczone magnesy osłonią pojazd kosmiczny i poprawią jego doskonałość aerodynamiczną, © Robert Moses, NASA

Porównanie wykazało, że przechwytywanie atmosferyczne umożliwia umieszczenie pojazdu na orbicie eliptycznej wokół Neptuna i na orbitach kołowych Jowisza i Saturna. Ponadto w przypadku pięciu innych misji pozwala na umieszczenie na orbicie ładunku o znacznie większej masie bez zwiększania kosztów misji. I tak pojazd na orbicie kołowej wokół Wenus mógłby mieć o 79% większą masę, niż gdy do wyhamowania użyje się innych technik. Jeśli byśmy chcieli umieścić ten pojazd na orbicie eliptycznej, to jego masa mogłaby być o 43% większa. Dla orbity kołowej Marsa możemy zwiększyć masę pojazdu o 15%, dla orbity kołowej wokół Tytana jego masa może być większa o 280%, a jeśli chcielibyśmy wysłać sondę na orbitę eliptyczną Urana, to może on mieć masę o 218% większa, niż w przypadku innych technik.

Dotychczasowe badania wykazały też, że na przykład wykorzystanie przechwytywania atmosferycznego dla misji na Neptuna wymaga budowy pojazdu o doskonałości aerodynamicznej między 0,6 a 0,8. Obecnie stosowane nosy pojazdów wchodzących w atmosferę innych planet mają doskonałość aerodynamiczną rzędu około 0,25. Badania sprzed kilkunastu lat dowiodły, że w takim przypadku wykorzystanie przechwytywania atmosferycznego wymagałoby stosowania olbrzymich osłon termicznych na niemal całym pojeździe, a i tak pojazd uległby zniszczeniu. Najnowsze osłony termiczne również nie zdałyby egzaminu.

Zespół Roberta Mosesa z Langley Research Center informuje, że właśnie rozwiązał zarówno problem doskonałości aerodynamicznej jak i osłon termicznych. Naukowcy proponują umieszczenie w pojeździe magnesów. Pole magnetyczne tych, znajdujących się blisko czubka nosa pojazdu znacząco odsunie miejsce powstawania fali uderzeniowej, znacząco zmniejszając przepływ ciepła, dzięki czemu nie trzeba będzie stosować olbrzymich osłon termicznych. Z kolei magnesy umieszczone na bokach nosa zwiększą siłę nośną, a przez to i doskonałość aerodynamiczną.

Moses twierdzi, że taki system można wykorzystać nie tylko do umieszczania pojazdów na orbicie, ale również i w pojazdach, które mają lądować. Dzięki temu zaś misja załogowa mogłaby dotrzeć do Marsa w ciągu 39 dni, a nie – jak się obecnie prognozuje – w ciągu 100 lub więcej dni.

 

 

Źródło: NASA
0 0 vote
Article Rating