W NASA znalazł zatrudnienie ekspert od samochodowych kontrolowanych stłuczek, czyli crashtestów. Dlaczego? Okazuje się, że agencja chce zrewolucjonizować to jak niskobudżetowe misje lądują na Marsie, ale też innych ciałach niebieskich.
Pamiętacie czego najbardziej boją się konstruktorzy misji Marsjańskich, gdy ich lądownik doleci do tego Marsa? Oczywiście tych siedmiu minut tak zwanego terroru, gdy pojazd wchodzi w marsjańską atmosferę, a potem ląduje na powierzchni. Sukcesem jest, gdy się nie rozbije, a o to dbają różne sposoby na „miękkie” lądowanie, które już dla was opisywaliśmy.
Nie lubimy rozbijać się na Marsie. Niestety tak kończyła się niejedna misja
Rozbicie się lądownika na Marsie jest najmniej przyjemnym zakończeniem takiej marsjańskiej eskapady. Te, które w ostatnich latach były najgłośniej komentowane to próby ESA, lądownik Beagle 2 z 2003 roku w ramach misji Mars Express, a także lądownik Schiaparelli z 2016 roku. NASA też miała na koncie porażki, ale ostatnie lata to pasmo sukcesów. Ostatnim było lądowanie łazika Perseverance w 2021 roku, które jako pierwsze zostało bogato udokumentowane (zdjęcia, klipy wideo).
Jednakże to jak obecnie lądujemy na Marsie wymaga skomplikowanych procedur i długich testów jeszcze przed wysłaniem misji na Marsa. Przekonała się o tym ESA, która wciąż czeka na pierwsze udane lądowanie na powierzchni Czerwonej Planety. Jak na złość, gdy wszystkie przeszkody zdawały się być usunięte, nastąpiło zamrożenie relacji z Roskosmosem, a w końcu rezygnacja ze współpracy. I tak początek misji łazika Rosalind Franklin jest obecnie przesunięty na rok 2028.
W poszukiwaniu sposobu hamowania dla mniej kosztownych projektów
Na Marsie lądują nie tylko kosztowne łaziki, są też lądowniki, a w przyszłości, gdy eksploracja tej planety zostanie zintensyfikowana, może pojawić się sporo mniejszych, bardziej budżetowych pojazdów. Mając taką perspektywę przed sobą, NASA przedsięwzięła projekt, w którym zamiast kontrolowanego lądowania z pomocą spadochronów, silników rakietowych tudzież poduszek powietrznych, nastąpi kontrolowane rozbicie się pojazdu na powierzchni Marsa.
Pewnie od razu przypomni się wam niedawna misja sondy DART, która zmieniła orbitę asteroidy Dimorfos. Tak, to było kontrolowane zderzenie, ale jego wynikiem była destrukcja sondy. Tymczasem kontrolowane rozbicie się pojazdu na powierzchni Marsa ma przypominać wypadek samochodowy, z którego pasażerowie uchodzą bez uszczerbku. Tymi pasażerami w misji marsjańskiej będą oczywiście wszelkiego typu pojazdy, lądowniki.
Tak wygląda SHIELD, a dokładnie część pochłaniająca energię zderzenia
By osiągnąć powyższy cel, do JPL dołączył Velibor Ćormarković, który wcześniej pracował w branży motoryzacyjnej. I tak do języka inżynierów NASA wprowadzone zostało pojęcie „kontrolowana strefa zgniotu”. Bo właśnie taki „tłumik”, który pochłonie całą energię zderzenia z powierzchnią Marsa, ma być wyposażeniem niektórych przyszłych misji marsjańskich.
SHIELD, czyli eksperymentalny pojazd NASA, który umie się rozbijać
Projekt konstrukcji pojazdu, którego elementy nie tylko pochłoną energię zderzenia, ale też uchronią cenną elektronikę i inne elementy przed uszkodzeniem, nazwano SHIELD (Simplified High Impact Energy Landing Device, z ang. tarcza).Testowano go z pomocą 27 metrowej wysokości wieży. Z takiej wysokości zrzucony pojazd osiągał przy zderzeniu prędkość podobną jak podczas lądowania na powierzchni Marsa.
Wieża testowa, z której zrzucano SHIELD
Jak mówi Ćormarković, testy SHIELD przypominają crashtesty samochodów, tylko ze zmienioną orientacją, z poziomej na pionową. Również konstrukcja zderzaka czerpie wiele z motoryzacyjnych pomysłów. Tłumik w jaki wyposażono SHIELD przypomina stożek, zbudowany z wielu metalowych pierścieni o coraz mniejszej średnicy, które w trakcie zderzenia wsuwają się jeden z w drugi podobnie jak części tubusu rozkładanej lunety. Stopniowo pochłaniając energię zderzenia.
Tłumik SHIELD miałby zastąpić systemy hamowania, takie jak spadochrony, silniki rakietowe. Czyli to co jest potrzebne na ostatnim etapie lądowania. Z kolei podczas przedzierania się przez atmosferę wciąż konieczne byłoby hamowanie z pomocą osłony termicznej, które zredukowałoby prędkość opadającego pojazdu do wartości podobnej jak przy bardzo szybko jadącym samochodzie.
Pierwszy test pełnowymiarowej konstrukcji tłumika miał miejsce w sierpniu tego roku. Połączono go z pojemnikiem, który miał symulować lądownik. We wnętrzu umieszczono smartfon, nadajnik radiowy i akcelerometr. Następnie rozpędzono SHIELDa do 177 km na godzinę i wystrzelono w kierunku Ziemi. By dodatkowo utrudnić lądowanie, SHIELD zderzył się nie z dość miękkim ziemskim gruntem, ale z 5 cm grubości stalową płytą. By wyobrazić sobie jak mocne było to uderzenie, wyobraźcie sobie, że powstające przy nim przeciążenia odpowiadają ciężarowi 112 ton.
Czy SHIELD i smartfon w środku przetrwały zderzenie?
Test okazał się sukcesem. SHIELD po zderzeniu się ze stalową płytą odbił się od niej na wysokość około 1 metra, a potem odwrócił się i upadł bokiem. Wszystkie istotne elementy przetrwały zderzenie, a telefon nie został uszkodzony. Wydaje się jednak, że jest mimo wszystko pewien problem. Pojazd po odbiciu od stalowej płyty wykonuje koziołka i nie opada ponownie na powierzchnię we właściwej orientacji.
Przypomina to trochę stosowaną podczas misji Pathfinder i łazika Sojourner, osłonę z nadmuchiwanych przed lądowaniem balonów, które tworzyły ochronny kokon, który wielokrotnie odbijał się od powierzchni Marsa zanim ostatecznie opadł. Pod tym względem SHIELD wypada lepiej, efektywniej pochłaniając energię zderzenia. I to nawet, gdy pominiemy fakt, że na Ziemi jest większa grawitacja niż na powierzchni Marsa.
Co dalej z projektem SHIELD? Sprawdzi się nie tylko na Marsie
Choć projekt SHIELD na razie okazuje się sukcesem, to wciąż jest to koncepcja. Droga do realnego pojazdu, który wyląduje na Marsie jeszcze długa. Na razie zespół projektowy planuje połączyć tłumik z czymś co faktycznie będzie odpowiednikiem marsjańskiego lądownika i ponownie sprawdzić konstrukcję w przyszłym roku.
Testy na Ziemi mają zresztą sporo sensu, bo nie tylko lądowanie na Marsie jest procedurą trudną. Również lądowanie na innych ciałach niebieskich w Układzie Słonecznym, a szczególnie tych, które mają gęstą atmosferę zdolną wyhamować w dużym stopniu nadlatujący pojazd. Ziemia jest właśnie takim ciałem niebieskim, a wiemy już, że w przyszłości, może nie tak odległej, mają być na nią przewiezione próbki marsjańskiego gruntu, które zbiera obecnie łazik Perseverance.
Źródło: NASA JPL, fot: JPL
Komentarze
4