Mars’a başarıyla inen en ağır araç, yaklaşık 2.200 pound olan 1 metrik tondaki Curiosity Rover’dır. Mars yüzeyine ve sonunda da insanlara daha iddialı robotik misyonlar göndermek, 5- 20 ton aralığında toprak taşıma yükü gerektirecektir. Bunu yapmak için, daha fazla kütlenin nasıl topraklanacağını bulmamız gerekiyor.
Normal olarak; bir araç, Mars atmosferine yaklaşık Mach 30* hipersonik hızlarda girdiğinde hızlı bir şekilde yavaşlar, daha yavaşlamak için bir paraşüt kullanır, sonra inişi bitirmek için roket motorları veya hava yastıkları kullanır.
Urbana Illinois Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümünde Yardımcı Doçent Zach Putnam: “Ne yazık ki, paraşüt sistemleri artan araç kütlesi ile iyi ölçeklenmiyor. Yeni fikir; paraşütü ortadan kaldırmak ve daha büyük roket motorları kullanmaktır.”
Putnam’a göre, Mach 3’e düzeyine geldiğinde, retropropülsiyon motorları ateşlenir, aracı güvenli bir iniş için yavaşlatmak amacıyla ters yönde ateşlenir. Sorun şu ki, bu esnada çok fazla itici yanar. İtici gaz; araç maliyetini hızla arttırabilen ve dünyadaki mevcut fırlatma kapasitesini aşabilen araç kütlesine katkıda bulunmaktadır. Ayrıca her kilogram yakıt, yük taşımayan bir kilogramdır: İnsanlar, bilim araçları, kargo vb…
Putnam; aracın etrafındaki akışın, dengesizlik, basınç farkı yaratan tabanda farklı olduğunu açıkladı. Lift tek yönde olduğundan; aracı atmosfer boyunca yavaşlarken yönlendirmek için kullanılabilir.
Putnam: “Giriş, iniş ve iniş sırasında belirli bir miktarda kontrol yetkisine (yani yönlendirme kabiliyeti) sahibiz. Hipersonik olarak, araç yönlendirmek için lift kullanılabilir. İniş motorları ateşlendiğinde, motorlar belirli miktarda iticiye sahiptir. Motorları çok doğru bir biçimde inecek şekilde ateşleyebilir, bu doğrulukta kullanabiliriz. Mümkün olan en büyük uzay aracını indirmek için arasında bir denge kurabiliriz.
Mesele şu ki, eğer iniş motorlarını yakacağımızı biliyorsak, örneğin Mach 3’de, hiper rejimde aracı aerodinamik olarak öyle bir yönlendirmeliyiz ki, asgari itici miktarını kullanabilelim. Cevabını aramamız gereken soru şu; bu noktada inebileceğimiz taşıma kapasitesi ne olmalı?
Yüzeye inebileceğimiz kütle miktarını en üst düzeye çıkarmak için, alçalma motorlarını ateşleyeceğimiz irtifa önemlidir. Fakat aynı zamanda hız vektörünün ufka yaptığı açı da önemlidir: Ne kadar dik geliyor?”
Çalışmada; farklı gezegenler arası teslimat koşulları, araç özellikleri ve karaya çıkma eylemlerini maksimize etmek için arazi irtifaları arasında hipersonik olarak kullanılabilecek kontrol stratejilerini tanımlamak için, en uygun kontrol tekniklerini kullanarak, lift vektöründen en iyi şekilde nasıl yararlanılacağı açıklandı.
*Mach sayısı: Hareket halindeki bir kütlenin hızının, kütlenin bulunduğu şartlardaki ses hızına oranıdır.