Belépés a Mars atmoszférájába

A Mars-kutatás az elmúlt években nagyot lépett előre. Az űrszondás küldetések, pl. a Mars Express, jelentősen javították a Vörös Bolygóról alkotott képet. Azonban még sok kérdés vár megválaszolásra szomszédbolygónk kialakulásával és fejlődésével kapcsolatban. A válaszok azonban csak a Mars felületén találhatók meg…

Hogy a bolygón biztonságosan lehessen landolni, először a Mars légkörén kell túljutni. Hasonlóan a Föld atmoszférájába történő belépéshez, a Mars esetében is rendkívüli hőmérsékleteket kell kibírnia az űreszközöknek. Ezért a visszatérő kapszulákat és az űrrepülőgépeket valamilyen hővédelemmel látják el. Ez készülhet szerves anyagból, amely a belépés során elég, vagy keramikus struktúrából, amely elviseli az extrém hőterhelést.

A korábbi Mars-küldetések esetében csak korlátozott információk álltak a kutatók rendelkezésére a bolygó atmoszférájáról. Pontos becslések a légköri belépéskor várható hőmérsékletekről csak részben voltak lehetségesek. Ezért biztonsági okokból a hővédelmet túlméretezték, ami viszont csökkentette az űrjármű tudományos célokra fordítható hasznos terhelését. Itt kezdődik a SACOMAR (Safe and Controlled Martian Entry - Biztonságos és irányított marsi belépés) projekt munkája, melynek keretében a német, orosz és olasz kutatók által végzett kísérletek és számítások újfajta hővédelmi koncepciók és hőálló anyagok számára jelenthetik az alapot, de akár a jövő űrjárműveinek aerodinamikájára is befolyással lehetnek.

A hiperszonikus sebességgel az atmoszférába belépő űrkapszula felületére ható hőáram eloszlásának pontos előrejelzése nélkülözhetetlen a belépési technológia javítása érdekében. A magas hőmérsékletű áramlás modellezésére sokszor vetnek be számítógépes szimulációkat. A projekt keretében a DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt) által fejlesztett ún. TAU eljárást alkalmazzák. Az adatok a számítógépes modellhez olyan szélcsatorna kísérletekből származnak, amelyhez a Mars légkörének alapvető fizikai tulajdonságait is megpróbálták utánozni. A Mars-atmoszférában például több por részecske található, amely a hővédelem eróziójához jelentősen hozzájárulhat.

A Mars atmoszférájába belépő űrjármű körüli áramlás numerikus szimulációja (©DLR)

Kölnben egy ívfény fűtésű szélcsatorna áll a kutatók rendelkezésére, amelyben a modellek a valóságos hőterhelést kaphatják. A berendezés segítségével vizsgálható a hővédő anyag viselkedése és utánozható a marsi belépés áramlási mezeje: mialatt az űrkapszula eleje nagyobb hőterhelésnek van kitéve, a hátoldalon lévő viszonylag hideg áramlás határozza meg a repülés stabilitását. Kiegészítésként a DLR-nél Göttingenben kísérleteket végeznek a gázösszetétel hőáramra gyakorolt hatásának tisztázására.

Űrjármű modell a kölni szélcsatornában szimulált Mars-légkörben (©DLR)

Az áramlástani, hőtani és anyagtudományi kísérletek mellett az interdiszciplináris projekt az ún. blackout-ok problémájával is foglalkozik, ami a rádiós kapcsolat megszakadását jelenti a légkörbe történő belépéskor.

Forrás: www.scinexx.de

Ritzinger György