p É uma pena que Marte seja um lugar tão interessante, porque é na verdade um dos lugares mais difíceis de se visitar no sistema solar, especialmente se você quiser trazer muita bagagem. Esse planeta é um cemitério de missões que não conseguiram. p Conforme nossas ambições crescem, e pensamos em explorar Marte com humanos - talvez até futuros colonos - vamos precisar resolver um dos maiores problemas da exploração espacial:aterrissar com sucesso cargas úteis pesadas na superfície de Marte é realmente, realmente difícil de fazer.

p Existem muitos desafios em Marte, incluindo sua falta de uma magnetosfera protetora e menor gravidade superficial. Mas um dos maiores é sua fina atmosfera de dióxido de carbono. Se você estivesse na superfície de Marte sem um traje espacial, você congelaria até a morte e asfixiaria por falta de oxigênio. Mas você também experimentaria menos de 1 por cento da pressão atmosférica de que desfruta aqui na Terra.

p E ao que parece, esta fina atmosfera está tornando incrivelmente desafiador levar cargas úteis significativas com segurança até a superfície do Planeta Vermelho. Na verdade, apenas 53% das missões a Marte realmente funcionaram corretamente. Então, vamos falar sobre como as missões a Marte funcionaram no passado, e vou mostrar qual é o problema.

p Aterrar em Marte é o pior

p Historicamente, missões a Marte são lançadas da Terra durante as janelas de vôo que se abrem a cada dois anos ou mais, quando a Terra e Marte estão mais próximos. ExoMars voou em 2016, InSight em 2018, e o rover Mars 2020 vai voar, Nós vamos, 2020.

p As missões seguem a trajetória de transferência interplanetária projetada para chegar lá o mais rápido, ou com a menor quantidade de combustível.

p Conforme a espaçonave entra na atmosfera de Marte, está indo a dezenas de milhares de quilômetros por hora. De alguma forma, ele tem que perder toda a velocidade antes de pousar suavemente na superfície do Planeta Vermelho.

p Aqui na Terra, você pode usar a espessa atmosfera terrestre para desacelerar sua descida, sangrando sua velocidade com um escudo térmico. As telhas do ônibus espacial foram projetadas para absorver o calor da reentrada, quando o orbitador de 77 toneladas passou de 28, 000 km / h a zero.

p Uma técnica semelhante poderia ser usada em Vênus ou Titã, que têm atmosferas densas.

p A lua, sem qualquer atmosfera, é relativamente simples de pousar, também. Sem qualquer atmosfera, não há necessidade de um escudo térmico; você apenas usa a propulsão para diminuir sua órbita e pousar na superfície. Contanto que você traga propelente suficiente, você pode furar o pouso.

p De volta a Marte, com uma espaçonave lançando-se em sua fina atmosfera a mais de 20, 000 quilômetros por hora.

p A curiosidade é o limite

p Tradicionalmente, missões começaram sua descida com um aeroshell para remover parte da velocidade da nave. A missão mais pesada já enviada a Marte foi Curiosity, que pesava 1 tonelada métrica, ou 2, 200 libras.

p Quando entrou na atmosfera marciana, estava indo a 5,9 quilômetros por segundo, ou 22, 000 quilômetros por hora.

p O Curiosity teve o maior aeroshell já enviado a Marte, medindo 4,5 metros de diâmetro. Este enorme aeroshell estava inclinado em um ângulo, permitindo que a espaçonave manobra ao atingir a fina atmosfera de Marte, visando uma zona de pouso específica.

p A cerca de 131 quilômetros de altitude, a espaçonave começaria a disparar propulsores para ajustar a trajetória à medida que se aproximasse da superfície de Marte.

p Após cerca de 80 segundos de voo pela atmosfera, as temperaturas no escudo térmico aumentaram para 2, 100 graus Celsius. Para evitar o derretimento, o escudo térmico foi feito com um material especial chamado ablator de carbono fenólico impregnado, ou PICA, o mesmo material que a SpaceX usa para suas Dragon Capsules.

p Uma vez que diminuiu sua velocidade para menos de Mach 2.2, a espaçonave lançou o maior pára-quedas já construído para uma missão a Marte - 16 metros de diâmetro. Este paraquedas pode gerar 29, 000 quilogramas de força de arrasto, desacelerando ainda mais.

p As linhas de suspensão eram feitas de Technora e Kevlar, que são praticamente os materiais mais fortes e resistentes ao calor que conhecemos.

p Em seguida, ele lançou seu pára-quedas e usou motores de foguete para diminuir ainda mais sua descida. Quando estava perto o suficiente, A Curiosity implantou um skycrane que baixou o rover suavemente até a superfície.

p Esta é a versão rápida. Se você quiser uma ampla visão geral do que Curiosity passou ao desembarcar em Marte, Eu recomendo que você dê uma olhada no Emily Lakdawalla's O Design e Engenharia da Curiosidade .

p Ficar mais pesado não escala

p Quer fazer a mesma coisa com cargas úteis mais pesadas? Tenho certeza que você está imaginando aeroshells maiores, pára-quedas maiores, maiores skycranes. Em teoria, a SpaceX Starship enviará 100 toneladas de colonos e seus pertences para a superfície de Marte.

p Aqui está o problema. Os métodos de desaceleração na atmosfera marciana não aumentam muito bem.

p Primeiro, vamos começar com pára-quedas. Para ser honesto, a 1 tonelada, A curiosidade é tão pesada quanto você pode chegar usando um pára-quedas. Qualquer mais pesado, e simplesmente não há materiais que os engenheiros possam usar para lidar com a carga de desaceleração.

p Alguns meses atrás, Os engenheiros da NASA celebraram o teste bem-sucedido do experimento de pesquisa de inflação de pára-quedas supersônico avançado, ou ASPIRE. Este é o pára-quedas que será usado na missão Mars 2020 rover.

p Eles colocaram o pára-quedas feito de tecidos compostos avançados, como náilon, Technora e Kevlar, em um foguete e o lançou a uma altitude de 37 quilômetros, imitando as condições que a espaçonave experimentará ao chegar a Marte.

p O paraquedas foi lançado em uma fração de segundo, e quando totalmente inflado, experiente 32, 000 quilogramas de força. Se você estava a bordo na época, você experimentaria 3,6 vezes mais força do que bater em uma parede a 100 km / h usando o cinto de segurança. Em outras palavras, você não sobreviveria.

p Se a espaçonave fosse mais pesada, o paraquedas precisaria ser feito de tecidos compostos impossíveis. E esqueça os passageiros.

p A NASA vem testando ideias para pousar cargas úteis de até 3 toneladas em Marte. Uma ideia é chamada de desacelerador supersônico de baixa densidade, ou LDSD. A ideia é usar um desacelerador aerodinâmico muito maior que inflaria em torno da espaçonave como um castelo inflável ao entrar na gravidade marciana.

p Em 2015, A NASA realmente testou esta tecnologia, carregando um veículo protótipo em um balão a uma altitude de 36 quilômetros. O veículo então disparou seu foguete sólido, levando-o a uma altitude de 55 quilômetros.

p Como estava subindo rapidamente, ele inflou seu desacelerador aerodinâmico inflável supersônico para um diâmetro de seis metros (ou 20 pés), que então diminuiu a velocidade de volta para Mach 2.4. Infelizmente, seu pára-quedas falhou em abrir corretamente, então ele caiu no Oceano Pacífico.

p Isso é progresso. Se eles podem realmente trabalhar com a engenharia e a física, poderíamos um dia ver uma espaçonave de três toneladas pousando na superfície de Marte. Três toneladas inteiras.

p Mais propulsão, Menos carga

p A próxima ideia para aumentar a escala de um pouso em Marte é usar mais propulsão. Em teoria, você pode simplesmente carregar mais combustível, disparar seus foguetes quando você chegar a Marte, e cancelar toda aquela velocidade. O problema, claro, é que quanto mais massa você tem que carregar para desacelerar, menos massa você pode realmente pousar na superfície de Marte.

p Espera-se que a SpaceX Starship use um pouso propulsivo para descer 100 toneladas à superfície de Marte. Porque está levando uma coisa mais direta, caminho mais rápido, a nave espacial atingirá a atmosfera marciana a mais de 8,5 km / se usará as forças aerodinâmicas para retardar sua entrada.

p Não tem que ir tão rápido, claro. A nave estelar poderia usar aerofrenagem, passando pela atmosfera superior várias vezes para diminuir a velocidade. Na verdade, este é o método que a espaçonave orbital que vai a Marte usa.

p Mas então os passageiros a bordo precisariam passar semanas para que a espaçonave diminuísse a velocidade e entrasse em órbita ao redor de Marte, e então descer pela atmosfera.

p De acordo com Elon Musk, sua estratégia deliciosamente não intuitiva para lidar com todo aquele calor é construir a espaçonave de aço inoxidável, e então minúsculos orifícios na carcaça irão liberar o metano para manter o lado de barlavento da espaçonave resfriado.

p Depois de perder velocidade suficiente, vai virar, disparar seus motores Raptor e pousar suavemente na superfície de Marte.

p Apontar para o solo, Suba no último minuto

p Cada quilograma de combustível que a espaçonave usa para desacelerar sua descida à superfície de Marte é um quilograma de carga que ela não pode transportar para a superfície. Não tenho certeza se há uma estratégia viável que facilmente levará cargas úteis pesadas à superfície de Marte. Pessoas mais espertas do que eu acham que é praticamente impossível sem o uso de enormes quantidades de propelente.

p Dito isto, Elon Musk acha que existe uma maneira. E antes de descartarmos suas ideias, vamos assistir os impulsionadores do lado duplo do foguete Falcon Heavy aterrissarem perfeitamente juntos. E não preste atenção ao que aconteceu com o impulsionador central.

p Um novo estudo do Departamento Aeroespacial da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign propõe que as missões a Marte poderiam tirar proveito da atmosfera mais densa que está mais perto da superfície de Marte.

p Em seu artigo intitulado "Opções de trajetória de entrada para veículos com alto coeficiente balístico em Marte, "os pesquisadores propõem que as espaçonaves que voam para Marte não precisam ter tanta pressa para se livrar de sua velocidade.

p Enquanto a espaçonave grita pela atmosfera, ainda será capaz de gerar muita sustentação aerodinâmica, que poderia ser usado para orientá-lo através da atmosfera.

p Eles fizeram os cálculos e descobriram que o ângulo ideal era apontar a espaçonave diretamente para baixo e mergulhar em direção à superfície. Então, no último momento possível, puxe para cima usando a elevação aerodinâmica para voar de lado através da parte mais espessa da atmosfera.

p Isso aumenta o arrasto e permite que você se livre da maior quantidade de velocidade antes de ligar seus motores de descida e completar o pouso motorizado.

p Isso soa, hum, Diversão.

p Se a humanidade vai construir um futuro viável na superfície de Marte, vamos precisar resolver esse problema. Precisaremos desenvolver uma série de tecnologias e técnicas que tornem o pouso em Marte mais confiável e seguro. Eu suspeito que será muito mais desafiador do que as pessoas esperam, mas estou ansioso pelas ideias que serão testadas nos próximos anos.