Co by się stało, gdybyśmy nie spowalniali szybkiego opadania statku kosmicznego? Zamiast tego można tak skonstruować lądownik, by jego podstawa zadziałała jak strefa zgniotu samochodu i pochłonęła energię silnego uderzenia. Właśnie ten pomysł legł u podstaw eksperymentalnego lądownika o nazwie SHIELD (Simplified High Impact Energy Landing Device). Pracują nad nim inżynierowie z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA (JPL/NASA).
Jeśli pomysł okaże się skuteczny, może drastycznie obniżyć koszty lądowania na Marsie, upraszczając operację wejścia w atmosferę i lądowania. Nie bez znaczenie jest fakt, że pozwoli to znacznie poszerzyć obszar, na jakim można posadzić statek kosmiczny. Bo skoro założeniem projektu jest kontrolowane rozbicie się, nie trzeba do tego wybierać możliwie płaskiego i bezpiecznego terenu, tak jak do tej pory.
Twarde lądowanie jest możliwe w wielu miejscach
– Uważamy, że możemy udać się w trudniejsze, bardziej zdradzieckie obszary. Tam, gdzie nie chcielibyśmy ryzykować próby umieszczenia łazika wartego miliard dolarów, używając do tego aktualnie wykorzystywanych systemów lądowania – powiedział kierownik projektu SHIELD, Lou Giersch z JPL/NASA. – Może moglibyśmy nawet posadzić kilka robotów w różnych trudno dostępnych lokalizacjach, aby zbudować współpracującą ze sobą sieć urządzeń badawczych.
Projekt SHIELD czerpie garściami z rozwiązań tworzonych na rzecz misji NASA Mars Sample Return. Czyli pobrania i przewiezienia na Ziemię próbek marsjańskiej gleby. Pierwszy krok tego programu to łazik Perseverance, który zbiera próbki skał i zamyka je hermetycznych metalowych rurach. Kapsuły będą następnie przetransportowane przez sam łazik lub wysłane na pomoc mu helikoptery. Trafią w ten sposób do miejsca, w którym osiądzie lądownik z rakietą. Ta z kolei ma wynieść ładunek na orbitę. Tam zaś będzie czekał statek kosmiczny, który dostarczy próbki na Ziemię w małej kapsule i bezpiecznie rozbije się w odludnym miejscu.
– Jeśli możemy wylądować czymś twardym na Ziemi, dlaczego nie moglibyśmy tego zrobić również na Marsie? – mówi Velibor Ćormarković, członek zespołu SHIELD w JPL. – A jeśli uda nam się wykonać twarde lądowanie na Marsie, będziemy mieć pewność, że lądownik SHIELD będzie mógł pracować na planetach lub księżycach o gęstszych atmosferach.
Testy zderzeniowe podobne do tych w motoryzacji
Aby przetestować tę teorię, inżynierowie musieli udowodnić, że SHIELD może ochronić wrażliwą elektronikę podczas lądowania. Zespół wykorzystał do tego wieżę zrzutową w JPL w Pasadenie. Postanowił sprawdzić, w jaki sposób hermetyczne kapsuły, analogiczne do tych, w jakich Perseverance umieszcza próbki marsjańskiej gleby, wytrzymają twarde lądowanie na Ziemi. Niemal 27 metrowa platforma, zwana systemem startu dziobowego, może wyrzucić obiekt na powierzchnię z taką samą prędkością, jaką osiąga się podczas lądowania na Marsie.
Ćormarković wcześniej pracował dla przemysłu samochodowego, gdzie testował samochody. W czasie niektórych z tych testów samochody są przyspieszane do dużych prędkości i uderzają w ścianę lub odkształcalną barierę. Istnieje wiele sposobów na osiągnięcie przyspieszenia. Niektóre podobne są do systemu startu dziobowego.
– Testy, które przeprowadziliśmy dla SHIELD, są czymś w rodzaju pionowej wersji testów, jakie wykonuje się w przemyśle samochodowym – powiedział Ćormarković. – Ale zamiast ściany, nagłe zatrzymanie jest wywołane uderzeniem w ziemię.
Elektronika przetrwała symulowane zderzenie
12 sierpnia zespół inżynierski zebrał się przy stanowisku wieży zrzutowej i rozpoczął testy pełnowymiarowego prototypu składanego tłumika SHIELD. Przypomina on wyglądem odwróconą piramidę z metalowych pierścieni. To właśnie one mają pochłonąć energię uderzenia. Wewnątrz lądownika umieszczono smartfon, radio i akcelerometr. To miało symulować elektronikę, w jaką wyposaża się statek kosmiczny.
Tłumik sondy SHIELD / fot. California Academy of Sciences
Upadek trwał zaledwie dwie sekundy. Wyrzutnia dziobowa uderzyła lądownikiem SHIELD w ziemię z prędkością około 177 kilometrów na godzinę. Czyli taką, jaką lądownik marsjański osiąga blisko powierzchni, po spowolnieniu w wyniku oporu atmosfery. Wbudowany akcelerometr ujawnił później, że SHIELD uderzył w podłoże z siłą około 1 miliona niutonów. To tak, jakby z powierzchnią zderzył się przedmiot o masie 112 ton.
Po otwarciu prototypu i odzyskaniu symulowanego ładunku elektronicznego zespół stwierdził, że urządzenia pokładowe – nawet smartfon – przetrwały. – Jedynym sprzętem, który został uszkodzony, były elementy z tworzywa sztucznego, ale one nie były cennym ładunkiem – powiedział Giersch. – Ogólnie rzecz biorąc, ten test zakończył się sukcesem!
Źródło: JPL.
