NASA z powodzeniem wylądowała na Marsie dziewięć razy, polegając na najnowocześniejszych spadochronach, masywnych poduszkach powietrznych i plecakach odrzutowych, aby bezpiecznie ustawić statki kosmiczne na powierzchni.
Zamiast spowalniać szybkie opadanie statku kosmicznego, eksperymentalny projekt lądownika nazwany SHIELD (Simplified High Impact Energy Landing Device) użyłby akordeonowej, składanej podstawy, która działa jak strefa zgniotu w samochodzie i pochłania energię silnego uderzenia.
Nowy projekt mógłby drastycznie obniżyć koszty lądowania na Marsie poprzez uproszczenie wstrząsającego procesu wejścia, zejścia i lądowania oraz rozszerzenie opcji możliwych miejsc lądowania.
„Myślimy, że moglibyśmy udać się na bardziej zdradliwe obszary, gdzie nie chcielibyśmy ryzykować próbując umieścić miliardowy łazik z naszymi obecnymi systemami lądowania”, powiedział kierownik projektu SHIELD, Lou Giersch z Jet Propulsion Laboratory NASA w Południowej Kalifornii. „Może nawet moglibyśmy wylądować kilkoma z nich w różnych trudno dostępnych miejscach, aby zbudować sieć”.
Wypadki samochodowe, lądowania na Marsie
Duża część projektu SHIELD zapożycza z pracy wykonanej dla kampanii NASA Mars Sample Return. Pierwszy etap tej kampanii polega na zebraniu przez łazik Perseverance próbek skał w szczelnych metalowych tubach; przyszły statek kosmiczny przewiezie te próbki z powrotem na Ziemię w małej kapsule i bezpiecznie wyląduje w opuszczonym miejscu.
Studiowanie podejść do tego procesu doprowadziło inżynierów do zastanowienia się, czy ogólny pomysł jest odwracalny, powiedział Velibor Ćormarković, członek zespołu SHIELD w JPL.
„Jeśli chcesz wylądować czymś twardym na Ziemi, dlaczego nie możesz zrobić tego w drugą stronę dla Marsa?” powiedział. „A jeśli możemy zrobić twarde lądowanie na Marsie, to wiemy, że SHIELD mógłby działać na planetach lub księżycach z gęstszą atmosferą”.
Aby sprawdzić teorię, inżynierowie musieli udowodnić, że SHIELD może chronić wrażliwą elektronikę podczas lądowania. Zespół wykorzystał wieżę spadową w JPL, aby sprawdzić, jak rurki z próbkami Perseverance wytrzymają twarde lądowanie na Ziemi. Wieża ta, mierząca prawie 27 metrów, wyposażona jest w gigantyczną procę, zwaną systemem wyrzutni dziobowej, która może rzucić obiekt na powierzchnię z taką samą prędkością, jaką osiąga się podczas lądowania na Marsie.
Ćormarković pracował wcześniej dla przemysłu samochodowego, testując samochody, w których znajdowały się manekiny. W niektórych z tych testów samochody jeżdżą na sankach, które są przyspieszane do dużych prędkości i uderzają w ścianę lub odkształcalną barierę. Istnieje wiele sposobów na przyspieszenie sań, w tym użycie procy przypominającej system wyrzutni dziobowych.
„Testy, które przeprowadziliśmy dla SHIELD są jakby pionową wersją testów sań” – powiedział Ćormarković. „Ale zamiast ściany, nagłe zatrzymanie jest spowodowane uderzeniem w ziemię”.
Rozbijanie sukcesu
12 sierpnia zespół zebrał się w wieży zrzutowej z pełnowymiarowym prototypem składanego tłumika SHIELD – odwróconej piramidy z metalowych pierścieni, które absorbują uderzenie. Zawiesili tłumik na chwytaku i umieścili w nim smartfon, radio i akcelerometr, aby zasymulować elektronikę, którą będzie nosił statek kosmiczny.
Pocąc się w letnim upale, obserwowali, jak SHIELD powoli wznosi się na szczyt wieży.
„Słysząc odliczanie, dostałem gęsiej skórki” – powiedział Nathan Barba, inny członek projektu SHIELD w JPL. „Cały zespół był podekscytowany, aby zobaczyć, czy obiekty wewnątrz prototypu przetrwają uderzenie”.
W ciągu zaledwie dwóch sekund oczekiwanie dobiegło końca: Wyrzutnia dziobowa trzasnęła SHIELD w ziemię z prędkością około 110 mil na godzinę (177 kilometrów na godzinę). Taką prędkość osiąga lądownik marsjański w pobliżu powierzchni po spowolnieniu przez opór atmosferyczny z początkowej prędkości 14 500 mil na godzinę (23 335 kilometrów na godzinę), gdy wchodzi w atmosferę Marsa.
Poprzednie testy SHIELD wykorzystywały brudną „strefę lądowania”, ale do tego testu zespół położył na ziemi stalową płytę o grubości 2 cali (5 centymetrów), aby stworzyć lądowanie twardsze niż to, którego doświadczyłby statek kosmiczny na Marsie. Pokładowy akcelerometr ujawnił później, że SHIELD uderzył z siłą około 1 miliona niutonów – co można porównać do 112 ton rozbijających się o niego.
