Hvaða tilgangi þjóna fallhlífar í þyngdarleysi eins og þegar lent er á Mars?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvaða tilgangi þjóna fallhlífar í þyngdarleysi eins og þegar lent er á Mars?
Fallhlífar um borð í geimförum sem lenda á Mars gegna því veigamikla hlutverki að draga úr hraða geimfarsins þegar það kemur inn til lendingar. Fallhlífin er ekki notuð í þyngdarleysinu úti í geimnum, heldur stuttu eftir að geimfarið kemur inn í lofthjúp plánetunnar, en þar er ekki þyngdarleysi.

Lesendur Vísindavefsins geta fræðst meira um þyngdarleysi og þyngdarkraft í svari Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Hversu langt frá jörðu er þyngdarleysi?

Þegar jepparnir Spirit og Opportunity lentu á Mars voru fallhlífar notaðar en þeirri lendingaraðferð var fyrst beitt þegar Pathfinder lenti á reikistjörnunni árið 1997. Jepparnir eru fastir inni í eins konar skel sem samanstendur úr bakhlíf og hitaskildi. Fallhlífin er inni í bakhlífinni og opnast ekki fyrr en stuttu fyrir lendingu. Hönnun hennar er mjög flókin og byggist á þéttleika lofthjúpsins, hraða og massa geimfarsins svo að nokkuð sé nefnt. Hún er úr tveimur endingargóðum og léttum efnum: pólýester og næloni. Fallhlífin er þríbeisluð við bakhlífina en beislið sjálft er úr kevlar, sama efni og er notað í skotheld vesti.

Fallhlífarefnið þarf að vera mjög sterkt en samt létt og fyrirferðarlítið. Að lokinni dauðhreinsun er fallhlífinni nánast troðið inn í bakhlífina, á líkan hátt og þegar við setjumst á stútfulla ferðatösku og lokum henni.

Loftþrýstingur við yfirborð Mars er innan við 1% af loftþrýstingnum hér hjá okkur við yfirborð jarðar. Þess vegna dugir fallhlífin ein ekki til að hægja nægjanlega á ferðinni fyrir örugga lendingu. Við skulum því skoða lendingarferlið í grófum dráttum og athuga hvernig fallhlífin nýtist mönnum.

Geimförin Spirit og Opportunity komust fyrst í snertingu við lofthjúp Mars eftir um sex mánaða ferðalag. Þá voru þau í um 128 km hæð yfir reikistjörnunni og ferðuðust á 5,4 km hraða á sekúndu. Þegar þau fóru inn í lofthjúpinn myndaðist gríðarlegur hiti umhverfis geimförin vegna núnings við lofthjúpinn og þá verndaði hitaskjöldurinn þau. Í raun má segja að lofthjúpurinn og hitaskjöldurinn séu fyrstu „hemlunartæki“ geimfarsins. Lofthjúpurinn hægði á ferð geimfaranna niður í 400 metra hraða á sekúndu.

Þegar geimförin voru í um 8 km hæð yfir yfirborðinu opnaðist fallhlífin úr bakhlífinni. Lendingarfarið seig um 20 metra úr bakhlífinni og hékk þar í um eina mínútu fyrir lendingu. Lendingarfarið var látið síga svo loftpúðar gætu blásið út.

Átta sekúndum fyrir lendingu blésu loftpúðarnir út og mynduðu verndarhjúp um lendingarfarið. Geimförin voru þá í um 280 metra hæð yfir Mars og ennþá föst við bakhlífina.

Þunnur lofthjúpur Mars hægði á lendingarfarinu niður í um 75 metra hraða á sekúndu. Ef geimfarið hefði lent á þessum hraða hefði það brotnað í tætlur. Sex sekúndum fyrir lendingu var því kveikt á þremur eldflaugum sem brunnu í þrjár sekúndur og stöðvuðu geimfarið algjörlega í loftinu, um 10-15 metra fyrir ofan yfirborðið. Á sömu stundu kannaði mælitæki í bakhlífinni hvort farið hallaðist óeðlilega eða hvort sterkir vindar feyktu því fram og aftur. Ef svo væri hefði kviknað á einum til þremur eldflaugum sem laga hallann og tryggja örugga lendingu.

Þremur sekúndum fyrir lendingu losnaði lendingarfarið frá bakhlífinni og féll þá um 15 metra niður á yfirborðið, varið af loftpúðum. Fallhlífiðn, bakhlífin og beislið féllu á sama tíma hægt niður á yfirborðið.

Þegar farið loksins snerti yfirborðið fór það að skoppa. Loftpúðarnir eru úr afar sterku efni sem kallast vektran, en það er tvisvar sinnum sterkara en kevlar og þolir meiri kulda. Þrátt fyrir það eru loftpúðarnir afar viðkvæmir fyrir oddhvössu grjóti sem gæti leynst á yfirborðinu. Lendingarfarið getur skoppað um yfirborðið í allt að 10 mínútur og upp í 20 metra hæð. Að lokum stöðvast það þó innan við 1 km frá fyrirfram ákveðnum lendingarstað.

Þegar geimfarið hefur stöðvast og er öruggt á yfirborðinu, snýr það sér svo það liggi rétt á yfirborðinu. Loftpúðarnir dragast þá saman og geimfarið hringir heim og lætur vita af sér. Það sendir svo myndir af umhverfinu um tveimur klukkustundum síðar.

Við höfum hér aðeins skoðað lendinguna í grófum dráttum. Þó má vonandi sjá af þessu að það er afar vandasamt verk að lenda mannlausu geimfari á annarri reikistjörnu. Allt þarf að vera fyrirfram ákveðið og ganga fullkomlega upp ef ekki á illa að fara. Sumir vísindamenn hafa líkt þessu við það að reyna að slá holu í höggi frá Bandaríkjunum til golfvallar í Ástralíu!

Heimildir og myndir:

• Vefsíða NASA um Mars-jeppana. Á þessari vefsíðu er hægt að skoða stuttar kvikmyndir um lendinguna á Mars.
• Vefsíða Planetary Society.

...