美國宇航局將在夏威夷測試火星減速裝置
如果你明天在夏威夷上空看到一個飛碟，不要驚慌——那隻是美國宇航局。美國東部時間6月2日中午12:30，美國宇航局的低密度超音速減速器（LDSD）將在夏威夷考艾島的美國海軍太平洋導彈靶場進行測試。這項試驗使這項技術離最終目的地火星更近了一點。
人類使用機器人探測器探索這顆紅色星球已經40年了。1976年，這對維京登陸艦成功登陸火星錶面——首次登陸火星。2012年，美國宇航局的“好奇”號火星車在“七分鐘恐怖”中倖存下來，即進入、下降和著陸，在海盜時代的降落傘的幫助下成功降落在火星錶面。這個系統雖然可靠，但也有侷限性：它不能支援超過一噸的有效載荷。
發射宇航員的技術目前正在開發中，但是當我們到達火星時會發生什麼呢？美國宇航局正在計劃越來越雄心勃勃的火星機器人任務，為20世紀30年代的人類任務做好準備。在準備過程中，該機構正在建造下一個大型火箭——太空發射系統（SLS），它能夠將獵戶座飛船推進到比以往任何時候都更遠的太空。發射人員的技術目前正在開發中，但是當我們到達時會發生什麼呢？
工程挑戰是重大的。登陸火星和登陸地球，甚至月球都不一樣。我們的大氣層非常稠密；月球根本沒有大氣層。火星大氣介於兩者之間。稀薄的大氣層意味著任何航天器著陸所需的不僅僅是降落傘。而火星的大氣層剛好足以排除單獨透過火箭發動機著陸的可能性，就像在月球上那樣。
為了支援最終的人類任務，美國宇航局需要能夠在火星錶面著陸20至30公噸的技術。LDSD是朝著這個方向邁出的一步：它支援2到3噸的有效載荷，使目前的能力翻了一番。
美國航天局正在押註大氣阻力，也就是空氣阻力，作為解決方案。使用阻力減速可以節省發動機和燃油。美國航天局未來的火星任務需要重型行星著陸器，能夠運載更大的有效載荷並機動到更高的高度。目前的技術加上火星稀薄的大氣層，使得山頂和高海拔的南部平原無法到達，限制了我們可以探索火星的哪些區域。
LDSD有三種不同的裝置來解決這些問題。兩個巨大的，甜甜圈形狀的安全氣囊由凱夫拉爾製成-被稱為超音速充氣空氣動力減速器（SIADs）-將在車輛周圍充氣。透過增加像獵戶座這樣的飛行器的錶面積，空氣阻力也會增加，從而使航天器減速。為了設計這項任務所需的技術，美國宇航局把註意力轉向了夏威夷河豚。當受到驚嚇時，河豚會自我膨脹，恐嚇潛在的捕食者。工程師們認為同樣的技術也可以作為減速的手段。快速膨脹的SIAD將增加任何前往紅色星球的航天器的錶面積，並大幅降低其速度。
這些SIAD有兩種不同的版本：SIAD-R，用於機器人任務，部署時直徑為6米；而更大的SIAD-E，意味著人類任務，一旦膨脹，直徑擴大到8米。SIAD-E的設計目的是讓像獵戶座這樣的地面車輛在3分鐘內從2600英里/小時（大約是音速的3.5倍）減速到1400英里/小時。
在火星上測試這些新技術是不現實的LDSD系統的最後一部分是直徑30.5米的降落傘——是維京時代降落傘的兩倍大。一旦SIAD展開並將有效載荷減速至約1400英里/小時（2馬赫），降落傘就會接管。它的任務是使車輛減速到亞音速。這三種裝置都將是有史以來最大的超音速飛行裝置。
由於在火星上測試這些新技術並不實際，研究人員使用了下一個最好的方法：地球上層大氣的薄層，即平流層。LDSD將在太平洋上空進行測試，因為那裡的大氣層與火星最為相似。透過模擬獵戶座和其他飛行器在火星上的超音速進入和下降速度，工程師們將瞭解LDSD技術在火星上的表現。
在試驗過程中，一個高空氦氣球將把試驗飛行器帶到離地球錶面12萬英尺的高空。測試車輛將從氣球上釋放，下降幾千英尺。四個小型火箭發動機將點火，透過受控旋轉穩定試驗飛行器，然後一個OrbitalTak Star 48固體火箭發動機點火，將飛行器推進到180000英尺的高度和2880英里/小時的速度。8米長的SIAD將展開，在降落傘接管之前將飛船減速至1400英里/小時左右，將飛船減速至水上著陸的安全速度。
在上一次測試中，降落傘失敗了LDSD系統在超音速下的首次全尺寸測試於2014年6月在夏威夷的PMRF進行，其特點是6米長的SIAD-R以及巨大的降落傘。降落傘失靈了。明天的測試將採用改進的降落傘設計。
新的設計能抵擋住最初的超音速風嗎？或者團隊會回收另一個破碎的降落傘？不管結果如何，我們都可以從機載攝像頭看到一些令人驚嘆的景象。
- 發表於 2021-04-30 07:41
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