Nach dem Erfolg von Sojourner, der von Spirit und Opportunity wiederholt wurde, schien es, als hätten wir ein ausfallsicheres System für die atmosphärische Landung für unsere Sonden entwickelt: Mit dem Landesystem aus Fallschirm und Airbag kann nur sehr wenig schief gehen. Das meiste davon ist passiv und selbststabilisierend/selbstschützend.
Und dann sind wir wieder beim raketenbasierten Bremssystem, das zumindest für mich wie ein Unfall aussieht, der darauf wartet, passiert zu werden. Einer der Triebwerke zündet nicht, die Stabilisierungssensoren gehen schief, die Schubkraft ist falsch, das Halteseil löst sich zu früh und tausend andere mögliche Fehlerpunkte erscheinen mir ziemlich gefährlich. Was macht diese Lösung also zur Fallschirmlandung auf Planeten mit Atmosphäre bevorzugt?
Es ist ganz einfach. Der neue Rover des Mars Science Laboratory ist zu schwer, um eine Airbag-Landung zu überstehen. Die Airbags selbst bestehen aus Stoff und mussten für das Projekt Mars Exploration Rovers verstärkt werden. Es gibt einige schöne Online-Videos von JPL in der Vakuumkammer in Plum Brook, in denen einige Airbags aus der Sojourner-Ära beim Testen mit MER-Eintrittsgeschwindigkeiten und -gewichten zerkleinert werden, zusammen mit den Ergebnissen: Mars Exploration Rover Airbag Landing Loads Testing and Analysis . Dies brachte die verwendeten Materialien (einschließlich Kevlar) an ihre Grenzen, und NASA/JPL wussten, dass sie dieses System nicht mit einem Lander der Größe von MSL verwenden konnten.
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Erstens kann bei einem Landesystem mit Fallschirm und Airbag viel schief gehen. Zweitens erforderten die Systeme Mars Pathfinder / Mars Exploration Rover auch das Abfeuern von Raketen, kurz bevor sie den Boden erreichten. In diesem Fall handelte es sich um Feststoffraketenmotoren im Vergleich zu den gedrosselten flüssigen Monotreibstoffmotoren, die vom Mars Science Laboratory verwendet wurden. Drittens verwenden alle Systeme einen Fallschirm.
Zum ersten Punkt ist ein Airbag-Landesystem anfällig dafür, dass die Säcke beim Aufprall auf eine natürliche Oberfläche mit Steinen aufreißen. Oder sogar ohne Felsen, wenn Sie hart genug zuschlagen. Die beim Endabstieg abgefeuerten Feststoffraketen bieten nur eine grobe Kontrolle über die Aufprallgeschwindigkeit, weshalb die Airbags erforderlich waren. Es war ein Ansatz, ein kostengünstiges Mars-Landesystem zu entwickeln, das keine teureren gedrosselten Triebwerke oder ein leistungsfähigeres Landeradar erforderte, das für eine feinere Kontrolle der Aufprallgeschwindigkeit erforderlich wäre. Die Airbags sind zwar kostengünstiger, könnten aber durch eine sehr raue Oberfläche, hohe horizontale Geschwindigkeiten aufgrund von Wind oder eine hohe Gesamtgeschwindigkeit des Aufpralls aufgrund von Radar-Spoofing von beispielsweise unterschiedlichem Gelände wie Mesas herausgenommen werden.
Beim ersten Vorschlag wurde das Airbagsystem nicht als robust angesehen, sondern aufgrund der Aufprallgeschwindigkeit, der Anzahl der Aufpralle (ersetzen wir eine Landung durch dreißig!) und der damit verbundenen Beschleunigungen als äußerst riskant. Und es sah einfach nur verrückt aus. Dieses Risiko wurde aus Kostengründen in Kauf genommen.
Am Ende hat das System funktioniert, mit einigen Änderungen in MER gegenüber MPF, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, indem einige Windeffekte kompensiert und die Airbags erheblich härter gemacht wurden. Das Lustige ist, dass jeder sagt, dass es verrückt ist und niemals funktionieren wird, bevor es fliegt. Nachdem es fliegt und funktioniert und Sie versuchen, etwas anderes zu tun, ist das neue Ding jetzt verrückt und alle fragen, warum Sie nicht dieses wirklich robuste Airbagsystem verwenden? Stelle dir das vor.
Wie angemerkt, lässt sich ein Airbag-Landesystem nicht gut skalieren, wenn das Rover von 170 kg auf 900 kg erhöht wird. Die einzige Möglichkeit, ein Airbagsystem in dieser Größenordnung zum Laufen zu bringen, wäre die Reduzierung der Landegeschwindigkeit. Sie nehmen also den Rover und die Airbags, die in MER an der Leine hängen, und ersetzen die Feststoffraketen an der Spitze der Leine durch gedrosselte Hydrazin-Triebwerke und ersetzen das Höhenmesserradar durch ein Dopplerradar zur besseren Kontrolle der Aufprallgeschwindigkeit. Sobald Sie diese Schritte ausgeführt haben, können Sie die Landegeschwindigkeit drastisch reduzieren. So sehr, dass Sie die Airbags komplett eliminieren können! Sie können sogar die Landerstruktur eliminieren, wodurch vermieden wird, dass Sie den Rover von einem Lander abheben müssen, um die Mission zu starten. Sie müssen die Räder und die Aufhängung härter machen, damit sie als Fahrwerk dienen können. aber das ist ein glücklicher Preis, den man zahlen muss, um all das andere Zeug loszuwerden. Voila. Du hast den Skycrane.
Wenn Sie ein Landesystem so zuverlässig wie möglich machen möchten, reduzieren Sie die Aufprallgeschwindigkeit so weit wie möglich. Die Komplexität, die erforderlich ist, um die Geschwindigkeit zu verringern, macht etwas nicht von Natur aus unzuverlässig. Es bedeutet nur, dass es Sie mehr kosten wird, es zuverlässig zu machen. Im Gegenzug können Sie die Landung viel weniger empfindlich gegenüber atmosphärischen und Oberflächenumgebungen machen, über die Sie keine Kontrolle haben. Insgesamt ist das MSL-Landesystem viel zuverlässiger.
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