Какие проблемы могут возникнуть при строительстве взлетно-посадочной полосы на Марсе?

На Марсе атмосфера достаточно тонкая (около 1% от земной), поэтому использовать аэродинамическую подъемную силу на заключительном этапе посадки нецелесообразно.

Следовательно, горизонтально посадочный аппарат будет гораздо менее эффективен, чем вертикальный посадочный модуль.

Даже для возвращающихся с Земли космических аппаратов, где относительно легко получить аэродинамическую подъемную силу, требования к массе крыльев и управляющих поверхностей, а также их систем тепловой защиты таковы, что они привлекательны только в том случае, если требуется точная посадка и возможность повторного использования — и даже в этом случае вертикальная. Пропульсивная посадка в стиле SpaceX конкурентоспособна.

Проблема с взлетно-посадочной полосой на Марсе будет заключаться в размере. Поскольку атмосфера Марса настолько тонкая, вам придется двигаться очень, очень быстро (несколько сотен миль в час/км/ч), чтобы получить достаточную подъемную силу, чтобы остановить спуск и безопасно приземлиться. На такой скорости приземление было бы невероятно тяжелым для колес, которые, скорее всего, мгновенно лопнули бы — я думаю, занос имеет больше смысла, хотя это все еще большая проблема материаловедения. Скажем, вам удалось поставить колеса/занос на землю, тогда вам придется снизить скорость и остановиться. Воздух слишком разреженный, чтобы аэродинамическое торможение имело большое значение, а гравитация низкая, поэтому у вас не будет такого же сцепления с дорогой, и вам придется тормозить гораздо мягче — опять же, занос, вероятно, лучше работает на Марсе, но в любом случае это будет работать намного дольше, потому что гравитация меньше.

Таким образом, из-за этих факторов взлетно-посадочная полоса должна быть длиной в много-много миль. Очень разреженная атмосфера также затрудняет управление самолетом, а из-за высоких скоростей радиус поворота самолета будет огромным, поэтому для компенсации потребуется очень широкая взлетно-посадочная полоса. Так что вам понадобится взлетно-посадочная полоса размером с Манхэттен или даже больше, чтобы иметь возможность посадить самолет на Марсе. Это было бы очень дорого по сравнению с другими альтернативами.

Помимо крайне разреженной атмосферы на Марсе и препятствий для строительства, я вижу еще две причины не строить взлетно-посадочную полосу на Марсе.

Зачем ходить в одно и то же место дважды?

Марс большой. Он не такой большой, как Земля, но на нем еще много неизведанного ландшафта, который было бы интересно изучить. Построив взлетно-посадочную полосу, даже если вы можете построить ее и она в первую очередь жизнеспособна (что, учитывая другие ответы, пока представляется весьма сомнительным), вы выделяете значительные ресурсы в одно место. Точно так же, как вы не можете получить хорошее представление о том, как выглядит Земля, изучая только Манхэттен или Марианский желоб , миссии намеренно выбирают совершенно разные места посадки, по крайней мере частично, именно для изучения разных частей Марса, чтобы получить лучшее представление о Марсе. общая геология планеты .

Посадки недостаточно точны

Наши приземления на Марс недостаточно точны, чтобы взлетно-посадочная полоса имела смысл. Вы, вероятно, думаете об этом:

а реальность такова:

Посмотрите на приземление Curiosity в 2012 году. Посадочный эллипс размером 12 х 4 мили или 19 х 6,5 км с приземлением в 2,4 км от центра слишком неточен , чтобы взлетно-посадочная полоса имела какой-либо смысл. Вы должны были бы не только приземлиться на взлетно-посадочной полосе; чтобы горизонтальное приземление на взлетно-посадочную полосу имело какой-либо смысл, вы должны двигаться почти точно в правильном направлении, когда ударяетесь о землю, и приземляться очень близко к правильному месту на взлетно-посадочной полосе. Мы не говорим здесь о нескольких километрах; мы говорим скорее о порядках от десятков до нескольких сотен метров.

Мы просто еще не там, и мне интересно, будем ли мы когда-нибудь там до того, как на Марсе появится значительное присутствие людей, и в этот момент у этих людей есть более продуктивные дела, чем сглаживание и покрытие большого участка поверхности Марса рядом с их там, где он наиболее доступен для изучения.

Космический шаттл мог совершить такую ​​посадку, но он сделал это на Земле (с атмосферой в сотни раз толще, с соответствующими различиями в аэродинамическом торможении и грузоподъемности), и у него были серьезные ограничения при посадке. Есть причина, по которой спуск с орбиты называли обязательством по посадке.

В основном все задачи среднемасштабного строительного проекта, за исключением того, что они выполняются с помощью дистанционного управления с расстояния в несколько световых минут, и вам сначала нужно высадить всю строительную технику на Марс.

Снижение веса не составит почти 2/3. Углеродное волокно имеет примерно вдвое больший предел текучести на 2/3 веса по сравнению с алюминием, поэтому теоретически это означает снижение веса на 2/3. На практике коробление становится более вероятным, а для безопасного использования углероду требуется более высокий запас прочности. Если вы все еще не верите мне, сравните вес велосипедных рам. Хорошие алюминиевые рамы высокого класса обычно весят от 2,5 до 3 фунтов, а карбоновые — от 2 до 2,4 фунтов. Углерод обычно использует около 5-кратного запаса прочности по сравнению с 2-кратным запасом прочности для металлов. (Они сильно различаются, но они, как правило, примерно такие.)

Трудности были бы значительными, в конце концов, вам потребовалась бы либо большая площадь поверхности крыла на единицу веса, либо высокая посадочная скорость, но я считаю, что при надлежащем уходе и большом количестве дополнительной массы сделать необходимую конструкцию было бы возможно. Не уверен, почему вы сделали бы это на модуле с такими штрафами за вес. Вариант с питанием был бы моим выбором.

Что-то, что может иметь больше смысла и противоречит тому, что говорят люди, — это использование возвращаемого аппарата в форме челнока с небольшим отношением площади к весу. У него не было бы достаточной подъемной силы, чтобы фактически приземлиться, и поэтому ему потребовалась бы посадка с механическим приводом. Вы понесете небольшую потерю веса из-за формы по сравнению с баллистической, но преимуществами будут более низкие температуры при входе в атмосферу, более низкие перегрузки и большая точность приземления. он не сможет исправить грубые ошибки повторного входа, но обеспечит гораздо большую точность. И чтобы исправить заблуждение, представленное в другом комментарии. У правильно спроектированной крылатой боеголовки не возникнет проблем с уменьшением лобового сопротивления при увеличении подъемной силы, поэтому недолет не будет проблемой. У космических шаттлов есть такая возможность.