Low-Density nadzvukový decelerátoru nebo LDSD (francouzsky nadzvukový zpomalovač s nízkou hustotou ) je prototyp vozidla reentry vyvinutý NASA a pro vývoj těžkých plavidla přistávající techniky na půdu planety v březnu , zejména s ohledem na vzorku návratu mise nebo v delším časovém horizontu, je osazená mise na Mars . Nízká hustota marťanské atmosféry (0,6% hustoty Země) omezuje, při současných technologiích zděděných od programu Viking , hmotnost užitečného zatížení, které lze uložit na zem při jedné tuně. Maximální hmotnosti dosahuje rover (rover) Curiosity's Mars Science Laboratory . S technologiemi implementovanými LDSD by bylo možné tuto hmotnost zvýšit na 3 tuny ve verzi testované v roce 2014 a 20 tun ve zvětšené verzi, která musí být předmětem posledního testu.
LDSD musí testovat dvě zařízení, která se navzájem doplňují. Prvním z nich je nafukovací systém, který se aktivuje, když rychlost klesne pod Mach 3,5, což zvyšuje čelní plochu plavidla a tím i odpor vyvolaný během klesání. Druhým je padák dvakrát větší než dosud používaný (30,5 m), který je otevřen, když je rychlost lodi stále nadzvuková. Tento výzkumný program, do kterého NASA plánuje investovat 230 milionů USD, zahrnuje řadu testů v aerodynamickém tunelu a let tří prototypů LDSD v horních vrstvách atmosféry Země v letech 2014 a 2015.
První let se uskutečnil dne 28. června 2014, a umožnil ověřit činnost nafukovacího štítu, ale padák šel do pochodně.
Druhý let se uskutečnil dne 8. června 2015, ale navzdory posílení padáku se roztrhl jako v první zkoušce.
Třetí let je naplánován na léto 2016.
Poslední fáze příjezdu vesmírné mise na zem Marsu, která zahrnuje atmosférický návrat vysokou rychlostí (mezi 4 a 6 km / s), zpomalení a přistání téměř nulovou rychlostí (fáze nazývaná EDL v angličtině Vstup , Descent and Landing ), je zásadní fáze, která dnes naráží na technická omezení, když je nutné přistát na planetě s více než jednou tunou. Pro přistání je nutné tuto rychlost zrušit. Toho lze dosáhnout dvěma způsoby: pomocí sil odporu, tj. Tření s atmosférou. To je to, co dělají lodě s posádkou, když se vrátí na Zemi. Atmosféra pak dělá veškerou práci a jediným hmotnostním trestem pro loď je hmotnost tepelného štítu, který chrání loď před velmi silným nárůstem teploty během fáze brzdění (hmotnost tohoto štítu může být přesto významná). Když planeta nemá atmosféru jako na Měsíci, rychlost se zruší tím, že se uchýlí k tahu raketového motoru . Toto řešení je však extrémně nákladné, protože vyžaduje věnovat velkou část hmotnosti lodi použitému palivu. Hmotnost, kterou je třeba obětovat, je úměrná gravitaci planety: umístění lunárního modulu Apollo na Měsíc tak obětuje polovinu hmotnosti lodi ve prospěch paliva s rychlostí, která má být zrušena třikrát nižší než na Marsu.
Velmi nízká hustota atmosféry Marsu (1% hustoty Země) ji staví pro scénář sestupu do přechodné situace mezi Zemí a Měsícem. Vesmírná sonda Mars Science Laboratory (MSL), která přistála na Marsu v roce 2012, byla nucena pomocí motorů zabrzdit z výšky 1 500 metrů. Problém se stává o to naléhavější, že je třeba položit velké zatížení. Je tomu tak proto, že tažné síly, které musí plavidlo zpomalit, jsou úměrné ploše plavidla, která je proti postupu plavidla. Všechny marťanské přistávače NASA, včetně MSL zahájené v roce 2011, používají sadu technologií (sestupové vozidlo / tepelný štít, padák) vyvinutých pro kosmické sondy Viking . Jejich použití umožňuje s čelním povrchem o průměru přibližně 4,5 metru (případ MSL) uložit na Mars nádobu, která nemůže překročit hmotnost 1 tuny. K přistání 150 kg sestupového vozidla je zapotřebí 1 m² čelní plochy (50 kg při příjezdu na zem, jakmile jsou uvolněna všechna sestupová zařízení). Čelní plocha o průměru 7,5 metru umožňuje umístit o něco více než 2 tuny a při průměru 10 metrů může jedna představovat 3,5 tuny ... Kapotáž současných nosných raket však neumožňuje vystřelit vozidlo jejichž průměr přesahuje 4,5 metru (maximální vnější průměr 6 metrů). Plánované mise - návrat vzorku, let s posádkou na Mars - však vyžadují, aby bylo toto omezení zrušeno. Druhým problémem vyvolaným slabostí atmosférického odporu na Marsu je to, že rychlost se sníží pouze na Mach 1, když je loď velmi blízko k zemi: loď a její posádka mají velmi málo času na úpravu místa přistání, pokud je trajektorie lodi ji přenese přes oblast posetou překážkami nebo ji vezme příliš daleko od cílového místa. Toto omezení navíc zakazuje přistání v oblastech umístěných v příliš vysokých nadmořských výškách (téměř 50% povrchu Marsu). A konečně, velikost padáku navrženého jako součást programu Viking musí být revidována směrem nahoru, pokud chceme mít možnost zvýšit hmotnost.
V NASA probíhá výzkum s cílem zlepšit účinnost brzdění v atmosféře s nízkou hustotou. Jsou studovány různé pasivní techniky (bez použití pohonu):
Cílem programu LDSD je otestovat v zemské atmosféře nové techniky přistání na Marsu, které umožní přistát hmoty větší než jedna tuna. Program eliminuje riziko zahájení mise na Mars pomocí neprokázané technologie. Program sleduje Ředitelství vesmírných technologií NASA a je řízen střediskem JPL vesmírné agentury. Demonstrátor vyvíjí Marshall Space Flight Center v Huntsville v Alabamě .
V rámci programu jsou testovány tři části zařízení nadzvukovou rychlostí:
Kombinací nafukovacího zařízení a nového padáku inženýři NASA doufají, že budou moci výrazně zlepšit výkon přistávacího systému Marsu, který je v současné době používán a vyvinut pro sondy Viking :
Tři předváděcí lety v zemské stratosféře jsou naplánovány na rok 2014 a 2015 na Facility Pacific Missile dosahu patřící do amerického námořnictva v Kauai , Hawaii . Zkoušky padáku malého rozsahu byly dříve prováděny ve větrném tunelu a různé části vozidla byly také testovány v letech 2012 až 2014 na Naval Air Weapons Station China Lake v Kalifornii . NASA plánuje investovat do tohoto výzkumného programu 230 milionů USD.
LDSD předváděcí let 28. června 2014Hlavním cílem je ověřit použitý zkušební postup (použití meteorologického balónu a stupně tuhého paliva) a provoz zpomalovače typu SIAD-R. Nový padák se také testuje, ale jeho správné nasazení je považováno za sekundární cíl. Prototyp marťanského sestupového vozidla je pro testování připojen k meteorologickému balónu, který pomalu stoupá do atmosféry a klesá o 3 hodiny později, když je dosaženo výšky 36 600 metrů. Malé raketové motory se používají k otáčení demonstrátoru a udržování jeho orientace během fáze pohonu. O půl sekundy později se motor na tuhá paliva připevněný k LDSD, typu Star 48 s dlouhou tryskou, zapálí a způsobí, že stoupne do výšky 54 900 metrů rychlostí Mach 4. Nafukovací konstrukce Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator Poté se nasadí (SIAD), zatímco rychlost byla snížena na Mach 3,8 a zařízení zpomalí vozidlo na Mach 2,5. LDSD poté nasadí SDSD ( Supersonic Disk Sail Parachute ), který jej zpomalí. Demonstrant přistál o 40 minut později v Tichém oceánu asi 400 až 600 km od jeho výchozího bodu a byl získán pro letovou analýzu. Demonstrant má celkovou hmotnost 3120 kilogramů na průměr 4,7 metru (6 metrů po nafouknutí zpomalovače). Použitý meteorologický balón měl při uvolnění plavidla průměr 140 metrů a výšku 120 metrů.
Tento první test je částečným úspěchem. Zpomalovač se dobře nafouknul a odvedl svou práci, ale padák se částečně roztrhl a poté hořel. To nemohlo být testováno na zemi kvůli nedostatku větrného tunelu dostatečné velikosti. Data letu byla analyzována za účelem stanovení výkonu obou zařízení.
Po neúspěchu padáku testovaného během prvního letu byla vytvořena komise odborníků sdružující vědce a specialisty na padáky s názvem SCOPE ( Nejvyšší rada odborníků na padáky ), aby určila původ anomálie a našla řešení. Byly použity klasické prostředky: vyztužení vysoce namáhaných oblastí pomocí kevlaru a úprava tvaru horní části padáku. Proběhla druhá zkouška, jejímž cílem je kvalifikovat tuto novou verzi padáku8. června 2015. Průběh tohoto druhého testu je totožný s průběhem prvního. Nafukovací štít plní svoji roli, ale padák navzdory úpravám způsobeným slzami během jeho nasazení.