Vea la dramática prueba de caída a gran altitud para el paracaídas ExoMars, realizada sin problemas a velocidades supersónicas
Después de varias semanas de mal tiempo y fuertes vientos, el último par de pruebas de caída a gran altitud de los paracaídas ExoMars se llevaron a cabo en Kiruna, Suecia. El paracaídas principal de la primera etapa de 15 m de ancho funcionó perfectamente a velocidades supersónicas, mientras que el paracaídas de la segunda etapa de 35 m de ancho sufrió daños menores pero ralentizó la maqueta de la plataforma de aterrizaje como se esperaba.
La misión ESA-Roscosmos ExoMars, con el rover Rosalind Franklin y la plataforma de superficie Kazachok, está programada para su lanzamiento en septiembre de 2022. Después de un crucero interplanetario de nueve meses, un módulo de descenso que contiene el rover y la plataforma se lanzará a la atmósfera marciana en una velocidad de 21.000 km por hora.
Secuencia de despliegue de paracaídas ExoMars 2022. Secuencia de despliegue de paracaídas ExoMars que entregará una plataforma de superficie y rover a la superficie de Marte en 2023 (después del lanzamiento en 2022). El gráfico no está a escala y los colores de los paracaídas son meramente ilustrativos.
El gráfico destaca los principales eventos relacionados con el paracaídas, una secuencia que se inicia después de una desaceleración significativa del módulo de entrada de 3,8 m de ancho a la atmósfera con los escudos térmicos de aeroshell. Luego se lanza el primer paracaídas piloto, y justo después el primer paracaídas del escenario principal, que mide 15 m de diámetro y tiene un diseño de banda de apertura de disco. Se abrirá mientras el módulo todavía está viajando a velocidad supersónica y se desechará antes de desplegar la segunda patada piloto y el paracaídas principal de la segunda etapa una vez a velocidades subsónicas. El paracaídas principal de la segunda etapa tiene un diseño de ranura anular y tiene 35 m de diámetro, el más grande jamás volado en Marte.
La segunda patada del piloto permanece unida al paracaídas principal para evitar que el paracaídas lanzado rebote. Durante las últimas etapas del descenso (no mostradas), se desechará el escudo térmico frontal aeroshell y se liberará la plataforma de aterrizaje para su descenso final y fase de frenado propulsivo. Una vez que esté seguro en la superficie, luego desplegará rampas para que el rover descienda y se dirija a Marte.
Crédito: ESA
La desaceleración requiere un escudo térmico, dos paracaídas principales, cada uno con su propio piloto para la extracción, y un sistema de propulsión de cohetes modernizado 20 segundos antes del aterrizaje. El paracaídas principal de la primera etapa de 15 m de ancho se abre mientras el módulo de descenso todavía está viajando a velocidades supersónicas, y el paracaídas principal de la segunda etapa de 35 m de ancho se lanza a velocidades subsónicas.
La instalación y prueba de los paracaídas ExoMars ha sido una prioridad después de una serie de pruebas de caída fallidas en 2019 y 2020. El equipo mejoró el diseño ejecutando un cambio rápido en tierra. pruebas de extracción dinámica en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California el año pasado. Y para mitigar los riesgos antes de realizar estas pruebas de caída a gran altitud, la ESA ordenó un paracaídas de reserva al fabricante estadounidense Airborne Systems, la misma empresa que entregó el sistema de paracaídas Perseverance.
Las pruebas de caída más recientes se llevaron a cabo los días 24 y 25 de junio en las instalaciones de Esrange de la Corporación Espacial Sueca. Cada prueba de caída a gran altitud vio un módulo de descenso simulado elevado a una altitud de 29 km por un globo estratosférico inflado con helio. Una vez liberado, la extracción de la patada piloto comienza con una extracción controlada de los paracaídas principales de sus bolsas de donas.
La primera prueba se centró en la validación del paracaídas de respaldo supersónico de Airborne Systems, la primera prueba de caída para este paracaídas en esta campaña de prueba de ExoMars. La segunda prueba se realizó la noche siguiente con el paracaídas subsónico modificado y la bolsa entregada por la empresa italiana Arescosmo. Cada prueba está diseñada para aplicar la carga completa esperada durante la entrada, el descenso y el aterrizaje en Marte, todo con márgenes de seguridad adicionales.
Recuperación exitosa del paracaídas de ExoMars. Crédito: Vorticidad
«Estamos encantados de informar que el primer gran paracaídas funcionó a la perfección: tenemos un diseño de paracaídas supersónico que puede volar a Marte», dijo Thierry Blancquaert, líder del equipo del programa ExoMars, y señaló que «habrá al menos dos oportunidades más para probar esto diseño de paracaídas para ganar más confianza ”.
“El rendimiento del segundo paracaídas principal no fue perfecto, pero mejoró mucho gracias a los ajustes realizados en la bolsa y la capota. Después de una extracción suave de la bolsa, experimentamos un desprendimiento inesperado de la patada del piloto durante el inflado final. Esto probablemente significa que el toldo del paracaídas principal se ha sometido a una presión adicional en ciertas partes. Esto creó un desgarro que fue contenido por un anillo de refuerzo de Kevlar. Pese a ello, cumplió con la deceleración prevista y el módulo de descenso se recuperó en buen estado. «
El equipo analizará más a fondo la fuente de esta nueva anomalía antes de finalizar la configuración del próximo par de pruebas de caída programadas para octubre / noviembre de 2021 en Oregón, EE. UU. Los problemas anteriores debido a la fricción entre la capota y la bolsa ahora parecen estar resueltos.
Cualquier ajuste realizado al sistema de paracaídas se probará primero en la plataforma de prueba de extracción dinámica de NASA / JPL para ver cómo se produce la liberación de la bolsa, como sucedería en la atmósfera marciana. Estas pruebas se pueden repetir rápidamente y reducir el riesgo de anomalías.
Recuperación durante las pruebas de caída en paracaídas a gran altitud de ExoMars en Kiruna. Crédito: Vorticidad
Las pruebas de caída a gran altitud requieren una logística compleja y condiciones climáticas estrictas, lo que dificulta su programación y, a menudo, se cancelan en el último momento si la situación cambia. Se debe considerar la velocidad y dirección del viento a varias altitudes para un ascenso suave del globo y la recuperación del hardware terrestre, ya que solo se puede acceder a la zona de lanzamiento en helicóptero.
El sistema bajo prueba está diseñado para proporcionar algo de telemetría en tiempo real a un centro de control terrestre para evaluar el perfil de desaceleración. Sin embargo, el verdadero resultado de la prueba requiere recuperar paracaídas, bolsas, discos duros y cámaras de alta resolución.
“Estábamos en la parrilla de salida las veinticuatro horas del día, los siete días de la semana, esperando que se abriera una ventana de prueba adecuada durante un mes”, agrega Thierry. «Estamos aliviados de haber realizado finalmente estas pruebas y extendemos nuestro agradecimiento a todos los equipos de tierra que trabajaron tan duro a través de las restricciones adicionales relacionadas con COVID para realizar las pruebas, así como para recuperar e inspeccionar los paracaídas».
El análisis de los datos de telemetría ayudará a correlacionar el despliegue de los paracaídas principales y los modelos de inflación. El equipo ahora trabajará para comprender el lanzamiento de la segunda patada piloto y proponer medidas que podrían resolver este problema antes de las próximas pruebas de caída a gran altitud.
Un despliegue perfecto para ExoMars. Crédito: Vorticidad
Todas las actividades de calificación del sistema de paracaídas son gestionadas y realizadas por un equipo conjunto que involucra el proyecto de la ESA (con el apoyo de la Dirección de Tecnología, Ingeniería y Calidad), Thales Alenia Space Italia (Contratista principal de ExoMars, Turín), Thales Alenia Space France (líder del sistema de paracaídas en Cannes), Vorticity en el Reino Unido (Diseño de paracaídas y análisis de pruebas, Oxford) y Arescosmo en Italia (fabricación de paracaídas y bolsas en Aprilia). NASA / JPL-Caltech brindó consultoría de ingeniería, acceso a la instalación de prueba de extracción dinámica y soporte en el sitio durante estas pruebas. Las pruebas de extracción están respaldadas por un contrato de soporte de ingeniería con Airborne Systems, que también suministró los paracaídas Mars 2020 de la NASA, y con Free Flight Enterprises para proporcionar instalaciones para plegar y empaquetar paracaídas. Airborne Systems también ha brindado servicios de diseño y fabricación de paracaídas desde 2021.
Near Space Corporation ofrece servicios de lanzamiento de globos en Oregon. La instalación de Esrange de la Corporación Espacial Sueca ofrece servicios de lanzamiento de globos en Kiruna.
La misión ExoMars se lanzará en un cohete Proton-M con una etapa superior Breeze-M desde Baikonur, Kazajstán, en la ventana de lanzamiento del 20 de septiembre al 1 de octubre de 2022. Después de aterrizar de manera segura en el Oxia Vallis Región de Marte El 10 de junio de 2023, el rover abandonará la plataforma de superficie en busca de ubicaciones geológicamente interesantes para perforar debajo de la superficie, a fin de determinar si alguna vez existió vida en nuestro planeta vecino. El programa ExoMars, un esfuerzo conjunto entre la ESA y Roscosmos, también incluye Trace Gas Orbiter, que ha orbitado Marte desde 2016. Además de su propia misión científica, Trace Gas Orbiter proporcionará servicios de retransmisión de datos esenciales para la misión de superficie; eso es ya brinda soporte de retransmisión de datos para misiones de superficie de la NASA, incluida la llegada del rover Perseverance Mars 2020 en febrero de 2021.
