ExoMars fallskärmar redo att användas på Mars
Det mest komplexa fallskärmssystemet som någonsin har använts på Mars har framgångsrikt bromsat en ExoMars-landningsplattform för en säker landning på jorden.
En stratosfärisk heliumballong lyfte upp en dummy av ExoMars nedstigningsmodul och släppte den över polcirkeln från nästan 30 km höjd, vilket utlöste två stora fallskärmar från sina munkformade påsar.
– Vi är glada över att kunna bekräfta att vi har en fallskärmsdesign som kan fungera på Mars. Det är ett ambitiöst system med den största fallskärm som någonsin flugits utanför jorden, säger Luca Ferracina, systemingenjör för ESA:s ExoMars Entry Descent and Landing Module.
Access the video
Testkampanjen ägde rum den 7 juli på rymdbasen Esrange Space Center som ägs och drivs av Swedish Space Corporation (SSC) och ligger i Kiruna, norra Sverige.
Hur man testar en Mars-landning på jorden
För att matcha den kombination av densitet och hastighet som kapseln kommer att uppleva när den dyker ner i den tunna marsianska atmosfären som är cirka 1 % av densiteten hos jordens atmosfär vid havsnivå, var ballongen tvungen att flyga mycket högt.
ExoMars fallskärmar släpptes från en höjd av 29 km, eller ungefär tre gånger den höjd där kommersiella flygplan flyger.
Dummykapseln föll sedan i fritt fall i cirka 20 sekunder och nådde nästan ljudets hastighet, innan fallskärmarna utlöstes i tur och ordning.
– Kombinationen av hastighet och låg atmosfärisk densitet i det här testet är exakt densamma som fallskärmarna kommer att uppleva på Mars. Att testa på jorden är ett sätt att få förtroende och bekräfta att alla delar fungerar som förväntat, förklarar Luca.
Fallskärmstester på hög höjd kräver komplex logistik och strikta väderförhållanden för flygsäkerheten. Rymdbasen Esrange har unika anläggningar och en lång tradition av stratosfäriska ballonguppdrag som sträcker sig tillbaka till1970-talet, vilket gör det till en lämplig plats för denna typ av rymdprojekt.
Två är bättre än en
Att landa på Mars är ett högriskprojekt. På bara sex minuter måste nedstigningsmodulen bromsa från 21 000 km/h i toppen av planetens atmosfär till en mjuklandning för att den dyrbara lasten – Rosalind Franklin-rovern – ska klara sig i skick för utforskning av ytan.
För att sakta ned krävs en värmesköld, två huvudfallskärmar – var och en utrustad med en egen pilotskärm – och ett raketframdrivningssystem som utlöses 20 sekunder innan sonden kommer i kontakt med Mars yta.
Det mesta av överljudshastigheten kommer att minska på grund av aerodynamiskt motstånd av kapseln. Det mest effektiva sättet reducera återstående hastigheten för en säker landning är med en kombination av fallskärmar och retro-raketer.
– Genom att använda två fallskärmar kan vi konstruera en stark, medelstor fallskärm för att bromsa sonden genom överljudshastigheten och sedan en mycket större, lätt fallskärm för den slutliga nedstigningen, förklarar John Underwood, chefsingenjör på Vorticity, det brittiska företag som ansvarar för fallskärmsdesign och testanalys.
Arbetar i tandem
Huvudfallskärmen i det första steget är 15 m bred och liknar den typ av fallskärmar som konstruerades för landningen av NASA:s rymdfarkost Viking på Mars 1972. För ExoMars använder teamen en variant som utformades för det framgångsrika ESA Cassini-Huygens-uppdraget till Titan, Saturnus största måne. Detta trestegs-fallskärmssystem håller fortfarande rekordet för den mest avlägsna landning från jorden som någonsin har försökts.
Huvudfallskärmen i det andra steget är 35 m bred och består av en serie ringar med mellanrum mellan dem. Detta kommer att bli den största fallskärm som någonsin flugit på Mars eller någon annanstans i solsystemet förutom på jorden. Den är tillverkad av över 800 kvadratmeter tyg och mer än fyra kilometer lina för upphängningslinorna, och det tar cirka tre dagar att vika ihop den i sin väska.
Den minutiösa vikningen av varje fallskärm i sin väska är avgörande för att garantera en korrekt utlösning.
Lagrings- och designutmaningar
Det fallskärmssystem som testades i Sverige var redan kvalificerat att flyga to Mars 2021, men lagrades när uppdraget stoppades på grund av Rysslands invasion av Ukraina.
– Vi genomför den här kampanjen för att bekräfta att vi är redo för Mars och för att verifiera att fallskärmarna fortfarande fungerar som förväntat efter den långa förvaringen, förklarar Luca.
Fallskärmarna är tillverkade av ett mycket lätt tyg med en densitet på cirka 40 gram per kvadratmeter vilket är ungefär hälften så mycket som ett pappersark.
Fallskärmsexpertis lyfter Europa
Medan telemetri levererades i realtid under fallet kommer Vorticity-teamet nu att analysera datan tillsammans med höghastighetsvideofilmer för att utvärdera retardationsprofilen och uppblåsningsmodellerna.
– Att testa på jorden har fördelen att vi kan få mycket mer data och återfå fallskärmarna för inspektion efter testet, säger John.
Större delen av fallskärmssystemet har konstruerats och byggts i Europa, inklusive komponenter från Nederländerna (utlösningsmortellerna), Italien (fallskärmarna) och Tjeckien (fallskärmsbehållaren). Thales Alenia Space i Frankrike övervakade testkampanjen och ansvarade för monteringssystemet för fallskärmarna.
Denna text har översatts med hjälp av AI. Vi strävar efter att översättningarna ska vara så korrekta som möjligt, men det kan hända att de inte återger alla nyanser i originaltexten.