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Vea la espectacular 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 tuvo lugar en Kiruna, Suecia. El paracaídas principal de la primera etapa de 15 m de ancho funcionó bien 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 estaba planeado.

El lanzamiento de la misión ESA-Roscosmos ExoMars, con el rover Rosalind Franklin y la plataforma de superficie Kazachok, está programado para septiembre de 2022. Después de un crucero interplanetario de nueve meses, se lanzará un módulo de descenso que contiene el rover y la plataforma en el marciano. atmósfera a una velocidad de 21.000 km / h.

Secuencia de despliegue del paracaídas ExoMars 2022

Secuencia de despliegue de paracaídas de ExoMars 2022. Secuencia de despliegue de paracaídas de ExoMars que entregará una plataforma de superficie y un 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 solo de referencia.
El gráfico destaca los principales eventos relacionados con los paracaídas, una secuencia que se inicia después de una desaceleración significativa del módulo de entrada a la atmósfera de 3,8 m de ancho con los escudos térmicos del aeroshell. Luego se despliega el primer paracaídas piloto, y poco después el primer paracaídas desde el escenario principal, que mide 15 metros de diámetro y tiene un diseño de franja de espacio de disco. Se abrirá mientras el módulo aún se está moviendo a velocidad supersónica y se liberará antes del despliegue de la segunda caída del 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 mide 35 m de diámetro, el más grande que jamás haya volado en Marte.
El segundo paracaídas piloto permanece unido al paracaídas principal para evitar el rebote del paracaídas desplegado. Durante las etapas finales de descenso (no mostradas), el escudo térmico delantero del aeroshell será descartado y la plataforma de aterrizaje será liberada para su descenso final y fase de frenado propulsivo. Una vez que esté seguro en la superficie, desplegará rampas para que el rover descienda y continúe hacia Marte.
Crédito: ESA

Disminuir la velocidad requiere un escudo térmico, dos paracaídas principales, cada uno con su propio paracaídas piloto para la extracción, y un sistema de propulsión de cohete retro que se activa 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 se mueve a velocidades supersónicas, y el paracaídas principal de la segunda etapa de 35 m de ancho se despliega a velocidades subsónicas.

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El ajuste y la prueba de los paracaídas ExoMars fueron una prioridad después de una serie de pruebas de caída fallidas en 2019 y 2020. El equipo mejoró el diseño realizando un rápido giro en el suelo. pruebas de extracción dinámica en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California el año pasado. Y para mitigar el riesgo antes de realizar esas pruebas de caída a gran altitud, la ESA ordenó paracaídas de rescate al fabricante estadounidense Airborne Systems, la misma compañía que entregó el sistema de paracaídas de 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 ficticio izado a una altitud de 29 km por un globo estratosférico inflado con helio. Tras el lanzamiento, se inicia la extracción del paracaídas piloto con una extracción controlada de los paracaídas principales de sus bolsas de donas.

La primera prueba se centró en la validación del paracaídas de rescate supersónico de Airborne Systems, la primera prueba de caída para este paracaídas en esta campaña de pruebas de ExoMars. La segunda prueba se realizó la noche siguiente utilizando el paracaídas subsónico modificado y la bolsa entregada por la empresa italiana Arescosmo. Cada prueba fue diseñada para aplicar la carga completa esperada al entrar, descender y aterrizar en Marte, todo con márgenes de seguridad adicionales.

Recuperación exitosa del paracaídas ExoMars

Recuperación exitosa del paracaídas ExoMars. Crédito: Tourbillon

“Estamos muy contentos de anunciar que el primer paracaídas principal funcionó a la perfección: tenemos un diseño de paracaídas supersónico que puede volar a Marte”, dice Thierry Blancquaert, líder del equipo del programa ExoMars, y señala que “pruebe este diseño de paracaídas para ganar confianza.

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“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 del conducto piloto durante el inflado final. Esto probablemente significa que el dosel principal del paracaídas ha experimentado una presión adicional en algunas partes. Esto creó un desgarro que fue contenido por un anillo de refuerzo de Kevlar. Pese a ello, completó su desaceleración prevista y el módulo de descenso se recuperó en buen estado.

El equipo analizará más de cerca el origen de esta nueva anomalía antes de finalizar la configuración para el próximo par de pruebas de caída programadas para octubre / noviembre de 2021 desde Oregón, EE. UU. Los problemas anteriores debidos a la fricción entre la capota y la bolsa ahora parecen estar resueltos.

Cualquier ajuste realizado al sistema de paracaídas se probará primero en el banco de pruebas de extracción dinámica de NASA / JPL para verificar cómo ocurre la liberación de la bolsa, como ocurriría en la atmósfera marciana. Estas pruebas se pueden repetir rápidamente y reducir el riesgo de anomalías.

Prueba de caída en paracaídas a gran altitud de ExoMars

Recuperación durante las pruebas de caída en paracaídas a gran altura de ExoMars en Kiruna. Crédito: Tourbillon

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 tener en cuenta la velocidad y dirección del viento a diferentes altitudes para un ascenso suave del globo y la recuperación en tierra del equipo, ya que solo se puede acceder a la zona de caída en helicóptero.

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El sistema bajo prueba está diseñado para proporcionar datos 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 los 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 la apertura de una ventana de prueba adecuada durante un mes”, agrega Thierry. “Estamos aliviados de haber completado finalmente estas pruebas y agradecemos a todos los equipos de tierra que trabajaron tan duro en medio de la tensión adicional de COVID para realizar las pruebas, así como para recuperar e inspeccionar los paracaídas”.

El análisis de los datos de telemetría correlacionará el despliegue de los paracaídas principales y los patrones de inflación. El equipo trabajará ahora para comprender el desprendimiento del segundo paracaídas piloto y proponer medidas que puedan resolver este problema antes de las próximas pruebas de caída a gran altitud.

Paracaídas ExoMars desplegado durante pruebas de caída a gran altitud

Un despliegue perfecto para ExoMars. Crédito: Tourbillon

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 el Departamento de Tecnología, Ingeniería y Calidad), Thales Alenia Space Italia (Jefe de proyecto ExoMars, en Turín), Thales Alenia Space France (sistema de paracaídas de plomo, en Cannes), Tourbillon en el Reino Unido (Diseño y análisis de pruebas de paracaídas, en Oxford) y Arescosmo en Italia (fabricación de paracaídas y bolsas, en Aprilia). NASA / JPL-Caltech brindó asesoramiento 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 asistencia técnica con Airborne Systems, que también suministró los paracaídas Mars 2020 de la NASA, y por Free Flight Enterprises para el suministro de instalaciones de plegado y empaquetado de 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 proporciona servicios de lanzamiento de globos a 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. Al aterrizar de manera segura en el Oxia Vallis En la región de Marte, el 10 de junio de 2023, el rover abandonará la plataforma de superficie en busca de sitios geológicamente interesantes para perforar debajo de la superficie y determinar si alguna vez ha existido vida en nuestro planeta vecino. El programa ExoMars, una empresa conjunta entre la ESA y Roscosmos, también incluye Trace Gas Orbiter, que ha estado orbitando Marte desde 2016. Además de su propia misión científica, Trace Gas Orbiter proporcionará servicios de retransmisión de datos esenciales para la misión de superficie; esto 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.