Τι είναι η αεροπέδηση

Άρθρο από σελίδα της NASA, Οκτώβριος 2001

Η αεροπέδηση (aerobraking) είναι μια τεχνική των διαστημικών πτήσεων, όπου η επιφάνεια των διαστημικών σκαφών που βρίσκονται σε τροχιά, τρίβεται με τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη, για να μειώσουν έτσι την ταχύτητα τους. Η επιβράδυνση αυτή μειώνει και το τροχιακό ύψος του σκάφους. Τα ηλιακά panel χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν στον έλεγχο καθώς το διαστημικό σκάφος περνά μέσω της ατμόσφαιρας.

Αντί της χρησιμοποίησης προωθητικών και επιβραδυντικών μηχανισμών στο διαστημικό σκάφος,  για την ρύθμιση της τροχιάς του, τα σκάφη αυτά χρησιμοποιούν την ατμόσφαιρα και ως φρένο και ως τιμόνι.

Η τεχνική αυτή, εντούτοις, ταιριάζει περισσότερο με τη ναυσιπλοοία απ'ό,τι με την οδήγηση: η επιτυχής αεροπέδηση, εξαρτάται από την ακριβή πλοήγηση, τη γνώση του καιρού και από μια σωστή κατανόηση των δυνάμεων που μπορούν να αντιταχθούν στο σκάφος.

Επιβραδύνοντας το σκάφος

Το διαστημικό όχημα επιβραδύνεται λόγω τριβής με την ατμόσφαιρα, καθώς περνά μέσω του ανωτέρου στρώματος της ατμόσφαιρας. Σε κάθε κύκλο του το διαστημικό σκάφος φέρεται έτσι προς ένα χαμηλότερο ύψος. Η επαναλαμβανόμενη "επιβράδυνση" διαμορφώνει την τροχιά του διαστημικού σκάφους από την αρχική ελλειπτική, στην επιθυμητή κυκλική τροχιά.

Η τροχιά του κάθε κύκλου επιλύεται προσεκτικά από τους πλοηγούς, μηχανικούς διαστημικών σκαφών και επιστήμονες,  που μετρούν τα αποτελέσματα του προηγούμενου περάσματος, διαβάζουν τις μετρήσεις και υπολογίζουν το ύψος και την πυκνότητα της ατμόσφαιρας, προβλέπουν την επίδραση της ατμόσφαιρας στη δομή του διαστημικού σκάφους, και αποφασίζουν για τα καλύτερα σημεία εισόδων και εξόδων, για να επιτύχουν έτσι την τροχιακή γεωμετρία που απαιτείται για την αποστολή.

Η αεροπέδηση είναι εξαιρετική πρόκληση αλλά το αξίζει, λένε για παράδειγμα οι μηχανικοί της αποστολής, επειδή εξαλείφει την ανάγκη για το επιπλέον βαρύ φορτίο που έπρεπε να φέρει, λόγω των προωθητικών μηχανισμών που ειδάλλως θα απαιτούταν για να τοποθετήσει το διαστημικό σκάφος στην επιθυμητή τροχιά του.

Με την αεροπέδηση, υπολογίζουν οι μηχανικοί, το σκάφος ζυγίζει το μισό του βάρους που θα απαιτούσε ένα άλλο σκάφος χωρίς αυτή την μέθοδο. Και φυσικά αυτό μεταφράζεται σε χρήμα. Αυτό έχει δημιουργήσει λιγώτερα δαπανηρά αλλά περισσότερα ταξίδια από ό,τι στο παρελθόν.

Αλλά ανεξάρτητα από το πόσο μικρό είναι το διαστημικό σκάφος, εάν προορίζεται για να μπει σε τροχιά σε έναν άλλο πλανήτη, αυτό πρέπει να έχει τα μέσα για να επιβραδυνθεί μόλις φθάσει εκεί, προκειμένου να συλληφθεί σε τροχιά.

Η αεροσύλληψη, είναι μια ακόμη μια μη δοκιμασμένη τεχνική που θα χρησιμοποιούσε την τριβή της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη, για να συλληφθεί πραγματικά ένα διαστημικό σκάφος σε τροχιά. Αυτό φυσικά θα εξάλειφε την ανάγκη για το   μεγαλύτερο μέρος, του μεγάλου ποσού των καυσίμων που απαιτείται τώρα για να βρεθεί ένα διαστημικό σκάφος στη επιθυμητή τροχιά γύρω από τον Άρη.

Μόλις συλληφθεί ένα διαστημικό σκάφος από την βαρύτητα του πλανήτη, πρέπει ακόμα να φθάσει στην ιδιαίτερη τροχιακή γεωμετρία που απαιτείται για την αποστολή. Μέχρι τώρα, δύο μέσα υπάρχουν για να κινήσουν το διαστημικό σκάφος στη επιθυμητή τροχιά: οι χημικοί πύραυλοι ή η αεροπέδηση.

Η αεροπέδηση της Οδύσσειας

Η αεροπέδηση της Οδύσσειας γίνεται σε τρεις αρχικές φάσεις. Η πρώτη ή εισαγωγική φάση εμφανίζεται κατά τη διάρκεια των πρώτων τεσσάρων έως οκτώ τροχιών μετά από την άφιξη στον Άρη. Εκείνη η φάση θα χρησιμοποιηθεί ως περίοδος αξιολόγησης έτσι ώστε οι μηχανικοί να μπορούν να καταλάβουν, πώς συμπεριφέρεται το διαστημικό σκάφος. 

Οι Αρειανές θύελλες σκόνης, που μπορούν εντυπωσιακά να αλλάξουν το ύψος και την πυκνότητα της ατμόσφαιρας, είναι ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον σημείο κατά τη διάρκεια της αεροπέδησης. Η πρώτη εικόνα της αποστολής του Άρη, λαμβάνεται από το θερμικό σύστημα απεικόνισης εκπομπής της Οδύσσειας. Αυτή είναι εν μέρει μια υπέρυθρη φωτογραφική μηχανή, που θα δοκιμάσει έτσι να εξετάσει την ατμόσφαιρα, για να ανιχνεύσει τις θύελλες της σκόνης.

Επίσης σε επιφυλακή για τις θύελλες της σκόνης είναι το παλαιό διαστημικό σκάφος, Mars Global Surveyor , που ήδη είναι σε τροχιά γύρω από τον Άρη. 

Η βασική φάση αρχίζει μόλις φθάσει το διαστημικό σκάφος στην πιό κοντινή απόσταση, περίπου 100 χιλιόμετρα, επάνω από την Αρειανή επιφάνεια. Περίπου 380 περάσματα απαιτούνται, για να ολοκληρωθεί σε 78 ημέρες. Κάθε πέρασμα θα μειώσει το ύψος του διαστημικού σκάφους και θα τακτοποιήσει την τροχιά του σε μια κυκλικότερη τροχιά.

Η τελευταία φάση εμφανίζεται κατά τη διάρκεια των τελευταίων ημερών. Εκείνη την περίοδο, η τροχιά της Οδύσσειας θα είναι ελλειπτική. Το χαμηλότερο σημείο (periapsis) θα είναι κοντά σε ένα ύψος 120 χιλιομέτρων και το πιό απόμακρο σημείο (apoapsis) θα είναι κοντά στο ύψος των 400 χιλιομέτρων.

Οι προωθητές του Οδυσσέα θα ανάψουν τότε για να αυξήσουν το χαμηλώτερο σημείο-periapsis, ώστε να επιτύχει έτσι την τελική κυκλική τροχιά των 400 χιλιομέτρων.