Airbraking sau frânarea atmosferică , este o manevră mecanică spațiu care permite să modifice caracteristicile orbita eliptica a unei nave spațiale folosind forțele de frecare ( tragere ) exercitate de atmosfera planetei. Această manevră este utilizată în principal pentru a plasa o sondă spațială care vine de pe Pământ pe orbita sa de lucru din jurul planetei pe care urmează să o studieze. Datorită acestei tehnici, nava folosește semnificativ mai puțin propulsor decât dacă ar fi recurs la motoarele sale; economia de combustibil realizată face posibilă reducerea masei sondei și, prin urmare, a costului acesteia și creșterea ponderii sarcinii utile .
Frânarea aeriană este o manevră foarte delicată, deoarece poate duce la distrugerea navei spațiale dacă traiectoria nu este precisă. Pentru ca schimbarea orbitei să fie semnificativă, este necesar să se efectueze numeroase pasaje în atmosferă: faza de frânare aeriană durează, în general, câteva luni. Frânarea cu aer poate fi efectuată numai pe o planetă cu atmosferă. Prima sondă spațială care a folosit această tehnică a fost sonda japoneză Hiten din 1991. Ultimele patru orbite lansate de NASA către Marte au folosit și frâna de aer.
O sondă spațială lansată de pe Pământ pe o altă planetă ajunge la o viteză evident prea mare pentru a putea orbita în jurul ei. Dacă planeta este relativ masivă, cum ar fi Marte sau Venus , iar sonda spațială trebuie să meargă pe o orbită la altitudine mică (ceea ce este, în general, de dorit pentru a obține informații bune cu instrumente științifice), decelerarea necesară poate fi de câteva ori km / s. Motoarele navei sunt responsabile de frânarea navei în momentul optim. Conform ecuației lui Ciolkovski , această frânare necesită transportul unei cantități de combustibil care reprezintă o mare parte din masa orbitatorului (până la 50% pentru un orbitator marțian). După o primă frânare care asigură lansarea pe orbită, una sau mai multe manevre de frânare suplimentare sunt efectuate uneori în mod judicios, pentru a atinge orbita țintă. Dacă planeta țintă are o atmosferă, o parte din acest combustibil poate fi economisită. Sonda este introdusă cu ajutorul motoarelor sale într-o orbită puternic eliptică care, prin urmare, consumă doar o parte din combustibilul necesar pentru a atinge orbita țintă. Perigeul acestei orbite (cel mai apropiat punct de planetă) este setat astfel încât sonda să treacă prin straturile superioare ale atmosferei. Sonda, de fiecare dată când trece prin atmosferă, este frânată, ceea ce scade apogeul. Repetând această manevră de sute de ori, punctul culminant poate fi apropiat de planetă. Această fază a misiunii poate fi lungă (mai mult de 6 luni de obicei pentru un orbitator marțian), dar economisește o parte substanțială din combustibil. Odată ce apogeul a atins valoarea țintă, perigeul este ridicat folosind motoarele la valoarea nominală.
Încetinirea datorată forțelor de tragere transformă o parte din energia cinetică a navei spațiale în energie termică, ceea ce duce la încălzirea părților expuse ale sondei spațiale care trebuie să aibă o izolație termică adecvată. Mai mult, presiunea exercitată de tragere necesită ca rezistența mecanică a structurii sondei spațiale să fie suficientă; acest lucru trebuie să se întâmple în special în cazul panourilor solare care, datorită suprafeței lor, asigură cea mai mare parte a frânării, având în mod tradițional, din motive de masă, o structură foarte ușoară. Panourile solare pot fi extinse în mod voluntar de obloane pentru a crește rezistența și putem juca pe orientarea lor pentru a o modula.
Dacă sonda se aruncă prea adânc în atmosferă, aceasta poate atinge o temperatură prea ridicată sau poate suferi defecțiuni mecanice din cauza forțelor de tracțiune. În cazul lui Marte, alegerea altitudinii corecte este deosebit de dificilă, deoarece presiunea atmosferică în altitudine poate varia brusc: altitudinea la care sonda traversează atmosfera trebuie adaptată la fiecare pasaj, luând în considerare modificările meteorologice observate și variația vitezei. obținute în timpul pasajului anterior. Specialiștii misiunii, care recalculează și transmit noii parametri orbitali cu fiecare trecere, sunt sub presiune crescândă pe măsură ce orbita scade și traversările atmosferice se succed rapid.
Caracteristică | Magellan | Mars Global Surveyor | Odiseea Marte | Orbiterul de recunoaștere al Marte |
---|---|---|---|---|
Anul lansării | 1989 | 1996 | 2001 | 2005 |
Masa uscată | 1035 kg | 677 kg | 380 kg | 968 kg |
Numărul de orbite dedicate frânării aeriene | 730 | 886 | 330 | 428 |
Durata fazei de frânare cu aer (zile) | 70 | 17 luni | 77 | 149 |
Modificarea periodicității orbitei (ore) | 3.2⇒1.6 | 45⇒1.9 | 18⇒2 | 34⇒1.9 |
Delta-V salvat (m / s) | 1220 | 1220 | 1090 | 1190 |
Ergoli economisiți (kg) | 490 | 330 | 320 | 580 |