Primera prueba de caída a gran altitud para el paracaídas ExoMars

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 un velocidad de 21 000 km por hora.

Disminuir la velocidad requiere un escudo térmico, dos paracaídas principales – cada uno con su propio conducto piloto para la extracción – y un sistema de propulsión de cohete retro activado 20 segundos antes del aterrizaje. El paracaídas principal de la primera etapa de 15 m de ancho se abre mientras el módulo de descenso sigue viajando a velocidades supersónicas, y el paracaídas principal de la segunda etapa de 35 m de ancho se despliega a velocidades subsónicas.

Ajustar y probar los paracaídas de ExoMars ha sido una prioridad después de una serie de pruebas de caída fallidas en 2019 y 2020. El equipo mejoró el diseño ejecutando una respuesta rápida en tierra. pruebas de extracción dinámica en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California el año pasado. Y para aquietar los riesgos antes de ejecutar estas pruebas de caída a gran altitud, la ESA ordenó paracaídas de respaldo 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 simulado elevado a una altitud de 29 km por un globo estratosférico inflado con helio. Después del lanzamiento, la extracción del conducto piloto se inicia con una extracción controlada de los paracaídas principales de sus bolsas de rosquillas.

La primera prueba se centró en validar el paracaídas supersónico de respaldo 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 utilizando el paracaídas subsónico modificado y la bolsa entregada por la empresa italiana Arescosmo. Cada prueba fue diseñada para aplicar la carga completa esperada durante la entrada, el descenso y el aterrizaje de Marte, todo con márgenes de seguridad adicionales.

«Estamos muy contentos de informar que el primer paracaídas principal funcionó perfectamente: tenemos un diseño de paracaídas supersónico que puede volar a Marte», dice Thierry Blancquaert, cabecilla del equipo del programa ExoMars, y señala que «habrá al menos dos oportunidades más para pruebe este 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 del conducto piloto durante el inflado final. Esto probablemente signifique que el toldo del paracaídas principal sufrió una presión adicional en ciertas partes. Esto creó un desgarro que fue contenido por un anillo de refuerzo de Kevlar. A pesar de eso, cumplió con su desaceleración esperada y el módulo de descenso se recuperó en buen estado ”.

El equipo analizará con más detalle el origen de esta nueva anomalía antes de finalizar la configuración del próximo par de pruebas de caída previstas 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 en el sistema de paracaídas se probará primero en el banco de pruebas de extracción dinámica en NASA / JPL para verificar cómo ocurre la liberación de la bolsa, como sucedería en la atmósfera marciana. Estas pruebas se pueden repetir rápidamente y reducir el riesgo de anomalías.

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. La velocidad y la dirección del viento a varias altitudes deben tenerse en cuenta para un ascenso suave del globo y la recuperación en tierra del hardware, dado que solo se puede aceptar a la zona de caída en helicóptero.

El sistema bajo prueba está diseñado para entregar 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 los paracaídas, bolsas, discos duros y cámaras de alta resolución.

“Estábamos en los bloques 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 en medio de las limitaciones adicionales relacionadas con COVID para llevar a cabo 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 trabajará ahora para comprender el segundo destacamento de la rampa piloto y proponer medidas que puedan dar con este problema antes de las próximas pruebas de caída a gran altitud.

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, en Turín), Thales Alenia Space France (cable del sistema de paracaídas, en Cannes), Vorticidad en el Reino Unido (Diseño de paracaídas y análisis de pruebas, en Oxford) y Arescosmo en Italia (fabricación de paracaídas y bolsas, en Aprilia). NASA / JPL-Caltech ha brindado consultoría de ingeniería, entrada 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 proporcionó los paracaídas Mars 2020 de la NASA, y por Free Flight Enterprises para la provisión de instalaciones de empaque y plegado de paracaídas. Airborne Systems también ofrece servicios de diseño y fabricación de paracaídas desde 2021.

Near Space Corporation proporciona los servicios de lanzamiento de globos en Oregon. La instalación de Esrange de la Corporación Espacial Sueca proporciona los 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. Una vez aterrizado de forma segura en el Oxia Planum región de Marte el 10 de junio de 2023, el rover saldrá de la plataforma de superficie, buscando sitios geológicamente interesantes para perforar debajo de la superficie, para 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 estado en órbita alrededor de Marte desde 2016. Además de su propia misión científica, Trace Gas Orbiter proporcionará servicios de retransmisión de datos esenciales para la misión de superficie; es ya brinda soporte de retransmisión de datos para las misiones de superficie de la NASA, incluida la llegada del rover Perseverance Mars 2020 en febrero de 2021.

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