Управляемая тяга для мягкой посадки

Управляемый спуск марсохода Curiosity на Марс включал в себя использование реактивных двигателей, направленных на поверхность, что обеспечивало мягкую посадку. Двигатель, показанный на этой иллюстрации Perseverance, и система посадки sky crane работали с помощью пироклапана, который выпускал ракетное топливо.

Марсоходы Curiosity и Perseverance продолжают предоставлять обширную информацию о Красной планете. Отчасти это стало возможным благодаря посадочным системам sky crane, которые благополучно опустили их на поверхность планеты. Их успешный спуск, управляемый восемью мощными двигателями, зависел от одной маленькой детали – клапана.

По словам Карла Гернси, главного инженера двигательной подсистемы миссии Mars Sample Laboratory, двигатели создавали тягу около 750 фунтов каждый, поэтому им требовалось больше топлива, чем мог обеспечить обычный клапан.

“Когда двигатели направлены вниз, мы увеличиваем газ и тягу, таким образом, снижаем скорость”, - сказал Гернси. “На определенной высоте над поверхностью вы сохраняете постоянную скорость, чтобы собрать больше данных с датчиков, а затем продолжаете снижение”.

Поскольку данные датчиков поступают всего за несколько секунд, чтобы определить район посадки и направить любые маневры по отклонению от курса в последнюю минуту, для посадки требуется наличие топлива в нужное время. Чтобы создать клапан, который помог бы выполнить эту задачу, НАСА обратилось к компании, которая с 1950-х годов поставляла в космическую программу надежные газовые регуляторы. В результате серии слияний к 2021 году первоначальная компания под названием Conax Florida стала частью Eaton, базирующейся в Орчард-Парке, штат Нью-Йорк.

Работая по контракту с Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, компания разработала новый одноразовый пироклапан, который устанавливается между топливным баком с гидразином и двигателями. Клапан с нулевой утечкой был самым большим из когда-либо изготовленных в то время, его длина составляла три четверти дюйма.

Этот одноразовый пироклапан был установлен между топливным баком с гидразином и двигателями управляемого спуска на марсоходе Skycrane для марсоходов Curiosity и Perseverance. Клапан с нулевой утечкой, разработанный компанией Eaton, также обеспечивал отсутствие потерь топлива во время длительного полета на Марс.

Y-образный патрубок с парой герметичных металлических перегородок предотвратил утечку топлива. Клапан содержит пиротехнический заряд, который приводит в действие поршень, называемый летающим тараном, который срезает перегородки, позволяя топливу течь. Но во время летных квалификационных испытаний возникла проблема. Иногда поршень не удерживался на месте в нижней части, что создавало опасность засорения.

Решение, к которому пришла команда, никогда ранее не применялось – магниты в нижней части клапана. Но успешная посадка Perseverance в 2021 году доказала, что оно работает. Такой же клапан установлен на марсоходе Perseverance и теперь позволяет отделять ступени коммерческой ракеты в космосе.