För de första månaderna av 2021, Mars atmosfären surrade av nya besökare från jorden. Först, det var UAE Space Agencys Hope-sond, följt av den kinesiska Tianwen-1 på väg in i omloppsbana.

Mer nyligen landade Nasa den största rover någonsin på Mars och dess följeslagare, en genialisk helikopter, som båda har satt nya milstolpar sedan dess.

Nästa besökare till planeten kommer att vara Tianwen-1 uppdragets landare, som kommer att försöka nå Mars yta i mitten av maj. För att komma in i Mars atmosfär, det kommer att använda en något annorlunda teknik än tidigare uppdrag.

Att landa på Mars är notoriskt farligt – fler uppdrag har misslyckats än lyckats. En framgångsrik Mars-landning kräver att man kommer in i atmosfären med mycket höga hastigheter, sedan sakta ner rymdfarkosten precis på rätt sätt när den närmar sig sin landningsplats.

Denna fas av uppdraget, känd som entry-descent-landing, är den mest kritiska. Tidigare uppdrag har använt flera olika sätt att komma in i Mars atmosfär.

Att fullända inträdet i Mars atmosfär har hjälpts av erfarenheten av att återvända rymdfarkoster till jorden. Jorden kan ha en markant annorlunda atmosfär än Mars, men principerna förblir desamma.

En rymdfarkost som kretsar runt en planet kommer att röra sig mycket snabbt, att hålla sig bunden till den omloppsbanan. Men om rymdfarkosten gick in i en atmosfär med så hög hastighet, även en så tunn som Mars, det skulle brinna upp. Allt som kommer in i atmosfären måste bromsas avsevärt och för att bli av med värmen som genereras under denna korta resa. Det finns flera sätt att gå tillväga.

Rymdfarkoster skyddas från värmen som genereras vid inträngning i atmosfären med hjälp av värmesköldar. Olika uppdrag i det förflutna har använt tekniker som att absorbera värme, en isolerande beläggning, reflekterar värmen tillbaka till atmosfären eller genom ablation - bränna upp sköldmaterialet.

Från Apollo-uppdrag på 1960-talet till den nyare SpaceX's Dragon, dessa tekniker har använts framgångsrikt, och de fungerar riktigt bra för jorden. Men när det kommer till Mars, ingenjörer måste vidta ytterligare åtgärder.

Landning på Mars

Orbiters är utformade för att övervaka en planets yta från omloppsbanan och fungerar som en kommunikationsrelästation. När man närmar sig en planet, rymdfarkosten är vanligtvis riktad längs successivt mindre elliptiska banor, saktar ner varje gång, tills den når sin målbana. Denna teknik kan också användas för att sänka omloppsbanan för en rymdfarkost före en landares atmosfäriska inträde.

Hela manövern sker under några månader och kräver ingen extra utrustning – ett effektivt sätt att spara bränsle. Eftersom den använder planetens övre atmosfär för att bromsa, det kallas flygbromsning. Aerobraking har använts för olika Mars-uppdrag, inklusive ExoMars Trace Gas Orbiter och Mars Reconnaissance Orbiter.

Aerobromsning kan avsevärt sakta ner rymdfarkosten, men för uppdrag med rovers att landa blir det mer komplicerat. På Mars, atmosfärens densitet är bara 1 % av jorden och det finns inga hav för rymdfarkosten att säkert plaska in i. Enbart rymdfarkostens trubbiga form räcker inte för att minska hastigheten.

Tidigare, framgångsrika uppdrag har använt extra åtgärder. Mars Pathfinder rymdfarkoster använde fallskärmar för att bromsa, samtidigt som man förlitar sig på ett unikt krockkuddesystem som satte igång under de sista sekunderna för att absorbera landningschocken. Spirit och Opportunity-roverna landade framgångsrikt på Mars med samma teknik.

Några år senare, Curiosity rover använde ett nytt landningssystem. Under de sista sekunderna, raketer avfyrades, lät rymdfarkosten sväva medan en tjuder – en skykran – sänkte rovern till den dammiga Mars-ytan. Detta nya system visade leverans av en tung nyttolast till Mars och banade väg för större uppdrag.

På senare tid, Perseverance rover som landade i början av 2021, använde den pålitliga skykranen samt två mer avancerade teknologier. Dessa nya funktioner som använde livebilder tagna från sina kameror möjliggjorde en mer exakt, pålitlig och säkrare landning.

Zhurong:"eldguden"

Den kinesiska Tianwen-1 roverlandningen är nästa Mars-uppdrag. Det ambitiösa uppdraget har kretslopp, landnings- och rovingkomponenter – det första uppdraget som inkluderar alla tre i sitt första försök. Den har redan cirkulerat den röda planeten sedan den gick in i Mars omloppsbana den 24 februari och kommer att försöka landa sin rover Zhurong – vilket betyder "eldgud" – i mitten av maj.

I storlek, Zhurong faller mellan Spirit and the Perseverence och den bär sex delar av vetenskaplig utrustning. Efter landning, Zhurong kommer att undersöka omgivningen för att studera Mars mark, geomorfologi och atmosfär, och kommer att leta efter tecken på vattenis under ytan.

Traditionellt, de kinesiska myndigheterna avslöjar inte mycket information före händelsen. Dock, baserat på en tidig översikt av uppdraget av några kinesiska forskare, vi vet vilken landningssekvens rymdfarkosten kommer att försöka följa.

Den 17 maj, Zhurong – skyddad av ett aeroskal (ett skyddande skal som omger rymdfarkosten som inkluderar värmeskölden) – kommer in i atmosfären med en hastighet av 4 km/s. När det saktar ner tillräckligt, fallskärmar kommer att sättas ut. I den sista fasen av sekvensen, raketer med motorer med variabel dragkraft kommer att användas för ytterligare retardation.

I motsats till sin amerikanska motsvarighet, Tianwen-1 kommer att använda två tillförlitliga teknologier – en laseravståndsmätare för att ta reda på var den är i förhållande till Mars terräng och en mikrovågssensor för att bestämma dess hastighet mer exakt. Dessa kommer att användas för navigationskorrigering under dess fallskärmsnedstigningsfas. Under den motoriserade nedstigningsfasen i slutet, optisk och Lidar-avbildning hjälper till att upptäcka faror.

Strax före landning, en automatisk sekvens för undvikande av hinder börjar för mjuklandning. Om uppdraget lyckas, Kina kommer att vara det första landet att landa en rover på Mars i sitt första försök. Några dagar efter det, Zhurong kommer att vara redo att utforska ytan.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.