¿Es posible simular la gravedad de Marte en la Tierra?

La respuesta corta es "Sí, es posible"

La técnica típica para volar una parábola de gravedad cero es poner el avión en un ascenso empinado y cuando la velocidad del aire sea lo suficientemente baja, empujar hacia adelante el yugo hasta que el medidor de G indique "0".

La gravedad de Marte es aproximadamente (3,71 / 9,8 = 0,38G). En lugar de empujar a 0, el piloto simplemente empuja a 0,38.

Esto daría como resultado un arco algo más plano y la experiencia sería un poco más larga que un vuelo comparable en gravedad cero.

Fuente: experiencia personal. Soy piloto acrobático y he volado perfiles similares (pero en un avión monoplaza, no en un jet)

Sí, y se realiza en vuelos parabólicos como se explica y se muestra en este video (en francés pero con subtítulos en inglés disponibles), especialmente la escena de la cabina entre aproximadamente 24:30y 26:30donde se pueden ver los instrumentos y la vista exterior del avión. Básicamente, ajusta la trayectoria y la velocidad de la aeronave para que se ajuste a la aceleración requerida.

Suponga que al comienzo de la parábola el avión tiene una altitud inicial$H$metros, velocidad$V_o$m/s, y se mueve hacia arriba formando un ángulo con la horizontal$M ^{\circ}$.

Si la fuerza gravitacional deseada es$G m/s^2$entonces la aeronave debe acelerar verticalmente a$(9.81-G) m/s^2$. La componente horizontal de la velocidad es constante en$V_x(t) = V_o\times \cos M$, de modo que la coordenada horizontal después de$t$segundos es$X(t) = V_o\times \cos M\times t$.

Inicialmente, la componente vertical de la velocidad es$V_y(t=0) = V_o\times\sin M$. La componente vertical de la velocidad es$V_y(t) = V_o\times\sin M -(9.81-G)\times t$. En el punto máximo, la velocidad vertical es cero y ocurre en$t_{\text{max h}} = V_o\times\sin M/(9.81-G)$.

La coordenada vertical es

$$Y(t) = H + V_o\times\sin M\times t - {(9.81-G)\times(t^2)\over 2}$$ La altura máxima alcanzada es $$Y(t_{\text{max h}}) = H+V_o\times\sin M\times[V_o\times\sin M/(9.81-G)] - (9.81-G)\times{[V_o\times\sin M/(9.81-G)]^2\over 2}$$ Por simetría se necesita $t_{\text{max h}}$segundos para ir desde el pico hasta la altitud base $H$.

La mayor altitud y tiempo a gravedad reducida ocurren si el ángulo inicial es$90 ^{\circ}$, pero los ángulos pronunciados introducen otros problemas. Para una velocidad aerodinámica inicial y un ángulo inicial dados, una gravedad percibida más grande (como la de Marte) tiene un tiempo de gravedad reducido más largo que una gravedad percibida más pequeña (Luna o caída libre).

Debe haber suficiente espacio aéreo por debajo de la altura de la base para acelerar y maniobrar hacia la parábola y recuperarse de la parábola. En el pico debe haber suficiente densidad de aire y velocidad de aire indicada para que funcionen las superficies de control. La velocidad del aire indicada puede ser significativamente menor que la velocidad del aire real, y el piloto debe compensar los vientos que varían con la altitud.

No estoy seguro de que la gravedad percibida sea perpendicular al suelo del avión. Para caída libre eso no importaría.

Ejemplo:

$$\begin{array}{lll} H & 6000 m & \text{base height} \\ V_o & 200 m/s & \text{initial speed} \\ M & 30 ^{\circ} & \text{initial flight angle} \\ & 3.71 m/s^2 & \text{desired perceived gravity} \\ & 6.10 m/s^2 & \text{needed vertical acceleration} \\ X(t) & 173 m/s & \text{horizontal component of speed} \\ t_{\text{max h}} & 16.4 s & \text{time to max height} \\ Y(t_{\text{max h}}) & 6820 m & \text{max height} \end{array}$$