Während sich die Mission Artemis II auf ihre letzte und kritischste Phase vorbereitet – den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre – richtet sich die Aufmerksamkeit auf eine potenzielle Schwachstelle: den Hitzeschild der Raumsonde. Obwohl die Mission bisher ein technischer Triumph war, beobachten Experten genau, wie die Orion-Kapsel mit der glühenden Hitze der Rückkehr aus dem Weltraum umgehen wird.
Die Physik des Wiedereintritts
Um zu verstehen, was auf dem Spiel steht, muss man sich das schiere Ausmaß der beteiligten Kräfte ansehen. Es wird erwartet, dass die Raumsonde Orion mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 40.000 km/h in die Atmosphäre einschlägt. Bei diesen Geschwindigkeiten erzeugt die Reibung an der Atmosphäre Temperaturen, die etwa 2.800 Grad Celsius (5.000 Grad Fahrenheit) erreichen – fast die Hälfte der Temperatur der Sonnenoberfläche.
Der Hitzeschild soll nicht makellos bleiben; es ist ein ablativer Schild. Ähnlich wie die Knautschzone eines Autos ist sie darauf ausgelegt, zu erodieren, zu verbrennen und zu zersplittern, wodurch die starke Hitze von der Mannschaftskapsel abgeleitet wird.
Lehren aus Artemis I: Das „Chunking“-Problem
Die aktuellen Bedenken gehen auf Beobachtungen zurück, die während der unbemannten Mission Artemis I gemacht wurden. Obwohl die Kapsel sicher zurückkehrte, erodierte der Hitzeschild nicht gleichmäßig. Statt eines sanften, allmählichen Abriebs brachen große Stücke des Materials ab.
Laut dem Physikexperten Ed Macaulay wurde dies wahrscheinlich durch eingeschlossene Gase im Schild verursacht. Als sich das Material erwärmte, dehnten sich diese Gase schnell aus, was dazu führte, dass die Abschirmung auf unerwartete Weise brach, anstatt sanft „abzuschmelzen“.
Der strategische Dreh- und Angelpunkt: Direkter oder übersprungener Wiedereintritt
Um dieses Risiko für die bemannte Artemis-II-Mission zu mindern, hat sich die NASA für eine deutliche Änderung der Flugstrategie entschieden.
Zuvor wurde im Missionsprofil ein „Wiedereintritt überspringen“ verwendet. Bei dieser Methode streift die Kapsel die obere Atmosphäre, um Geschwindigkeit zu verlieren, bevor sie für einen endgültigen Abstieg wieder eintaucht. Dies verringert zwar die auf die Besatzung einwirkende Schwerkraft (G-Last), verlängert jedoch die Gesamtzeit, die sie in der Hitze verbringt, und gibt den eingeschlossenen Gasen mehr Zeit, sich auszudehnen und den Schild zu beschädigen.
Für Artemis II stellt die NASA auf ein direktes Wiedereintrittsprofil um, ähnlich der Methode, die während der Apollo-Ära verwendet wurde:
– Schnellere Dauer: Eine kürzere Expositionsdauer verkürzt die Zeit für die Gasexpansion.
– Vorhersagbarkeit: Der direkte Wiedereintritt ist einfacher zu modellieren und mit hoher Präzision zu simulieren.
– Der Kompromiss: Während ein direkter Wiedereintritt die Astronauten höheren G-Kräften aussetzt, handelt es sich bei ihnen um hochqualifizierte Fachkräfte, die in der Lage sind, die körperliche Belastung zu bewältigen.
Ist das Risiko akzeptabel?
Der technische Wandel bietet zwar eine gewisse Sicherheit, eliminiert das Risiko jedoch nicht vollständig. Allerdings ist in das Design ein erheblicher „Sicherheitsspielraum“ eingebaut. Selbst die unregelmäßigen Schäden, die bei Artemis I beobachtet wurden, beeinträchtigten nicht die Integrität der Kapsel, was darauf hindeutet, dass der Schild robuster ist, als sein Aussehen vermuten lässt.
Der bisherige Erfolg der Artemis-II-Mission – von den Schwerlastkapazitäten des Space Launch System (SLS) bis hin zu den präzisen Orbitalmanövern – lässt darauf schließen, dass die Ingenieurteams der NASA mit großer Zuversicht arbeiten.
„Die Mission war ein unglaublicher Erfolg … Dies ist erst der Anfang eines ganz neuen Kapitels in der bemannten Monderforschung.“
Schlussfolgerung
Indem sie einem schnelleren, vorhersehbareren Wiedereintrittspfad Vorrang vor einem sanfteren „Sprung“-Profil einräumt, geht die NASA aktiv gegen die in früheren Tests entdeckten strukturellen Anomalien vor. Dieser strategische Dreh- und Angelpunkt soll sicherstellen, dass der Hitzeschild wirksam bleibt und so die sichere Rückkehr der Besatzung und die Zukunft der Monderkundung gewährleistet.
