Gdy misja Artemis II przygotowuje się do ostatniej i najbardziej krytycznej fazy – wejścia w atmosferę ziemską – uwaga została skupiona na potencjalnym słabym punkcie: osłonie termicznej statku kosmicznego. Chociaż misja jest jak dotąd technicznym triumfem, eksperci uważnie przyglądają się, jak kapsuła Orion poradzi sobie z palącym gorącem towarzyszącym jej powrocie z głębokiego kosmosu.
Fizyka ponownego wejścia do atmosfery
Aby zrozumieć skalę stawki, należy przyjrzeć się kolosalnym siłom, które będą w to zaangażowane. Oczekuje się, że statek kosmiczny Orion wleci w atmosferę z prędkością około 40 000 km/h. Przy tych prędkościach tarcie z atmosferą generuje temperatury sięgające około 2800 stopni Celsjusza**, czyli prawie połowę temperatury powierzchni Słońca.
Osłona termiczna nie została zaprojektowana tak, aby pozostała nienaruszona; To jest tarcza ablacyjna. Podobnie jak strefa zgniotu samochodu, ma ona zapadać się, palić i kruszyć się, odprowadzając intensywne ciepło z mieszkalnej kapsuły.
Lekcje z Artemidy I: problem „odpadających kawałków”
Obecne obawy wynikają z obserwacji poczynionych podczas bezzałogowej misji Artemis I. Chociaż kapsułka wróciła bezpiecznie, osłona termiczna uległa nierównomiernemu zniszczeniu. Zamiast gładkiego, stopniowego zużycia, odrywały się od niego duże kawałki materiału.
Według eksperta fizyki Eda Macaulaya było to prawdopodobnie spowodowane gazami uwięzionymi wewnątrz osłony. W miarę nagrzewania się materiału gazy te gwałtownie się rozszerzały, powodując pękanie osłony w nieprzewidywalny sposób, zamiast płynnego „ablacyjnego” parowania.
Strategiczny zwrot: bezpośrednie lub nagłe wejście w atmosferę
Aby zminimalizować to ryzyko w przypadku załogowej misji Artemis II, NASA zdecydowała się na znaczącą zmianę w strategii lotu.
Poprzednio profil misji zakładał pomiń ponowne wejście. W tej metodzie kapsuła ledwo dotyka górnych warstw atmosfery, aby zwolnić, po czym zanurzy się z powrotem w atmosferę w celu ostatecznego opadnięcia. Chociaż zmniejsza to stres załogi, metoda ta zwiększa całkowity czas spędzony w strefie grzewczej, dając uwięzionym gazom więcej czasu na rozszerzanie się i uszkodzenie osłony.
W przypadku Artemis II NASA przechodzi na profil bezpośredniego ponownego wejścia podobny do metody stosowanej w epoce Apollo:
– Krótszy czas trwania: Krótki okres ekspozycji skraca czas niezbędny do ekspansji gazów.
– Przewidywalność: Bezpośrednie ponowne wejście jest łatwiejsze do modelowania i symulowania z dużą dokładnością.
– Kompromis: Chociaż bezpośrednie wejście naraża astronautów na działanie wyższych sił przeciążenia, są to wysoko wykwalifikowani profesjonaliści, którzy są w stanie poradzić sobie z obciążeniem fizycznym.
Czy ryzyko jest akceptowalne?
Choć zmiana technologiczna zapewnia dodatkową warstwę bezpieczeństwa, nie eliminuje całkowicie ryzyka. Niemniej jednak w projekt wbudowany jest znaczny „margines bezpieczeństwa”. Nawet sporadyczne uszkodzenia zaobserwowane podczas Artemidy I nie naruszyły integralności kapsuły, co sugeruje, że tarcza jest znacznie mocniejsza, niż sugerowałby jej wygląd.
Dotychczasowy sukces misji Artemis II – od potężnych możliwości rakiety Space Launch System (SLS) po precyzyjne manewry orbitalne – pokazuje, że zespoły inżynierów NASA działają z dużą pewnością.
„Misja zakończyła się niesamowitym sukcesem… To dopiero początek zupełnie nowego rozdziału w eksploracji Księżyca przez człowieka”.
Wniosek
Stawiając na pierwszym miejscu szybszą, bardziej przewidywalną ścieżkę ponownego wejścia w atmosferę, a nie łagodniejszy profil „przeskakiwania”, NASA aktywnie zajmuje się anomaliami strukturalnymi wykrytymi w poprzednich testach. Ten strategiczny manewr ma na celu zapewnienie skutecznej osłony termicznej, co gwarantuje bezpieczny powrót załogi i przyszłość eksploracji Księżyca.
