У міру того як місія Artemis II готується до своєї фінальної та критичної фази — входу в атмосферу Землі — увага зосередилася на потенційно вразливому місці: тепловому щиті космічного корабля. Незважаючи на те, що на даний момент місія є технічним тріумфом, експерти уважно стежать за тим, як капсула Orion впорається з спекотним жаром при поверненні з глибокого космосу.
Фізика входу в атмосферу
Щоб зрозуміти масштаб ставок, необхідно поглянути на колосальні сили, які будуть задіяні. Очікується, що космічний корабель Orion увійде в атмосферу на швидкості близько 25 000 миль/год (40 000 км/год). При таких швидкостях тертя про атмосферу генерує температури, що досягають приблизно 5000 градусів за Фаренгейтом (2800 градусів Цельсія) – це майже половина температури поверхні Сонця.
Тепловий щит не призначений для того, щоб залишатися в первозданному вигляді; це абляційний щит. Подібно до зони деформації автомобіля, він спроектований так, щоб руйнуватися, згоряти і кришитися, несучи інтенсивне тепло від капсули.
Уроки Artemis I: проблема «відшарування шматків»
Поточні побоювання викликані спостереженнями під час безпілотної місії Artemis I. Хоча капсула повернулася благополучно, тепловий щит руйнувався нерівномірно. Замість плавного, поступового зносу від нього відколювалися великі шматки матеріалу.
За словами експерта з фізики Еда Маколея, це, ймовірно, було викликано “замкненими газами” всередині щита. У міру нагрівання матеріалу ці гази стрімко розширювалися, через що щит почав тріскатися непередбачуваним чином, замість плавно абляційно випаровуватися.
Стратегічний розворот: прямий vs. стрибкоподібний вхід в атмосферу
Щоб мінімізувати цей ризик для пілотованої місії Artemis II, NASA ухвалило рішення про значну зміну стратегії польоту.
Раніше профіль місії передбачав “стрибкоподібний вхід” (skip reentry). При цьому методі капсула лише трохи стосується верхніх шарів атмосфери, щоб скинути швидкість, перш ніж знову зануритися в неї для остаточного спуску. Хоча це знижує навантаження на екіпаж, такий метод збільшує загальний час перебування в зоні нагріву, даючи замкненим газам більше часу для розширення та пошкодження щита.
Для Artemis II NASA переходить на профіль прямого входу в атмосферу, подібний до методу, що використовувався в епоху «Аполлонів»:
– Менша тривалість: Короткий період впливу знижує час, необхідний для розширення газів.
– Предбачуваність: Прямий вхід в атмосферу легше моделювати та симулювати з високою точністю.
– Компроміс: Хоча прямий вхід піддає астронавтів вищим навантаженням, вони є висококласними професіоналами, здатними впоратися з фізичним навантаженням.
Чи приймаємо ризик?
Хоча технічний зсув забезпечує додатковий рівень безпеки, він не усуває ризику повністю. Проте, в конструкцію закладено значний «запас міцності». Навіть нерегулярні пошкодження, помічені під час Artemis I, не порушили цілісність капсули, що говорить про те, що щит набагато міцніший, ніж може здатися на його зовнішній вигляд.
Успіх місії Artemis II на даний момент – від потужних можливостей ракети Space Launch System (SLS) до точних орбітальних маневрів – свідчить, що інженерні групи NASA працюють з високою впевненістю.
«Місія стала неймовірним успіхом… Це лише початок зовсім нового розділу в освоєнні Місяця людиною».
Висновок
Віддаючи пріоритет швидшому і передбачуваному шляху входу в атмосферу замість м’якшого «стрибкоподібного» профілю, NASA активно вирішує проблему структурних аномалій, виявлених під час попередніх випробувань. Цей стратегічний маневр спрямований на те, щоб тепловий щит залишався ефективним, забезпечуючи безпечне повернення екіпажу та майбутнє місячних досліджень.
