Najniebezpieczniejszym momentem misji Artemis II nie jest start czy wejście na orbitę księżycową, ale ostateczne zejście. Kiedy statek kosmiczny Orion powróci z Księżyca, wejdzie w ziemską atmosferę z prędkością przekraczającą 30-krotność prędkości dźwięku, narażając załogę na ekstremalne ciepło i ogromny stres fizyczny.
Etap końcowy: kontrola misji i przygotowanie
Ostatni etap 10-dniowej misji rozpocznie się od skoordynowanych wysiłków dyrektorów lotu i czteroosobowej załogi: dowódcy Reeda Weissmana, pilota Victora Glovera, Christiny Kok i Jeremy’ego Hansena.
Gdy misja zbliża się do końca, Kontrola Misji NASA będzie postępować zgodnie z jasną sekwencją działań:
– Końcowy impuls hamowania: Lekki zapłon silników odrzutowych w kosmosie skieruje kapsułę Orion do określonego obszaru poszukiwawczo-ratowniczego na Oceanie Spokojnym, na zachód od San Diego w Kalifornii.
– Szkolenie załogi: Po przebudzeniu astronauci otrzymają odprawę na temat lokalnych warunków pogodowych oraz instrukcje dotyczące zabezpieczenia całego luźnego wyposażenia przed założeniem skafandrów kosmicznych.
– Nadmiarowość systemu: Inżynierowie aktywują oprogramowanie do tworzenia kopii zapasowych, aby kapsuła mogła autonomicznie poruszać się w atmosferze w przypadku awarii głównego komputera.
Lekcje Artemidy I: Rozwiązywanie problemu osłony termicznej
Profil ponownego wejścia Artemisa II został dostosowany na wiele sposobów w oparciu o wnioski wyciągnięte podczas misji Artemis I bez załogi. Podczas tego lotu inżynierowie odkryli, że fragmenty osłony termicznej Oriona nieoczekiwanie oddzieliły się podczas opadania.
Przyczynę zidentyfikowano jako wzrost ciśnienia gazu podczas „skoku” – manewru, podczas którego kapsuła „odbija się” nieznacznie od górnych warstw atmosfery w celu zmniejszenia prędkości. Chociaż urzędnicy NASA podkreślili, że uszkodzenie nie naraziłoby załogi na niebezpieczeństwo, pozostaje to krytyczną przeszkodą techniczną.
Aby zminimalizować to ryzyko, NASA zdecydowała się zastosować metodę wejścia na dużą wysokość zamiast powtarzać głębokie „odbicie” zastosowane w Artemisie I.
Ta łagodniejsza ścieżka obejmuje wchodzenie i wychodzenie z atmosfery z mniej dramatycznymi wzrostami i spadkami, zmniejszanie intensywności skoków ciśnienia gazu i utrzymywanie temperatur w bezpieczniejszym, bardziej przewidywalnym zakresie.
Fizyka ponownego wejścia do atmosfery: plazma i przeciążenia
Przejście z głębokiego kosmosu do atmosfery ziemskiej jest procesem szybkiej transformacji fizycznej. Około 20 minut przed wejściem moduł serwisowy zawierający panele słoneczne i silnik główny zostanie rozdzielony i spalony w atmosferze. Dzięki temu kapsuła z załogą zostanie sama z żywiołami.
Zniżaniu towarzyszy kilka ekstremalnych zjawisk fizycznych:
– Ekstremalna prędkość: Orion wejdzie w atmosferę z prędkością około 40 000 km/h (25 000 mph), potencjalnie osiągając prędkość 39 Machów, która przekroczy rekordy misji Apollo.
– Intensywność cieplna: W miarę sprężania powietrza przed kapsułą temperatura wzrośnie do około 2760 stopni Celsjusza (5000 stopni Fahrenheita), tworząc powłokę plazmową, która może na krótko przerwać komunikację radiową.
Intensywność cieplna: W miarę sprężania powietrza przed kapsułą temperatura wzrośnie do około 2760°C, tworząc warstwę plazmy, która może na krótko przerwać komunikację radiową.
– Wymagania fizyczne: Załoga doświadczy siły przeciążenia wynoszącej około 3,9 G, co oznacza, że poczują prawie czterokrotny wzrost ciężaru, przygniatając ich do siedzeń.
Lądowanie: od kuli ognia do oceanu
Gdy statek kosmiczny straci wystarczającą prędkość z powodu tarcia atmosferycznego, sekwencja mechaniczna zapewni ostateczne opadanie:
1. Spadochrony hamujące: Wystrzelą dwa małe spadochrony, aby ustabilizować orientację kapsuły.
2. Spadochrony główne: Trzy duże pomarańczowe spadochrony będą otwierane etapami, aby spowolnić pojazd do bezpiecznej prędkości.
3. Kontrolowany spadek: Małe silniki odrzutowe przechylają kapsułę, aby zapewnić jej uderzenie w Pacyfik pod optymalnym kątem.
Po wodowaniu NASA będzie monitorować kapsułę przez około dwie godziny, aby upewnić się, że temperatura wewnętrzna ustabilizuje się w miarę schładzania pojazdu w oceanie.
Wniosek
Powrót Artemidy II to ryzykowne połączenie zaawansowanej fizyki i zaawansowanej inżynierii. Dostosowując tor lotu, aby przezwyciężyć problemy związane z ochroną termiczną, NASA zamierza bezpiecznie przedostać się przez kulę ognia i sprowadzić załogę z granicy Księżyca na Ziemię.
