Szybki i bezpieczny powrót na Ziemię Artemida 2 załoga księżyca zależy od systemu ochrony termicznej modułu załogi Oriona. Aby zapewnić członkom załogi bezpieczeństwo, musi wytrzymać ekstremalne temperatury.
Jednak podążając za bez załogi Artemida 1 w locie księżycowym pod koniec 2022 r. stwierdzono, że ablacyjny materiał termoochronny miał niespodziewanie odcięty z osłony termicznej Oriona podczas jego zanurzenia Atmosfera ziemska.
Przyczyna problemu
W analizie osłony termicznej Artemis 1 po locie NASA zidentyfikowała ponad 100 miejsc, w których podczas szybkiego powrotu Oriona na powierzchnię uwolnił się ablacyjny materiał chroniący przed ciepłem.
NASA wraz z wykonawcami i niezależnym zespołem przeglądowym wszczęła dochodzenie w celu ustalenia technicznej przyczyny problemu. Przeprowadzono analizę obejmującą ponad 100 testów w unikalnych placówkach na terenie całego kraju.
Odkrycie: osłona termiczna Oriona nie pozwoliła na ucieczkę wystarczającej ilości gazów wytwarzanych wewnątrz materiału zwanego Avcoat. Jak podaje NASA, spowodowało to wzrost ciśnienia i pęknięcia, w wyniku czego w kilku miejscach oderwała się część zwęglonego materiału.
Pokonaj ciepło
Inżynierowie z Lockheed Martin — głównego wykonawcy Oriona — zbudowali osłonę termiczną i system ochrony termicznej Oriona. Mierząca 5 metrów średnicy osłona termiczna Oriona jest największą tego typu osłoną opracowaną na potrzeby misji z astronautami.
Materiał ablacyjny Oriona, Avcoat, był także używany podczas misji księżycowych Apollo. Jednak według Lockheed Martin proces budowy zmienił się od tego czasu.
„Zamiast zatrudniania pracowników do napełniania 300 000 komórek plastra miodu materiałem ablacyjnym, a następnie utwardzania materiału termicznie i obrabiania go do odpowiedniego kształtu, zespół produkuje obecnie bloki Avcoat – zaledwie 200 – które są wstępnie obrobione tak, aby pasowały do ich pozycji i przyklejane na miejscu do powłoki z włókna węglowego osłony termicznej” – mówi firma z branży lotniczej. strona internetowa wyjaśnia. Jak twierdzi firma, proces ten pozwala zaoszczędzić czas.
Kluczowy czynnik
Podczas ponownego wejścia Artemidy 1 Oriona sonda zastosowała tak zwaną technikę wejścia z pominięciem.
Podczas tego manewru Orion zanurzył się w górnych warstwach atmosfery ziemskiej i wykorzystał opór atmosferyczny do zmniejszenia prędkości. Następnie Orion wykorzystał aerodynamiczną siłę nośną kapsuły, aby wyskoczyć z atmosfery, a następnie ponownie wlecieć w celu ostatecznego zejścia pod spadochronami i wodowania.
Chociaż Artemis 1 była misją bez załogi, NASA stwierdziła, że temperatura wewnątrz Oriona pozostała komfortowa i byłaby bezpieczna dla astronautów, gdyby ktokolwiek znajdował się na pokładzie.
Zmodyfikowana trajektoria
Teraz szybko przejdźmy do przodu, dosłownie, do nadchodzącej misji Artemis 2, która już na początku marca wyśle czterech astronautów na Księżyc.
„NASA zmodyfikowała trajektorię, skracając odległość, jaką Orion może przelecieć pomiędzy wejściem w atmosferę ziemską a spadnięciem do Oceanu Spokojnego” – Kenna Pell, urzędnik ds. publicznych Oriona w biurze NASA Centrum Kosmiczne Johnsona w Houston, powiedział Space.com. „To ograniczy czas, jaki Orion spędza w zakresie temperatur, w którym wystąpiło zjawisko osłony termicznej Artemidy 1”.
Podobnie Blaine Brown, dyrektor systemów mechanicznych statku kosmicznego Orion w Lockheed Martin, powiedział Space.com, że zespół tygrysów – w skład którego wchodzili przedstawiciele NASA, Lockheed Martin i niezależny zespół recenzujący – ustalił, że zmodyfikowana trajektoria ponownego wejścia Artemis 2 zminimalizuje utratę węgla i zapewni więcej niż wystarczający margines wydajności cieplnej.
Pomiń przeskok
„Ta zmodyfikowana trajektoria obejmuje nieco bardziej stromy profil wejścia i eliminację przeskoków, co skutkuje krótszym lądowaniem w dół” – powiedział Brown. „Przeprowadziliśmy szeroko zakrojone testy i analizy materiałów blokowych Avcoat, aby ostatecznie odtworzyć zjawisko wydzielania się zwęgleń obserwowane na Artemisie 1”.
Brown powiedział, że materiał jest używany Artemida 3 — pierwsza misja NASA polegająca na powrocie człowieka na Księżyc, której wystrzelenie zaplanowano na rok 2028 — to w rzeczywistości ta sama formuła, która została wykorzystana na Artemisie 1 i która będzie latać na Artemisie 2.
„Po prostu nieznacznie zmodyfikowaliśmy gęstość, aby umożliwić ucieczkę gazów z materiału ablacyjnego podczas silnego ogrzewania i schładzania” – powiedział Brown. „Popieramy decyzję NASA o wylocie misji Artemis 2 przy użyciu obecnej osłony termicznej i zależy nam na tym, aby Orion bezpiecznie wystartował i powrócił ze swoją historyczną misją do księżyc z załogą na pokładzie.”
Wyzwanie wymagające czasu
Wszystko to powiedziawszy, Biuro Generalnego Inspektora NASA (OIG) raportwydany w zeszłym miesiącu, skupiał się na powrocie człowieka na Księżyc.
W raporcie NASA OIG za rok 2025 na temat wyzwań związanych z najwyższym zarządzaniem i wydajnością NASA zauważono, że „najbardziej wrażliwym czasowo wyzwaniem dla wysiłków NASA mających na celu powrót ludzi na Księżyc są przygotowania do Artemis 2”. W raporcie dodano, że NASA musi stawić czoła różnym wyzwaniom, aby bezpiecznie zabrać czterech astronautów na planowaną 10-dniową misję.
„Chociaż NASA uznała, że Artemis 1 był lotem niemal idealnym, ujawniła problemy techniczne, którymi należy się zająć, zanim Artemis 2 będzie mógł wystartować” – czytamy w raporcie OIG. „W szczególności ablacyjny materiał zewnętrzny osłony cieplnej Oriona nie odprowadzał prawidłowo gazów wytwarzanych normalnie podczas wchodzenia w atmosferę ziemską, co prowadziło do powszechnych pęknięć i utraty zwęglenia”.
Pierwotna przyczyna
Co więcej, w raporcie NASA OIG wyjaśniono, że „biorąc pod uwagę obecne zrozumienie pierwotnej przyczyny przez NASA, Agencja zamierza ponownie wykorzystać konstrukcję osłony termicznej Artemis 2 podczas lotu po zmodyfikowanej trajektorii ponownego wejścia, która jest mniej surowa”.
Chociaż takie podejście jest technicznie wykonalne, jak zauważono w raporcie, „jest ono również złożone i uzależnione od pomyślnej kampanii testowej i nie eliminuje ryzyka związanego z osłoną termiczną Artemis 3. Dodatkowe testy osłony termicznej spowodowały kaskadowe opóźnienia dla wszystkich Artemida misje rozpoczynające się od Artemidy 2.”
Podczas ponownego wejścia Artemis 2, gdy załoga statku kosmicznego Orion po raz pierwszy od startu zacznie odczuwać działanie ziemskiej atmosfery, wokół statku kosmicznego zacznie gromadzić się przegrzana plazma w miarę wzrostu tarcia w otaczającej atmosferze.
Łączność z i do załogi zostanie chwilowo zablokowana przez plazmę.
To, jak osłona termiczna zachowuje się tym razem na zmodyfikowanej trajektorii głębokiego nurkowania w atmosferze, może być kolejnym zagadką.
