После исторического полета к лунным орбитам экипаж миссии Artemis II готовится к финальному, самому опасному этапу своего путешествия. Четверо астронавтов не просто посетили окрестности нашего естественного спутника — они установили абсолютный рекорд, удалившись от Земли на потрясающее расстояние в 406 771 км. Но чтобы этот рекорд зафиксировали в учебниках истории, им нужно преодолеть последний барьер — земную атмосферу.
Ожидается, что космический корабль Orion совершит приводнение у побережья Калифорнии примерно в 20:00 10 апреля по местному времени (6:00 утра 11 апреля по киевскому времени). Десятидневная миссия завершается настоящим испытанием на прочность — как для людей, так и для технологий.
Гиперзвуковая математика: быстрее пули
Когда мы говорим о скорости в космосе, цифры перестают быть просто статистикой. Капсула Orion приближается к верхним слоям атмосферы со скоростью более 11 км/с. Это более 40 тыс. км/ч — показатель, который в 40 раз превышает скорость обычного пассажирского авиалайнера.
Однако главный вызов заключается не в самой скорости, а в кинетической энергии. Каждый килограмм массы корабля несет в себе в 2000 раз больше энергии, чем самолет в полете. Эту колоссальную энергию нужно снизить практически до нуля за считанные минуты, чтобы парашюты могли безопасно раскрыться.
В отличие от самолетов, которые должны быть обтекаемыми для экономии топлива, Orion при входе в атмосферу превращается в «космический тормоз». Его форма специально спроектирована так, чтобы создавать максимальное сопротивление воздуху. Это позволяет использовать атмосферу как естественную тормозную систему, преобразуя кинетическую энергию в тепло.
Физика выживания
Для беспилотных аппаратов, таких как OSIRIS-REx, недавно доставивший грунт с астероида, торможение происходит резко и мгновенно. Роботы могут выдерживать перегрузки в 100 g, но для человеческого тела это смертельно. Пилоты «Формулы-1» испытывают около 5 g в крутых поворотах — это предел, после которого неподготовленный человек теряет сознание.
Чтобы сохранить жизнь экипажу Artemis II, инженеры NASA применяют управляемый спуск. Используя подъемную силу, Orion буквально «планирует» в верхних слоях атмосферы, растягивая процесс торможения во времени. Это позволяет удерживать перегрузку на уровне, который способен выдержать тренированный астронавт.
Однако за этот комфорт приходится платить температурой. Перед капсулой образуется мощная ударная волна, где воздух сжимается настолько сильно, что нагревается до 10 000 °C. Это вдвое горячее, чем поверхность Солнца. В таких условиях газ вокруг корабля превращается в раскаленную плазму, которая не пропускает радиоволны. На несколько минут астронавты останутся в полной информационной изоляции, пока плазменный кокон не рассеется.
AVCOAT
Главным героем этого возвращения является теплозащитный экран. Он состоит из особого материала под названием AVCOAT — это усовершенствованная версия абляционного покрытия, которое использовали еще в 1960-х годах во время миссий Apollo.
Абляционная защита работает по принципу «самопожертвования»: внешние слои раскаляются докрасна, обугливаются и постепенно испаряются. Этот процесс поглощает тепло и отводит его от корпуса корабля. Благодаря этой технологии, когда снаружи температура достигает 10 000 °C, поверхность самого экрана нагревается «всего» до 3000 °C, а внутри кабины сохраняется вполне комфортная температура.
Уроки Artemis I
Несмотря на успех предыдущей беспилотной миссии Artemis I, у инженеров возникли серьезные вопросы к тепловому щиту. Тогда от экрана отделились неожиданно большие куски материала. Анализ показал, что причиной могло быть избыточное давление внутри AVCOAT, которое накапливалось во время так называемого «прыжка» (skip re-entry) — маневра, когда корабль на мгновение выходит из атмосферы обратно в космос, чтобы охладиться, а затем входит во второй раз.
Для экипажа Artemis II траекторию полета несколько изменили. Инженеры оставили маневр подъемной силы, но сделали «прыжок» менее агрессивным. Это позволит уменьшить термическую нагрузку на структуру материала и обеспечить целостность экрана до момента развертывания парашютов.
В шаге от успеха
Сейчас, когда Orion приближается к родной планете, центр управления полетами в Хьюстоне работает в режиме высшей готовности. Каждая секунда спуска рассчитана до миллиметра. Возвращение Artemis II — это не просто завершение очередного полета, это финальный экзамен для технологий, которые уже через несколько лет должны доставить первых людей на поверхность Луны, а впоследствии и Марса.
Когда мы увидим три огромных парашюта над Тихим океаном, это станет символом того, что человечество окончательно вернулось в большую космическую игру. Но пока нам остается только ждать того самого момента, когда радиосвязь прорежется сквозь плазму и мы услышим голоса четырех героев, вернувшихся из бездны.
Ранее мы сообщали о том, как экипаж Artemis II не сдержал слез при первом взгляде на обратную сторону Луны.
По материалам phys.org
