Після історичного польоту до місячних орбіт екіпаж місії Artemis II готується до фінального, найнебезпечнішого етапу своєї подорожі. Четверо астронавтів не просто відвідали околиці нашого природного супутника — вони встановили абсолютний рекорд, віддалившись від Землі на приголомшливу відстань у 406 771 км. Але щоб цей рекорд зафіксували в підручниках історії, їм потрібно подолати останній бар’єр — земну атмосферу.
Очікується, що космічний корабель Orion здійснить приводнення біля узбережжя Каліфорнії приблизно о 20:00 10 квітня за місцевим часом (6:00 ранку 11 квітня за Києвом). Десятиденна місія завершується справжнім випробуванням на міцність — як для людей, так і для технологій.
Гіперзвукова математика: швидше за кулю
Коли ми говоримо про швидкість у космосі, цифри перестають бути просто статистикою. Капсула Orion підходить до верхніх шарів атмосфери на швидкості понад 11 км/с. Це понад 40 тис. км/год — показник, який у 40 разів перевищує швидкість звичайного пасажирського авіалайнера.
Проте головний виклик полягає не в самій швидкості, а в кінетичній енергії. Кожен кілограм маси корабля несе в собі у 2000 разів більше енергії, ніж літак у польоті. Цю колосальну енергію потрібно скинути практично до нуля за лічені хвилини, щоб парашути могли безпечно розкритися.
На відміну від літаків, які мають бути обтічними для економії палива, Orion під час входу в атмосферу перетворюється на «космічне гальмо». Його форма спеціально спроєктована так, щоб створювати максимальний опір повітрю. Це дозволяє використовувати атмосферу як природну гальмівну систему, перетворюючи кінетичну енергію на тепло.
Фізика виживання
Для безпілотних апаратів, таких як OSIRIS-REx, що нещодавно доставив ґрунт з астероїда, гальмування відбувається жорстко і миттєво. Роботи можуть витримувати перевантаження у 100 g, але для людського тіла це смертельно. Пілоти «Формули-1» відчувають близько 5 g у крутих поворотах — це межа, після якої непідготовлена людина втрачає свідомість.
Щоб зберегти життя екіпажу Artemis II, інженери NASA застосовують керований спуск. Використовуючи підйомну силу, Orion буквально «планує» у верхніх шарах атмосфери, розтягуючи процес гальмування в часі. Це дозволяє утримувати перевантаження на рівні, який здатен витримати тренований астронавт.
Проте за цей комфорт доводиться платити температурою. Перед капсулою утворюється потужна ударна хвиля, де повітря стискається настільки сильно, що нагрівається до 10 000 °C. Це вдвічі гарячіше за поверхню Сонця. У таких умовах газ навколо корабля перетворюється на розпечену плазму, яка не пропускає радіохвилі. На кілька хвилин астронавти залишаться в повній інформаційній ізоляції, поки плазмовий кокон не розвіється.
AVCOAT
Головним героєм цього повернення є теплозахисний екран. Він складається з особливого матеріалу під назвою AVCOAT — це вдосконалена версія абляційного покриття, яке використовували ще в 1960-х роках під час місій Apollo.
Абляційний захист працює за принципом «самопожертви»: зовнішні шари розжарюються до червоного, обвуглюються і поступово випаровуються. Цей процес поглинає тепло і відводить його від корпусу корабля. Завдяки цій технології, коли зовні температура сягає 10 000 °C, поверхня самого екрана нагрівається «лише» до 3000 °C, а всередині кабіни зберігається цілком комфортна температура.
Уроки Artemis I
Попри успіх попередньої безпілотної місії Artemis I, в інженерів виникли серйозні запитання до теплового щита. Тоді від екрана відокремилися неочікувано великі шматки матеріалу. Аналіз показав, що причиною міг бути надлишковий тиск усередині AVCOAT, який накопичувався під час так званого «стрибка» (skip re-entry) — маневру, коли корабель на мить виходить з атмосфери назад у космос, щоб охолонути, а потім заходить вдруге.
Для екіпажу Artemis II траєкторія польоту була дещо змінена. Інженери залишили маневр підйомної сили, але зробили «стрибок» менш агресивним. Це дозволить зменшити термічне навантаження на структуру матеріалу і забезпечити цілісність екрана до моменту розгортання парашутів.
За крок до успіху
Зараз, коли Orion наближається до рідної планети, центр управління польотами в Х’юстоні працює в режимі найвищої готовності. Кожна секунда спуску розрахована до міліметра. Повернення Artemis II — це не просто завершення чергового польоту, це фінальний іспит для технологій, які вже за кілька років мають доправити перших людей на поверхню Місяця, а згодом і Марса.
Коли ми побачимо три величезні парашути над Тихим океаном, це стане символом того, що людство остаточно повернулося у велику космічну гру. Але поки що нам залишається лише чекати на той самий момент, коли радіозв’язок проріжеться крізь плазму і ми почуємо голоси чотирьох героїв, що повернулися з безодні.
Раніше ми повідомляли про те, що eкіпаж Artemis II не стримав сліз при першому погляді на зворотний бік Місяця.
За матеріалами phys.org
