NASA je danas otkrila kako svemirska letjelica Orion izgleda kada se vrati na Zemlju. Kapsula nazvana Integrity koja je "zadobila opekline" s tragovima od vrućine prilikom ponovnog ulaska u atmosferu stigla je u luku San Diego u San Diegu. U petak, 10. travnja NASA je proslavila je uspješno putovanje oko Mjeseca, nakon što su se četiri astronauta sigurno vratila na Zemlju završivši prvi let pored Mjeseca u više od 50 godina. NASA-ina svemirska letjelica s četiri astronauta - tri Amerikanca i jednim Kanađaninom - bez problema se spustila uz obalu Kalifornije, završivši probnu misiju američke svemirske agencije s posadom koja se vratila sa spektakularnim slikama Mjeseca.
Izvlačenje Oriona iz mora
NASA-ina svemirska letjelica Orion, okosnica programa Artemis i povratka čovječanstva na Mjesec, predstavlja vrhunac suvremenog inženjerstva. No, njezin najimpresivniji test nije putovanje kroz hladni vakuum svemira, već vatreni povratak kući. Pri ulasku u Zemljinu atmosferu, Orion se suočava s brzinama od gotovo 40.000 kilometara na sat i temperaturama koje premašuju 2.700 stupnjeva Celzijusa, što je dvostruko više od temperature rastaljene lave. Lava je naime tečna, usijana masa ili magma, temperature od 1050 do 1300°C.Opstanak astronauta ovisi o složenom sustavu materijala koji čine njezin toplinski štit, najveći takve vrste ikad izgrađen.
Nasljeđe Apolla u srcu štita
Glavna komponenta Orionovog pet metara širokog toplinskog štita materijal je imena Avcoat, čije ime budi sjećanja na zlatno doba svemirskih istraživanja. Riječ je o moderniziranoj verziji ablativnog štita koji je štitio i astronaute misija Apollo prilikom njihovog povratka s Mjeseca. Avcoat je kompozit koji se sastoji od silicijevih vlakana u epoksi novolak smoli, a smjesa se ubrizgava u tisuće ćelija saćaste strukture od stakloplastike i fenola. Njegova ključna karakteristika je "ablacija", što znači da je dizajniran da na kontroliran način gori i otpada. Dok vanjski slojevi štita isparavaju, toplina se odvodi daleko od letjelice i posade koja se nalazi unutra, održavajući temperaturu na sigurnoj razini.
Pakleni spust kroz atmosferu
Da bismo shvatili zašto je takva zaštita nužna, treba razumjeti fiziku povratka. Orion ulazi u atmosferu brzinom većom od 30 puta brzine zvuka, odnosno oko 11 kilometara u sekundi. Golema kinetička energija letjelice pretvara se u toplinu zbog trenja s molekulama zraka. Ispred Oriona stvara se udarni val koji zagrijava okolni zrak na nevjerojatnih 10.000 stupnjeva Celzijusa, što je gotovo dvostruko toplije od površine Sunca. Ta ekstremna vrućina pretvara zrak u električki nabijenu plazmu koja obavija cijelu letjelicu i privremeno prekida svu radio komunikaciju s kontrolom na Zemlji. Astronauti su tijekom tih nekoliko ključnih minuta potpuno sami. Iako je zrak oko njih toliko vruć, Avcoat štit osigurava da temperatura na njegovoj vanjskoj površini ne prijeđe 2.800 stupnjeva, dok unutrašnjost kapsule ostaje na podnošljivoj temperaturi.
3D tkanina za najkritičnije točke
Iako je Avcoat temelj zaštite, Orionov toplinski sustav oslanja se i na još naprednije materijale za ojačavanje specifičnih, visokostresnih točaka. Na spojevima između modula za posadu i servisnog modula, koji osigurava pogon i sustave za održavanje života, nalaze se takozvani kompresijski jastučići. Oni moraju izdržati goleme sile tijekom lansiranja i odvajanja modula, ali i funkcionirati kao toplinski štit tijekom povratka. Za tu namjenu razvijen je inovativni materijal nazvan 3DMAT (3-Dimensional Multifunctional Ablative Thermal Protection System).
Orion leti u atmosferu brzinom većom od 30 puta brzine zvuka, odnosno oko 11 kilometara u sekundi
Riječ je o trodimenzionalno tkanim kvarcnim vlaknima koja se potom natapaju smolom. Za razliku od starijih, slojevitih (2D) kompozita koji su bili skloni raslojavanju pod ekstremnim opterećenjem, 3D tkanje osigurava daleko veću strukturnu čvrstoću i otpornost. NASA je prepoznala važnost ovog materijala, a bivši administrator agencije Charles Bolden izjavio je kako je on ključan za buduće misije.
- Ne možemo ići na Mars bez kompresijskih jastučića koji se nalaze između Oriona - modula za posadu - i servisnog modula.
To je potvrdio i Mike Hawes, potpredsjednik Lockheed Martina, tvrtke koja gradi Orion, objašnjavajući da je problem sa starijim kompozitnim laminatima bio upravo rizik od odvajanja slojeva.
- Zato smo za buduće letove željeli trodimenzionalno tkanje - rekao je Hawes za AmericaSpace.
Lekcije naučene na težak način
Put do savršenog štita nije bez izazova, što je pokazala i misija Artemis I, prvi, još uvijek nepilotirani let Oriona oko Mjeseca. Nakon uspješnog povratka i slijetanja u ocean, inspekcija je otkrila da je toplinski štit erodirao znatno više nego što su inženjeri predviđali. Analiza je pokazala da su se tijekom specifičnog "skip" manevra povratka, pri kojem letjelica nakratko "odskoči" od atmosfere kako bi se ohladila i smanjila G-sile, plinovi zarobljeni unutar pora Avcoat materijala naglo proširili zbog pada vanjskog tlaka. To je uzrokovalo "ljuštenje" i otkidanje komadića štita. Iako sigurnost nije bila ugrožena, NASA je problem shvatila vrlo ozbiljno. Za misiju Artemis II, u kojoj su već bili astronauti, odlučili su koristiti isti štit, ali su prilagodili putanju povratka kako bi izbjegli rizični manevar. Za buduće misije, počevši s Artemisom III, NASA i Lockheed Martin rade na novoj formuli Avcoata koja neće zadržavati plinove, čime će se omogućiti sigurnije izvođenje složenijih manevara pri povratku.
