Oczy wszystkich miłośników kosmosu i technologii kosmicznych zwrócone są dzisiaj na kapsułę Orion, a konkretnie na jej osłonę termiczną. Czy powłoka ablacyjna Avcoat – kompozyt włókien krzemionkowych opracowany pierwotnie dla modułu dowodzenia programu Apollo – zabezpieczy odpowiednio czworo śmiałków wracających z podróży wokół Księżyca?
13 minut piekła
Powrót z głębokiej przestrzeni kosmicznej to ogromne wyzwanie. Najtrudniejszy etap to 13-minutowe wejście w atmosferę z prędkością około 38 600 km/godz., podczas którego kapsuła nagrzewa się do około 2760°C. Statek kosmiczny musi też wejść w atmosferę pod odpowiednim kątem. Zbyt duży kąt może doprowadzić do odbicia się statku od atmosfery, zbyt mały – do spalenia się w atmosferze. Manewr musi być wykonany perfekcyjnie. Wszystkie przedmioty na pokładzie statku muszą być zabezpieczone, a sami astronauci muszą być ubrani w lekkie kombinezony ciśnieniowe, które chronią ich w razie utraty szczelności kabiny.
Sam proces lądowania rozpoczyna się od oddzielenia kapsuły załogowej od modułu serwisowego i ustawienia jej we właściwej orientacji do wejścia w atmosferę. W trakcie tego etapu załoga doświadcza silnych przeciążeń i chwilowej utraty łączności z Ziemią. Gdy prędkość odpowiednio spadnie, otwierają się kolejno spadochrony stabilizujące i główne, które wyhamowują kapsułę przed wodowaniem. Tuż przed kontaktem z oceanem systemy automatyczne ustawiają kapsułę we właściwej pozycji. Po lądowaniu astronauci przeprowadzają szybkie sprawdzenie systemów i czekają na ekipę ratunkową.
Harmonogram powrotu
Oddzielenie modułu serwisowego Oriona zaplanowane jest na godz. 1:33 CEST. Najtrudniejszy moment rozpocznie się 20 minut później. Wówczas też zapadnie 6-minutowa cisza radiowa. O 2:03, gdy kapsuła będzie na wysokości 6,7 km, powinny rozłożyć się spadochrony stabilizujące. Minutę później, na wysokości 1,8 km – spadochrony główne. Trzy minuty później kapsuła wraz z astronautami powinna wylądować w wodach Oceanu Spokojnego, u wybrzeży Kalifornii.
Chociaż wszystko wydaje się idealnie zaplanowane, a nad realizacją lądowania pracują najlepsi eksperci w branży, pozostaje jedna wywołująca obawy kwestia. Jest nią powłoka ablacyjna Oriona.
Wróćmy na chwilę do 11 grudnia 2022 roku, gdy kapsuła Orion po wykonaniu testowego lotu bezzałogowego po raz pierwszy wodowała w Oceanie Spokojnym, kończąc tym samym misję Artemis I. Po odzyskaniu kapsuły inżynierowie zauważyli coś niepokojącego. Osłona termiczna nie topiła się tak, jak przewidywano.
Osłona Avocat pokrywa dolną część kapsuły i jest zbudowana z bloków. Podczas wejścia w atmosferę powierzchnia powłoki czernieje i stopniowo się zwęgla, chroniąc statek i załogę. Eksperci NASA dostrzegli, że w osłonie brakowało niektórych elementów, pojawiły się również pęknięcia. Jak wyjaśnił w grudniu 2024 roku Amit Kshatriya z NASA, przypalenie osłony jest „normalnym zjawiskiem”, ale nie jest normalne, by duże kawałki materiału odpadały.
– Nie miałoby to wpływu na bezpieczeństwo załogi, gdyby byli na pokładzie – zapewniał wówczas Kshatriya. Jak podkreślił, czujniki nie wykazały nieprawidłowego nagrzewania.
Ekstremalny test
Istnieje jednak rozbieżność między rzeczywistym działaniem osłony a oczekiwaniami NASA. Agencja przeprowadziła wielomiesięczne dochodzenie. Odtwarzano na Ziemi ekstremalne warunki, z jakimi musi poradzić sobie Orion. Badania prowadzono m.in. w Ames Arc Jet Complex i laboratoriach Wright-Patterson. Przeprowadzono też testy w tunelach aerodynamicznych i analizowano fragmenty odzyskanej osłony.
W grudniu 2024 roku ogłoszono przyczynę: osłona była niewystarczająco porowata. Gazy uwięzione w jej warstwie rozkładu powodowały wzrost ciśnienia, co prowadziło do pęknięć i odpadania zwęglonego materiału. Bardziej porowate fragmenty nie wykazywały tego problemu. Duży wpływ miał także profil wejścia w atmosferę – tzw. „skip entry”. Polega on na częściowym odbiciu się statku od atmosfery, co pozwala wytracić prędkość i zwiększyć precyzję lądowania. W Artemis I manewr zadziałał znakomicie – Orion wylądował z dużą dokładnością.
Artemis II również wykorzysta „skip entry”, ale w łagodniejszej formie („lofted entry”), co zmniejszy obciążenie cieplne. Dzięki temu Orion nie powinien doświadczać tak ekstremalnych temperatur jak wcześniej. O tym, czy wszystko się uda, przekonamy się już tej nocy.
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
