Nasa je nedavno razkrila, kako je videti vesoljsko plovilo Orion po vrnitvi na Zemljo. Kapsula z imenom Integrity, ki je ob ponovnem vstopu v atmosfero dobila »opekline« in sledi ekstremne vročine, je prispela v pristanišče San Diego. Agencija je proslavila uspešno pot okoli Lune, potem ko so se štirje astronavti varno vrnili na Zemljo in zaključili prvi polet mimo Lune po več kot 50 letih, piše Express.
Nasino plovilo Orion, osrednji del programa Artemis in vračanja človeštva na Luno, predstavlja vrhunec sodobnega inženirstva. Njegov najzahtevnejši preizkus pa ni potovanje skozi hladen vakuum vesolja, temveč ognjena vrnitev na Zemljo. Ob vstopu v atmosfero dosega hitrost skoraj 40.000 kilometrov na uro in temperature nad 2700 stopinj Celzija, kar je dvakrat več kot temperatura staljene lave (ta znaša približno od 1050 do 1300 stopinj Celzija). Preživetje astronavtov je odvisno od kompleksnega sistema materialov, ki tvorijo njegov toplotni ščit – največji doslej izdelan.
Dediščina Apolla v jedru ščita
Glavna komponenta Orionovega pet metrov širokega toplotnega ščita je material avcoat, modernizirana različica ablativnega ščita, ki je varoval tudi astronavte misij Apollo.
Avcoat je kompozit iz silicijevih vlaken in epoksi smole, ki je vbrizgan v satasto strukturo. Njegova ključna lastnost je ablacija – material je zasnovan tako, da nadzorovano zgoreva in se lušči. Ko zunanji sloji izhlapevajo, odvajajo toploto stran od plovila, s čimer ohranjajo notranjost kapsule na varni temperaturi.
Peklenski spust skozi atmosfero
Ob vrnitvi Orion vstopi v atmosfero s hitrostjo več kot 30-kratnika hitrosti zvoka (približno 11 kilometrov na sekundo). Ogromna kinetična energija se zaradi trenja z zrakom pretvori v toploto. Pred plovilom nastane udarni val, ki segreje zrak na približno 10.000 stopinj Celzija – skoraj dvakrat več kot na površju Sonca.
Zrak se pri tem spremeni v plazmo, ki obda plovilo in začasno prekine radijsko komunikacijo z Zemljo. Astronavti so v teh ključnih minutah popolnoma sami. Kljub ekstremni vročini avcoat poskrbi, da temperatura na površini ščita ne preseže približno 2800 stopinj Celzija, notranjost kapsule pa ostane varna.
3D-tkanina za najbolj kritične dele
Poleg avcoata Orion uporablja še napredne materiale na najbolj obremenjenih mestih. Med modulom za posadko in servisnim modulom so kompresijske blazinice, ki morajo prenesti ogromne sile in hkrati delovati kot toplotna zaščita.
Za to je razvit material 3DMAT (3D večfunkcijski ablativni toplotni zaščitni sistem), izdelan iz tridimenzionalno tkanih kremenčevih vlaken, prepojenih s smolo. V nasprotju s starejšimi slojevitimi kompoziti je veliko bolj odporen proti razslojevanju in mehanskim obremenitvam.
Lekcije iz misije Artemis I
Pot do popolnega toplotnega ščita ni bila brez težav. Po nepilotirani misiji Artemis I so inženirji ugotovili, da je ščit erodiral bolj, kot so pričakovali. Razlog je bil tako imenovani »skip« manever, pri katerem plovilo začasno odskoči od atmosfere. Zaradi padca tlaka so se plini v porah avcoata razširili, kar je povzročilo luščenje materiala. Čeprav varnost ni bila ogrožena, je Nasa problem vzela resno.
Za misijo Artemis II so tako prilagodili pot vrnitve in se izognili temu manevru. Za prihodnje misije pa razvijajo novo različico avcoata, ki ne bo zadrževala plinov in bo omogočala še varnejše vrnitve.
