Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση της αποστολής τους στη Σελήνη, το πλήρωμα Artemis II πρόκειται να επιστρέψει στη Γη.
Οι τέσσερις αστροναύτες σημείωσαν νέο ρεκόρ για το πόσο μακριά έχουν ταξιδέψει οι άνθρωποι από τη Γη, φτάνοντας σε μέγιστη απόσταση 406.771 χιλιομέτρων από τον πλανήτη μας.
Το ταξίδι τους πίσω θα κορυφωθεί με μια υψηλής ταχύτητας, υπερηχητική και εξαιρετικά καυτή επανείσοδο στην ατμόσφαιρα της Γης πριν το διαστημόπλοιό τους εκτοξευθεί στον Ειρηνικό Ωκεανό στα ανοικτά των ακτών της Καλιφόρνια περίπου στις 20:00 τοπική ώρα 10 Απριλίου.
Η επανείσοδος θα είναι η τελευταία πρόκληση που θα πρέπει να αντέξει το πλήρωμα στην επική δεκαήμερη αποστολή του. Έρχεται με πολλούς κινδύνους – αλλά το διαστημικό σκάφος τους είναι εξοπλισμένο με μια σειρά τεχνολογίας για να τα κρατήσει ασφαλή.
Γρήγορη επανείσοδος
Η κάψουλα Orion που μεταφέρει τους αστροναύτες Artemis II θα ταξιδεύει με περισσότερα από 11 km/s (40.000 km/h) όταν φτάσει στην ατμόσφαιρα της Γης. Αυτό είναι 40 φορές πιο γρήγορο από ό,τι ταξιδεύει ένα επιβατικό τζετ.
Αν αντ’ αυτού θεωρήσουμε την κινητική ενέργεια, η οποία είναι η ενέργεια που διαθέτει ένα αντικείμενο λόγω της κίνησής του, κατά την επανείσοδο η κάψουλα Orion θα έχει σχεδόν 2.000 φορές περισσότερη κινητική ενέργεια ανά κιλό οχήματος από ένα επιβατικό τζετ.
Όπως κάθε διαστημικό σκάφος που επιστρέφει στο σπίτι, θα πρέπει να επιβραδύνει και να μειώσει την κινητική του ενέργεια σχεδόν στο μηδέν, ώστε τα αλεξίπτωτα να μπορούν να αναπτυχθούν και να προσγειωθεί με ασφάλεια στη Γη.
Τα διαστημικά σκάφη μειώνουν την κινητική τους ενέργεια εκτελώντας μια ελεγχόμενη επανείσοδο στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης, όπου χρησιμοποιούν αεροδυναμική αντίσταση στην ατμόσφαιρα ως φρένο για να επιβραδύνουν.
Σε αντίθεση με ένα αεροπλάνο, το οποίο είναι γενικά σχεδιασμένο να είναι αεροδυναμικό και να ελαχιστοποιεί τις δυνάμεις οπισθέλκουσας για να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου, το διαστημόπλοιο που επανεισέρχεται κάνει το αντίθετο. Είναι σχεδιασμένα να είναι όσο το δυνατόν πιο μη αεροδυναμικά για να μεγιστοποιήσουν την αντίσταση και να τους βοηθήσουν να επιβραδύνουν.
Αυτή η επιβράδυνση κατά την επανείσοδο μπορεί να είναι εξαιρετικά σκληρή.
Η επιβράδυνση και η επιτάχυνση συζητούνται γενικά στις δυνάμεις g – ή “g’s” για συντομία. Αυτή είναι η δύναμη επιβράδυνσης ή επιτάχυνσης διαιρεμένη με την τυπική επιτάχυνση που όλοι νιώθουμε από τη βαρύτητα της Γης. Ένας οδηγός της Formula 1 θα βιώσει πάνω από 5 g ενώ στρίβει, που είναι κοντά στο μέγιστο g-for που συντηρεί κανείς.
Μικρές κάψουλες επανεισόδου χωρίς πλήρωμα, όπως η κάψουλα OSIRIS-REx της NASA, η οποία έφερε δείγματα από τον αστεροειδή Bennu, απλώς μπαίνουν στην ατμόσφαιρα και επιβραδύνονται γρήγορα. Αυτές οι καταχωρήσεις γίνονται πολύ γρήγορα, σε λιγότερο από ένα λεπτό. Αλλά οι δυνάμεις g σε αυτή την περίπτωση μπορεί να είναι πάνω από 100 – πρόστιμο για ρομποτικά οχήματα, αλλά όχι για ανθρώπους.
Οχήματα με πλήρωμα όπως η κάψουλα Orion της NASA χρησιμοποιούν δυνάμεις ανύψωσης για να επιβραδύνουν την είσοδο εγκαίρως. Αυτό μειώνει τις δυνάμεις g σε πιο διαχειρίσιμα επίπεδα που μπορούν να επιβιώσουν οι άνθρωποι και κάνει την επανείσοδο να διαρκεί για αρκετά λεπτά.
NASA
Πολύ καυτή επανείσοδος
Η κάψουλα Orion θα εισέλθει ξανά στην ατμόσφαιρα κινούμενη με ταχύτητα μεγαλύτερη από 30 φορές την ταχύτητα του ήχου.
Ένα ωστικό κύμα θα τυλίξει το διαστημόπλοιο, δημιουργώντας θερμοκρασίες αέρα 10.000°C ή περισσότερο – περίπου διπλάσια από τη θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου.
Η υπερβολική θερμότητα μετατρέπει τον αέρα που διασχίζει το κρουστικό κύμα σε ένα ηλεκτρικά φορτισμένο πλάσμα. Αυτό μπλοκάρει προσωρινά τα ραδιοφωνικά σήματα, επομένως οι αστροναύτες δεν θα μπορούν να επικοινωνούν κατά τη διάρκεια των πιο σκληρών σημείων της κάθοδός τους.
Φροντίζοντας να είναι μια ασφαλής επανείσοδος
Τα διαστημικά σκάφη επιβιώνουν στο εξαιρετικά σκληρό περιβάλλον επανεισόδου μέσω του προσεκτικού σχεδιασμού των τροχιών τους για να ελαχιστοποιήσουν τη θέρμανση όσο περισσότερο μπορούν.
Το σκάφος φέρει επίσης σύστημα θερμικής προστασίας. Είναι ουσιαστικά μια μονωτική κουβέρτα που προστατεύει το διαστημόπλοιο και το πλήρωμά του ή το φορτίο του από την σκληρή υπερηχητική ροή που εμφανίζεται έξω.
Το σύστημα θερμικής προστασίας είναι προσαρμοσμένο ακριβώς για το όχημα και την αποστολή του. Υλικά που μπορούν να πάρουν περισσότερη θερμότητα τοποθετούνται στις επιφάνειες όπου το περιβάλλον αναμένεται να είναι πιο σκληρό και τα πάχη προσαρμόζονται επίσης με ακρίβεια.
Αυτά τα υλικά έχουν σχεδιαστεί για να λάμπουν κόκκινο και να υποβαθμίζονται κατά την είσοδο – αλλά θα επιβιώσουν.Η κόκκινη λάμψη εκπέμπει επίσης θερμότητα πίσω στην ατμόσφαιρα αντί να την επιτρέπει να απορροφηθεί από το διαστημόπλοιο.
Αυτός ο ακριβής σχεδιασμός είναι ο τρόπος με τον οποίο το Artemis μπορεί να περάσει μέσα από τον αέρα στους 10.000°C διατηρώντας ταυτόχρονα μια μέγιστη θερμοκρασία επιφάνειας θερμικής ασπίδας μόνο περίπου 3.000°C.
NASA
Τα περισσότερα διαστημόπλοια προστατεύονται από υλικά που ονομάζονται αφαιρετικά. Αυτά είναι γενικά κατασκευασμένα από ανθρακονήματα και έναν τύπο κόλλας που είναι γνωστός ως φαινολική ρητίνη.
Αυτές οι ασπίδες θερμότητας απορροφούν ενέργεια και εγχέουν ένα σχετικά δροσερό αέριο στη ροή κατά μήκος της επιφάνειας του οχήματος, βοηθώντας στην ψύξη των πάντων.
Το υλικό αφαιρετικής θερμικής ασπίδας που χρησιμοποιείται στην κάψουλα Orion ονομάζεται AVCOAT. Είναι μια έκδοση του υλικού που προστάτευε την κάψουλα του Απόλλωνα όταν επέστρεψε από τη Σελήνη στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του 1970.
Ενώ η αποστολή Artemis I – μια δοκιμαστική πτήση χωρίς πλήρωμα – ήταν μεγάλη επιτυχία, η αφαίρεση της θερμικής ασπίδας κατά την επανείσοδο ήταν πολύ μεγαλύτερη από την αναμενόμενη. Μεγάλα κομμάτια υλικού χωρίστηκαν από τη θερμική ασπίδα σε ορισμένα σημεία.
NASA
Μετά από μακροχρόνιες επιθεωρήσεις και αναλύσεις, οι μηχανικοί αποφάσισαν να συνεχίσουν με τον ίδιο τύπο θερμικής ασπίδας στην αποστολή Artemis II.
Πιστεύουν ότι το Artemis I έχασε κομμάτια της θερμικής του ασπίδας λόγω συσσώρευσης πίεσης μέσα στο υλικό κατά το «παράλειψη» τμήματος της είσοδός του, όπου το διαστημόπλοιο βγήκε από την ατμόσφαιρα για να κρυώσει πριν κάνει μια δεύτερη είσοδο όπου προσγειώθηκε.
Για το Artemis II, οι μηχανικοί αποφάσισαν να τροποποιήσουν ελαφρώς την τροχιά για να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν ανύψωση, αλλά να περιλαμβάνουν μια λιγότερο καθορισμένη “παράκαμψη”.
Είναι εκπληκτικό να βλέπουμε τι έχουν πετύχει η NASA και οι αστροναύτες σε αυτή την αποστολή μέχρι στιγμής. Αλλά όπως πολλοί άλλοι, θα ανακουφιστώ περισσότερο όταν τους δω να καλωσορίζονται με ασφάλεια στη Γη.
