Первый полет лунной миссии «Артемида» подходит к концу. В воскресенье, 11 декабря, корабль «Орион» должен приводниться в Тихом океане. «Хайтек» рассказывает, как завершится космическое путешествие, где можно смотреть прямой эфир и что будет дальше.
«Артемида» — масштабная международная программа под руководством НАСА, которая нацелена на возвращение человека на Луну. Первый этап «Артемида-1» — испытательный полет без экипажа — стартовал 16 ноября. За 25 дней полета космический аппарат «Орион» облетел Луну и установил рекорд по расстоянию, на которое когда-либо удалялся корабль, предназначенный для полета человека.
Основная задача миссии — протестировать работу всех систем корабля, чтобы подготовиться к первому пилотируемому полету. Это особенно важно, поскольку большинство компонентов — от ракеты-носителя, которая вывела «Орион» на орбиту, до посадочного модуля и тепловой защиты — спроектированы исключительно для программы «Артемида» и не использовались ни в одном из предыдущих полетов.
По предварительным данным НАСА, все системы корабля отработали свои задачи почти идеально. Главным вопросом, над которым сейчас работают специалисты космического агентства, остается ряд сбоев с системой питания двигателей. Она отключалась без команды, но работу двигателей удавалось восстановить после команды с Земли, и эти ошибки не сказались на миссии в целом.
Разработчики настолько высоко оценивают работу миссии, что к тем экспериментам, которые были первоначально поставлены перед кораблем, было добавлено еще несколько тестов возможностей двигателей.
По словам представителей НАСА, после приводнения будет проведен дополнительный анализ, чтобы увидеть, насколько хорошо «Орион» справился. На текущий момент ключевым вопросом остается, отработают ли столь же успешно механизмы посадки «Ориона» на Землю.
Возвращение: как это будет?
После путешествия за пределы Луны на расстояние свыше 430 тыс. км и возвращения назад космический корабль разовьет при приближении к Земле скорость, достигающую 40 000 км/ч. Это примерно в 25 раз больше скорость звука в воздухе. После столкновения с атмосферой трение сократит эту скорость до 480 км/ч всего за несколько минут.
Основная задача финальной стадии испытательного полета — проверить, что теплозащитный экран капсулы устоит в этих экстремальных условиях, а участники будущих пилотируемых миссий будут в безопасности.
Космический корабль «Орион» состоит из космической капсулы Crew Module и Европейского служебного модуля. Первая из них предназначена для размещения экипажа из шести человек, а второй — включает компоненты основного управления за пределами низкой околоземной орбиты и двигатели корабля.
Всего за 40 минут до приводнения, доставив «Орион» на Землю, Европейский служебный модуль отделится от капсулы и уйдет в верхние слои атмосферы. Управлять приземлением будут собственные двигатели модуля экипажа, а служебный компонент сгорит в атмосфере. При этом траектория финального полета служебного модуля выбрана так, чтобы он не повредил капсуле, людям и кораблям и полностью сгорел в атмосфере над Тихим океаном.
После отделения от служебного модуля капсула экипажа запустит собственные двигатели и начнет опускаться в атмосферу с помощью специально разработанной для корабля техники входа. Он войдет в верхние слои земной атмосферы под пологим углом, а затем использует ее и изменение наклона капсулы, чтобы выскочить и снова «нырнуть» в нее для финального приземления.
Эта техника, напоминающая камень, который отскакивает от воды при броске под правильной траекторией, поможет «Ориону» выйти на точное место посадки. Альтернатива — традиционный вход под прямым углом, он проще, но существенно ограничивает возможности для дальнейших маневров. Кроме того, новый подход снизит тепловую нагрузку на экраны корабля за счет более плавного торможения.
Земная атмосфера при повторном входе замедлит скорость движения космического корабля до 450 км/ч после чего на высоте около 8 км над землей он раскроет парашюты. Плавный спуск продлится около 10 мин и замедлит скорость движения капсулы экипажа до 32 км/ч или даже меньше.
Для посадки НАСА выбрало район Тихого океана недалеко от острова Гуадалупе, расположенного у западного побережья Мексики. Спасательные бригады на кораблях ВМС США будут дежурить рядом с местом приземления и подберут капсулу.
Теплозащитный экран «Ориона»
Дно посадочной капсулы для экипажа покрыто крупнейшим в мире теплозащитным экраном, диаметр которого составляет 5 м. Он изготовлен из материала под названием Avcoat. Это аблятор — материал, который контролируемо сгорает во время входа в атмосферу, отводя тепло от космического корабля.
Внешняя поверхность теплозащитного экрана состоит из 186 блоков из материала Avcoat, толщиной от 3 до 7 см. Они соединены с титановым каркасом и композитной обшивкой, которая придает щиту форму и обеспечивает структурную поддержку модуля экипажа во время спуска и приводнения.
Avcoat был изготовлен в виде больших блоков, а затем обработан в 186 уникальных формах перед нанесением на теплозащитный экран. В процессе работы инженеры искали пустоты в линиях скрепления, а также измерили ступеньки и зазоры между блоками. Промежутки были заполнены специальным клейким материалом.
После установки и проверки системы тепловой защиты инженеры и техники подвергли теплозащитный экран испытанию тепловым циклом. Это гарантирует, что блоки правильно склеены и будут работать должным образом, когда они будут подвергаться воздействию экстремальных температур во время миссии. Затем теплозащитный экран покрыли белой эпоксидной краской. Для рассеяния поверхностных электрических зарядов и поддержания приемлемой температуры сверху нанесена алюминизированная лента.
Такая серьезная подготовка не случайна. В процессе посадки модуль должен будет выдержать нагрев до температуры, превышающей 2 760°С. Это почти в два раза меньше, чем на поверхности Солнца. При этом, по расчетам инженеров, температура внутри щита не должна превышать 100°С. Специалисты НАСА перед полетом провели более тысячи тестов в специальной установке, которая имитирует вход в атмосферу, но точно понять будет ли щит работать правильно можно будет только во время и после посадки.
Где и когда смотреть?
Приземление посадочного модуля для экипажа космического корабля «Орион» будут транслировать в прямом эфире на каналах НАСА и Европейского космического агентства. Комментируемая трансляция начнется в 19:00 по московскому времени. По плану, в 20:00 Европейский служебный модуль отделится от посадочной капсулы. Корабль должен войти в атмосферу в 20:20 и приземлиться около 20:40.
Что будет дальше?
После того, как капсула приводнится, она останется в воде в течение двух часов, чтобы провести тест «обратной пропитки». Это поможет понять, как космический корабль справляется с тепловым импульсом при входе в атмосферу. Спасательная группа при поддержке небольших лодок и вертолетов затем отбуксирует капсулу на палубу корабля и высушит.
Затем аппарат, а также части сохранившегося теплозащитного экрана «Ориона» — обугленные плитки из Avcoat — будут отправлены для детального исследования в космический центр НАСА. Ученые планируют провести дополнительные испытания и анализы, а также обработать данные, которые будут получены с датчиков во время и после посадки.
Инженеры ожидают, что полетные данные посадочной капсулы «Ориона» помогут подтвердить точность моделирования и безопасность корабля. Это важно, поскольку следующий этап — «Артемида-2» — должен стать пилотируемой миссией, которая повторит маршрут первого корабля. НАСА планирует отправить эту миссию в 2024 году, если результаты первого полета покажут, что все прошло штатно. «Артемида-3» с высадкой экипажа на Луну предварительно запланирована на 2025 год.
Читать далее:
Существует ли наука в экстремальных условиях? Отвечаем в цифрах
«Ходячие мертвецы» существовали миллионы лет назад: ученые рассказали, как они появились
Гиперактивное солнечное пятно приведет к геомагнитное буре на Земле
На обложке: художественная иллюстрация космического корабля «Орион», который входит в земную атмосферу. Изображение: NASA