Возвращение «Артемиды-2»: триумф на пороге риска

Ожидается, что приводнение космического корабля Orion миссии «Артемида-2» произойдет сегодня позже, 10 апреля, и весь мир затаил дыхание в ожидании возвращения экипажа, установившего рекорд. На данный момент лунная миссия «Артемида-2» прошла с огромным успехом, однако финальный этап путешествия вызывает беспокойство у некоторых экспертов.

Проблема кроется в теплозащитном экране Orion, который призван защитить астронавтов от нестерпимого жара при входе в атмосферу. НАСА уверено, что небольшое изменение траектории возвращения позволит смягчить неполадки с экраном, замеченные во время испытательного полета «Артемиды-1», и обеспечит безопасность экипажа сегодня.

Live Science побеседовал с Эдом Маколи, преподавателем физики и наук о данных в Лондонском университете королевы Марии, который недавно писал о проблемах теплозащиты в The Conversation. Мы обсудили состояние экрана и его влияние на миссию «Артемида-2».

Интервью:

Патрик Пестер: Что представляет собой теплозащитный экран Orion и почему он так важен?

Эд Маколи: Теплозащитный экран — это абсолютно критически важная часть корабля Orion. Когда капсула Orion возвращается и входит в атмосферу Земли, она движется со скоростью около 40 000 км/ч — это невероятно быстро. Для сравнения: с такой скоростью она преодолела бы дистанцию Лондонского марафона примерно за четыре секунды. Из-за этой скорости температура на поверхности капсулы при входе в атмосферу достигает примерно половины температуры поверхности Солнца (около 2800 °C). Теплозащитный экран необходим, чтобы уберечь капсулу от этого обжигающего жара. Без него капсула просто расплавилась бы и сгорела.

П.П. Можете объяснить, почему некоторые эксперты обеспокоены состоянием экрана?

Э.М. Опасения возникли из-за того, что «Артемида-2» — это пилотируемая версия беспилотной миссии «Артемида-1», которая летала несколько лет назад. Профиль полета был идентичным, но без людей на борту. Когда капсула «Артемиды-1» вернулась на Землю, она благополучно прошла атмосферу, однако повреждения теплозащитного экрана оказались серьезнее, чем предполагалось в моделях. Экран рассчитан на выгорание от тепла; он не должен оставаться абсолютно нетронутым. Это похоже на зону деформации в автомобиле, но для тепла. В машине зона деформации сжимается при ударе, чтобы пассажиры остались в безопасности. А теплозащитный экран выгорает и разрушается, унося с собой тепло. Сюрпризом стало то, что части экрана «Артемиды-1» отваливались крупными кусками. Он не аблятировал (не истирался) равномерно. Похоже, это вызвано горячими газами, застревающими в экране. При нагреве они расширяются, откалывают куски и наносят урон.

Для «Артемиды-2» НАСА решило оставить экран таким же, как у «Артемиды-1». Вместо этого они изменили профиль входа в атмосферу, чтобы снизить нагрузку на экран. Будем надеяться, что теперь экран будет выгорать равномерно, без крупных отколов.

П.П. Я правильно понимаю, что НАСА выберет более прямой подход вместо «прыгающего» входа, который, возможно, и вызвал проблемы в прошлый раз?

Э.М. Если кратко, то именно так. «Прыгающий» профиль входа был призван облегчить возвращение для капсулы и экипажа. Идея в том, что капсула вначале лишь касается верхних слоев атмосферы, сбрасывая часть скорости, затем снова выходит наружу и только потом входит полностью. Теоретически это снижает тепловую и перегрузочную нагрузку. Однако на практике из-за того, что весь процесс занимает больше времени, у застрявших в экране газов есть время нагреться, расшириться и нанести урон. Поэтому для «Артемиды-2» капсула пойдет по прямому профилю входа — такому же, как в миссиях «Аполлон». Надеюсь, у газов будет меньше времени на разрушение. Прямой вход к тому же проще моделировать. Команда НАСА и инженеры потратили массу времени на компьютерные симуляции, пытаясь просчитать нагрев и повреждения. «Прыгающий» же вход гораздо сложнее: нужно предсказать, как капсула «отскочит» и потом вернется. Я бы сказал: лучше знакомый черт, чем незнакомый.

П.П. То есть, возможно, чуть менее комфортно для экипажа, но лучше для экрана?

Э.М. Да, думаю, это вопрос компромисса. Экипаж «Артемиды-2» — абсолютные профессионалы в отношении перегрузок. 4g для них — даже не моргнут. Они тренируются при гораздо более высоких нагрузках. Несколько минут при перегрузке в несколько g — это вообще не проблема.

П.П. Вы бы сами согласились доверить свою жизнь этому экрану?

Э.М. Если коротко — нет. Хотя есть причины для уверенности. Даже при том, что на «Артемиде-1» экран отваливался кусками, экипаж остался бы в безопасности, будь он внутри. Это показывает, что у экрана есть запас прочности. Даже если всё идет, как говорят в НАСА, «нештатно», экран способен выдержать. Но это не то же самое, что спросить меня, готов ли я лично отправиться на «Артемиде-2». Экипаж — выдающиеся астронавты, у них есть «то самое чувство». Они летят дальше, чем человечество летало более полувека. Уверен, они изучили все детали, потому что никто не заинтересован в этом экране больше, чем они. И они доверяют работе ученых и инженеров. Пока что «Артемида-2» была невероятно успешной технически. Это дает основания верить в благополучное возвращение. И, надеюсь, их ждет самый лучший спуск.

П.П. То есть вы лично не хотели бы брать на себя этот риск — или вы вообще не хотели бы быть астронавтом?

Э.М. Лично я боязливый пассажир самолета. Легко забыть, насколько рискованны пилотируемые космические полеты. Лишь несколько сотен человек побывали в космосе. И, к сожалению, даже при таком количестве миссий были смертельные.

П.П. Что бы вы добавили в завершение?

Э.М. Мое личное мнение: эта миссия уже стала невероятным успехом. Технически — всё работает идеально: ракета SLS, ускорители, выход на орбиту, транслунная инъекция. Но что важнее — эти четверо астронавтов просто потрясающи. Не только выполняя свои обязанности, но и поддерживая человеческую связь, делясь своим взглядом и беря с собой в путешествие всю планету Земля. И меня радует, что всё не закончится с возвращением «Артемиды-2». Это только начало новой главы: НАСА недавно объявило амбициозные планы по постоянному присутствию человека на Луне и конкретные шаги для следующих миссий «Артемиды». Так что это действительно лишь начало.