След успешното завършване на мисията си до Луната, екипажът на Артемис II е на път да се завърне на Земята. Четиримата астронавти поставиха нов рекорд за най-далечно разстояние, достигайки дистанция от 406 771 километра от нашата планета.
Пътят им обратно ще завърши с високоскоростно, хиперзвуково и изключително горещо повторно влизане в земната атмосфера, преди космическият им кораб да се приземи в Тихия океан край бреговете на San Diego около 17:07 часа на 10 април местно време. Тогава в България ще бъде 11 април 3:07 сутринта.
Повторното влизане в атмосферата ще бъде последното предизвикателство, което екипажът ще трябва да издържи по време на епичната си десетдневна мисия. То е съпроводено с много опасности, но космическият им кораб е оборудван с достатъчно технологии, които да ги предпазят.
Капсулата "Орион", превозваща астронавтите на "Артемис II", ще се движи с над 11 км/сек. (40 000 км/ч), когато достигне земната атмосфера. Това е 40 пъти по-бързо от скоростта на пътнически самолет.
Кинетичната енергия на капсулата "Орион", или енергията, която има вследствие на движението си, при повторно влизане в атмосферата ще бъде почти 2000 пъти повече на единица тегло, отколкото пътнически самолет.
Както всеки космически кораб, който се завръща от космоса, той ще трябва да забави скоростта си и да намали кинетичната си енергия почти до нула, за да могат да се разгърнат парашути и да може да кацне безопасно на Земята.
Астронавтът на НАСА Кристина Кох, вляво, поема контрола над космическия кораб Орион по време на тест за ръчно пилотиране на четвъртия ден от мисията Артемис II. Вдясно от нея са астронавтът на Канадската космическа агенция (CSA) Джереми Хансен и астронавтът на НАСА Виктор Глоувър.
Космическите кораби намаляват кинетичната си енергия, извършвайки контролирано повторно навлизане в горните слоеве на земната атмосфера, където използват аеродинамичното съпротивление срещу атмосферата като спирачка за забавяне.
За разлика от самолета, който обикновено е проектиран да бъде аеродинамичен и да минимизира силите на съпротивление, за да намали разхода на гориво, космическите кораби, които се връщат в атмосферата, правят обратното. Те са проектирани да бъдат възможно най-неефективни в аеродинамични условия, за да се увеличи максимално съпротивлението и да се забави скоростта.
Това забавяне по време на повторно влизане може да бъде изключително неприятно за човешкия организъм.
Ускорението, което изпитват астронавтите
Ускорението или забавянето (също е ускорение, но с обратен знак), което изпитват астронавтите, обикновено се изразяват в g-сили. G-силата е безразмерна величина, която се изразява със съотношението на реалната сила, упражнявана върху тяло, към неговото тегло или силата на гравитационното привличане, което изпитва на Земята на морското равнище. Въпреки, че е безразмерна величина като съотношение на две сили, g-силата често се определя в единици на стандартното ускорение на гравитацията, g = 9,80665 м/сек2.
Ето няколко примера:
| Пример за претоварване, g-силa | Стойност на претоварване, g |
|---|---|
| Тяло в свободно падане под въздействието само на гравитационни сили, т.е. в състояние на безтегловност | 0 g |
| Човек (или друг обект), неподвижен спрямо Земята, на морското равнище | 1 |
| Пътник в самолет по време на излитане | 1.5 |
| Пилот от Формула 1 при завой, което е близо до максималните g-сили, които човек може да понесе, без да припадне | 5 |
| Парашутист отваря парашута си | до 10 |
| Претоварване (дългосрочно), съответстващо на границата на човешките физиологични възможности | 8.0-10.0 |
| Пилот на изтребител се катапултира | 15.0-20.0 |
| Рекорд за нефатално аварийно спускане на космически кораб "Союз“" | 20-26 (според различни източници) |
| Рекордът за най-високото доброволно (експериментално) краткосрочно претоварване при човек. Джон Пол Стап | 46.2 |
| Предишният рекорд за (краткосрочно) претоварване на превозно средство, при което човек е успял да оцелее. | 179.8 |
| По време на катастрофата на космическата совалка "Чалънджър", кабината със седем астронавти пада от височина над 20 км и се удря в повърхността на Атлантическия океан със скорост приблизително 333 км/ч, изпитвайки претоварване от над 200 g. Никой не оцелява. | над 200 |
| Най-високата (краткосрочна) G-сила, която човек е преживял. Кени Брак, пилот на IndyCar, катастрофира в последното състезание за сезона на пистата Форт Уърт. | 214 |
| Претоварването, изпитвано от космическия кораб "Венера-7" по време на спиране в плътните слоеве на атмосферата на Венера. | 350 |
Малките безпилотни капсули за повторно влизане в атмосферата, като например капсулата OSIRIS-REx на НАСА, която донесе проби от астероида Бену, просто се гмуркат в атмосферата и бързо намаляват скоростта си. Тези влизания се случват много бързо, за по-малко от минута. Но натоварванията в този случай могат да бъдат над 100 g – което се понася без проблем от роботизирани апарати, но не и от хора.
Астронавтите на Артемис, завръщащи се от Луната, ще изпитат сили на забавяне с висока интензивност, обикновено достигащи около 6 до 7 g по време на повторно влизане в земната атмосфера. Тази интензивна сила е подобна на това, което астронавтите от Аполо са изпитали, когато космическият им кораб се врязва в атмосферата с висока скорост - около 40 000 км/ч, преди да се приземи или ако искате "приводни" в океана. Това е по-бързо от типичните завръщания от ниска земна орбита (приблизително 28 000 км/ч), тъй като Артемис 2 се връща от лунна траектория.
Капсулата "Орион" на НАСА има дизайн, включително извитият ѝ топлинен щит, който помага за управлението на тези сили, като осигурява известна подемна сила, за да намали иначе по-високите g-натоварвания до по-управляеми нива, които хората могат да преживеят, и прави повторното влизане да продължи няколко минути.
Горещо повторно навлизане
Капсулата "Орион" ще влезе отново в атмосферата, движейки се със скорост над 30 пъти по-висока от скоростта на звука.
Ударна вълна ще обгърне космическия кораб, създавайки температури на въздуха от 10 000°C или повече – около два пъти по-високи от температурата на повърхността на Слънцето.
Екстремната топлина превръща въздуха, който преминава през ударната вълна, в електрически заредена плазма. Това временно блокира радиосигналите, така че астронавтите няма да могат да комуникират по време на най-трудния етап от спускането си.
Уверяване, че е безопасно повторно влизане
Космическите кораби оцеляват в изключително суровите условия за повторно влизане в атмосферата чрез внимателно проектиране на траекториите си, за да се сведе до минимум нагряването, доколкото е възможно.
Корабът е оборудван и със система за термична защита. Това е изолиращо одеяло, което предпазва космическия кораб и екипажа или товара му от агресивния хиперзвуков поток, протичащ отвън.
Системата за термична защита е прецизно съобразена с капсулата и нейното предназначение. Върху повърхностите, където се очакват най-високите температури, се поставят материали, които могат да поемат повече топлина, а дебелината им също е определена прецизно.
Тези материали са проектирани да светят до червено и да се разграждат по време на навлизането – но ще защитят астронавтите. Нажеженото до червено сияние също така излъчва топлина обратно в атмосферата, вместо тя да бъде абсорбирана от космическия кораб.
Този прецизен дизайн е начинът, по който Артемис може да премине през въздуха с температура 10 000°C, като същевременно поддържа максимална температура на повърхността на топлинния щит от само около 3000°C.
Изображение на космическия кораб JAXA Hayabusa, който се завръща в земната атмосфера на 13 юни 2010 г., като зад него гори корпусът на космическия кораб. Кредит: NASA
Повечето космически кораби са защитени с материали, наречени аблативи - материали, предназначени да се стопят, сублимират или ерозират (аблират), за да отстранят топлината по време на повторно влизане в атмосферата. Те обикновено са изработени от въглеродни влакна и вид лепило - фенолна смола.
Тези аблативни топлинни екрани абсорбират енергия и изпускат относително хладен газ в потока по повърхността на капсулата, като по този начин спомагат за охлаждането на всичко.
Аблативният термозащитни материал, използван в капсулата "Орион", се нарича AVCOAT. Това е версия на материала, който е защитавал капсулата "Аполо", когато тя се е завърнала от Луната в края на 60-те и началото на 70-те години на миналия век.
Въпреки че мисията Артемис I – безпилотен тестов полет – е обявен за голям успех, аблацията на топлинния щит по време на повторното влизане в атмосферата е била много по-голяма от очакваното. На някои места от топлинния щит са се отделили големи парчета материал.
Топлинният щит на космическия кораб "Орион" на НАСА след мисията "Артемис I". Кредит: NASA
След продължителни инспекции и анализи, инженерите решават да продължат със същия тип топлинен щит в мисията Артемис II.
Те смятат, че Артемис I е загубила части от топлинния си щит поради натрупване на налягане вътре в материала по време на "отскока" при навлизането си, където космическият кораб е напуснал атмосферата, охлажда се, преди да извърши второ навлизане, при което е кацнал.
За Артемис II, инженерите са решили леко да променят траекторията, за да използват подемната сила, но да включат по-слаб "отскок".
Удивително е да се види какво са постигнали НАСА и астронавтите досега в тази мисия. Но както много други, ще изпитаме облекчение, когато ги видим посрещнати благополучно у дома на Земята.
Авторът Крис Джеймс (Chris James) е старши преподавател, Център за хиперзвук, Факултет по машинно и минно инженерство в Университета на Куинсланд
Тази статия е препубликувана от The Conversation под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия.
Още по темата
Космос
Артемис II чупи рекорда на Аполо 13, достигайки 406 778 км от Земята. (Обновява се)
Космос
НАСА изпрати 4 астронавти към Луната в историческия полет на Артемис 2
Космос
Гледайте на живо: НАСА ще изстреля Артемис II, първата си мисия с астронавти до Луната от 1972 г.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии
Джендо Джедев
За срещата на Земята с Халеевата комета през 1910 г. някои са пили "противокометни хапчета"