Фото: commons.wikimedia/Joel Kowsky/Public domain
тестовый баннер под заглавное изображение
Такая посадка – очень рискованная операция. Дело в том, что передняя часть спускаемого аппарата, преодолевая сопротивление атмосферы, раскаляется чуть не до трёх тысяч градусов. А при спуске обеспечивать нормальную температуру внутри спускаемого аппарата должна термозащита.
А по итогам первого, беспилотного полёта вокруг Луны по программе «Артемида-1», возникли сомнения в качестве применённой термозащиты. После приводнения «Ориона» 17 декабря 2022 года специалисты американского космического агентства НАСА установили, что внутри корабля температура была 25 градусов. В целом было признано, что вся операция прошла успешно. Однако при детальном обследовании инженеры обнаружили повреждения в слое термозащиты. И они оказались больше, чем предполагалось.
Почему же дефекты оказались неожиданными? Ведь у американцев нет таких проблем с другими спускаемыми аппаратами. Верно, но все такие аппараты приводняются, возвращаясь с околоземной орбиты. И начальная скорость их снижения – примерно 8 километров в секунду.
А вот космический корабль «Орион» после полёта к Луне возвращался на второй космической скорости, величина которой – 11,2 километра в секунду. Казалось бы, эти скорости отличаются не очень сильно.
На самом деле разница велика. Дело в том, что здесь важна кинетическая энергия, которой обладает спускаемый аппарат. А она уже зависит от квадрата скорости полёта. Соответственно, при приземлении со второй космической скоростью её величина в два раза больше. И вся эта кинетическая энергия при спуске гасится до нуля за счет силы трения при входе в плотные слои атмосферы. Но при этом она превращается в тепло. Это и создаёт проблему.
Ведь большая часть этого тепла выделяется на передней части спускаемого аппарата, которая нагревается сильнее всего. Вот почему эту часть закрывают толстым слоем термозащиты. Лучше всего для изготовления термозащиты подходят абляционные материалы.
Если сказать просто, то в этих сложно устроенных материалах при нагревании происходит испарение и разложение некоторых компонентов, за счёт чего уменьшается температура. Также, она снижается за счёт того, что этот раскалённый наружный слой отрывается от покрытия, унося тепло с собой. То есть, именно за счёт контролируемого разрушения термозащитного покрытия удаётся максимально отводить тепло и обеспечивать сохранность конструкции в целом.
Фото: commons.wikimedia/NASA/JSC/Public domain
В первом полёте «Ориона» использовался и ещё один способ уменьшения температуры нагрева спускаемого аппарата. Этот приём был заимствован из нашего советского опыта, когда мы отрабатывали возвращение своих аппаратов, летящих от Луны. Речь идёт о «Зонде-7», вернувшемся на Землю 14 августа 1969 года. Это был тринадцатый запуск прототипа лунного корабля «Союз 7К-Л1» по программе облёта Луны экипажем из двух человек. Перед входом в атмосферу, используя аэродинамическую подъемную силу, спускаемый аппарат совершил управляемый спуск с двумя погружениями в атмосферу, и совершил успешную посадку.
Так вот, используя этот манёвр, «Орион» вошёл первый раз в верхние слои атмосферы и предварительно замедлился за счёт сопротивления воздуха. Затем он использовал аэродинамическую подъёмную силу спускаемого аппарата, вышел из атмосферы, а затем снова вошёл в неё для окончательного торможения, спуска на парашютах и приводнения.
Но даже такой приём не предотвратил повреждения термозащиты. Специалисты НАСА установили, что при торможении в атмосфере газы, образующиеся внутри абляционного внешнего слоя теплового экрана не могли выходить наружу и рассеиваться, как ожидалось. Из-за этого внутреннее давление нарастало, и возникали трещины, в результате чего в нескольких местах отслоился обугленный материал.
Было установлено, что в период между входами в атмосферу скорость нагрева снижалась, однако тепловая энергия накапливалась в материале термозащитного экрана. Это и приводило к накоплению газов. А причиной такого явления было то, что применённый материал не обладал способностью пропускать газы, вследствие чего внутри создавалось давление, которое и приводило к растрескиванию и неравномерному скалыванию внешнего слоя.
Надо сказать, что исследования были очень долгими, а о результатах НАСА молчало два года. И оказалось, что времени на внесение каких-то изменений в конструкцию и материалы термозащиты не осталось. Кроме того, требовалось бы неопределённое время для подтверждения их состоятельности и достаточности.
И участвовавшие в процессе команды НАСА единогласно согласились с тем, что агентство может разработать приемлемую схему посадки, которая обеспечит безопасность экипажа при использовании существующего термозащитного экрана «Артемиды-2».
В результате, для «Артемиды-2» профиль входа в атмосферу был изменён. Корабль будет погружаться в неё под более крутым углом, за счёт чего проводить меньше времени в зоне максимального нагрева. По расчётам НАСА, это должно предотвратить накопление газов внутри термозащитного материала.
Тем более, как объясняют специалисты, под слоем термозащиты находится композитная конструкция корпуса, способная кратковременно выдерживать экстремальные температуры. Она не предназначена для полноценной защиты, но служит дополнительным уровнем безопасности на случай непредвиденного сценария.
Фото: commons.wikimedia/U.S. Navy/Public domain
Так или иначе, но в итоге получаем следующее: в термозащите спускаемого аппарата корабля «Орион» после непилотируемого полёта вокруг Луны в 2022 году нашли неожиданно большие трещины и сколы, но её решили не менять. Конечно, такой подход может вызывать вопросы. Как они могут отправлять людей в полёт, не проверив состоятельность принятого решения? Но, что сделано, то сделано.
Остаётся только надеяться, что астронавты благополучно приводнятся после десятидневного путешествия вокруг Луны. Пожелаем им удачи.
