Когда миссия Artemis 1 была запущена в среду, 16 ноября, новая мегалунная ракета NASA впервые вывела космический корабль Orion (пока без экипажа) на орбиту, и началась новая эра исследования Луны. Это важный момент для всего мира. И тем не менее, один из людей, чья работа будет проверена на следующем решающем этапе — безопасном возвращении Ориона домой — совсем не нервничает.
Джереми Вандер Кам — заместитель системного администратора системы тепловой защиты (TPS) космического корабля Orion в Исследовательском центре Эймса NASA в Силиконовой долине в Калифорнии. Он возглавляет команду, разработавшую теплозащитный экран и тепловые плитки, которые защитят Орион от экстремально высоких температур, с которыми космический корабль встретится на пути домой.
Орион пролетит сквозь атмосферу Земли при температуре, в два раза превышающей температуру расплавленной лавы. Но все указывает на то, что система тепловой защиты будет отлично работать, и успешное возвращение домой поможет подтвердить, что тепловой экран готов защитить космонавтов, возвращающихся на Землю. Это большая ответственность, но Вандер Кам и его команда не нервничает в этот момент.
После путешествия за пределы Луны, на расстоянии почти 270 000 миль от Земли, капсула будет развивать скорость до 11 километров в секунду. Когда он врежется в атмосферу Земли, трение сократит его скорость до 480 км/ч за считанные минуты. Результатом является тепло – и его много.
Теплозащитный экран модуля экипажа "Аполлона" был изготовлен из материала под названием Avcoat, защищающего от тепла. Это аблятор, то есть он сгорает контролируемым образом во время входа в атмосферу, отводя тепло от космического корабля. Новая система плиток Avcoat толщиной всего от одного до трех дюймов используется для покрытия внешней поверхности теплозащитного экрана Orion. Вот в чем разница между 5000 градусов по Фаренгейту на передней панели и всего лишь 200 градусами на задней стороне теплозащитного экрана.
Второй материал аблятора также использовался в некоторых местах на Орионе. Изобретенная Ames Research Center трехмерная многофункциональная система абляционной термозащиты (3DMAT) состоит из плетеных нитей кварца в смоле. Он прочнее, чем Avcoat, и был добавлен для усиления точек соединения вдоль космического корабля.
Уверенность инжинеров в системе отчасти связана с обширными испытаниями теплозащитных материалов. На установках дуговой струи в Ames Research Center, где невероятно горячие и быстро движущиеся газы имитируют условия входа в атмосферу, команда TPS провела более 1000 тестов.
Повторный вход Orion в атмосферу станет окончательным испытанием работы команды TPS. Руководитель инжинерной группы будет ждать на борту корабля ВМС США у побережья Сан-Диего, чтобы принять участие в восстановлении космического корабля после его приводнения в Тихом океане.
Основная цель Artemis I — сертифицировать теплозащитный экран Orion для использования в полетах с астронавтами. Некоторые данные, необходимые для этого решения, будут поступать от датчиков, встроенных в материал Avcoat. Инструменты, созданные Ames Research Center, будут измерять температуру теплозащитного экрана, а датчики давления и радиации были предоставлены Исследовательским центром NASA в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, и Космическим центром имени Джонсона в Хьюстоне.
После миссии Artemis I команда Эймса также соберет образцы обугленных плиток Avcoat, чтобы проанализировать, как происходит абляция материала. В совокупности вся эта информация может быть использована для подтверждения конструкции теплозащитного экрана будущих миссий Artemis и, в ближайшем будущем, для объявления Artemis II экипажем, сертифицированным для доставки людей на Луну.