Artemis II: Jak posádka přežije 3000°C a 40 000 km/h při návratu z vesmíru
InovaceKdyž se kapsle Orion s astronauty mise Artemis II vrátí do zemské atmosféry, bude se pohybovat rychlostí přes 11 kilometrů za sekundu, což je 40 000 kilometrů za hodinu. To je čtyřicetkrát rychleji než cestovní letadlo.
Když se kapsle Orion s astronauty mise Artemis II vrátí do zemské atmosféry, bude se pohybovat rychlostí přes 11 kilometrů za sekundu, což je 40 000 kilometrů za hodinu. To je čtyřicetkrát rychleji než cestovní letadlo. Z hlediska kinetické energie, tedy energie, kterou objekt má díky svému pohybu, bude mít kapsle Orion při návratu téměř 2 000krát více kinetické energie na kilogram vozidla než osobní letadlo.
Stejně jako každá kosmická loď vracející se domů, i Orion bude muset zpomalit a snížit svou kinetickou energii téměř na nulu, aby mohly být nasazeny padáky a aby bezpečně přistála na Zemi. Kosmické lodě snižují svou kinetickou energii řízeným vstupem do horních vrstev zemské atmosféry, kde využívají aerodynamický odpor atmosféry jako brzdu k deceleraci. Na rozdíl od letadla, které je navrženo tak, aby bylo aerodynamické a minimalizovalo odpor pro snížení spotřeby paliva, vstupující kosmické lodě dělají pravý opak. Jsou navrženy tak, aby byly co nejméně aerodynamické, maximalizovaly odpor a pomohly jim zpomalit.
Toto zpomalení během návratu může být extrémně náročné. Decelerace a akcelerace se obvykle vyjadřují v g-silách. Například pilot Formule 1 zažívá při zatáčení více než 5 g, což je blízko maximálním g-silám, které člověk dokáže vydržet bez ztráty vědomí. Malé, bezpilotní návratové kapsle, jako je kapsle OSIRIS-REx od NASA, která přivezla vzorky z asteroidu Bennu, se jednoduše řítí do atmosféry a rychle decelerují. Tyto vstupy probíhají velmi rychle, za méně než minutu, ale g-síly v takovém případě mohou přesáhnout 100 g – což je v pořádku pro robotická vozidla, ale ne pro lidi. Kapsle s posádkou, jako je Orion, využívají vztlakové síly k prodloužení doby vstupu. Tím se g-síly snižují na zvládnutelnější úrovně, které lidé mohou přežít, a návrat trvá několik minut.
Kapsle Orion vstoupí do atmosféry rychlostí více než 30násobku rychlosti zvuku. Kolem kosmické lodi se vytvoří rázová vlna, která způsobí, že teplota vzduchu dosáhne 10 000 °C nebo více – což je přibližně dvojnásobek teploty povrchu Slunce. Extrémní teplo přemění vzduch procházející rázovou vlnou na elektricky nabité plazma. To dočasně blokuje rádiové signály, takže astronauti nebudou moci komunikovat během nejnáročnějších částí sestupu.
Kosmické lodě přežívají extrémně drsné prostředí při návratu díky pečlivému návrhu svých trajektorií, které minimalizují zahřívání. Plavidlo je také vybaveno systémem tepelné ochrany, což je v podstatě izolační vrstva, která chrání kosmickou loď a její posádku nebo náklad před drsným hypersonickým prouděním venku. Systém tepelné ochrany je přesně přizpůsoben vozidlu a jeho misi. Materiály, které vydrží více tepla, jsou umístěny na površích, kde se očekává nejnáročnější prostředí, a tloušťky jsou také přesně upraveny. Tyto materiály jsou navrženy tak, aby žhnuly do červena a degradovaly během vstupu – ale přežijí. Červené žhnutí také vyzařuje teplo zpět do atmosféry, místo aby ho absorbovala kosmická loď. Díky tomuto přesnému designu je Artemis schopna projít vzduchem o teplotě 10 000 °C, zatímco maximální povrchová teplota tepelného štítu zůstává kolem 3 000 °C.