Теплозащитный экран Orion: главный риск миссии Artemis II и как NASA решило его обойти

Ученые выразили обеспокоенность по поводу теплозащитного экрана капсулы Orion перед долгожданной миссией NASA Artemis II. Запуск запланирован не ранее 1 апреля, и в рамках 10-дневного полета вокруг Луны четыре астронавта — Рид Уайзман, Виктор Гловер, Кристина Кох и Джереми Хансен — отправятся к нашему естественному спутнику на борту тесной капсулы размером всего 11 на 16,5 футов (3,35 × 5 метров).

Эд Макалей, преподаватель физики и наук о данных в Лондонском университете королевы Марии, выразил опасения по поводу теплозащитного экрана Orion, который принимает на себя основную долю чудовищного тепла при входе в атмосферу Земли. Доктор Макалей указывает, что во время беспилотной миссии Artemis I с теплозащитного экрана откалывались крупные куски материала. Если это повторится на Artemis II, экипаж может подвергнуться воздействию «опасно высоких температур».

«На финальном этапе миссии Artemis II нет пути назад, нет запасного плана и нет возможности спастись, — объясняет доктор Макалей в статье для The Conversation. — Четыре астронавта на борту будут полагаться на несколько дюймов покрытого смолой кремнезема, который защитит их от температур, достигающих почти половины температуры поверхности Солнца».

Самый опасный момент наступит во время входа в атмосферу, когда теплозащитный экран Orion подвергается колоссальному нагреву из-за трения с атмосферой. Во время испытаний Artemis I в 2022 году NASA обнаружило, что на экране появились трещины и неожиданные разрушения. Материал теплозащиты, известный как Avcoat, предназначен для выгорания при входе в атмосферу, чтобы рассеивать тепло. Однако повреждения оказались значительно серьезнее, чем ожидало агентство.

«Вместо равномерного выгорания по всей поверхности, части теплозащитного экрана Artemis I неожиданно откалывались неровными кусками, — поясняет доктор Макалей. — Такое неравномерное абляционное разрушение делает моделирование тепловых нагрузок при входе в атмосферу менее предсказуемым и повышает вероятность того, что капсула Orion может подвергнуться опасному нагреву».

Дальнейшее расследование показало, что проблема заключалась в недостаточной проницаемости слоя Avcoat: в нем образовывались газовые карманы, которые буквально взрывали материал, отрывая целые фрагменты. После миссии доктор Дэнни Оливас, бывший астронавт NASA, входивший в комиссию по расследованию инцидента, заявил CNN: «Без сомнения, это не тот теплозащитный экран, который NASA хотело бы дать своим астронавтам».

Удивительно, но NASA решило не менять сам теплозащитный экран для Artemis II. Вместо этого агентство внесло важные изменения в профиль миссии. Вместо техники «прыжка» при возвращении на Землю (когда капсула действует как камешек, подпрыгивающий на воде, постепенно погружаясь в атмосферу), для пилотируемого Orion будет использована более прямая траектория входа. Это должно снизить неопределенность теплового профиля и сократить время пребывания при пиковых температурах, когда скопившиеся газы могут повредить теплозащиту.

«Это также означает, что экипаж будет испытывать повышенные перегрузки при возвращении», — добавляет доктор Макалей. Когда астронавты будут возвращаться на Землю, теплозащитный экран окажется единственным, что защитит их, поэтому корректировки миссии могут оказаться критически важными.

«Пилотируемые космические полеты всегда сопряжены с расчетным риском, но они также дают уникальный человеческий взгляд на наше место в космосе, — заключает доктор Макалей. — Миссия Artemis II сделает свой экипаж первыми людьми за полвека, которые увидят голубой мрамор планеты Земля во всей его полноте собственными глазами. Они понесут с собой надежды и устремления целого нового поколения исследователей. Их безопасное возвращение будет зависеть от кропотливой работы тысяч ученых и инженеров, которые вернут им не только новый взгляд на Луну, но и на планету, которую мы все называем домом».

Ключевые факты о миссии Artemis II

• Дата запуска: NASA первоначально определило три возможных окна: с 6 по 11 февраля, с 6 по 11 марта и с 1 по 6 апреля. Агентство сейчас ориентируется на апрельское окно.

• Цель миссии: Облет Луны, прохождение над ее «обратной стороной», тестирование систем для будущей высадки.

• Общее расстояние: 620 000 миль (1 млн км).

• Длительность: 10 дней.

• Оценочная стоимость: 44 млрд долларов (32,5 млрд фунтов стерлингов), из которых ракета SLS — 23,8 млрд, а корабль Orion — 20,4 млрд.

• Экипаж: командир Рид Уайзман, пилот Виктор Гловер, специалисты миссии Кристина Кох и Джереми Хансен.

• Этапы миссии: старт с площадки 39B Космического центра Кеннеди; выход на орбиту; переход на траекторию полета к Луне; четырехдневный перелет; облет Луны на максимальной высоте 5523 мили (8889 км) над поверхностью; четырехдневное возвращение; приводнение в Тихом океане.

Решение NASA не заменять теплозащитный экран, а изменить траекторию возвращения, вызвало неоднозначную реакцию в инженерном сообществе. С одной стороны, это демонстрирует гибкость подхода: вместо многолетней задержки на доработку Avcoat агентство выбрало путь, который уже доступен. С другой — оно признает, что даже после детального анализа проблемы остается элемент неопределенности.

Успех Artemis II станет критической вехой для всей программы. Если измененный профиль входа покажет свою эффективность, это подтвердит правильность выбранного пути и позволит сохранить темп программы. Если же теплозащита вновь поведет себя непредсказуемо, это может поставить под вопрос не только сроки последующих миссий (Artemis III и IV), но и саму архитектуру возвращения экипажей с Луны в будущем.

Для четырех астронавтов, которые увидят Землю целиком с расстояния в сотни тысяч километров, эти инженерные решения станут не просто техническими деталями, а главным фактором, отделяющим успешное возвращение домой от неконтролируемого сценария. Как отмечает доктор Макалей, «у них нет запасного плана». Весь мир будет наблюдать, оправдают ли себя инженерные компромиссы, когда на кону стоит человеческая жизнь.