Αντιμέτωποι με θερμοκρασία 3.000°C οι αστροναύτες που επιστρέφουν από τη Σελήνη στη Γη

ετά την επιτυχή ολοκλήρωση της αποστολής τους στη Σελήνη, το πλήρωμα της Artemis II έχει πάρει τον δρόμο της επιστροφής, ο οποίος μόνο ακίνδυνος δεν είναι.

Μπορεί να μην πάτησαν στη Σελήνη, όμως οι τέσσερις αστροναύτες της αποστολής Artemis II είναι οι άνθρωποι που, φτάνοντας στο «πίσω» μέρος της, έχουν πάει μακρύτερα στο Διάστημα από κάθε άλλον. Σήμερα, 10 Απριλίου, είναι η ημέρα της επιστροφής στη Γη, με τη διαδικασία επανεισόδου στον πλανήτη μας να είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη υπόθεση.

Το πέρασμα από το Διάστημα στη Γη

Μπορεί σκεφτόμενοι ένα διαστημικό ταξίδι, όλοι ενστικτωδώς να σκεφτόμαστε πόσο δύσκολη θα είναι η εκτόξευση του πυραύλου και η έξοδος στο Διάστημα, όμως η επανείσοδος στη Γη εγκυμονεί επίσης τεράστιους κινδύνους.

Αυτή τη δοκιμασία έχουν μπροστά τους οι τέσσερις αστροναύτες , δηλαδή οι Αμερικανοί Ρέιντ Γουάιζμαν, Κριστίνα Κοχ, Βίκτορ Γκλόβερ και ο Καναδός Τζέρεμι Χάνσεν: Η υπερηχητική και εξαιρετικά θερμή επανείσοδος στην ατμόσφαιρα της Γης, πριν προσθαλασσωθούν στον Ειρηνικό Ωκεανό, περίπου στις 5 μ.μ. (τοπική ώρα), δηλαδή λίγο μετά τις 3 τα ξημερώματα ώρα Ελλάδας. Όμως το διαστημικό σκάφος Orion που τους μεταφέρει είναι εξοπλισμένο με μια σειρά τεχνολογιών που είναι σχεδιασμένες για να εγγυηθούν την ασφάλειά τους.

Μπαίνοντας στην ατμόσφαιρα της Γης, το Orion θα κινείται με ταχύτητα μεγαλύτερη από 11 χλμ./δευτ. (40.000 χλμ./ώρα). Σκεφτείτε πως η ταχύτητα αυτή είναι 40 φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα ενός επιβατικού αεροσκάφους, σημειώνει με άρθρο του στο Conversation ο Κρις Τζέιμς, καθηγητής στο κέντρο Υπερηχητικής, στη Σχολή Μηχανολογίας και Μεταλλευτικής Μηχανικής, στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ.

Στο επίπεδο της κινητικής ενέργειας - εντελώς απλοϊκά μιλώντας, με πόση δύναμη θα χτυπήσει πάνω σε κάποια επιφάνεια σε περίπτωση σύγκρουσης - το Orion θα έχει σχεδόν 2.000 φορές περισσότερη ανά κιλό οχήματος από ό,τι ένα επιβατικό αεροσκάφος.

Η αντίστροφη διαδικασία από αυτή του αεροπλάνου

Όλη αυτή την τρομερή ενέργεια, θα πρέπει το διαστημικό σκάφος να τη μειώσει απότομα μπαίνοντας στην ατμόσφαιρα της Γης, ώστε να καταστεί εφικτό να ανοίξουν τα αλεξίπτωτα, ώστε να γίνει η προσθαλάσσωση με ασφάλεια. Αυτή η επιβράδυνση κατά την επανείσοδο μπορεί να είναι εξαιρετικά απότομη.

Τα διαστημικά σκάφη μειώνουν την κινητική τους ενέργεια πραγματοποιώντας μια ελεγχόμενη επανείσοδο στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης, όπου χρησιμοποιούν την αεροδυναμική αντίσταση έναντι της ατμόσφαιρας ως φρένο για να επιβραδύνουν.

Σε αντίθεση με ένα αεροπλάνο, το οποίο είναι γενικά σχεδιασμένο ώστε να είναι αεροδυναμικό και να ελαχιστοποιεί τις δυνάμεις αντίστασης για τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, τα διαστημικά σκάφη που επανεισέρχονται κάνουν το αντίθετο. Είναι σχεδιασμένα ώστε να είναι όσο το δυνατόν λιγότερο αεροδυναμικά, για να μεγιστοποιούν την αντίσταση και να επιβραδύνουν.

Θερμοκρασίες που συγκρίνονται μόνο με την επιφάνεια του ήλιου
Καθώς η ταχύτητα που θα έχει το κατά την επανείσοδο το Orion θα είναι περίπου 30 φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου, ένα ωστικό κύμα θα το περιβάλλει, δημιουργώντας θερμοκρασίες αέρα 10.000 °C ή και περισσότερο – περίπου διπλάσιες από τη θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου.

Η ακραία θερμότητα μετατρέπει τον αέρα που διαπερνά το ωστικό κύμα σε ηλεκτρικά φορτισμένο πλάσμα. Αυτό εμποδίζει προσωρινά τα ραδιοσήματα, οπότε οι αστροναύτες δεν θα μπορούν να επικοινωνούν κατά τη διάρκεια της πιο δύσκολης φάσης της καθόδου τους.

Σχεδιασμός που έχει προβλέψει τις απίστευτες θερμοκρασίες

Τα διαστημικά σκάφη αντέχουν στις εξαιρετικά σκληρές συνθήκες της επανεισόδου χάρη στον προσεκτικό σχεδιασμό τους, ο οποίος αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση της θέρμανσης.

Το σκάφος διαθέτει επίσης ένα σύστημα θερμικής προστασίας. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα μονωτικό κάλυμμα που προστατεύει το διαστημικό σκάφος και το πλήρωμά του ή το φορτίο του από την σκληρή υπερηχητική ροή που επικρατεί στο εξωτερικό.

Το σύστημα θερμικής προστασίας είναι ειδικά προσαρμοσμένο για το όχημα και την αποστολή του. Υλικά που μπορούν να αντέξουν περισσότερη θερμότητα τοποθετούνται στις επιφάνειες όπου το περιβάλλον αναμένεται να είναι πιο σκληρό, ενώ το πάχος τους είναι σχεδιασμένο με ακρίβεια.

Αυτά τα υλικά έχουν σχεδιαστεί ώστε να εκπέμπουν κόκκινο φως και να αποσυντίθενται κατά την είσοδο. Η κόκκινη λάμψη ακτινοβολεί επίσης θερμότητα πίσω στην ατμόσφαιρα, αντί να επιτρέπει την απορρόφησή της από το διαστημικό σκάφος.

Αυτός ο ακριβής σχεδιασμός είναι ο λόγος για τον οποίο το Artemis μπορεί να διαπεράσει αέρα στους 10.000 °C, διατηρώντας παράλληλα τη μέγιστη θερμοκρασία της επιφάνειας της θερμικής ασπίδας σε περίπου 3.000 °C.

Τα περισσότερα διαστημικά σκάφη προστατεύονται από υλικά αποθερμοποίσης. Αυτά κατασκευάζονται από ίνες άνθρακα και ένα είδος κόλλας γνωστό ως φαινολική ρητίνη.

Αυτές οι θερμικές ασπίδες απορροφούν ενέργεια και διοχετεύουν ένα σχετικά ψυχρό αέριο στη ροή κατά μήκος της επιφάνειας του οχήματος, συμβάλλοντας έτσι στην ψύξη όλου του σκάφους.

Διορθώνοντας τις αστοχίες του παρελθόντος

Το υλικό της θερμικής ασπίδας που χρησιμοποιείται στο Orion ονομάζεται AVCOAT. Πρόκειται για μια εκδοχή του υλικού που προστάτευε την αποστολή Apollo κατά την επιστροφή της από τη Σελήνη στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στις αρχές της δεκαετίας του 1970.

Ενώ η αποστολή Artemis I - μια μη επανδρωμένη δοκιμαστική πτήση - στέφθηκε με μεγάλη επιτυχία, η αποσάθρωση της θερμικής ασπίδας κατά την επανείσοδο ήταν πολύ μεγαλύτερη από την αναμενόμενη. Σε ορισμένα σημεία, μεγάλα κομμάτια υλικού αποκολλήθηκαν.

Μετά από εκτενείς επιθεωρήσεις και αναλύσεις, οι μηχανικοί αποφάσισαν τελικά να προχωρήσουν με τον ίδιο τύπο θερμικής ασπίδας στην αποστολή Artemis II.

Πιστεύουν ότι η Artemis I έχασε τμήματα της θερμικής της ασπίδας λόγω της συσσώρευσης πίεσης στο εσωτερικό του υλικού κατά τη διάρκεια του σταδίου «skip» της εισόδου της, όπου το διαστημικό σκάφος εξήλθε από την ατμόσφαιρα για να κρυώσει πριν πραγματοποιήσει μια δεύτερη είσοδο, κατά την οποία προσγειώθηκε.

Για την Artemis II, οι μηχανικοί αποφάσισαν αντ' αυτού να τροποποιήσουν ελαφρώς την τροχιά ώστε να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν την άνωση, αλλά να συμπεριλάβουν ένα λιγότερο καθορισμένο «skip».

«Είναι εκπληκτικό να βλέπει κανείς τι έχουν επιτύχει μέχρι στιγμής η NASA και οι αστροναύτες σε αυτή την αποστολή. Όμως, όπως πολλοί άλλοι, θα ανακουφιστώ όταν τους δω να επιστρέφουν ασφαλείς στη Γη», σημειώνει κλείνοντας το άρθρο του ο καθηγητής Τζέιμς.