Mentre l’Artemis II torna sulla Terra, l’equipaggio sta mettendo in gioco la propria vita sullo scudo termico

Quando il Artemide II La capsula dell’equipaggio Orion ritornerà sulla Terra venerdì dopo volando intorno alla lunacolpirà l’atmosfera distinguibile a circa 75 miglia sopra l’Oceano Pacifico a una velocità incredibile di 24.000 mph, abbastanza veloce da volare da Los Angeles a New York in circa 6 minuti.

In pochi secondi, le temperature attraverso il suo scudo termico largo 16,5 piedi saliranno a circa 5.000 gradi – la metà della temperatura della superficie visibile del sole – mentre la nave rallenta rapidamente in una palla di fuoco elettricamente carica di attrito atmosferico.

IL quattro astronauti a bordo – il comandante Reid Wiseman, Victor Glover, Christina Koch e l’astronauta canadese Jeremy Hansen – contano sullo scudo termico per tenerli al sicuro, in un ambiente confortevole, durante tutto il percorso attraverso la zona di picco di riscaldamento fino all’ammaraggio assistito dal paracadute nel Pacifico al largo della costa della California.

“Abbiamo molta fiducia nel sistema, nello scudo termico, nei paracadute e nei sistemi di recupero che abbiamo messo insieme”, ha detto giovedì Amit Kshatriya, amministratore associato della NASA. “L’ingegneria lo supporta, i dati di volo dell’Artemis I lo supportano. Tutti i nostri take a look at a terra lo supportano, la nostra analisi lo supporta, e domani l’equipaggio metterà la propria vita dietro quella fiducia.”

L’equipaggio e i responsabili della missione sono fiduciosi, dicono, nonostante i grossi problemi con lo scudo termico utilizzato durante il volo di prova senza pilota dell’Artemis I nel 2022, quando il materiale Avcoat che compone lo scudo ha sviluppato crepe sotto la superficie e sacche di fuel che hanno spazzato by way of pezzi dello strato “carbonizzato” esterno della barriera protettiva.

Dopo quasi due anni di take a look at e analisi, gli ingegneri sono rimasti sorpresi nello scoprire che il danno period molto probabilmente causato dalla mancanza di permeabilità del materiale Avcoat durante una fase specifica del rientro quando lo scudo stava sperimentando temperature esterne più basse mentre gli strati interni erano ancora estremamente alti, generando fuel che non poteva fuoriuscire.

I supervisor dell’agenzia hanno deciso di ordinare un diverso design dello scudo termico per le missioni Artemis a valle. Ma lo scudo termico per il volo dell’Artemis II, identico a quello utilizzato con l’Artemis I, period già installato. Sostituirlo con un nuovo design avrebbe ritardato la missione di 18 mesi o più.

Invece, i supervisor della NASA hanno scelto di lanciare Artemis II “così com’è” sulla base di dati di take a look at e di un’analisi esaustiva che indicava che lo scudo avrebbe funzionato correttamente se la traiettoria di rientro fosse stata modificata per eliminare le oscillazioni di temperatura e pressione che hanno contribuito ai danni osservati dopo il volo dell’Artemis I.

“Hanno fatto un’enorme quantità di ricerche, molte ricerche revolutionary in alcune strutture che non avevamo mai utilizzato prima, e hanno scoperto la causa principale”, ha detto Wiseman.

“Hanno effettuato take a look at nella galleria del vento, take a look at laser e take a look at di ipervelocità, e hanno stabilito che se arrivassimo con questo profilo loft… questo scudo termico sarà sicuro per noi per volare.

“Quindi penso che tutto ciò punti nella direzione del bene”, ha detto. “E penso che se tu, come essere umano che stava per salire a bordo di questo razzo, avessi partecipato alle riunioni a cui abbiamo partecipato e avessi ascoltato gli esperti e analizzato i dati con loro, avresti lo stesso conforto.”

Cosa è andato storto con Artemide I?

Durante la missione Artemis I, la capsula senza pilota ha seguito una traiettoria di “salto” pianificata, simile nel concetto al salto di una pietra piatta sull’acqua ferma. Dopo un’immersione iniziale nell’atmosfera superiore, la capsula Artemis I è tornata indietro prima di effettuare la discesa finale per l’ammaraggio. Il rientro saltato aiuta a ridurre la velocità della navicella spaziale offrendo allo stesso tempo alla NASA una gamma più ampia di opzioni di ammaraggio nel caso in cui il maltempo renda problematico un sito di atterraggio mirato.

Nonostante i danni allo scudo termico riscontrati dopo il volo, il rientro dell’Artemis I ebbe successo. La capsula atterrò sul bersaglio e i funzionari dissero che se a bordo ci fossero stati degli astronauti, non avrebbero avuto problemi. Ma il danno ha fatto scattare l’allarme alla NASA.

“La NASA ha identificato più di 100 luoghi in cui il materiale protettivo termico ablativo dello scudo termico di Orion si è consumato in modo diverso rispetto a quanto previsto durante il rientro nell’atmosfera terrestre”, ha scritto l’ufficio dell’ispettore generale della NASA.

“Mentre lo scudo termico ha protetto con successo il modulo equipaggio e i suoi sistemi durante la missione Artemis I, dopo l’ispezione dopo il recupero di Orion, gli ingegneri hanno notato variazioni inaspettate nell’aspetto dello scudo termico Avcoat, il materiale ablativo che aiuta a proteggere la capsula dal calore del rientro.

“In particolare, porzioni dello strato carbonizzato si sono consumate in modo diverso da quanto previsto dagli ingegneri della NASA, rompendo e rompendo la navicella spaziale in frammenti che hanno creato una scia di detriti invece di sciogliersi come previsto”, ha affermato l’ufficio. “Il comportamento inaspettato dell’Avcoat crea il rischio che lo scudo termico non possa proteggere sufficientemente i sistemi e l’equipaggio della capsula dal caldo estremo del rientro nelle missioni future.”

I take a look at hanno rivelato che il danno period legato alla permeabilità dello scudo termico, o meglio, alla sua mancanza. Dopo l’immersione iniziale e relativamente profonda nell’atmosfera, il materiale Avcoat che costituisce lo scudo non è stato in grado di dissipare adeguatamente il calore rimasto nei suoi strati inferiori durante il salto fuori dall’atmosfera.

Il riscaldamento in ingresso è ciò che rende lo strato carbonizzato esterno dell’Avcoat sufficientemente permeabile da consentire la fuoriuscita del fuel. Lo scudo termico dell’Artemis I ha funzionato normalmente durante la sua prima discesa nell’atmosfera. Ma quando è risalito, il riscaldamento al rientro si è attenuato e lo strato carbonizzato esterno è diventato molto meno permeabile.

Il materiale sottostante period ancora estremamente caldo, sottoposto a un processo noto come pirolisi – combustione senza ossigeno – e generava fuel che non aveva modo di fuoriuscire. Questi accumuli alla superb hanno spazzato by way of pezzi degli strati esterni dello scudo termico.

“Risalgono da quel primo ingresso, sono ancora caldi, stanno ancora emettendo fuel”, ha detto un ingegnere che ha familiarità con l’indagine. “Il fatto che il materiale stesso non sia sufficientemente permeabile sta causando un aumento della pressione del fuel, molto rapidamente, perché sono ancora caldi. Ma lo strato carbonizzato si è fermato.”

Lo strato carbonizzato esterno è “l’unica parte dello scudo termico di Artemis I e Artemis II che gli permette effettivamente di respirare, o di rilasciare fuel. Quindi, una volta che si ferma, ora non c’è più alcun meccanismo nelle parti più profonde dello scudo termico per far fuoriuscire il fuel,” ha detto.

“Così la pressione aumentò e quando la capsula tornò giù e iniziò a riscaldarsi, la pressione period già lì.

“Tutte quelle crepe, le tasche si erano già formate. E ora, bang, bang, bang, pop. Avcoat ha iniziato a staccarsi durante quella seconda entrata”, ha detto l’ingegnere.

Una traiettoria di rientro modificata dovrebbe risolvere il problema

Gli ingegneri hanno verificato nei take a look at di laboratorio che una traiettoria di ingresso saltata modificata – con un tuffo iniziale nell’atmosfera superiore seguita da una risalita di breve durata – consentirebbe all’Avcoat di “respirare” ovunque, prevenendo la formazione di crepe e fuel intrappolati. Un gruppo di revisione indipendente ha concordato con tali conclusioni.

È interessante notare che gli ingegneri dell’Apollo erano consapevoli del problema della permeabilità dell’Avcoat e hanno progettato gli scudi termici di quel programma di conseguenza. Anche le capsule Apollo utilizzavano traiettorie di rientro saltate e non hanno avuto problemi. Ma l’Avcoat utilizzato negli scudi termici dell’Artemis è stato leggermente riformulato e ciò ha finito per influenzarne la permeabilità.

In ogni caso, lo svantaggio della traiettoria di rientro modificata per Artemis II ridurrà la distanza che la capsula Orion potrà percorrere per evitare maltempo nella zona di splashdown prevista. Ciò comporterà anche un riscaldamento prolungato e più elevato durante la discesa, ma gli ingegneri affermano che è esattamente ciò che è necessario per mantenere la permeabilità nello strato carbonizzato esterno e garantire buone prestazioni.

L’ex astronauta Charles Camarda non period d’accordo, criticando fortemente la decisione “vola così com’è”. Sostiene che gli ingegneri non comprendono appieno la causa principale del danno allo scudo termico dell’Artemis I e non possono prevedere con precisione come funzionerà lo scudo termico dell’Artemis II o se la traiettoria di ingresso modificata potrebbe avere conseguenze indesiderate.

In una lettera all’amministratore della NASA, Camarda ha scritto che “la storia mostra che gli incidenti accadono quando le organizzazioni si convincono di comprendere problemi che non comprendono”.

Come Wiseman, Glover cube di fidarsi dell’analisi del problema Artemis I, dicendo che i critici “non sono stati a questi incontri dal primo giorno e non hanno incontrato il staff, li hanno guardati negli occhi e hanno stretto loro la mano alla superb di questi incontri”.

Detto questo, ha aggiunto: “Non voglio sottovalutare le cose che hanno detto. Ogni volta che parli di fuoco, ogni volta che parli di ingressi e scudi termici, parli di paracadute, queste sono cose advert alto rischio che… non hanno la tolleranza ai guasti incorporata. Devono funzionare.”

“E quindi apprezzo tutto ciò che hanno causato,” ha detto Glover. “Ci hanno fatto affilare le nostre matite e mettere più diligenza e vigilanza in questo processo. Ma penso che l’abbiamo fatto. E quindi penso che l’equipaggio sia a suo agio grazie a quella squadra.”