Orionov ključni materijal je Avcoat, kompozit koji se sastoji od silikonskih vlakana u epoksidnoj novolak smoli, a mješavina se ubrizgava u hiljade ćelija saćaste strukture napravljene od stakloplastike i fenola.
NASA je danas otkrila kako će svemirska letjelica Orion izgledati kada se vrati na Zemlju. Kapsula pod nazivom Integrity, koja je “spaljena” toplotnim tragovima prilikom ponovnog ulaska u atmosferu, stigla je u luku San Dijega u San Dijegu. U petak, 10. aprila, NASA je proslavila uspješno putovanje oko Mjeseca, nakon što su se četiri astronauta bezbedno vratila na Zemlju, završivši prvi prelet Mjeseca u više od 50 godina. NASA-in svemirski brod sa četiri astronauta – tri Amerikanca i jednim Kanađaninom – bezbedno je sletio na obalu Kalifornije, okončavši probnu misiju američke svemirske agencije koja se vratila sa spektakularnim snimcima meseca.
Izvlačenje Oriona iz mora
NASA-ina svemirska letjelica Orion, okosnica programa Artemis i povratka čovječanstva na Mjesec, predstavlja vrhunac modernog inženjeringa. Ali njen najimpresivniji test nije putovanje kroz hladni vakuum svemira, već vatreni povratak kući. Po ulasku u Zemljinu atmosferu, Orion se suočava sa brzinama od skoro 40.000 kilometara na sat i temperaturama koje prelaze 2.700 stepeni Celzijusa, što je dvostruko više od temperature rastopljene lave. Lava je tečna, usijana masa ili magma, sa temperaturom od 1050 do 1300°C. Opstanak astronauta zavisi od složenog sistema materijala koji čine njegov toplotni štit, najveći te vrste ikada izgrađen.
Naslijeđe Apolona u srcu štita
Glavna komponenta Orionovog toplotnog štita širine pet metara je materijal nazvan Avcoat, čije ime budi sjećanja na zlatno doba istraživanja svemira. Riječ je o moderniziranoj verziji ablativnog štita koji je također štitio astronaute iz misije Apollo tokom njihovog povratka sa Mjeseca. Avcoat je kompozit koji se sastoji od silikonskih vlakana u epoksidnoj novolak smoli, a smjesa se ubrizgava u hiljade ćelija saćaste strukture od fiberglasa i fenola. Njegova ključna karakteristika je “ablacija”, što znači da je dizajniran da gori i pada na kontroliran način. Kako vanjski slojevi štita isparavaju, toplina se rasipa dalje od svemirske letjelice i posade unutra, održavajući temperaturu na sigurnom nivou.
Pakleno spuštanje kroz atmosferu
Da bismo razumjeli zašto je takva zaštita neophodna, moramo razumjeti fiziku povrata. Orion ulazi u atmosferu brzinom većom od 30 puta većom od brzine zvuka, odnosno oko 11 kilometara u sekundi. Ogromna kinetička energija svemirske letjelice pretvara se u toplinu zbog trenja s molekulima zraka. Ispred Oriona se stvara udarni talas koji zagreva okolni vazduh na neverovatnih 10.000 stepeni Celzijusa, što je skoro duplo toplije od površine Sunca. Ova ekstremna vrućina pretvara zrak u električki nabijenu plazmu koja obavija cijelu svemirsku letjelicu i privremeno prekida svu radio komunikaciju sa zemaljskom kontrolom. Astronauti su potpuno sami tokom tih nekoliko ključnih minuta. Iako je zrak oko njih toliko vruć, Avcoat štit osigurava da temperatura na njegovoj vanjskoj površini ne prelazi 2.800 stupnjeva, dok unutrašnjost kapsule ostaje na podnošljivoj temperaturi.
3D tkanina za najkritičnije tačke
Iako je Avcoat temelj zaštite, Orionov termalni sistem se također oslanja na još naprednije materijale kako bi ojačao specifične tačke visokog naprezanja. Na spojevima između modula posade i servisnog modula, koji obezbeđuje pogon i sisteme za održavanje života, nalaze se takozvani kompresijski jastučići. Moraju izdržati ogromne sile prilikom lansiranja i odvajanja modula, ali i funkcionirati kao toplinski štit prilikom povratka. U tu svrhu razvijen je inovativni materijal pod nazivom 3DMAT (3-Dimensional Multifunctional Ablative Thermal Protection System).
Orion leti u atmosferu brzinom većom od 30 puta većom od brzine zvuka, ili oko 11 kilometara u sekundi
Radi se o trodimenzionalno tkanim kvarcnim vlaknima koja se potom natapaju smolom. Za razliku od starijih, slojevitih (2D) kompozita koji su bili skloni raslojavanju pod ekstremnim stresom, 3D tkanje pruža daleko veću strukturnu čvrstoću i elastičnost. NASA je prepoznala važnost ovog materijala, a bivši administrator agencije, Charles Bolden, izjavio je da je od ključnog značaja za buduće misije.
– Ne možemo ići na Mars bez kompresijskih jastučića koji su između Oriona – modula posade – i servisnog modula.
To je potvrdio i Mike Hawes, potpredsjednik Lockheed Martina, kompanije koja gradi Orion, objašnjavajući da je problem kod starijih kompozitnih laminata bio upravo rizik od odvajanja slojeva.
– Zato smo željeli trodimenzionalno tkanje za buduće letove – rekao je Hawes za AmericaSpace.
Lekcije naučene na teži način
Put do savršenog štita nije bez izazova, što pokazuje misija Artemis I, prvi, još uvijek bespilotni let Oriona oko Mjeseca. Nakon uspješnog povratka i slijetanja u okean, inspekcija je otkrila da je toplotni štit erodirao znatno više nego što su inženjeri predvidjeli. Analiza je pokazala da su se tokom specifičnog reentry manevra “skip”, u kojem se letjelica nakratko “odbije” od atmosfere kako bi se ohladila i smanjile G-sile, gasovi zarobljeni unutar pora Avcoat materijala naglo proširili zbog pada vanjskog pritiska. To je uzrokovalo da se komadi štita “ljušti” i trgaju. Iako sigurnost nije bila ugrožena, NASA je problem shvatila vrlo ozbiljno. Za misiju Artemis II, u kojoj su već bili astronauti, odlučili su da koriste isti štit, ali su prilagodili povratnu putanju kako bi izbjegli rizičan manevar. Za buduće misije, počevši od Artemisa III, NASA i Lockheed Martin rade na novoj formuli Avcoat za otpuštanje gasova koja će omogućiti sigurnije izvođenje složenijih manevara ponovnog ulaska.
