Najveći dio puta prema Mjesecu već je iza njih, ali četvero astronauta iz misije Artemis II tek sada ulazi u završnu i najgrublju etapu leta. Nakon što su se od Zemlje udaljili rekordnih 406.771 kilometar, povratak kući završit će silaskom kroz atmosferu pri hipersoničnoj brzini. Upravo zato završetak desetodnevne misije nije tek rutinsko spuštanje, nego prolaz kroz jedno od najneprijateljskijih okruženja u cijelom letu, pri čemu bi se površina Orionova toplinskog štita mogla zagrijati na oko 3000 Celzijevih stupnjeva.
Kapsula Orion u atmosferu će ući brže od 11 kilometara u sekundi, odnosno oko 40.000 kilometara na sat. To je otprilike 40 puta brže od putničkog zrakoplova, ali sama brzina ne govori sve. Još je važnije to što će letjelica pri povratku nositi gotovo 2000 puta više kinetičke energije po kilogramu mase nego komercijalni avion, a tu energiju mora izgubiti gotovo do nule prije nego što se mogu otvoriti padobrani i omogućiti sigurno spuštanje u Tihi ocean uz obalu Kalifornije, oko 20 sati po lokalnom vremenu 10. travnja, odnosno oko 5 sati ujutro 11. travnja po hrvatskom vremenu.
Za razliku od aviona, koji su oblikovani tako da smanjuju otpor zraka i štede gorivo, svemirske letjelice pri povratku rade upravo suprotno. Njihov je zadatak proizvesti što veći otpor kako bi atmosfera odradila ulogu kočnice. Orion zato ne ulazi ravno i grubo, nego kontrolirano koristi gornje slojeve atmosfere kako bi postupno usporio.
Usporavanje koje tijelo može podnijeti
Takvo usporavanje nije nimalo blago. U svemirskim letovima ono se obično opisuje u jedinicama g, odnosno kao višekratnik ubrzanja koje na površini Zemlje stvara gravitacija. Vozači Formule 1 u zavojima mogu osjetiti više od 5 g, što je već blizu granice koju čovjek može podnijeti bez gubitka svijesti.
Male bespilotne kapsule taj problem rješavaju mnogo grublje. Primjerice, kapsula misije OSIRIS-REx, koja je na Zemlju donijela uzorke s asteroida Bennu, projurila je kroz atmosferu i usporila za manje od minute. U takvom profilu leta opterećenja mogu prijeći 100 g, što je prihvatljivo za robotski teret, ali ne i za ljude.
Orion zato koristi uzgon kako bi produljio ulazak i rasporedio usporavanje na više minuta. Time se sile smanjuju na razinu koju ljudsko tijelo može preživjeti. Drugim riječima, kapsula ne pokušava samo izdržati povratak, nego ga mora oblikovati tako da posada kroz njega prođe bez smrtonosnih opterećenja.
No usporavanje je samo polovica problema. Dok se Orion bude probijao kroz atmosferu brže od 30 puta od brzine zvuka, oko letjelice će se formirati snažan udarni val. On će zagrijati okolni zrak do približno 10.000 Celzijevih stupnjeva i pretvoriti ga u plazmu, električki nabijeno stanje tvari koje privremeno blokira radijske veze. To znači da će astronauti tijekom najtežeg dijela spuštanja nakratko ostati bez komunikacije sa Zemljom.
Štit koji mora izdržati “pakao”
Udarni val oko Oriona može zagrijati okolni zrak na više od 10.000 stupnjeva i pretvoriti ga u plazmu, ali maksimalna temperatura površine toplinskog štita trebala bi ostati oko 3000 stupnjeva.
Siguran povratak zato ne ovisi samo o brzini i putanji, nego i o toplinskoj zaštiti. Svaka letjelica za povratak ima toplinski zaštitni sustav, svojevrsni izolacijski oklop koji odvaja unutrašnjost kapsule od hipersoničnog strujanja izvan nje. Taj sustav nije jednoliko raspoređen. Materijali otporniji na više temperature postavljaju se ondje gdje se očekuje najteže zagrijavanje, a njihova debljina precizno se prilagođava svakom dijelu letjelice.
Takvi materijali nisu napravljeni da povratak prežive bez oštećenja. Upravo suprotno, tijekom ulaska u atmosferu postupno se troše i razgrađuju, jer se upravo tim procesom kapsula štiti od ekstremnog zagrijavanja. Dio topline pritom se vraća u okolni tok plina, umjesto da prodire prema posadi.
Većina svemirskih letjelica pri povratku je zaštićena posebnim toplinskim materijalima koji se tijekom ulaska u atmosferu postupno troše i tako odvode dio topline. Najčešće su izrađeni od ugljičnih vlakana i fenolne smole, a pritom uz površinu letjelice oslobađaju relativno hladan plin koji dodatno hladi užareni tok zraka. Orion koristi AVCOAT, inačicu materijala koji je štitio i kapsule Apollo pri povratku s Mjeseca krajem 1960-ih i početkom 1970-ih.
Ipak, upravo je toplinski štit bio jedna od osjetljivijih točaka nakon misije Artemis I. Taj je bespilotni probni let u cjelini ocijenjen vrlo uspješnim, ali je pri povratku zabilježena znatno veća ablacija nego što se očekivalo. Na nekim mjestima odvojili su se veći komadi zaštitnog materijala. Nakon dugotrajnih pregleda i analiza inženjeri su ipak odlučili zadržati isti tip štita i za Artemis II, uz manju promjenu profila povratka.
Prema njihovoj procjeni, tijekom misije Artemis I problem je nastao zbog nakupljanja tlaka unutar materijala u dijelu takozvanog “skoka” pri ulasku, kada letjelica nakratko izađe iz atmosfere da bi se ohladila, a zatim ponovno zaroni prema slijetanju. Za Artemis II zato je odlučeno da se putanja blago izmijeni. Orion će i dalje koristiti uzgon, ali bez tako jasno izraženog “skoka”, kako bi se smanjilo opterećenje toplinskog štita.
Upravo u tome leži prava težina završnice ove misije. Artemis II dosad je ostvario ono zbog čega će ostati upisan u povijest, uključujući i rekordnu udaljenost ljudi od Zemlje. Ali tek siguran prolazak kroz atmosferu, izdržljiv toplinski štit i mirno spuštanje u ocean pretvorit će taj let u potpuni uspjeh i otvoriti put sljedećim ljudskim misijama prema Mjesecu.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
