NASA ujawnia przyczynę problemów ze statkiem Orion

Misja Artemis I wystartowała w listopadzie 2022 r. z Kennedy Space Center na Florydzie. Bezzałogowy statek kosmiczny Orion został wyniesiony w przestrzeń kosmiczną przez rakietę SLS (Space Launch System), aby po kilku dniach dotrzeć na orbitę Księżyca. Lądowanie miało miejsce 11 grudnia, kiedy kapsuła weszła w atmosferę Ziemi i wylądowała w Oceanie Spokojnym. Jednym z elementów do przetestowania była osłona termiczna, chroniąca statek oraz załogę przed gwałtownymi zmianami temperatury.

Tu jednak pojawia się problem. Po misji Artemis I NASA zidentyfikowała ponad 100 miejsc, w których materiał ablacyjny uległ zużyciu, podczas ponownego wejścia w atmosferę, w inny sposób niż oczekiwali naukowcy. Kilka tygodni temu usłyszeliśmy, że przyczyna problemu jest już znana, natomiast na opublikowanie wyników musieliśmy poczekać. Na konferencji 5 grudnia 2024 r. NASA zaprezentowała dalszy plan na Oriona oraz program Artemis.

Osłona termiczna w statku kosmicznym Orion

Kilka tygodni temu na łamach naszego portalu został opublikowany artykuł, w którym mgr inż. Agata Białek, starszy specjalista z Laboratorium Mechatroniki i Robotyki Satelitarnej Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, przybliżyła strukturę Oriona oraz jego osłony termicznej.

„Osłona termiczna statku Orion składa się z dwóch części: struktury nośnej oraz systemu ablacyjnego. Strukturę nośną tworzy tytanowy szkielet, na który naciągnięty jest płaszcz (skóra) węglowy. Jest to część osłony, bezpośrednio mocowana do modułu załogowego. System ablacyjny jest wykonany z materiału Avcoat - ten sam typ, który został użyty w misjach Apollo.” - twierdzi ekspertka.

Mgr inż. Białek dodała, że Avcoat jest materiałem wykonanym z włókien szklanych (uformowanych w plastry miodu), wypełnionych materiałem ablacyjnym. Materiał ablacyjny tworzą termoodporne polimery tj. żywice fenolowe, specyficzne rodzaje żywic epoksydowych, silikony. W tym przypadku jest to żywica epoksydowo-nowolakowa.

„Avcoat jest mocowany do struktury nośnej za pomocą jedynie 20 śrub. Ponadto nie jest to jednolity płaszcz. Osłona jest złożona z modułów, o zróżnicowanym kształcie, aby zapewnić spasowanie poszczególnych elementów między sobą, oraz dostosować kształt do krzywizn modułu załogowego. W celu skompensowania napięć termoelastycznych, w płaszczu znajdują się 4 pady kompresyjne. Osłona termiczna Oriona jest również największą osłoną wykonaną dla misji załogowych.” - podsumowuje.

Przyczyna problemu i dalsze kroki

Na podstawie informacji podanych przez NASA, specjalistka z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk wyjaśnia, że przeprowadzona przez NASA analiza (oraz dodatkowe testy) wykazały, że wewnątrz osłony termicznej zbierały się gazy (produkty ablacji tejże osłony), które doprowadziły do rozerwania się struktury jej materiału.

„Gazy te teoretycznie powinny się ulatniać na zewnątrz, zamiast do wnętrza osłony tak, jak było to we wcześniejszych testach, przeprowadzonych na Ziemi. Na podstawie zebranych pomiarów ustalono, że pomiędzy kolejnymi wejściami lub „zanurzeniami” w atmosferę, tempo nagrzewania się zewnętrznych warstw osłony było zbyt małe, przez co nie dochodziło do ich całkowitego spalenia.” - wyjaśnia mgr inż. Białek.

„Na skutek tego nagromadzone w osłonie ciepło nie mogło zostać efektywnie oddane, a gazy będące wynikiem ablacji gromadziły się wewnątrz osłony doprowadzając do rozwarstwienia materiału i odpadania jej elementów (nie do końca spalonych).” - dodaje.

Ekspertka tłumaczy, że dokładne badanie poszczególnych elementów osłony (tych „uszkodzonych” oraz tych, które zachowały się zgodnie z oczekiwaniami) pokazały, że kluczowym parametrem osłony jest przepuszczalność dla cząsteczek powstającego w wyniku spalania gazu.

„W miejscu, gdzie doszło do rozwarstwienia osłony, była ona dla gazów nieprzepuszczalna. W związku z tym, należy zadbać o to, by wyprodukowane poszczególne elementy osłony (dla przypomnienia: jest ona modułowa) były jednolite i miały takie same parametry wentylacji.” - wyjaśnia.

Kolejne opóźnienia w powrocie na Księżyc

Międzynarodowy program Artemis ma na celu ustanowienie na Księżycu stałej placówki badawczej, która w długoterminowej perspektywie posłuży do ekspedycji na inne obiekty w Układzie Słonecznym, np. Mars. Zanim to jednak nastąpi NASA musi zbudować fundamenty - pierwsze od ponad 50 lat załogowe lądowanie na Srebrnym Globie.

Artemis doświadcza jednak szeregu opóźnień spowodowanych, m. in. problemami z osłoną termiczną Oriona. Proces naprawy oraz dodatkowych testów może być długotrwały. Mgr inż. Białek tłumaczy, że proces produkcyjny będzie dłuższy ze względu na konieczność dokładniejszego sprawdzenia przepuszczalności powłoki (Avcoutu) w każdym z elementów powłoki.

„O ile - trudno powiedzieć. Same testy naziemne nie powinny zająć więcej czasu niż poprzednie, bowiem NASA dysponuje odpowiednim zapleczem testowym, w którym można odtworzyć warunki, w jakich Orion faktycznie się znalazł wchodząc w atmosferę i wykonując manewry „cofania się” oraz wielokrotnego „zanurzania się” w nią.” - dodaje ekspertka.

Jeszcze w październiku podczas Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego w Mediolanie usłyszeliśmy od szefa NASA - Billa Nelsona - informację o dotrzymaniu terminu misji Artemis II oraz III. Pierwsza z nich miała odbyć się w drugiej połowie 2025 r., natomiast następna pod koniec 2026 r. W wyniku problemów z osłoną termiczną Oriona oraz wielu innych czynników (m. in. rakieta SLS) Agencja podjęła decyzję o zmianie dat na kwiecień 2026 r. i środek 2027 r.