Когда мы говорим о возвращении космонавтов на Землю, в голове обычно рисуется картина: огненный шар несется сквозь небо, раскрываются парашюты, и капсула мягко плюхается в океан. Выглядит просто, правда?
Но когда вы возвращаетесь с Луны, слово «просто» можно забыть.
Корабль «Орион» с экипажем «Артемиды-2» врежется в атмосферу нашей планеты на скорости почти 40 000 километров в час (около 11 км/с). Это в 32 раза быстрее скорости звука. Для сравнения: корабли «Союз» или Crew Dragon, возвращаясь с МКС, летят «всего лишь» 28 000 км/ч.
Разница кажется небольшой, но энергия удара растет в квадратичной зависимости. На лунной скорости атмосфера превращается не в мягкую подушку, а в бетонную стену. Если войти в неё слишком круто - экипаж погибнет от перегрузок, а корабль сгорит. Если слишком полого - отскочишь в открытый космос и останешься там навсегда.
Чтобы выжить, NASA решило использовать трюк, который раньше с людьми на борту никогда не применяли. Они собираются запустить 26-тонный корабль «блинчиком» по атмосфере.
Физика брошенного камня
Вспомните, как вы в детстве кидали плоские камешки в озеро, чтобы они подпрыгивали. Вы кидаете камень под острым углом, он ударяется о воду, отскакивает вверх, летит по воздуху, теряет скорость и только потом тонет.
Именно это предстоит сделать «Ориону». Этот маневр называется Skip Entry (вход с отскоком).
Выглядит это как безумные американские горки:
- Первый удар. Корабль чиркает по верхним слоям атмосферы над Тихим океаном. Вокруг него мгновенно образуется плазма температурой 2 760 градусов Цельсия.
- Прыжок. За счет специальной формы капсулы (она похожа на усеченный конус со смещенным центром тяжести) возникает подъемная сила. «Орион» буквально отталкивается от плотного воздуха и вылетает обратно в космос.
- Охлаждение. В этот момент перегрузки падают, плазма исчезает, тепловой щит немного остывает.
- Второй вход. Корабль, уже потерявший часть своей чудовищной скорости, ныряет в атмосферу второй раз - теперь уже окончательно, раскрывая парашюты над точкой посадки.
Зачем такие сложности?
У инженеров NASA было два пути. Они могли использовать схему «Аполлонов» - прямой вход. Это когда ты просто падаешь, терпишь адские перегрузки и надеешься на лучшее.
Но у маневра с отскоком есть два жирных плюса, ради которых стоит рискнуть.
Во-первых, перегрузки.
Астронавты «Аполлонов» при посадке испытывали до 6-7g. Это очень больно. Представьте, что на вашу грудь положили бетонную плиту весом в полтонны. Для тренированных военных летчиков это терпимо, но для ученых или будущих туристов - опасно. Маневр «блинчика» размазывает торможение по времени. Перегрузки будут в два раза ниже - около 3-4g. Это уровень крутого аттракциона в парке развлечений, а не пыточной камеры.
Во-вторых, точность.
«Аполлоны» садились в океан с разбросом в десятки километров. Флот должен был искать их вертолетами по всему району. «Орион» благодаря прыжку может корректировать место посадки на тысячи километров. Он сможет "дотянуть" до конкретной точки у побережья Сан-Диего, где его уже будет ждать корабль ВМС США. Это не просто удобно - это вопрос безопасности. Чем быстрее врачи доберутся до экипажа, тем лучше.
Проблема с тепловым щитом
Но есть и ложка дегтя. И она довольно большая.
Всё это работает в теории. Но на практике, во время беспилотного полета «Артемиды-1» в 2022 году, тепловой щит повел себя... странно.
Он сделан из материала Avcoat - это такая эпоксидная смола в сотах, которая должна медленно выгорать (абцилировать), унося тепло. Но вместо того чтобы ровно испаряться, куски щита начали откалываться. Инженеры увидели на камерах, как обугленные фрагменты пролетают мимо иллюминаторов.
После посадки выяснилось, что эрозия материала была выше расчетной. Конечно, капсула не прогорела насквозь, но запас прочности оказался меньше, чем хотели бы видеть создатели.
Для «Артемиды-2» щит доработали. Но представьте себя на месте Рида Уайзмена или Виктора Гловера. Вы знаете, что под вашими ногами - слой пластика, который уже один раз повел себя непредсказуемо. А вам предстоит войти в атмосферу не один раз, а дважды. Сначала разогреться до температуры плавления стали, потом остыть (что создает температурный шок для материала), и снова нагреться.
«Я чувствую, как она дышит»
Экипаж описывает свои ожидания от этого маневра со смешанным чувством восторга и профессионального страха. Во время «прыжка» внутри кабины будет происходить что-то невероятное.
Сначала - рев и вдавливание в кресла. За иллюминаторами - розовая, а затем ярко-белая плазма. Связь с Землей пропадет (плазма блокирует радиоволны). Затем, на вершине «горки», наступит тишина и невесомость. Земля в иллюминаторе снова станет круглой. И через несколько минут - снова удар, снова перегрузка, снова огонь.
Это будет самый сложный аэродинамический трюк, который когда-либо выполнял пилотируемый корабль.
Этот маневр - квинтэссенция современной космонавтики. Мы берем старые идеи (концепцию отскока придумали еще в СССР для «Зондов», но с людьми не летали) и реализуем их на новом уровне технологий.
Мне кажется, именно за такие моменты мы и любим космос. Это чистая физика, помноженная на человеческую смелость. Если вы хотите вместе со мной следить за тем, как этот «камешек» вернется домой, - подписывайтесь на канал и ставьте лайк. Это помогает нам собирать здесь людей, которым интересна суть вещей.
Но пока NASA оттачивает посадку, на Востоке не дремлют. Китай дышит в спину американской программе так громко, что это слышно даже в вакууме. В следующей статье мы устроим геополитический разбор: Лунная гонка 2.0. Сможет ли Китай реально обогнать США и поставить свой флаг первым в XXI веке? Сравним бюджеты, ракеты и политическую волю. Спойлер: шансы у них выше, чем вы думаете.