Jak działa statek kosmiczny Orion NASA – i dlaczego to ma znaczenie

Przez ponad pół wieku po ostatniej misji Apollo żaden statek kosmiczny nie zabrał ludzi poza niską orbitę okołoziemską. Ta luka zakończyła się wraz z Orionem, kapsułą załogową zbudowaną przez Lockheed Martin dla programu Artemis NASA. Zaprojektowany do transportu astronautów na Księżyc, a ostatecznie w dalsze rejony Układu Słonecznego, Orion jest najbardziej zaawansowanym pojazdem załogowym, jaki kiedykolwiek zbudowano do podróży w daleki kosmos.

Anatomia statku kosmicznego

Orion składa się z trzech głównych sekcji. Moduł załogowy to stożkowa, ciśnieniowa kapsuła, która pomieści do czterech astronautów. Poniżej znajduje się moduł serwisowy, zbudowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, który zapewnia napęd, energię elektryczną z czterech paneli słonecznych i kontrolę termiczną. Na szczycie stosu podczas startu znajduje się system awaryjnego odłączenia, wieża rakiet na paliwo stałe, która może w ciągu milisekund odciągnąć moduł załogowy w bezpieczne miejsce, jeśli coś pójdzie nie tak na platformie startowej lub podczas wznoszenia.

Przetrwanie w upale dalekiego kosmosu

Powrót z Księżyca oznacza uderzenie w atmosferę Ziemi z prędkością około 40 000 km/h – znacznie szybciej niż powrót z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Przy tej prędkości temperatura na spodzie statku kosmicznego osiąga około 2760 °C. Osłona termiczna Oriona, o średnicy 5 metrów, jest największą, jaką kiedykolwiek zbudowano dla pojazdu załogowego. Wykorzystuje materiał ablacyjny zwany AVCOAT, mieszankę włókien krzemionkowych i żywicy połączoną ze skórą z włókna węglowego w prawie 200 wstępnie obrobionych blokach. Gdy osłona się nagrzewa, zewnętrzne warstwy zwęglają się i odpadają, unosząc ze sobą energię i utrzymując chłód w kabinie.

Podtrzymywanie życia daleko od domu

System kontroli środowiska i podtrzymywania życia (ECLSS) Oriona zarządza powietrzem, wodą, temperaturą i wilgotnością podczas misji trwających do 21 dni z załogą na pokładzie. Dwutlenek węgla jest usuwany z powietrza w kabinie, tlen jest uzupełniany, a ciepło odpadowe jest wypromieniowywane w przestrzeń kosmiczną przez pętle płynów i zewnętrzne radiatory na module serwisowym. Ponieważ daleki kosmos naraża załogi na galaktyczne promieniowanie kosmiczne i nieprzewidywalne zdarzenia związane z cząstkami słonecznymi, konstrukcja Oriona obejmuje strategicznie rozmieszczone panele polietylenowe i inne materiały ekranujące. Podczas burzy słonecznej astronauci mogą schronić się za najgęstszymi częściami statku kosmicznego, aby zmniejszyć dawkę promieniowania.

Nawigacja poza orbitą Ziemi

Na niskiej orbicie okołoziemskiej statki kosmiczne polegają na gęstej sieci stacji naziemnych i satelitów GPS w celu określenia pozycji. Orion musi nawigować tam, gdzie sygnały GPS nie docierają. Posiada śledniki gwiazd – kamery, które identyfikują wzory gwiazd w celu określenia orientacji – oraz optyczny system nawigacyjny, który fotografuje Księżyc i Ziemię na tle pola gwiazd, aby obliczyć pozycję. Narzędzia te, w połączeniu z okresowym śledzeniem z sieci gigantycznych anten radiowych NASA Deep Space Network, pozwalają kontrolerom misji określić położenie Oriona z dokładnością do kilku kilometrów, nawet w odległości księżycowej.

Wejście w atmosferę z odbiciem: Kontrolowane odbicie

W przeciwieństwie do kapsuł Apollo, które wpadały prosto w atmosferę, Orion wykorzystuje technikę zwaną wejściem w atmosferę z odbiciem. Kapsuła zanurza się w górne warstwy atmosfery, wytraca prędkość, a następnie na krótko odbija się z powrotem, zanim ponownie opadnie, aby ostatecznie wylądować. Ta dwuetapowa metoda zmniejsza szczytowe siły opóźnienia działające na załogę i, co najważniejsze, pozwala na znacznie dokładniejsze miejsce wodowania – w odległości około dwóch kilometrów od punktu docelowego. Większa precyzja oznacza, że statki ratunkowe mogą być ustawione bliżej, skracając czas oczekiwania astronautów w oceanie.

Dlaczego Orion ma znaczenie poza Artemidą

Orion to coś więcej niż taksówka na Księżyc. Jego modułowa konstrukcja – moduł załogowy wielokrotnego użytku w połączeniu z wymiennym modułem serwisowym – tworzy platformę, którą NASA może dostosować do misji na księżycową stację kosmiczną, do asteroid lub ostatecznie w kierunku Marsa. Każdy lot generuje dane inżynieryjne na temat tego, jak sprzęt i ludzkie ciała zachowują się w głębokim kosmosie, dane, których żaden inny aktywny program nie może dostarczyć. Gdy partnerzy komercyjni budują lądowniki i siedliska, Orion pozostaje pojazdem, który przenosi załogi z powierzchni Ziemi na skraj głębokiego kosmosu i bezpiecznie sprowadza je do domu.