Jak przebiega odzyskiwanie kapsuł kosmicznych po wodowaniu?

Dlaczego kapsuły kosmiczne lądują w oceanie?

Każdy statek kosmiczny, który wyniósł astronautów NASA poza niską orbitę okołoziemską – od Mercury w 1961 roku po Oriona w 2026 roku – zakończył swoją misję w ten sam sposób: lądując w oceanie na spadochronach. Powodem jest fizyka. Gęstość i lepkość wody sprawiają, że jest ona naturalnym amortyzatorem, który wystarczająco tłumi uderzenie wielotonowej kapsuły, dzięki czemu nie są potrzebne rakiety hamujące podczas końcowego zejścia. Lądowanie na lądzie wymaga albo rakiet hamujących, albo poduszek powietrznych, albo obu tych rozwiązań, co zwiększa wagę i złożoność. Dla amerykańskich konstruktorów kapsuł ocean zawsze był prostszym i lżejszym rozwiązaniem.

Zwalnianie: z 40 000 km/h do 32 km/h

Powracająca kapsuła uderza w górne warstwy atmosfery z prędkością około 40 000 km/h. Jej osłona termiczna pochłania temperaturę przekraczającą 2700 °C podczas początkowej fazy hamowania. Gdy prędkość spadnie do około 480 km/h, do akcji wkracza starannie zaprogramowany system spadochronowy.

Na przykład kapsuła Orion NASA posiada 11 spadochronów wykonanych z 3300 metrów kwadratowych kevlaru i nylonu, połączonych ponad 20 kilometrami linek nośnych z kevlaru. Sekwencja rozwija się etapami:

• Spadochrony hamujące otwierają się na wysokości około 6000 metrów – dwa spadochrony o średnicy 7 metrów, które stabilizują i spowalniają kapsułę.
• Po około 30 sekundach spadochrony hamujące są odrzucane, a trzy spadochrony pilotujące wyciągają spadochrony główne.
• Spadochrony główne napełniają się w kontrolowanych etapach za pomocą linek refujących – tekstylnych taśm, które ograniczają powierzchnię czaszy do zaledwie 3,5% jej pełnej powierzchni, następnie do 11%, a na końcu otwierają się całkowicie. To stopniowe napełnianie zapobiega nagłym obciążeniom udarowym, które mogłyby rozerwać tkaninę lub zerwać linki.

W momencie uderzenia kapsuły w wodę porusza się ona z prędkością około 32 km/h – to mocne uderzenie dla załogi, ale możliwe do przeżycia.

Flota ratownicza

Odzyskiwanie nie jest improwizowane. Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych rozmieszcza statek ratowniczy, helikoptery, małe łodzie i zespoły wyspecjalizowanych nurków w przewidywanej strefie wodowania na 12 do 14 godzin przed przybyciem kapsuły. NASA ustala surowe kryteria pogodowe: wysokość fal poniżej 1,8 metra, wiatr poniżej 46 km/h i brak wyładowań atmosferycznych w promieniu 55 kilometrów.

Praktyka ta sięga czasów Projektu Mercury. Podczas wczesnych lotów helikopter po prostu zaczepiał linę do kapsuły i podnosił ją na pokład lotniskowca. Ta metoda prawie zakończyła się katastrofą, gdy Liberty Bell 7 zatonął w 1961 roku po przedwczesnym otwarciu włazu. Każdy kolejny program przyjął bardziej rygorystyczne procedury.

Z oceanu na statek: krok po kroku

Współczesne odzyskiwanie przebiega według precyzyjnej choreografii:

1. Ocena zagrożeń. Nurkowie Marynarki Wojennej podpływają małą łodzią do pływającej kapsuły, aby sprawdzić, czy nie ma wycieków toksycznych materiałów pędnych, uszkodzeń konstrukcyjnych lub niestabilnej orientacji.
2. Kołnierz wypornościowy. Nurkowie mocują nadmuchiwany pierścień wokół podstawy kapsuły – zasadniczo dużą gumową tratwę ratunkową – aby zapobiec jej wywróceniu się na falach. Urządzenie to zostało wprowadzone po programie Apollo i pozostaje standardem.
3. „Ganek”. Nadmuchiwana platforma, prawie tak duża jak sama kapsuła, jest mocowana pod bocznym włazem. Daje astronautom stabilną powierzchnię do stania podczas wychodzenia.
4. Ewakuacja załogi. Personel medyczny przeprowadza wstępne badania stanu zdrowia wewnątrz kapsuły. Następnie astronauci wchodzą na ganek, zakłada się im kamizelki ratunkowe i są wciągani helikopterem na statek ratowniczy.
5. Odzyskanie kapsuły. Dźwig na pokładzie statku podnosi pustą kapsułę z wody w celu przetransportowania jej z powrotem do producenta w celu inspekcji.

Cała ewakuacja załogi trwa zazwyczaj od jednej do dwóch godzin od momentu wodowania.

Metoda, która przetrwała

Rosyjskie kapsuły Sojuz lądują na stepach Kazachstanu przy użyciu rakiet hamujących, a chiński Shenzhou stosuje podobne podejście. Ale każdy amerykański pojazd załogowy, który obecnie lata – Orion NASA i Dragon SpaceX – wykorzystuje wodowanie w oceanie. SpaceX ożywił tę technikę w 2020 roku, kiedy Crew Dragon sprowadził astronautów do domu podczas pierwszego amerykańskiego wodowania od 45 lat.

Podstawy prawie się nie zmieniły od lat 60.: spadochrony spowalniają upadek, woda amortyzuje uderzenie, a nurkowie Marynarki Wojennej wyciągają załogę w bezpieczne miejsce. To, co się poprawiło, to precyzja – nowoczesne systemy nawigacji GPS mogą umieścić kapsułę w odległości kilku kilometrów od statku ratowniczego, w porównaniu z większym rozrzutem w erze Apollo. Ocean pozostaje, jak od sześciu dekad, preferowanym przez ludzkość pasem startowym z kosmosu.