EDWARDS, Californië – De Artemis II-astronauten zullen vrijdag terugkeren uit hun land reis naar de maan. Wanneer ze dat doen, zullen ze met ruim 32 keer de snelheid van het geluid de atmosfeer van de aarde in botsen – en dit met behulp van een terugkeertechniek die nog moet worden getest in scenario’s in de echte wereld.
In 2022 stuurde NASA de losgeschroefde Artemis I-testmissie naar de maan. Toen het bij terugkeer door de atmosfeer van de aarde drong, leed de capsule onverwachte schade aan zijn hitteschild, wat NASA-wetenschappers ertoe aanzet om opnieuw na te denken over wat er nodig is om de naar huis gerichte Artemis II-astronauten veilig te houden.
Er is heel veel werk verzet om ons op dit moment voor te bereiden, maar de realiteit is dat wetenschappers pas precies zullen weten hoe het hitteschild zich zal gedragen als ze het testen op een bonafide terugkeer.
-
Deel via
Daarom staat een team van wetenschappers en testpiloten van de NASA en het Ministerie van Defensie klaar om gedetailleerde gegevens te verzamelen over hoe het hitteschild presteert terwijl de capsule door de lucht schiet en de atmosfeer eromheen verandert in een heldere vuurbal die ongeveer half zo heet is als het oppervlak van de zon voordat deze voor de kust van San Diego naar beneden spat.
Testpiloten gestationeerd op militaire bases in Zuid-Californië zullen om beurten de capsule achtervolgen in een complexe, hogesnelheidsrelais: eerst een NASA-zakenvliegtuig, dan een surveillancevliegtuig van de marine, gevolgd door een ander NASA-vliegtuig en ten slotte een NASA-weeronderzoeksvliegtuig. Bemanningen op de grond zullen de Artemis II-capsule in de gaten houden en de testpiloten precieze snelheden en coördinaten sturen om te raken terwijl ze de vuurbal in de lucht volgen. Ondertussen zullen onderzoekers achterin de vliegtuigen de capsule volgen met telescopen en sensoren.
Centrumdirecteur Bradley C. Flick, links, geeft projectmanager Robert Navarro een high five in het NASA Armstrong Flight Research Center op Edwards Air Force Base op 18 maart.
(Genaro Molina / Los Angeles Times)
“Het is een opwindende klus om de naald meerdere keren in te rijgen”, zegt Robert Navarro, projectmanager bij NASA’s Armstrong Flight Research Center in Edwards, Californië, dat verantwoordelijk is voor het cruciale derde segment van de estafette. “Het moet precies zijn, simpelweg vanwege de korte tijd die ze nodig hebben om die gegevens te verzamelen. Ze moeten precies op de juiste plek zitten.”
Na het landen zal een afzonderlijk Armstrong Flight Research Center-team een versterkte sensor verzamelen die aan de buitenkant van de capsule is bevestigd en die is ontworpen om het hitteschild van dichtbij te bestuderen.
“Ik ben erg blij dat mijn team deel uitmaakt van zo’n belangrijke missie”, zegt Patty Ortiz, plaatsvervangend projectmanager voor het capsulesensorproject in het centrum. “Omdat ik er sinds 2019 aan heb gewerkt, is het voor mij absoluut een moment waarop de cirkel rond is.”
Het centrum heeft decennia lang de grenzen van de menselijke vlucht verlegd – en daarbij veel gegevens verzameld.
“Wij beschouwen onze vliegtuigen als vliegende laboratoria – we gaan dingen doen die misschien nog niet eerder zijn gedaan”, zegt Brad Flick, die op 20 maart met pensioen ging als directeur van het centrum na bijna vier decennia bij de onderzoeksfaciliteit te hebben gewerkt.
Robert Navarro, projectmanager van het Armstrong Flight Research Center, loopt langs een Gulfstream III-vliegtuig dat zal worden gebruikt in de Artemis II-missie.
(Genaro Molina / Los Angeles Times)
In de jaren zestig hielpen ingenieurs van het Flight Research Center bij het ontwerpen en testen van een model van het Apollo-maanlandingsvoertuig dat Neil Armstrong gebruikte voor landingsoefeningen op aarde voordat hij naar de maan vloog. (Het centrum werd later naar hem vernoemd, de eerste persoon die op het maanoppervlak liep.)
Het centrum bereidt zich al jaren voor op het bestuderen van de terugkeer van de Artemis II, maar het werk werd nog belangrijker nadat NASA problemen met het hitteschild ontdekte na de Artemis I-testmissie.
NASA leidde de Artemis I-capsule om eerst alleen de atmosfeer van de aarde te begrazen voordat hij kortstondig weer de ruimte in sprong en vervolgens de laatste terugkeer voltooide. Deze nieuwe aanpak verminderde de krachten die astronauten zouden ervaren bij terugkeer en hielp NASA de capsule nauwkeuriger naar zijn landingspunt in de Stille Oceaan te manoeuvreren – ongeacht waar of wanneer deze terugkomt van de maan.
Die missie leek een succes, maar toen de bemanningen na het neerstorten het hitteschild aan de onderkant van de onbemande capsule begonnen te inspecteren, merkten ze een probleem op.
Nadat NASA’s Orion-ruimtevaartuig aan het einde van de Artemis I-testvlucht was geborgen en naar NASA’s Kennedy Space Center in Florida was getransporteerd, werd het hitteschild verwijderd van de bemanningsmodule in het Operations and Checkout Building en gedraaid voor inspectie.
(NASA)
Het hitteschild is ontworpen om langzaam te eroderen (of te ‘ableren’, in NASA-terminologie) tijdens de terugkeer om de omstandigheden in de capsule leefbaar te houden, terwijl de lucht op een paar centimeter afstand bijna 5000 graden Fahrenheit kan bereiken: de buitenste laag van het schild warmt routinematig op en valt vervolgens af in de vorm van gas en stukjes houtskool, die die warmte wegvoeren van de capsule terwijl ze zich verspreiden in de atmosfeer rond de capsule.
Het probleem met Artemis I was dat de nieuwe terugkeeraanpak die NASA had geprobeerd dit ablatieproces leek te verstoren.
Omdat Artemis I tussen de eerste duik in de atmosfeer en de laatste terugkeer in de ruimte terugging, was er een korte onderbreking in de blootstelling aan hitte – dat betekende dat de hete binnenkant van het hitteschild gassen bleef produceren, maar de buitenkant scheidde niet langer snel genoeg materiaal af om die gassen te laten ontsnappen. Er werd druk opgebouwd, waardoor het hitteschild scheurde en er uiteindelijk grotere stukken afbraken tijdens de laatste terugkeer.
NASA-wetenschappers stelden vast dat als er een bemanning aan boord was geweest, ze het zouden hebben overleefd, maar ze wilden de Artemis II-astronauten niet blootstellen aan onnodige risico’s.
Dat liet twee opties over: ten eerste, vervang het reeds gebouwde Artemis II-hitteschild door een nieuw ontwerp in de maak dat het terugkeerpad van Artemis I aankan. Ten tweede, verander het terugkeerpad om de eerste duik in de atmosfeer over te slaan en ga er gewoon rechtdoor om de omstandigheden te elimineren die het probleem in de eerste plaats hebben veroorzaakt.
Het bureau vond het vervangen van het Artemis II-hitteschild uiteindelijk een te grote logistieke hoofdpijn en koos voor de laatste, eenvoudiger aanpak. Vrijdag zullen NASA-astronauten die beslissing op de proef stellen. Wetenschappers van het Armstrong Flight Research Center staan klaar om te kijken.
