阿爾忒彌斯二號將在隔熱罩破裂後測試其新的重返計劃

阿耳忒彌斯二號太空人預計將於週五返回 月球之旅。當它們這樣做時,它們將以超過音速 32 倍的速度撞擊地球大氣層,並且將使用尚未在現實場景中進行測試的再入技術。

2022 年,美國太空總署將無人駕駛的阿爾忒彌斯一號測試任務送到月球。返回時刺穿地球大氣層,太空艙遭受了損失 意外損壞 其隔熱罩,促使美國太空總署科學家重新思考如何確保阿耳忒彌斯二號太空人安全返回家園。

為了迎接這一刻,我們已經做了大量的準備工作,但現實是,科學家在實際重返大氣層時對其進行測試之前,無法確切知道隔熱罩的性能。

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這就是為什麼來自美國宇航局和國防部的一組科學家和試飛員隨時準備收集詳細數據,了解當太空艙劃過天空時,隔熱罩如何工作,將其周圍的大氣轉變為一個明亮的火球,溫度約為太陽表面的一半,然後從聖地亞哥海岸濺落。

駐紮在南加州軍事基地的試飛員將輪流以複雜的高速接力追逐太空艙:首先是一架美國宇航局公務機,然後是一架海軍偵察機,接著是另一架美國宇航局飛機,最後是一架美國宇航局氣象研究飛機。地面團隊將監視阿耳忒彌斯二號太空艙,並向試飛員發送精確的速度和座標,以在追蹤天空中火球的同時進行擊中。同時,飛機後部的研究人員將用望遠鏡和感測器追蹤太空艙。

3 月 18 日,布拉德利·弗里克 (Bradley C. Flick) 和羅伯特·納瓦羅 (Robert Navarro) 在愛德華茲空軍基地互相祝賀。

3 月 18 日,在愛德華茲空軍基地的 NASA 阿姆斯壯飛行研究中心,中心主任 Bradley C. Flick(左)向專案經理 Robert Navarro 給予了高度評價。

(吉納羅·莫利納/洛杉磯時報)

「多次穿線是一項令人興奮的工作,」位於加州愛德華茲的美國宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心的項目經理羅伯特·納瓦羅說,他負責接力的關鍵第三部分。 “它必須準確,因為他們收集這些數據所需的時間很短。他們必須準確無誤。”

著陸後,阿姆斯壯飛行研究中心的一個單獨團隊將收集一個固定在太空艙外部的強化感測器,旨在仔細研究隔熱罩。

該中心膠囊感測器專案副專案經理 Patty Ortiz 表示:“我很高興讓我的團隊參與如此重要的任務。” “我自 2019 年以來一直在那裡工作,這對我來說絕對是一個完整的循環。”

幾十年來,該中心一直在突破人類飛行的極限,並在此過程中收集了大量數據。

「我們將我們的飛機視為飛行實驗室——我們將做一些以前可能從未做過的事情,」布拉德·弗里克(Brad Flick)說,他在該研究中心工作了近四十年,於3月20日從中心主任的職位上退休。

將用於阿耳忒彌斯 II 任務的灣流 III 飛機。

阿姆斯壯飛行研究中心專案經理羅伯特·納瓦羅走過一架將用於阿耳忒彌斯 II 任務的灣流 III 飛機。

(吉納羅·莫利納/洛杉磯時報)

1960 年代,飛行研究中心的工程師幫助設計和測試了阿波羅登月車的模型,尼爾阿姆斯壯在飛往月球之前曾用它來練習在地球上著陸。 (中心後來以他的名字命名,他是第一個在月球表面行走的人。)

該中心多年來一直在準備研究阿爾忒彌斯二號的再入,但在美國宇航局在阿爾忒彌斯一號測試任務後發現隔熱罩存在問題後,這項工作變得更加重要。

美國太空總署引導阿耳忒彌斯一號太空艙最初僅掠過地球大氣層,然後短暫上升回太空,然後完成最終重返大氣層。這種新方法減少了太空人在重返大氣層時所承受的力,並幫助美國太空總署更精確地將太空艙操縱到太平洋的著陸點,無論它何時何地從月球返回。

這次任務似乎很成功,但當機組人員在濺落後開始檢查未裝備的太空艙底部的隔熱罩時,他們注意到了一個問題。

阿耳忒彌斯一號試飛結束後,美國太空總署獵戶座太空船的隔熱罩。

在阿耳忒彌斯一號試飛結束後,美國太空總署的獵戶座太空船被回收並運送到美國太空總署位於佛羅裡達州的甘迺迪太空中心,其隔熱罩從操作和檢查大樓內的乘員艙中拆除,並進行旋轉以進行檢查。

(美國太空總署)

隔熱罩設計為在重返大氣層期間緩慢侵蝕(或用 NASA 的話說“燒蝕”),以保持太空艙內的環境適宜居住,而僅幾英寸外的空氣溫度可達到近 5,000 華氏度:隔熱罩的外層穩定升溫,然後以氣體和煤塊的形式脫落,當它們將它們從太空艙周圍擴散到太空艙周圍的熱量中。

阿耳忒彌斯一號的問題在於,美國太空總署嘗試的新的再入方法似乎破壞了這種消融過程。

因為阿耳忒彌斯一號在第一次潛入大氣層和最後重返大氣層之間返回太空,所以它暴露在高溫下有一個短暫的喘息時間——這意味著隔熱罩的熱內部繼續產生氣體,但外部不再以足夠快的速度損失材料以允許這些氣體逸出。壓力逐漸增大,導致隔熱罩破裂,最終導致較大的碎片在最終重返大氣層時破裂。

美國太空總署科學家確定,如果太空人在船上,他們就能活下來,但他們不想讓阿耳忒彌斯二號太空人面臨不必要的風險。

這留下了兩個選擇:第一,用目前正在開發的新設計替換已經建造的阿耳忒彌斯二號隔熱罩,該設計可以處理阿耳忒彌斯一號嘗試的再入路徑。第二,修改再入路徑以避免第一次潛入大氣層並直接進入那裡,以消除首先造成問題的條件。

該機構最終認為更換 Artemis II 隔熱罩在後勤方面太麻煩,因此選擇了後者更簡單的方法。週五,美國宇航局宇航員將測試這項決定。阿姆斯壯飛行研究中心的科學家們已做好觀察準備。

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