Technologijos, reikalingos išgyventi „Orion“ erdvėlaivyje: atlaikys beveik 400 laipsnių temperatūros diapazoną

Artemidės I misija prasidėjo Kenedžio kosminio tyrimo centre Floridoje. Galingiausia pasaulyje NASA raketa SLS (Space Launch System) 2022-11-16 d. iškėlė erdvėlaivį „Orion“, kuris nukeliaus iki Mėnulio. Reikės įveikti daugiau nei 1000 kartų didesnį atstumą, nei Tarptautinė kosminė stotis (TKS) skrieja žemoje Žemės orbitoje, ir toliau nei bet kuris žmonėms sukurtas erdvėlaivis. Kad pasiektų šį tikslą, „Orion“ turi turėti pažangias technologijas, leidžiančias tyrinėti Saulės sistemą.

Gyvybės palaikymo sistemos

Žmonėms keliaujant toliau nuo Žemės ilgesnėms misijoms, sistemos, palaikančios juos gyvus, turi būti labai patikimos, užimti minimalią masę ir tūrį. „Orion“ aprūpintas pažangiomis aplinkos kontrolės ir gyvybės palaikymo sistemomis, sukurtomis tolimojo kosmoso misijos poreikiams. TKS bandoma aukštųjų technologijų sistema pašalina anglies dioksidą (CO₂) ir drėgmę, kurie yra svarbūs siekiant užtikrinti, kad oras liktų saugus įgulai kvėpuoti. Vandens kondensacija ant  techninės įrangos yra kontroliuojama, kad būtų išvengta vandens patekimo į jautrią įrangą ir nesukeltų korozijos arba trumpo jungimo.

Sistema taip pat taupo tūrį erdvėlaivio viduje. Be tokios technologijos „Orion“ turėtų gabenti daug cheminių medžiagų, kurios užimtų apie vieną kubinį metrą. Tai sudarytų apie 10 procentų įgulos gyvenamojo ploto. „Orion“ taip pat turi naują kompaktišką tualetą, mažesnį nei esantis kosminėje stotyje. Ilgos, toli nuo Žemės vykstančios misijos skatina inžinierius kurti kompaktiškas sistemas. Jos ne tik maksimaliai padidina laisvą erdvę, kad įgulai būtų patogiau, bet ir talpina vietą, reikalingą eksploatacinėms medžiagoms, pvz. maistui ir vandeniui.

Patikimos sistemos yra labai svarbios, kai toli esanti įgula neturės galimybės gabenanti atsargines dalis iš Žemės, pavyzdžiui, į kosminę stotį. Net mažos sistemos turi patikimai veikti, kad palaikytų gyvybę kosmose – nuo ​​veikiančio tualeto iki automatinės gaisro gesinimo sistemos ar mankštos įrangos, padedančios astronautams išlaikyti formą ir neutralizuoti kosmoso nulinės gravitacijos poveikį, kuris gali sukelti raumenų ir kaulų atrofiją. Didelis atstumas iki Žemės taip pat reikalauja, kad „Orion“ turėtų skafandrus, galinčius išlaikyti astronautą gyvą šešias dienas, jei salone nukristų slėgis, kad būtų galima palaikyti ilgą kelionę namo.

Tinkamas varomosios sistemos

Kuo toliau transporto priemonė leidžiasi į kosmosą, tuo jos varomosios sistemos turi būti pajėgesnės, kad galėtų tiksliai išlaikyti savo kursą kelionėje ir užtikrinti, kad jos įgula galėtų grįžti namo.

„Orion“ turi labai galingą serviso modulį (ESM), kurį suprojektavo ir pagamino Europos kosmoso agentūra (ESA). ESM tarnauja kaip erdvėlaivio jėgainė, suteikianti varomąją galią, leidžiančią „Orion“ apskristi Mėnulį ir grįžti į Žemę. Serviso modulyje yra 33 įvairaus dydžio varikliai. Pagrindinis variklis užtikrina pagrindines manevravimo kosmose galimybes visos misijos metu, įskaitant „Orion“ iškėlimą į Mėnulio orbitą ir pakankamai galingą impulsą, kad galėtų išeiti iš Mėnulio orbitos ir grįžti į Žemę. Kiti 32 varikliai naudojami erdvėlaiviui orbitoje valdyti.

Serviso modulyje telpa beveik 8 000 litrų raketinio kuro. Taip pat yra pagrindinio variklio atsarginė dalis gedimo atveju. „Orion“ aptarnavimo modulis yra pritaikytas atlaikyti sudėtingas kelionės užduotis, kurios yra toli ir ilgalaikės. Turi galimybę pargabenti įgulą namo iškilus įvairioms avarinėms situacijoms.

Termoizoliacija

Nuvykti į Mėnulį nėra lengva užduotis ir tai tik pusė kelionės. Kuo toliau erdvėlaivis nukeliauja į erdvę, tuo daugiau šilumos jis generuos grįžtant į Žemę. Norint saugiai grįžti, reikia technologijų, kurios padėtų erdvėlaiviui ištverti 30 kartų didesnį garso greitį ir dvigubai karštesnį nei išsilydžiusią lavą arba perpus karštesnį už saulę.

Kai erdvėlaivis grįš iš Mėnulio, jis skris beveik 40 000 km per valandą greičiu – tokiu greičiu atstumą nuo Los Andželo iki Niujorko galėtų įveikti per šešias minutes. Jo pažangus šilumos skydas, pagamintas iš medžiagos, vadinamos AVCOAT, kad būtų užtikrinta kontroliuojama erozija, perkelianti šilumą nuo įgulos modulio į atmosferą. „Orion“ šiluminis skydas yra didžiausias kada nors pastatytas tokio tipo skydas ir padės erdvėlaiviui atlaikyti iki 3000 laipsnių pagal Celsijų temperatūrą, kai jis grįžta į Žemės atmosferą.

Prieš sugrįždamas, „Orion“ taip pat atlaikys beveik 400 laipsnių temperatūros diapazoną nuo maždaug minus 70 iki plius 300 laipsnių temperatūros. Labai galinga „Orion“ šiluminės apsaugos sistema, suporuota su šiluminiais valdikliais, apsaugos „Orion“ esant tiesioginiuose saulės spinduliuose ir tamsoje, o jo įgula patogiai mėgausis saugia ir stabilia maždaug 25 laipsnių temperatūra.

Radiacinė apsauga

Kai erdvėlaivis skrieja kosmose, kurio neapsaugo Žemės magnetinis laukas, jis bus veikiamas atšiauresnės spinduliuotės nei esant žemai Žemės orbitai. Įkrautų dalelių ir saulės audrų spinduliuotės kiekis gali sutrikdyti svarbių kompiuterių, avionikos ir kitos įrangos darbą. Žmonės, veikiami radiacinės spinduliuotės, gali patirti tiek ūmių, tiek lėtinių sveikatos problemų – nuo trumpalaikės spindulinės ligos iki galimo vėžio išsivystymo ilgalaikėje perspektyvoje.

„Orion“ buvo sukurtas su integruotomis sistemos lygio funkcijomis, kad būtų užtikrintas esminių erdvėlaivio elementų patikimumas galimų radiacijos įvykių metu. Pavyzdžiui, „Orion“ turi keturis identiškus kompiuterius, kurių kiekvienas atlieka savitikrą, ir visiškai skirtingą atsarginį kompiuterį, kad būtų užtikrinta, jog „Orion“ vis tiek galėtų siųsti komandas avarijos atveju. Inžinieriai išbandė dalis ir sistemas pagal aukštus standartus, siekdami užtikrinti, kad visos svarbiausios sistemos veiktų net ir ekstremaliomis aplinkybėmis.

„Orion“ taip pat turi laikiną slėptuvę po pagrindiniu įgulos modulio deniu. Saulės radiacijos įvykio atveju NASA parengė planus laive esančiam įgulai, naudojant laive esančias medžiagas, sukurti laikiną prieglobstį. Erdvėlaivyje taip pat bus įvairių radiacijos jutiklių, kurie padės mokslininkams geriau suprasti radiacijos aplinką, esančią toli nuo Žemės. Vienas tyrimas, vadinamas AstroRad,  išbandys eksperimentinę liemenę, kuri gali padėti apsaugoti gyvybiškai svarbius organus ir sumažinti saulės dalelių poveikį.

Nuolatinis bendravimas ir navigacija

Erdvėlaiviai, skriejantys toli nuo Žemės kosmose neapsiriboja pasauline padėties nustatymo sistema (GPS) ir ryšių palydovais Žemės orbitoje. Norėdami pasikalbėti su misijos valdymo centru Hiustone, „Orion“ naudos visus tris NASA kosminių ryšių tinklus. Kylant nuo paleidimo aikštelės į Mėnulį, „Orion“ pereis iš „ Near Earth“ tinklo į sekimo ir duomenų perdavimo palydovų tinklą, ir galiausiai į „ Deep Space Network“ , teikiantį ryšį kai kuriems NASA tolimiems erdvėlaiviams.

„Orion“ taip pat aprūpinta atsarginėmis ryšio ir navigacijos sistemomis, padedančiomis erdvėlaiviui palaikyti ryšį su Žeme ir orientuotis, jei sugenda jo pagrindinės sistemos. Atsarginė navigacijos sistema, palyginti nauja technologija, vadinama optine navigacija, naudoja fotoaparatą, kad fotografuotų Žemę, Mėnulį ir žvaigždes bei autonomiškai trianguliuotų erdvėlaivio padėtį iš nuotraukų. Jo atsarginė avarinio ryšio sistema nenaudoja pirminės sistemos ar antenų didelės spartos duomenų perdavimui.