NASA se sprema da pošalje ljude do Meseca: Problem je što svemirska letelica za misiju možda i nije bezbedna

Kad četiri astronauta počnu istorijsko putovanje oko Meseca najranije 6. februara, ući će u svemirsku letelicu Orion, široku pet metara, sa znanjem da ima poznat nedostatak — zbog kojeg neki stručnjaci apeluju na svemirsku agenciju da ne šalje misiju sa ljudskom posadom.

Međutim, NASA ostaje uverena da ima kontrolu nad problemom i da letelica može bezbedno da vrati posadu kući, piše CNN.

Preporučujemo

Problem se odnosi na specijalnu zaštitu postavljenu na donji deo svemirske letelice – toplotni štit. To je ključni deo hardvera dizajniranog da štiti astronaute od ekstremnih temperatura dok se spuštaju nazad na Zemlju tokom poslednje faze misije do Meseca, zvane Artemis II.

Ovaj bitan deo svemirske letelice Orion je skoro identičan toplotnom štitu za Artemis I, probni let bez posade iz 2022. godine. Orion se tada vratio iz svemira sa neočekivano oštećenim toplotnim štitom.

I dok NASA planira da odobri toplotni štit za let, čak i oni koji veruju da je misija bezbedna priznaju da postoji nepoznat rizik.

„Ovo nije odgovarajući toplotni štit“, rekao je dr Deni Olivas, bivši astronaut NASA koji je istraživao incident. „Nema sumnje, ovo nije toplotni štit koji bi NASA želela da da svojim astronautima“. Ipak, on veruje da NASA nakon višegodišnje analize savladala problem.

Po završenom ispitivanju pre otprilike godinu dana, NASA je odlučila da pošalje kapsulu Orion u misiju Artemis II bez izmena, verujući da može obezbediti bezbednost posade putem male izmene putanje leta.

NASA je saopštila da je „razmotrila sve aspekte“ prilikom odlučivanja, primećujući da postoji i neizvesnost koja dolazi sa razvojem i kvalifikacijom procesa promene u procesu proizvodnje zaštitnih blokova, što znači da neizvesnost postoji kojim god putem da se krene.

I Rid Vajzmen, astronaut koji treba da komanduje misijom Artemis II, izrazio je poverenje. Međutim, neki nisu tako sigurni.

„Ono što govore da će uraditi je suludo“, rekao je dr Čarli Kamarda, stručnjak za toplotne štitove, bivši astronaut NASA. On smatra da svemirska agencija ne bi trebalo da šalje astronaute na predstojeću lunarnu misiju. „Ovaj problem smo mogli rešiti još nakon katastrofe šatla Kolumbija. Umesto toga, stalno odlažu rešenje“.

Izgleda da će NASA dati zeleno svetlo za lansiranje, pošto njeni lideri nastoje da uvere javnost — i posadu — da će misija biti bezbedna.

Svemirska letelica Orion je postavljena na lansirni sistem 17. januara. Presudni trenutak može biti skori finalni sastanak radi procene rizika i spremnosti za let, na kom će rukovodioci odlučiti da li su raketa i svemirska letelica spremni za let sa posadom.

Promena dizajna

Još pre Artemisa, kapsula Orion — svemirski brod vredan 20,4 milijarde dolara koji je NASA razvijala 20 godina — nije bila baš omiljena u aerokosmičkoj industriji.

Jedan inženjer i fizičar nazvao ga je „vrelo smeće“. Bivši zaposleni u Laboratoriji za mlazni pogon kritikovao je izuzetno dugo vreme za razvoj kapsule i prekoračenja troškova koja su dostigla milijarde dolara.

Lori Garver, bivša zamenica administratora NASA za vreme Obame javno je izrazila žaljenje zbog političkog uticaja koji je obeležio put do završetka letelice.

Međutim, problemi Oriona ne mogu se potpuno pripisati politici, rekao je dr Ed Poup, stručnjak za toplotne štitove i nauku o materijalima. Nisu u pitanju republikanci ili demokrate, stvar je birokratske prirode.

Odluke koje su dovele do problema sa toplotnim štitom sa kojima se NASA suočava danas počele su rano u procesu razvoja svemirskog broda. Rukovodioci programa Orion odlučili su da se toplotni štit napravi od Avcoat materijala 2009. godine. Toplotni štitovi za kapsule Apolo su svi imali zaštitni Avcoat sloj, pa je smatran dobro poznatim materijalom sa decenijama podataka koji potkrepljuju njegovu efikasnost.

Međutim, poželjan je bio jednostavniji dizajn – u pitanju je bila produktinost.

NASA je izjavila da su se pri proizvodnji Avcoat strukture po Apolo obrascu pojavili problemi, poput „pukotina između različitih delova saća“, da se materijal nije ravnomerno stvrdnuo i da je bio slabiji nego što se očekivalo. To ga je učinilo „marginalno prihvatljivim“ za probni let 2014. godine i verovatno neupotrebljivim za lunarnu misiju koja zahteva mnogo veće brzine i silovitiji proces ponovnog ulaska u atmosferu.

Kapsule Orion za misije Artemis napustile su Avcoat strukturu u obliku saća radi toplotnog štita napravljene od velikih blokova materijala. Iskustvo sa dizajnom toplotnih štitova za misiju na Mars pokazalo je da su blokovi lakši za proizvodnju, testiranje i instalaciju.

Prvi test novog dizajna Orionovog toplotnog štita u stvarnom svetu, pak, predstavljao je probni let Artemisa I 2022. godine. Nakon te misije, NASA je pronašla otpale komade toplotnog štita, koji su ostavili udubljenja u izgorelom Avcoat materijalu.

To nije način na koji toplotni štit treba da se ponaša. Avcoat sloj treba da erodira na kontrolisan način dok se zagreva.

Situaciju je dodatno komplikovalo to što je postalo prekasno da se popravi toplotni štiti za Artemis II.

NASA nije mogla da zameni toplotni štit za Artemis II novim. Kapsula Orion je već imala instaliran toplotni štit pre leta Artemisa I, a „nije se prosto moglo otići u radnju za zamenu“.

Istraga u vezi sa problemom toplotnog štita Artemisa I je takođe zaključila da, iako nije bilo astronauta na probnom letu, „podaci su pokazali da bi posada bila bezbedna da je bila na letelici“.

Na pitanje o odluci NASA da nastavi sa misijom Artemis II bez zamene toplotnog štita, odgovoreno je da rukovodioci programa ponekad moraju da prave ove kompromise zbog troškova, rasporeda i performansi, i da sigurno nisu doneli odluku olako.

Preispitivanje Orionovog povratka u atmosferu

Toplotni štitovi za buduće Artemis misije biće proizvedeni pomoću unapređenim tehnika. Menja se količina Avcoat materijala radi dobijanja permeabilnijeg štita.

Avcoat je ablativan, što znači da je materijal dizajniran da gori i erodira na kontrolisan način dok se svemirska letelica vraća sa Meseca i uranja u gusti unutrašnji sloj Zemljine atmosfere, putujući više od 30 puta brže od zvuka.

Ova faza „ponovnog ulaska“, uzrokuje žestoku kompresiju molekula vazduha, što može zagrejati spoljni deo svemirske letelice na više od 2.760 stepeni Celzijusovih.

Inženjeri NASA dizajnirali su letelicu Orion za „preskačući ponovni ulaz“ — kapsula se ponaša kao ravan kamen koji odskače po površini mirnog jezera nakratko ulazeći u atmosferu i nakratko povećava svoju visinu još jednom pre konačnog spuštanja. Specijalna putanja omogućava Orionu da cilja preciznu lokaciju sletanja.

Problem je, zaključila je NASA nakon višemesečnog istraživanja, u tome što Avcoat materijal korišćen u toplotnom štitu Artemisa I nije bio dovoljno permeabilan. To je značilo da su se, kad je kapsula ušla u atmosferu, gasovi gomilali u unutrašnjosti toplotnog štita, uzrokujući otpadanje komada materijala i formiranje pukotina.

Pitanje je koliko dobro rukovodioci misije Artemis razumeju problem i koliku tačno opasnost predstavlja suboptimalan toplotni štit za četiri astronauta koji bi trebalo da polete za par nedelja.

U septembru su neki od rukovodilaca programa Artemis izjavili da veruju da će Orionov toplotni štiti dobro funkcionisati u misiji Artemis II, uprkos tome što nisu napravljene značajne promene u dizajnu.

U stvari, dok NASA sad planira da proizvodi buduće toplotne štitove tako da budu permeabilni, toplotni štit za Artemis II je zapravo manje permeabilan nego onaj za Artemis I.

Oko 6% površine toplotnog štita za Artemis I bilo je permeabilno i to permeabilno područje nije pretrpelo nikakve pukotine, kaže Olivas. Međutim, toplotni štit za Artemis II nema nikakva permeabilna područja, dodaje on, napominjući da je promena napravljena pre probnog leta Artemisa I i pre nego što je NASA shvatila da toplotni štit treba da bude permeabilana da bi dobro funkcionisao.

Trajektorija pobratka Artemisa II je modifikovana sa ciljem da se izbegnu uslovi koji su uzrokovali pucanje toplotnog štita u slučaju Artemisa I. Ova nova putanja bi trebalo da omogući Avcoat materijalu da normalno erodira.

„Želimo da naglasimo da je bezbednost naš prioritet“, izjavili su zvaničnici NASA, ponavljajući staru mantru.

Prilagođena putanja povratka treba da stvori oštriji ugao spuštanja kako bi se smanjilo vreme izloženosti maksimalnom zagrevanju.

Temeljito testiranje, analiza, simulacija i stručna validacija obezbedili su dovoljno opravdanje da se nastavi bez redizajniranja toplotnog štita, saopštila je NASA.

Međutim, drugi stručnjaci se ne slažu da je promena Orionove putanje leta dovoljna garancija da će se posada bezbedno vratiti kući.

„Razlog je to što kad toplotni štit počne da se raspada, čak i ako vozilo nije uništeno, tačno ste na ivici kvara“, rekao je dr Den Reski, koji je radio na zaštitnim materijalima u NASA više od 30 godina. „To je kao da ste u magli na ivici litice“.

Reski, kao i Kamarda, ne veruje da NASA treba da pošalje astronaute da lete u Orion kapsuli za Artemis II.

Čak i neki stručnjaci koji veruju da je Artemis II bezbedan priznaju da će verovatno doći do pucanja toplotnog štita Oriona i pokazivanja znakova oštećenja, čak i sa modifikovanom trajektorijom.

Međutim, Orion ima ugrađenu otpornost, rekao je dr Stiv Skoti iz istraživačkog centra Lengli. Ispod Avcoat sloja nalazi se kompozitna struktura koja je tokom testiranja nakratko uspela da preživi ekstremne temperature ponovnog ulaska u atmosferu. Ta struktura može da posluži kao poslednja linija odbrane u malo verovatnom slučaju da Avcoat materijal postane toliko deformisan da počne da otkriva donju stranu svemirske letelice.

Olivas je naglasio da NASA ne planira da se oslanja na kompozitnu strukturu da bi zaštitila astronaute. Avcoat materijal bi to trebalo da uradi, ali ta struktura predstavlja dodatni sloj bezbednosti.

Čak i ako toplotni štit Artemisa II bude funkcionisao lošije nego u slučaju Artemisa I, Olivas i Skoti veruju da će astronauti ostati bezbedni.

Ipak, oba stručnjaka priznaju, kao što Kamarda tvrdi, da inženjeri ne mogu tačno predvideti kako će se toplotni štit ponašati. Vrlo je malo podataka za analizu toplotnog štita, a sam materijal se menja na otprilike 20 sekundi tokom vraćanja u atmosferu.

„Još uvek postoje stvari koje ne znamo“, dodao je Skoti. „To nije nizak rizik, to je umeren rizik“.

Ključno pitanje je kad će se toplotni štit polomiti. I koliko duboko u atmosferi? Postoje stvari koje nikad ne možemo znati dok se zaista ne dogode, rekao je Olivas. Verujem istraživačkom timu, kao i rukovodiocima programa.

Međutim, Kamarda se ne slaže.

Borba sa fizikom

Kamarda je, na primer, protiv kompjuterskog programa korišćenog u analizi toplotnog štita, koji je trebalo da modelira kako i kad bi materijal Avcoat mogao početi da se fragmentira u različitim uslovima.

Međutim, podaci nisu savršeni, tvrdi Kamarda, i instrument se oslanja na "pojednostavljene pretpostavke". Analiza je pojednostavljeni model koji predviđa generaciju gasa, gorenje materijala i kvalitativno kad će nastati pukotine. Međutim, mehanizam kvara je način na koji pukotine rastu i to definitivno ne može da predvidi. Ne može da predvidi stresove i naprezanja koji izazivaju pukotine ili kako one mogu da rastu.

Olivas je priznao da nijedan program kompjuterskog modeliranja nije potpuno tačan.

Međutim, predviđanja kompjuterskog programa su u skladu sa stvarnim laboratorijskim testovima koji su uključivali materijal Avcoat. Program je takođe mogao da tačno predvidi i reprodukuje uslove koji su doveli do stvaranja pukotina u slučaju Artemisa I.

Kamarda je, pak, odgovario da je moguće napraviti alate modeliranja sa pristupom koji je više interdisciplinaran. Multifizička analiza može da uradi sve u jednom kompjuterskom kodu: predviđa aerotermodinamičko zagrevanje izvan vozila i ispituje kako materijal menja faze i počinje da gori i proizvodi gasove.

To je, kaže on, tip analize koja bi rukovodiocima mogla dati celovitije razumevanje rizika koje toplotni štit predstavlja.

Za Kamardu, problem sa toplotnim štitom je jedan simptom raširene bolesti koja muči NASA, još iz doba programa spejs-šatla. On je kao mlad astronaut imao iskustvo raspada šatla Kolumbija prilikom ponovnog ulaska u atmosferu 2003. godine, kad je poginulo svih sedam članova posade.

To je bio drugi tragičan događaj u programu, nakon što je spejs-šatl Čelendžer uništen tokom uzletanja 1986. godine.

Kamarda je rekao da je početkom 1980-ih NASA procenila da će verovatnoća za koban kvar spejs-šatla biti otprilike 1 u 100.000. Međutim, šatl je leteo ukupono 135 misija sa dve eksplozije i 14 žrtava. Tako da je prava verovatnoća za katastrofalan kvar 1 u 67,5.

Svemirska agencija se, smatra Kamarda, udaljila od obrasca istraživanja i otkrivanja iz Apolo ere, kad su inženjeri bili podsticani da identifikuju i izraze zabrinutost zbog potencijalnih bezbednosnih problema. Danas se radi o prilagođavanju procenama i ciljevima menadžmenta.

Kamarda je takođe istakao da njegovo suprotstavljanje misiji Artemis II nije zasnovano na verovanju da će se ona završiti katastrofalnim neuspehom. On smatra da je verovatno da će se misija bezbedno vratiti kući.

Više od svega se plaši da će bezbedan let Artemisa II poslužiti kao validacija za vođstvo NASA da su njihovi procesi odlučivanja ispravni i da će to uljuljkati agenciju u lažni osećaj sigurnosti.

Dvojica bivših astronaauta i stručnjaka za zaštitu od toplote — Olivas i Kamarda — nemaju isto mišljenje o tome da li NASA treba da lansira misiju Artemis II sa posadom.

Međutim, slažu se u sledećem: "Ponekad imamo sreće. I kad imamo sreće, ponekad uveravamo sebe da smo bolji nego što zapravo jesmo", rekao je Olivas. „Mislim da je opravdano postavljati pitanja o tome šta se dešava u NASA, jer naša prošlost nije savršena".

(Telegraf Nauka/CNN)