NASA uzay aracı yakında yaklaşık 25.000 mil hızla Dünya atmosferine girecek. Bundan sonra ne olacak?

Pazar sabahı 10:40 MT civarında, NASA’nın Orion uzay aracı, birkaç haftalık aya gidiş geliş yolculuğunun ardından Pasifik Okyanusu’na inecek. Uzay meraklıları, 15 Kasım’da Florida’da başlatılan tarihi Artemis 1 görevinin son ayağı olan bazı aşırı fiziğe tanık olmak için NASA’nın canlı yayınını ayarlayabilir.

Rakamlar akıllara durgunluk veriyor: Orion kapsülü, yaklaşık 25.000 mph (veya saniyede yaklaşık 11 kilometre) hızla uçarak Dünya atmosferine çarpacak ve bu süreçte 5.000 Fahrenheit dereceye yaklaşan sıcaklıklar yaşayacak.

Iain Boyd, kariyerini hipersonik veya ses hızından çok daha hızlı hareket eden araçlar üzerinde çalışarak geçiren Ann ve HJ Smead Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilimleri Departmanında bir profesördür. Ayrıca Gelişmiş Hesaplamalı Giriş Sistemi Simülasyonu Merkezi (ACCESS) adlı 15 milyon dolarlık bir NASA enstitüsüne de liderlik ediyor. Bu çaba, uzay araçlarını Dünya, Mars ve ötesindeki atmosferlere girmenin aşırılıklarından geçerken korumanın yeni yollarını araştırıyor.

Orion’un bu hafta sonu karşılaşmayı bekleyebileceği koşullardan ve büyüyen uzay turizmi endüstrisinin neden yeni tür uzay aracı ısı kalkanlarına ihtiyaç duyabileceğinden bahsetti.

NASA, Orion kapsülünü yavaşlatmak için “girişi atla” adı verilen bir manevra kullanıyor. Bu ne anlama geliyor?

Atlama girişinin alternatifi, doğrudan bir giriştir; doğrudan Dünya atmosferine gelir ve aşağı iner. Bir geçiş girişinde, atmosfere daha sığ bir açıyla girersiniz, sonra tekrar uzaya atlar ve tekrar içeri girersiniz. Bir gölde taş atlamak gibi bir şey. Hemen ısıtmaya geçmeden yavaşlamanın bir yolu. Ayrıca, kapsülün nereye ineceği konusunda daha fazla esneklik sağlar.

Derhal. Bu manevralara rağmen, Orion Pazar günü şiddetli koşullarla karşı karşıya kalacak. Ne olmasını bekleyebiliriz?

Havada veya başka bir gazda çok hızlı uçtuğunuzda, gazın kendisi ısınır. Ellerinizi birbirine sürttüğünüzde sürtünme gibi. Bu durumda, Ay’dan bu hızlarda geri döndüğünüzde, gazların sıcaklıkları güneşin yüzey sıcaklığından daha yüksektir – binlerce, binlerce derece.

Orion bu görevde insan mürettebat taşımıyor. Ama gelecekte olacak. NASA onları bu tür sıcaklardan nasıl koruyacak?

Uçaklardan farklı olarak, kapsüller de dahil olmak üzere hipersonik araçlar, termal koruma sistemi denen şeye sahiptir. Genellikle, ısının dışarıda tutulmasını sağlamak için aracın dışını kaplayan farklı malzemelerden oluşan bir koleksiyondur.

Artemis, ‘ablating’ termal koruma sistemi dediğimiz sistemi kullanır. Bu, tasarım gereği ısı altında parçalanan ve atom atom ayrılan ama kontrollü, iyi anlaşılan bir malzemedir. Parçalanırken, bu atomlar enerjiyi ve ısıyı araçtan uzaklaştırır.

Bu strateji, NASA’nın Apollo döneminde yaptıklarına oldukça benziyor. Bilim adamları, uzay aracını yeniden girişte korumanın yeni yollarını da keşfediyor mu?

ACCESS enstitüsünün öne çıkan özelliklerinden biri, NASA’nın bu on yılın sonlarında yapılması planlanan Mars Sample Return görevini analiz edecek olmamız.

NASA, Mars’a uçacak, yüzeye bir gezici indirecek, Mars’a ait bazı toprak ve kayaları toplayacak ve geri uçacak. O kapsül, Dünya atmosferine saniyede yaklaşık 14 kilometre hızla girecek. Orion uzay aracı saniyede yaklaşık 11 kilometre hızla hareket edecek. Saniyede on dört kilometre kulağa büyük bir sıçrama gibi gelmiyor ama farklı bir fizik rejimi olduğu ortaya çıkıyor. Farklı malzemelere ve farklı türde bir ısı kalkanına ihtiyacımız olacak.

Bu yeni ısı kalkanları nasıl çalışırdı?

İncelenmekte olan yaklaşımlardan bazıları, dokuma malzemeler olarak adlandırılanlardır. Karbondan yapılmış lifleri birlikte dokuyarak başlarsınız ve ardından lifler arasındaki boşluklara malzeme enjekte edersiniz. Kulağa düşük teknoloji gibi geliyor ama aslında çok yüksek teknoloji.

Liflerin kendileri hala kesilecektir. Ancak liflerin arasına enjekte edilen kimyasallar ısınınca parçalanacak ve gaz haline gelecektir. Bu gaz, ısı kalkanının içinden dışarı doğru akarak ek soğutma etkileri yaratır.

Uzay turizmi endüstrisi büyüdükçe, Dünya’dan fırlatılan çok daha fazla uzay aracı göreceğiz ve umarım geri döneceğiz. Bu ne tür sorunlar doğuracak?

Başarılı bir uzay ekonomisi için en önemli zorluklardan biri, daha verimli araçlar ve daha verimli ısı kalkanları olacaktır. Ve bu, tüm bu fiziksel ve kimyasal süreçleri daha iyi anlamamızı gerektirecek. Isı kalkanımızı tıraş edebileceğimiz her bir katman, çünkü buna ihtiyacımız olmadığından eminiz, uzaydan geri getirme verimliliğini artıracaktır.