Одним из ключевых аспектов программы НАСА «Артемида» является восстановление капсулы «Орион» после приводнения. Океаническая среда сопряжена с уникальными проблемами для задействованного оборудования, и покрытия становятся частью решения.
Недавние достижения космической программы США не могут не вызвать трепет. В мае 2020 года американские астронавты вышли на орбиту впервые с момента окончания программы «Спейс Шаттл» в 2011 году. Миссия также ознаменовала собой первый случай, когда подобный полет был осуществлен частной компанией. Ракета Falcon 9 и капсула Crew Dragon были построены компанией SpaceX, что открыло новую главу в освоении космоса, в которой частные компании играют все более заметную роль.
С этого момента казалось, что НАСА делает одно захватывающее объявление за другим. Последний марсоход был запущен в июле 2020 года и в целости и сохранности приземлился на красной планете в феврале 2021 года. Космический телескоп «Джеймс Уэбб», который стал кульминацией десятилетий, посвященных разработкам и испытаниям, был запущен в Рождество 2021 года и сейчас находится на орбите в точке Лагранжа L2, где выполняются последние приготовления к его работе.
Во время всего этого процесса в НАСА также занимались программой «Артемида», целью которой является возвращение людей на Луну к 2025 году. Объем работ по программе «Артемида» обширен: планируется создание лунной базы на поверхности Луны и космической станции на ее орбите. В основе программы Комплекс сверхтяжелой ракеты-носителя НАСА и космический корабль «Орион», которые будут перевозить астронавтов между Землей и орбитой Луны. Но какое еще оборудование потребуется для реализации программы? В рамках программы «Артемида» с генеральными подрядчиками НАСА сотрудничает более 3800 поставщиков. Объем проектно-конструкторских работ и производства уникальных компонентов, необходимых для реализации каждой задачи в космосе поистине впечатляет. И именно благодаря такому кропотливому труду космические исследования становятся возможными.
Работа, которую нужно проделать для успеха этих миссий, не ограничивается одними только космическими кораблями. Возьмем, к примеру, операции, связанные с возвращением из космоса. Когда капсула «Орион» возвращается на Землю, требуется выполнить ряд операций с использованием определенного оборудования, чтобы обеспечить безопасное возвращение космического корабля и его экипажа.
Когда капсула «Орион» возвращается на Землю, требуется выполнить ряд операций с использованием определенного оборудования, чтобы обеспечить безопасное возвращение космического корабля и его экипажа. Источник фото: ВМС США
Платформа для спуска должна быть легкой и подвижной, однако достаточно прочной, чтобы выдерживать экстремальные условия океанической среды. Источник фото: компания Spika Design & Manufacturing
Платформа для спуска «Артемида» — это специализированная платформа и трап, изготовленные по индивидуальному заказу, которые обеспечивают безопасный сход экипажа с корабля «Орион» на десантный корабль-док. Источник фото: компания Spika Design & Manufacturing
Возвращение домой
Заглядывая в будущее, мы опираемся на достижения прошлого. Метод спасения космического корабля «Орион» после приводнения, по сути, такой же, что и в миссиях «Аполлон» в конце 1960-х и начале 1970-х годов. В миссии по спасению корабля задействована высококвалифицированная команда водолазов и технических специалистов, которые извлекают капсулу из океана с помощью небольших жесткокорпусных надувных лодок, которые буксируют ее к кораблю типа «Сан-Антонио», оснащенному специализированной платформой и трапом, позволяющим экипажу безопасно сойти с корабля.
Как и большинство компонентов, используемых в космической программе, платформа для спуска «Артемида» гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Платформу можно компактно хранить в днищевой части судна. Она должна быть достаточно легкой, чтобы ее можно было быстро перемещать. Она также должна выдерживать суровые условия окружающей среды.
Руководитель миссии НАСА по возвращению «Артемиды-1» Мелисса Джонс описала процесс в недавнем выпуске «Хьюстон, у нас подкаст», официальном подкасте Космического центра НАСА имени Линдона Джонсона. «Мы используем десантный корабль-док ВМС, стапель-палуба которого заполняется водой примерно на семь футов», — рассказывает Джонс. «Мы закрепляем на капсуле тросы с корабля с помощью небольших лодок… Чтобы завести капсулу внутрь и установить на платформу, применяется лебедка на стапель-палубе. Затем насосы откачивают всю воду со стапель-палубы».
Чтобы соответствовать всем требованиям миссии и выдерживать воздействие океанической среды, компания Jacobs Technology Inc., обслуживающая для НАСА Космический центр Кеннеди, обратилась к компании Spika Design & Manufacturing (Льюистаун, штат Монтана, США), специализирующейся на производстве платформ по индивидуальным заказам для различных отраслей промышленности, включая авиацию.
Джефф Раффнер, директор по развитию бизнеса в компании Spika, описывает индивидуальные решения, разрабатываемые компанией как «высокотехнологичные платформы, шарнирные соединения которых обеспечивают движение в различных направлениях». Компания сотрудничала с НАСА не один раз, предоставляя оборудование для доступа как на учениях, так и в ходе миссий. Платформа для спуска «Артемида» сделала компанию Spika идеальным партнером для НАСА, учитывая проблемы, присущие именно извлечению космических летательных аппаратов из океана.
«Платформа должна быть легкой и подвижной и при этом выдерживать все нагрузки, накладываемые океанической средой», — говорит Раффнер. «Когда стапель-палуба открыта, в ней поднимаются сильные волны.» Для компонентов это большая нагрузка».
Экстремальные условия
Специалисты компании Spika понимали, что покрытия, используемые в платформе для спуска «Артемида», сыграют решающую роль в ее способности выдерживать воздействие агрессивных и абразивных веществ в экстремальных условиях океана. Компания обратилась к Wolkerstorfer Co. Inc. (Нью-Брайтон, штат Миннесота, США).
«В результате сотрудничества НАСА, компаний Spika и Wolkerstorfer была разработана система покрытий для систем спуска «Артемида/Орион, в основу которой легли разработки из двух совершенно разных отраслей», — рассказывает Курт Уимер, директор по продажам и маркетингу в компании Wolkerstorfer. «Первая — из аэрокосмической отрасли, а вторая — из нефтегазовой».
Компоненты платформы сначала подвергаются обработке оксидом алюминия для получения равномерного профиля, а затем анодированию системой на основе борной и серной кислот, которое обеспечивает высокоэффективную защиту от коррозии и действует как прекрасная предварительная обработка перед окраской.
Затем потребовалась краска, которая выдерживала бы жесткие требования миссий по возвращению космических кораблей. Компания Wolkerstorfer имеет опыт работы с системами покрытий для компонентов глубоководного нефтегазового оборудования, размещаемого на дне океана. Составы этих покрытий рассчитаны на воздействие высокого гидростатического давления воды на большой глубине и при этом обеспечивают защиту компонентов от коррозии в соленой воде и защиту от истирания в условиях океанических течений. В итоге выбрали систему, которая широко применяется в нефтехимической отрасли и в области освоения подводных ресурсов.
«Учитывая, что платформа подвергается воздействию соленой воды и истиранию при «захвате» капсулы «Орион», было принято решение, что для НАСА это наилучшее решение для многократного использования», — говорит Уимер.
Динамично развивающее сотрудничество
Платформа для спуска «Артемида» оказалась сложной задачей для всех задействованных сторон. Конструкция достаточно объемная (Уимер описывает ее как «мощную»). В то же время в ней присутствует множество сложных подвижных деталей, которые должны работать вместе. Поэтому крайне важно придерживаться заданных допусков.
Компании Spika и Wolkerstorfer уже многие годы сотрудничают, участвуя в разработке решений для аэрокосмической отрасли. Всё, начиная с проектирования отдельных компонентов таким образом, чтобы они помещались в ванны для анодирования, и заканчивая процессами пассивации, которые требуются НАСА для различных деталей оборудования, было результатом динамичного сотрудничества всех привлеченных специалистов.
«На разработку и анализ этой системы было отдано множество человеко-часов», — говорит Раффнер. «Наши инженеры оценивали различные профили материалов и методы креплений, чтобы убедиться, что напряжения в системе были в допускаемых НАСА границах».
По мере реализации программы «Артемида», сотрудничество будет продолжаться, чтобы платформа была готова к началу каждого испытания и каждой миссии.
«Предметом гордости для нас стало то, что поколение исследователей космоса эпохи «Артемиды», возвращаясь на Землю, сделает свой первый шаг именно на нашу платформу, спроектированную и построенную нашими инженерами в компании Spika Design & Manufacturing при поддержке экспертов в покрытиях для космических миссий из компании Wolkerstorfer Co. Inc.», — говорит Раффнер.
На момент написания данной статьи проводятся стендовые испытания в рамках миссии «Артемида-1», а запуск намечен на май 2022 года. Миссия представляет собой пробный беспилотный полет, направленный на сертификацию Комплекса сверхтяжелой ракеты-носителя и космического корабля «Орион» для последующих пилотируемых миссий. В ноябре 2021 года команда НАСА по возвращению корабля «Орион» завершила испытания на море и получила сертификат на работу в рамках миссии «Артемида-1». Платформа для спуска «Артемида» к тому времени будет полностью готова и пройдет испытания для предстоящих пилотируемых миссий и своего решающего момента при возвращении экипажа миссии «Артемида-2».
