Dana 21. srpnja 1961. godine, američki astronaut Gus Grissom osjetio je vrhunac svijeta – i zaista je bio tamo. Grissom je bio član misije Liberty Bell 7, balističkog testnog leta koji ga je lansirao kroz atmosferu raketom. Tijekom testa, sjedio je u maloj kapsuli koja je dosegla vrhunac visine od preko 100 milja prije nego što je sletjela u Atlantski ocean. Brod mornarice, USS Randolph, pratio je uspješan kraj misije s sigurne udaljenosti. Sve je išlo prema planu, kontrolori u Cape Canaveralu bili su oduševljeni, a Grissom je znao da je upravo ušao u VIP klub kao drugi američki astronaut u povijesti. Grissom je ostao u kapsuli i ljuljao se na blagim oceanskim valovima. Dok je čekao helikopter koji će ga prebaciti na suhi palubu USS Randolpha, dovršavao je bilježenje podataka o letu. Ali tada su se stvari neočekivano promijenile. Pogrešna naredba u sustavu eksploziva kapsule uzrokovala je izbacivanje poklopca, što je omogućilo ulazak vode u mali prostor. Grissom je također zaboravio zatvoriti ventil u svom svemirskom odijelu, pa je voda počela ulaziti u njegovo odijelo dok se borio da ostane na površini. Nakon dramatičnog bijega iz kapsule, borio se da zadrži glavu iznad površine dok je signalizirao pilotu helikoptera da je nešto pošlo po zlu. Helikopter ga je uspio spasiti u posljednji trenutak. Grissomov bliski susret sa smrću ostaje jedan od najdramatičnijih splashdownova u povijesti. Međutim, spuštanje u vodu i dalje je jedan od najčešćih načina povratka astronauta na Zemlju. Ja sam profesor zrakoplovnog inženjeringa koji proučava mehanizme uključene u ove pojave. Srećom, većina splashdownova nije tako stresna, barem na papiru.

Objašnjenje splashdowna
Prije nego što može sigurno sletjeti, letjelica koja se vraća na Zemlju mora se usporiti. Dok se vraća na Zemlju, letjelica ima puno kinetičke energije. Trenje s atmosferom uvodi otpor, što usporava letjelicu. Trenje pretvara kinetičku energiju letjelice u toplinsku energiju ili toplinu. Sva ta toplina zrači u okolni zrak, koji postaje vrlo, vrlo vruć. Budući da su brzine ponovnog ulaska nekoliko puta veće od brzine zvuka, sila zraka koja se vraća na letjelicu pretvara okolinu letjelice u užareni tok od oko 1.500 stupnjeva Celzijusa. U slučaju SpaceX-ove masivne rakete Starship, ova temperatura doseže čak 1.700 stupnjeva Celzijusa. Nažalost, bez obzira koliko brzo se ovaj prijenos odvija, nema dovoljno vremena tijekom ponovnog ulaska da se letjelica uspori na dovoljno sigurnu brzinu da ne bi srušila. Dakle, inženjeri se okreću drugim metodama koje mogu usporiti letjelicu tijekom splashdowna.

Parachuti
Padobrani su prva opcija. NASA obično koristi dizajne s jarkim bojama, poput narančaste, koje ih čine lako uočljivima. Također su ogromni, s promjerom većim od 30 metara, a svaka letjelica obično koristi više od jednog za najbolju stabilnost. Prvi padobrani koji se otvaraju, zovu se padobrani za vuču, izbacuju se kada brzina letjelice padne ispod oko 700 metara u sekundi. Čak i tada, raketa ne može sletjeti na tvrdu površinu. Mora sletjeti negdje gdje će ublažiti udar. Istraživači su rano shvatili da je voda izvrstan amortizer. Tako je rođen splashdown.

Zašto voda?
Voda ima relativno nisku viskoznost – to jest, brzo se deformira pod stresom – i ima gustoću mnogo manju od tvrde stijene. Ove dvije osobine čine je idealnom za slijetanje letjelica. Ali drugi glavni razlog zašto voda tako dobro funkcionira je taj što pokriva 70% površine planeta, pa su šanse da će je pogoditi velike kada padate iz svemira. Znanost iza splashdowna je složena, što dokazuje duga povijest. Godine 1961., SAD su provele prve splashdownove s posadom u povijesti. Koristili su kapsule za ponovni ulazak Mercury. Te kapsule su imale otprilike konični oblik i padale su s bazom prema vodi. Astronaut unutra sjedio je okrenut prema gore. Baza je apsorbirala većinu topline, pa su istraživači dizajnirali toplinski štit koji se isparava dok kapsula prolazi kroz atmosferu. Kako se kapsula usporavala i trenje se smanjivalo, zrak je postajao hladniji, što mu je omogućilo da apsorbira višak topline na letjelici, hladeći je na taj način. Pri dovoljno maloj brzini, padobrani bi se otvorili.

Proces splashdowna
Splashdown se događa pri brzini od oko 24 metra u sekundi. To nije baš glatki udarac, ali dovoljno je sporo da kapsula udari u ocean i apsorbira udar bez oštećenja svoje strukture, tereta ili astronauta unutra. Nakon gubitka Challengera 1986. godine, kada se svemirski shuttle Challenger raspao ubrzo nakon polijetanja, inženjeri su počeli fokusirati svoje dizajne letjelica na ono što se naziva fenomenom crashworthiness – ili stupanj oštećenja koje letjelica pretrpi nakon što udari u površinu. Sada, sve letjelice moraju dokazati da mogu ponuditi šansu za preživljavanje na vodi nakon povratka iz svemira. Istraživači grade složene modele, a zatim ih testiraju laboratorijskim eksperimentima kako bi dokazali da je struktura dovoljno čvrsta da zadovolji ovaj zahtjev.

Budućnost splashdowna
Između 2021. i lipnja 2024., sedam SpaceX-ovih Dragon kapsula izvršilo je besprijekorne splashdownove pri povratku s Međunarodne svemirske postaje. Dana 6. lipnja, najmoćnija raketa do sada, SpaceX-ov Starship, napravila je fenomenalni vertikalni splashdown u Indijski ocean. Njegovi raketni pojačivači su nastavili raditi pri prilazu površini, stvarajući izvanredan oblak šišteće pare oko mlaznica. SpaceX je koristio splashdownove za oporavak Dragon kapsula nakon lansiranja, bez značajnih oštećenja njihovih kritičnih dijelova, tako da ih može reciklirati za buduće misije. Otključavanje ove mogućnosti ponovne upotrebe omogućit će privatnim tvrtkama uštedu milijuna dolara u infrastrukturi i smanjenje troškova misije. Splashdown i dalje ostaje najčešća taktika ponovnog ulaska svemirskih letjelica, a s više svemirskih agencija i privatnih tvrtki koje pucaju na zvijezde, vjerojatno ćemo vidjeti još puno splashdownova u budućnosti. Ovaj članak je ažuriran kako bi se ispravilo da SpaceX oporavlja svoje Dragon kapsule tijekom splashdowna.

Original:
Marcos Fernandez Tous
Docent za svemirske studije, Sveučilište Sjeverne Dakote