Los astronautas de Artemis II soportarán temperaturas de 3.000 °C durante el reingreso: ¿cómo sobrevivirán?

Tras completar con éxito su misión a la Luna, la tripulación Artemis II se prepara para regresar a la Tierra. Cuatro astronautas establecieron un nuevo récord de distancia recorrida por el ser humano desde la Tierra: 406.771 kilómetros.

Su viaje de regreso culminará con un reingreso rápido, hipersónico y extremadamente caliente a la atmósfera terrestre antes de que su nave espacial aterrice en el Océano Pacífico frente a la costa de California alrededor de las 8 p.m. 10 de abril hora local (sábado 11 de abril, 2:00 a. m. CET).

El reingreso será el último desafío que enfrentará la tripulación en su épica misión de 10 días. Conlleva muchos peligros, pero tu nave espacial está equipada con numerosas tecnologías para garantizar tu seguridad.

Reingreso rápido

La cápsula Orion que transporta a los astronautas Artemis II viajará a velocidades superiores a 11 km/s (40.000 km/h) cuando entre en la atmósfera terrestre. Esto es 40 veces más rápido que un avión de pasajeros.

Si, por el contrario, tenemos en cuenta la energía cinética que posee el objeto debido a su movimiento, la cápsula de Orión acumulará casi 2.000 veces más energía cinética por kilogramo de vehículo que un avión de pasajeros durante el reingreso.

Como cualquier nave espacial que regresa a casa, necesitará reducir la velocidad y reducir su energía cinética a casi cero para que los paracaídas puedan desplegarse y aterrizar de manera segura en la Tierra.

Las naves espaciales reducen esta energía realizando un reingreso controlado a través de la atmósfera superior de nuestro planeta, donde utilizan la resistencia aerodinámica contra la atmósfera como freno de desaceleración.

A diferencia de los aviones, que normalmente están diseñados para ser aerodinámicos y minimizar las fuerzas de arrastre para reducir el consumo de combustible, los vehículos de reentrada hacen lo contrario: están diseñados para ser lo más aerodinámicos posible para maximizar la resistencia y ayudarlos a reducir la velocidad.

Esta desaceleración durante el reingreso puede ser extremadamente abrupta.

La desaceleración y la aceleración generalmente se expresan en fuerzas g, o “g” para abreviar. Esta es la fuerza de desaceleración o aceleración dividida por la aceleración estándar que todos sentimos debido a la gravedad de la Tierra. Un piloto de Fórmula 1 experimenta más de 5 g al tomar una curva, lo que está cerca de las fuerzas g máximas que un ser humano puede soportar sin desmayarse.

Pequeñas cápsulas de reentrada no tripuladas, como OSIRIS-REK de la NASA, que devolvió muestras del asteroide Bennu, simplemente se lanzan a la atmósfera y desaceleran rápidamente. Estas entradas ocurren muy rápidamente, en menos de un minuto. Pero las fuerzas g en ese caso pueden ser superiores a 100, lo que es aceptable para vehículos robóticos, pero no para humanos.

Los vehículos tripulados, como la cápsula Orion de la NASA, utilizan fuerzas de sustentación para ralentizar su entrada en el tiempo. Esto reduce las fuerzas a niveles que las personas pueden soportar y hace que el reingreso sea cuestión de minutos.

Los cuatro astronautas de Artemis II establecieron un nuevo récord de distancia recorrida por el ser humano desde la Tierra, alcanzando una distancia máxima de 406.771 kilómetros. NASA Reentrada muy caliente

La cápsula Orión volverá a entrar en la atmósfera viajando a más de 30 veces la velocidad del sonido. La onda de choque envolverá entonces la nave espacial, calentando el aire a 10.000°C o más, aproximadamente el doble de la temperatura de la superficie del Sol.

El calor extremo convierte el aire que pasa a través de la onda de choque en un plasma cargado eléctricamente. Esto bloquea temporalmente las señales de radio, por lo que los astronautas no podrán comunicarse durante las etapas más difíciles de su descenso.

Garantizar un reingreso seguro

Las naves espaciales sobreviven al entorno extremadamente hostil del reingreso gracias al cuidadoso diseño de sus trayectorias para minimizar el calentamiento.

La nave también cuenta con un sistema de protección térmica. Se trata, en la práctica, de una manta aislante que protege a la nave espacial y a su tripulación o carga del fuerte flujo hipersónico que se produce en el exterior.

El sistema de protección térmica está especialmente diseñado para el vehículo y su misión. Los materiales que pueden soportar la mayor cantidad de calor se colocan en las superficies que se espera que sean el ambiente más hostil y están diseñados para degradarse durante el reingreso, pero perdurarán. El resplandor resplandeciente que experimentarán también irradia calor de regreso a la atmósfera en lugar de ser absorbido por la nave espacial.

Este diseño preciso es lo que permite a Artemis pasar a través del aire a 10.000 °C mientras mantiene una temperatura máxima de la superficie del escudo térmico de solo alrededor de 3.000 °C.

Imagen de la nave espacial Hayabusa de JAXA reingresando a la atmósfera de la Tierra el 13 de junio de 2010, con el cuerpo de la nave ardiendo detrás de ella. OLLA

La mayoría de las naves espaciales están protegidas por materiales llamados ablativos, que suelen estar hechos de fibra de carbono y un tipo de pegamento conocido como resina fenólica. Estos escudos térmicos ablativos absorben energía e inyectan gas relativamente frío en un flujo a lo largo de la superficie del vehículo, lo que ayuda a enfriar todo.

En concreto, el material de protección térmica ablativa utilizado en la cápsula de Orión se llama AVCOAT y es una versión del material que protegió la cápsula Apolo cuando regresó de la luna a finales de los años 1960 y principios de los 1970.

Aunque la misión Artemis I –el vuelo de prueba no tripulado– fue un gran éxito, la ablación del escudo térmico durante el reingreso fue mucho mayor de lo esperado. En algunos lugares se desprendieron grandes trozos de material.

El escudo térmico de la nave espacial Orion de la NASA después de la misión Artemis I. NASA

Después de una extensa inspección y análisis, los ingenieros decidieron seguir adelante con el mismo tipo de escudo térmico en la misión Artemis II. Se supone que Artemis I perdió fragmentos de este recubrimiento debido a una acumulación de presión dentro del material durante el “salto” de su entrada, fase en la que la nave dejó la atmósfera para enfriarse antes de realizar la segunda entrada a tierra.

Para Artemis II, los ingenieros decidieron modificar ligeramente la trayectoria, incluyendo un “salto” menos definido.

Es sorprendente ver lo que la NASA y los astronautas han logrado hasta ahora en esta misión. Pero como muchos otros, me sentiré aliviado de verlos regresar sanos y salvos a la Tierra.