Lata po promie NASA na nowo odkryła niebezpieczeństwa płynnego wodoru

Centrum Kosmiczne im. Kennedy’ego na Florydzie.— W sobotę amerykańska agencja kosmiczna starała się wystrzelić w dużej mierze utwardzoną rakietę z promu kosmicznego, który został zaprojektowany i zbudowany ponad cztery dekady temu.

Ponieważ wahadłowiec kosmiczny był często opóźniany z powodu problemów technicznych, zaskakujące jest to, że pierwszy start rakiety kosmicznej NASA został usunięty na kilka godzin przed otwarciem okna startowego. Showstopper był 8-calowym sznurem przewożącym ciekły wodór do rakiety. Spowodowało to ciągły wyciek w wlocie, znany jako szybkie rozłączenie, prowadzący do pojazdu.

Dzielnie zespół startowy z Centrum Kosmicznego im. Kennedy’ego próbował trzy razy powstrzymać wyciek, ale bezskutecznie. Wreszcie o 11:17 czasu wschodniego, po godzinach harmonogramu tankowania, kierownik startu Charlie Blackwell-Thompson wezwał do zatrzymania.

To, co będzie dalej, zależy od tego, co inżynierowie i technicy znajdą w poniedziałek podczas inspekcji samochodu na wyrzutni. Jeśli zespół startowy zdecyduje, że może wymienić pokładowe urządzenie szybkiego odłączania, może być opcja przeprowadzenia częściowego testu paliwa w celu ustalenia integralności naprawy. Może to umożliwić NASA utrzymanie pojazdu na platformie przed kolejnym startem. Alternatywnie inżynierowie mogą zdecydować, że naprawy najlepiej wykonać wewnątrz budynku montażu pojazdu i umieścić pocisk z powrotem w środku.

Ze względu na dynamikę orbitalną misji Artemis I, która ma przetransportować bezzałogowy statek kosmiczny Orion na Księżyc, NASA będzie miała wtedy możliwość wystrzelenia od 19 września do 4 października. Następnie uzyskaj zwolnienie od amerykańskich sił kosmicznych, które obsługują zasięg startowy wzdłuż wybrzeża Florydy.

Spór toczy się wokół systemu zakończenia lotu, który działa niezależnie od pocisku, z bateriami wystawionymi na 25 dni. NASA będzie musiała przedłużyć tę ocenę baterii do około 40 dni. Oczekuje się, że agencja kosmiczna wkrótce przeprowadzi te rozmowy z urzędnikami terenowymi.

Jeśli rakieta zostanie zwrócona do budynku montażu pojazdów, co będzie niezbędną usługą systemu zakończenia lotów lub wykona więcej niż szybką pracę na wyrzutni, NASA ma kolejną okazję do wystrzelenia Artemis I od 17 października do 31 października.

bardzo mały przedmiot

Prom kosmiczny był bardzo złożonym pojazdem, łączącym zastosowanie silników rakietowych na paliwo stałe – które są czymś w rodzaju bardzo potężnych fajerwerków – z doskonale zbudowanymi silnikami głównymi, które spalały płynne paliwo wodorowe i płynny tlen, działając jako utleniacz.

Ze względu na tę złożoność przez cały okres eksploatacji prom był czyszczony średnio raz na próbę startu. Niektóre loty wahadłowe były myte do pięciu razy, zanim w końcu wystartowały. Dla kontrolerów startu skomplikowane tankowanie promu kosmicznego nie było łatwe do opanowania, a sprawcą był często wodór.

Wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem we wszechświecie, ale jest też najlżejszy. zajmuje 600 sekstylion Atomy wodoru mają masę jednego grama. Ponieważ jest tak mały, wodór może przecisnąć się przez najmniejsze szczeliny. Nie stanowi to dużego problemu w temperaturze i ciśnieniu otoczenia, ale w ekstremalnie niskich temperaturach i wysokich ciśnieniach wodór łatwo wycieka przez każdy dostępny otwór.

Aby utrzymać zbiorniki paliwa rakietowego z przodu, przewody paliwowe prowadzące z systemów naziemnych muszą pozostać podłączone do urządzenia wspomagającego aż do momentu startu. W ostatniej sekundzie „szybkie rozłączenie” na końcu tych linii oddziela się od rakiety. Trudność polega na tym, że aby ten sprzęt był bezpieczny w oddzieleniu od rakiety, nie można go połączyć wystarczająco mocno, aby całkowicie zablokować przejście atomów wodoru – niezwykle trudno jest uszczelnić te połączenia pod wysokim ciśnieniem i w niskich temperaturach.

Dlatego NASA toleruje niewielki wyciek wodoru. Jednak każde stężenie wodoru powyżej 4% w strefie oczyszczania w pobliżu szybkiego rozdzielenia jest uważane za zagrożenie palności. „my „Widzili dwa lub trzy razy więcej”, powiedział Mike Sarafin, kierownik misji Artemis I w NASA. Było oczywiste, że nie zdołamy przez to przejść. Za każdym razem, gdy widzimy wyciek, szybko przekracza on granice palności”.

Kontrolery startu dwukrotnie wyłączały dopływ wodoru do samochodu, mając nadzieję, że szybkozłączka trochę się rozgrzeje. Mieli nadzieję, że kiedy powoli przepływający wodór na pokładzie rakiety zostanie ponownie uruchomiony, szybka separacja znajdzie ciaśniejsze dopasowanie do dopalacza. ty nie. Znowu próbowali wywrzeć duży nacisk, aby przywrócić miejsce szybkiej separacji.

Urzędnicy NASA nadal oceniają przyczynę wycieku, ale uważają, że mogło to być spowodowane wadliwym otwarciem zaworu. Stało się to podczas procesu chłodzenia rakiety przed załadowaniem ciekłego paliwa wodorowego. Pośród serii około tuzina poleceń wysłanych do pocisku, polecenie zostało wysłane do wadliwego zaworu, aby go otworzyć. Zostało to poprawione w ciągu 3-4 sekund, powiedział Sarafin. Jednak w tym czasie linia wodorowa, która rozwinęłaby problem szybkiego oderwania, była przez krótki czas poddawana nadciśnieniu.

Skierowanie do ekspertów

Dlaczego więc NASA miałaby używać ciekłego wodoru jako paliwa do swoich rakiet, skoro jest tak trudny w obsłudze i łatwiej radzić sobie z alternatywami, takimi jak metan czy nafta? Jednym z powodów jest to, że wodór jest bardzo wydajnym paliwem, co oznacza, że ​​w silnikach rakietowych zapewnia „większy przebieg na gazie”. Jednak prawdziwą odpowiedzią jest to, że Kongres upoważnił NASA do dalszego używania głównych silników promu kosmicznego w ramach programu rakietowego SLS.

W 2010 roku, kiedy Kongres napisał Rachunek autoryzacyjny NASA Prowadząc do stworzenia systemu kosmicznego, polecił agencji „wykorzystanie istniejących kontraktów, inwestycji, inwestycji, siły roboczej, bazy przemysłowej i możliwości z projektów promu kosmicznego oraz Orion i Ares 1, w tym… istniejących systemów napędowych w Stanach Zjednoczonych, w tym silników na paliwo płynne, oraz zewnętrznych możliwości związanych z czołgami lub czołgami, a także silników rakietowych na paliwo stałe”.

Podczas sobotniej konferencji prasowej Ars zapytał administratora NASA Billa Nelsona, czy była to właściwa decyzja NASA, aby kontynuować pracę z wodorem po doświadczeniach agencji z promem kosmicznym. W 2010 roku Nelson był amerykańskim senatorem z Florydy i liderem projektu ustawy o autoryzacji przestrzeni kosmicznej obok amerykańskiej senator Kay Bailey Hutchison z Teksasu. „Wróciliśmy z ekspertami” – powiedział Nelson.

Nelson miał przez to na myśli, że Senat współpracował z niektórymi urzędnikami w NASA iw branży, aby zaprojektować rakietę SLS. Ci przedstawiciele branży, którzy mieli dalej wygrywać lukratywne kontrakty z NASA na prace nad sprzętem związanym z wahadłowcami, byli bardzo szczęśliwi mogąc wesprzeć projekt nowej rakiety.

Wśród przeciwników tego pomysłu była Laurie Garver, która pełniła wówczas funkcję zastępcy administratora NASA. Powiedziała, że ​​decyzja o użyciu komponentów wahadłowca kosmicznego w rakiecie nowej generacji agencji brzmiała jak okropny pomysł, biorąc pod uwagę wyzwania związane z pracą z wodorem, które pojawiły się w ciągu ostatnich trzech dekad.

„Wzięli trudne, drogie oprogramowanie, które nie potrafiło za bardzo latać, i połączyli je w inny sposób, a teraz nagle powiedzieli, że będzie to tanie i łatwe” – powiedziała. „Tak, przestawialiśmy je już wcześniej, ale okazały się zarówno problemem, jak i wyzwaniem. To jedna z rzeczy, które zdumiewały mój umysł. A może to zmienić? Przypisuję to takiemu grupowemu myśleniu, wykonawcom i lizanie rożków lodów.”

Teraz NASA podejmuje wyzwanie zarządzania tymi trudnymi urządzeniami, przeprowadzając już więcej inspekcji i testów. Rdzeń rakiety, wykonany przez Boeinga, został wysłany z jego zakładu w Luizjanie ponad dwa i pół roku temu. Przeszedł prawie rok testów w Mississippi, zanim przybył do Kennedy Space Center w kwietniu 2021 roku. Od tego czasu NASA i jej kontrahenci pracują nad pełnym złożeniem rakiety i przetestowaniem jej na wyrzutni.

W efekcie sobotnia próba „wystrzelenia” była szóstym razem, gdy NASA próbowała całkowicie zatankować pierwszy i drugi stopień rakiety, a następnie zagłębić się w odliczanie. Jak dotąd nie przeszedł żadnego z tych testów tankowania, znanych jako testy mokrej szmatki. W sobotę ogromny zbiornik ciekłego wodoru w bazie, o pojemności ponad 500 000 galonów, był wypełniony tylko w 11 procentach, gdy wezwano peeling.

Może siódmy raz to magia.