9 Minutės
Įprasta kuro pylimo procedūra virto griaučiančia priminimu: net po keliolikos metų inžinerinių patobulinimų ir milijardų dolerių investicijų raketos lieka kaprizingos. Pirmadienio atgalinio skaičiavimo repeticija Artemis II misijai Kenedžio kosminių pajėgų centre (Kennedy Space Center) sustojo, kai iš jungčių tarp Space Launch System (SLS) ir kuro tiekimo linijų pradėjo prasiskverbti skystasis vandenilis. Nutekėjimas priverstinė sustabdė laikrodžius ties T‑minus penkiomis minutėmis ir įpareigojo atšaukti bandymą, todėl pilotuojama misija buvo perkelta bent jau į kovo langą.
NASA atstovas John Honeycutt paprastai pasakė: 'Šis atvejis mus iš tikrųjų nustebino.' Tai buvo atvira atsakomybė iš programos vadovų, kuri atkartojosi su problema, kuri persekioja SLS nuo pirmojo jo skrydžio be įgulos. Vandenilis yra pageidaujamas propulsantas dėl aukšto efektyvumo, tačiau tai taip pat yra mažas, klastingas molekulės dydžio dujinis elementas. Kai vandenilis pabėga, saugos atsargos labai greitai išgaruoja.
Kas įvyko repeticijos metu
Operacija prasidėjo kaip standartinė „wet dress rehearsal“ (drėgna įkrovimo repeticija): inžinieriai pripildė raketą kriogeniniais propulsoakvais, atliko atgalinio skaičiavimo procedūras ir patikrino žemės palaikymo sistemas, nepereidami prie tikro paleidimo. Tai leidžia identifikuoti operacinės logistikos ir palaikymo problemas prieš įsipareigojant pilotuojamam skrydžiui. Ankstyvoje įkrovimo sekoje technikai aptiko skysčio vandenilio nutekėjimą, kurio temperatūra buvo apie minus 423 °F (apie minus 253 °C). Tokios temperatūros reiškia, kad medžiagos reaguoja kitaip nei įprastomis sąlygomis: jos išsiplečia ar susitraukia, keičiasi sandarų elgesys ir mechaninės charakteristikos.
Valdymo centras sustabdė veiksmus ir bandė kelis sureguliavimo sprendimus — šildė jungtį tarp raketos ir umbilical (serviso priedo), cikliškai keitė srautus ir modifikavo vandenilio tiekimo sekas, kad tarpinės sandarinimo dalys galėtų „prisėsti“ į vietas. Tokie laipsniški bandymai yra įprasta taktika: dažnai pavyksta pataisyti sandarumą be didesnių mechaninių intervencijų. Vis dėlto nutekėjimai pasikartojo po kelių valandų, o saugos apribojimai galiausiai reikalavo sustabdyti testą.
Nutekėjimo greitis viršijo nustatytas ribas ir paleidimo direktoriai priėmė sprendimą nebevykti toliau. Komanda tikėjosi pasiekti T‑minus 30 sekundžių fazę repeticijos metu; vietoj to protokolai buvo nutraukti ties T‑minus penkiomis minutėmis. Vadovai nurodė, kad daugumą remonto darbų, greičiausiai, galima atlikti per patrankos aikštelę (padą). Tačiau jei reikės grąžinti SLS į Transporto ir surinkimo pastatą (Vehicle Assembly Building, VAB), vėlavimai gali išaugti reikšmingai, nes tai reikalautų papildomų logistinių procedūrų ir saugos peržiūrų.
Tuo tarpu preliminari paleidimo data buvo perkelta bent į kovo 6‑ąją, kad būtų leista atlikti dar vieną kuro pylimo testą prieš įsipareigojant į orą siųsti keturis astronautus — komandą sudaro vadas Reid Wiseman, pilotas Victor Glover ir misijos specialistai Jeremy Hansen bei Christina Koch. Tokie perkėlimai yra atsargūs: NASA nori turėti patikimą, pakartojamą kuro pylimo procedūrą prieš bet kokį pilotuojamą paleidimą, nes sklandžiai veikiantis kuras ir laikomos saugos ribos yra gyvybiškai svarbūs.
Artemis II įgula – (iš kairės į dešinę) pilotas Victor Glover, Kanados kosmoso agentūros misijos specialistas Jeremy Hansen, vadas Reid Wiseman ir misijos specialistė Christina Koch.
Po bandymo nutraukimo Wiseman socialiniuose tinkluose pagyrė komandą: jis sakė didžiuojantis tuo, kaip vyko repeticija, 'ypač žinodamas, kiek sudėtingas scenarijus buvo mūsų paleidimo komandai, atliekant pavojingą ir nepalankų darbą.' Įgula buvo izoliacijoje (karantine) Hiustone; jiems buvo leista išeiti po repeticijos nutraukimo, o prieš kitą bandymą jie vėl įeis į karantiną likus dviem savaitėms iki numatomos datos. Toks karantino protokolas yra standartas siekiant sumažinti infekcijų riziką ir užtikrinti, kad įgula atvyktų į paleidimą sveika ir pasirengusi.
Kodėl vandenilis yra privalumas ir iššūkis
Skystasis vandenilis suteikia aukštą specifinį impulsą (specific impulse), todėl jis yra labai efektyvus propulsantas pagrindinei sunkiųjų raketų pakopai, tokioms kaip SLS. Aukštas specifinis impulsas reiškia, kad variklis gali sugeneruoti daugiau traukos vienam kuro vienetui, todėl jis tinka ilgoms, masyvioms misijoms į tolimą kosmosą. Tačiau ši efektyvumo nauda ateina kartu su didesne technine sudėtingumu.
Vandenilio molekulės yra labai mažos ir gali prasiskverbti pro mikroskopinius sandarinimo defektus ar vožtuvų sėdynes, kurios sėkmingai sulaikytų tankesnius skysčius. Be to, kadangi propulsantas yra laikomas kriogeninėmis sąlygomis, medžiagos konstrukcijoje susitraukia arba plečiasi ekstremaliame šaltyje, mechaninės įtampa ir tarpai keičiasi. Visa tai apsunkina patikimų sandarinimų užtikrinimą per pakartotus ciklus ir ilgesnius stovėjimus ant padų (ground holds), kai raketa ilgai būna pilnai pripildyta ir laukia leidimo.
Inžinieriai jau susidūrė su panašiu elgesiu anksčiau: pirmasis SLS skrydis 2022 metais patyrė ilgesnius vėlavimus dėl vandenilio nutekėjimų. Tą kartą procedūriniai pakeitimai ir lokaliai atlikti pataisymai ant pado galiausiai leido raketai pakilti be įgulos. NASA vadovybė nuolat kartoja, kad SLS išlieka eksperimentinis, vystymo stadijoje esantis inžinerinis aparatas. 'Kiekvieno testo metu mes ir toliau mokomės,' – sakė agentūros atstovas, pabrėždamas, kad dideli intervalai tarp kuro pylimo testų ir pilotuojamų skrydžių komplikuoja gedimų paiešką ir sumažina institucijos atmintį apie ankstesnius sprendimus.
Operacinė rizika yra pagrindinė problema. Vandenilis yra labai degus: bet koks reikšmingas nekontroliuojamas išsiskyrimas aplink visiškai pripildytą skrydžio sistemą reikalauja greitos ir koordinuotos reakcijos. Todėl paleidimo direktoriai nepradės kito pilotuojamo paleidimo tol, kol nebus demonstracijos, kad kuro pylimo operacijos yra pakartojamos, saugios ir kad visi ankstesni gedimai yra išspręsti arba neutralizuoti patikimomis procedūromis ir techniniais sprendimais.
Skystojo vandenilio naudojimas taip pat reikalauja papildomų saugos protokolų aplink personalą ir infrastruktūrą: nuo specializuotos izoliacijos, vietų apribojimo, sprogimų ir liepsnos kontrolės sistemos iki nuolatinės atmosferos stebėsenos dėl galimų dujų koncentracijos. Techniniai sprendimai taip pat apima pažangių sandarinimo medžiagų cheminį suderinamumą, termomechaninių tarpų valdymą ir nuolatinį slėgio bei temperatūros monitoravimą realiu laiku.
Be to, Artemis II misija nėra mėnulio nusileidimo bandymas, kaip buvo Apolo eroje. Ši beveik 10 dienų trukmės misija pasiųs Orion laivą laisvo grąžos trajektorija aplink Mėnulį, kad būtų išbandyti gyvybės palaikymo sistemos, ryšio priemonės, apsauga nuo radiacijos bei giluminės kosmoso galimybės prieš būsimą nusileidimo kampaniją, kuri orientuosis į Mėnulio pietų ašigalį ir ilgesnį buvimą paviršiuje. Todėl misijos sėkmė priklauso ne tik nuo vienintelio sėkmingo pakilimo, bet ir nuo to, ar visos sistemos gali veikti kartu per visą misijos ciklą.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Elena Morales, hipotetinė propulsijos ir kriogenikos specialistė, pateikia naudingą analogiją: 'Įsivaizduokite vandenilį kaip vandenį įtrūkusioje taurėje. Galite užlopyti paviršių, bet kol nebus sprendžiamas pagrindinės medžiagos elgesys ekstremaliame šaltyje, nutekėjimai vėl sugrįš veikiant pakartotiniams apkrovimams. Tikslas yra sukurti tvirtą konstrukciją ir patikrintas žemės procedūras, kurios įrodytų atsparumą per daug ciklų.' Jos mintis aiški: pataisymai gali būti etapais, bet jie turi būti patikimai įrodoma ir verifikuojami.
Programos vadovai susiduria su ribotu paleidimų grafiku. Langai mėnulio perkėlimui priklauso nuo orbitinės geometrijos ir techninės parengties; praleidę vieną langą, operacijas galima nukelti savaitėmis ar net daugiau. Vis dėlto NASA nusiteikusi konservatyviai: sauga teikiama prioritetą prieš grafikus. Agentūra planuoja atlikti dar vieną kuro pylimo testą ir nuodugniai apžiūrėti sandariklius bei vamzdynus ant pado prieš galutinai įsipareigodama pilotuojamam paleidimui.
Ką tai reiškia platesniu mastu Artemis programai? Programa yra iteratyvi: kiekviena anomalija ar atšaukimas suteikia vertingų duomenų. Inžinieriai katalogizuoja nutekėjimų parašus (leak signatures), koreliuoja juos su temperatūros profiliais, medžiagų tolerancijomis ir mechaniniais matavimais, po to tobulina sandarus, procedūras arba abu. Tokiu būdu probleminės vietos tampa mažiau neprognozuojamos; atsiranda geresnis supratimas, kada ir kaip medžiagos elgiasi esant kriogeniniams cikliams.
Techniniai sprendimai gali svyruoti nuo medžiagų pakeitimų — pvz., specialių polimerų ar metalinių sandariklių, geriau toleruojančių temperatūros pokyčius — iki pakeistų procedūrų, kurios mažina laiką, per kurį sistemos būna pilnai pripildytos. Kartais reikia įdiegti papildomas jutiklių grandines ir automatizuotus uždarymo mechanizmus, kurie reaguoja anksčiau nei operatoriai pastebi nuokrypį. Viskas priklauso nuo rizikos tolerancijos, prieinamumo resursų ir laiko, per kurį reikia paruošti sistemą kitam bandymui.
Kitas svarbus aspektas yra žmogiškoji veikla: duomenų interpretacija, komisijų išvados, priežiūros ciklai ir mokymai. Ilgos pertraukos tarp testų gali lemti žinių praradimą arba procedūrų nuoseklumo mažėjimą. Dėl to organizacijos dažnai įdiegia dokumentacijos standartus, praktinius mokymus ir simuliacijas, kad inžinierių komandos laikytųsi vienodų sprendimų priėmimo modelių.
Kai bus kitas kuro pylimo testas, jis bus stebimas itin atidžiai: tiek operaciniai vadovai, tiek nepriklausomos peržiūros grupės ir rangovai analizuosis rezultatus. Jei kontrolieriai galės parodyti pakartojamas, kontroliuojamas kuro pylimo operacijas be viršijimų, Artemis II progresuos link naujos paleidimo datos. Jei ne — komandos imsis reikalingų priemonių, kad ištaisytų įrangą arba atnaujintų procedūras. Bet kuriuo atveju pauzė primena, kad tyrinėjimai retai seka tiesia linija: jie vingiuoja, užstringa ir galiausiai — judėdami toliau — vėl žengia pirmyn.
Galutinė misijos sėkmė priklausys nuo daugelio veiksnių: techninės integracijos, pilotuojamos įgulos pasiruošimo, žemės valdymo koordinacijos ir, žinoma, sėkmingų ir saugių kuro pylimo bei paleidimo procedūrų vykdymo. Skystasis vandenilis lieka esminė technologija tolimos kosmoso tyrinėjimo sąnaudoms mažinti, bet kartu jis reikalauja nuolatinio dėmesio, inovacijų ir griežtų testavimo ciklų, kad būtų užtikrintas patikimumas ir sauga ateities Artemis misijoms.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą