Años después de la nave espacial, la NASA redescubrió los peligros del hidrógeno líquido

Acercarse / Cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA a bordo del LC-39B el 1 de septiembre de 2022.

Centro Espacial Kennedy, Florida.– La agencia espacial estadounidense intentó el sábado lanzar un cohete desde el transbordador espacial, que fue diseñado y construido hace más de cuatro décadas.

Con el transbordador espacial a menudo retrasado por problemas técnicos, fue una sorpresa que el primer lanzamiento del cohete Space Launch System de la NASA fuera descartado solo unas horas antes de que se abriera su ventana de lanzamiento. El sensacional es una línea de 8 pulgadas de diámetro que lleva hidrógeno líquido al cohete. Esto creó una fuga continua en la entrada, conocida como desconexión rápida, que pasaría por encima del vehículo.

Valientemente, el equipo de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy intentó tres veces diferentes para detener la fuga, todo fue en vano. Finalmente, a las 11:17 a. m., hora del este, con varias horas de retraso, el director de lanzamiento, Charlie Blackwell-Thompson, se detuvo para reabastecer el cohete.

Lo que viene a continuación dependerá de lo que los ingenieros y técnicos encuentren cuando inspeccionen el vehículo en la plataforma de lanzamiento el lunes. Si el equipo de liberación decide que se puede reemplazar el hardware de desconexión rápida en la almohadilla, una opción puede ser probar una porción del combustible para determinar la integridad del ajuste. Esto podría permitir que la NASA proteja el vehículo antes del próximo lanzamiento. Alternativamente, los ingenieros pueden decidir realizar mejor las reparaciones dentro del edificio de ensamblaje del vehículo y hacer rodar el cohete hacia adentro.

Debido a la dinámica orbital de Artemis I, la NASA tendrá la próxima oportunidad de volar una nave espacial Orion no tripulada a la Luna entre el 19 de septiembre y el 4 de octubre. Sin embargo, crear esa ventana requiere ajustar la raqueta a la badana. Luego obtiene una exención de la Fuerza Espacial de EE. UU., que opera un campo de lanzamiento frente a la costa de Florida.

El problema es el sistema de terminación de vuelo, que opera independientemente del cohete, con baterías con capacidad para 25 días. La NASA debería extender la capacidad de la batería a unos 40 días. Se espera que la agencia espacial sostenga pronto esas discusiones con los funcionarios fronterizos.

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Si el vehículo cohete regresa al edificio de ensamblaje, donde dará servicio al sistema de acoplamiento o realizará trabajos de superficie en la plataforma de lanzamiento, la NASA tendrá otro lanzamiento de Artemis entre el 17 y el 31 de octubre.

Un órgano diminuto, diminuto

El transbordador espacial es un vehículo muy complejo, que utiliza propulsores de cohetes sólidos, el equivalente a fuegos artificiales muy potentes, así como motores principales de diseño intrincado que funcionan con propulsor de hidrógeno líquido y oxígeno líquido. Antioxidante.

Durante su vida útil, debido a esta complejidad, la nave espacial fue desechada en promedio una vez por intento de lanzamiento. Algunos vuelos de transbordadores fueron fregados cinco veces antes de despegar finalmente. Para los controladores de lanzamiento, administrar el complejo proceso de abastecimiento de combustible del transbordador espacial nunca ha sido tan fácil, y el hidrógeno a menudo ha sido el culpable.

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, pero también es el más ligero. 600 es sextillón Los átomos de hidrógeno alcanzan una masa de un gramo. Debido a que es tan pequeño, el hidrógeno puede atravesar los espacios más pequeños. Esto no es un problema tan grande a temperaturas y presiones ambientales, pero a temperaturas sobreenfriadas y presiones altas, el hidrógeno puede escapar fácilmente por cualquier abertura disponible.

Para mantener los tanques de combustible del cohete en el aire, las líneas de propulsión de los sistemas terrestres deben estar conectadas al propulsor hasta el momento del lanzamiento. En el último segundo, las «desconexiones rápidas» al final de estas líneas se separan del cohete. La dificultad es que para estar a prueba de fallas contra la desconexión del cohete, estos componentes no pueden unirse lo suficiente como para bloquear completamente el paso de los átomos de hidrógeno; a altas presiones y bajas temperaturas, es muy difícil sellar estas conexiones. .

Por lo tanto, la NASA tiene una tolerancia para una pequeña cantidad de fuga de hidrógeno. Sin embargo, si la concentración de hidrógeno supera el 4 por ciento en el área de tratamiento cerca de la desconexión rápida, se considera un riesgo de inflamabilidad. «Estamos Vieron dos o tres veces más que eso”, dijo Mike Sarafin, gerente de la misión Artemis I de la NASA. “Estaba claro que no podíamos superar eso. «Cada vez que vemos una fuga, supera nuestro límite de inflamabilidad muy rápidamente».

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En dos ocasiones, los controladores de lanzamiento cortaron el flujo de hidrógeno al vehículo, con la esperanza de que la desconexión rápida lo calentara un poco. Esperaban encontrar un ajuste más ajustado con el refuerzo de desconexión rápida al reiniciar el hidrógeno criogénico de flujo lento en el cohete. no lo hizo En otra ocasión intentaron aplicar una cantidad significativa de presión para volver a colocar la desconexión rápida.

Los funcionarios de la NASA todavía están evaluando la causa de la fuga, pero creen que puede haber sido causada por una apertura defectuosa de la válvula. Esto ocurrió durante el proceso de enfriamiento del cohete antes de cargar el propulsor de hidrógeno líquido. En una secuencia de alrededor de una docena de comandos enviados al cohete, un comando fue enviado a la válvula equivocada. Se arregló en 3 o 4 segundos, dijo Sarafin. Sin embargo, esta vez, la línea de hidrógeno se sobrepresionó brevemente, creando una desconexión rápida compleja.

Deferir a los expertos

¿Por qué la NASA usa hidrógeno líquido como combustible para sus cohetes cuando es tan difícil trabajar con él y alternativas más fáciles de manejar como el metano o el queroseno? Una de las razones es que el hidrógeno es un combustible más eficiente, lo que significa que proporciona un mejor «kilometraje de gasolina» cuando se usa en motores de cohetes. Sin embargo, la verdadera respuesta es que el Congreso ordenó que la NASA continúe usando los motores principales del transbordador espacial como parte del programa de cohetes SLS.

Cuando el Congreso escribió en 2010 Proyecto de ley de autorización para la NASA Condujo al desarrollo del Sistema de Lanzamiento Espacial, instruyó a la agencia a «utilizar los contratos, las inversiones, el personal, la base industrial y las capacidades existentes de los programas Space Shuttle y Orion y Ares 1, incluidos los motores de combustible líquido, el tanque externo o los capacidad y motores de cohetes sólidos».

Durante una conferencia de prensa el sábado, Ars le preguntó al administrador de la NASA, Bill Nelson, si continuar trabajando con hidrógeno después de la experiencia de la agencia en el transbordador espacial fue la decisión correcta. En 2010, Nelson fue senador de los EE. UU. por Florida y copatrocinó el proyecto de ley de autorización espacial con la senadora estadounidense Kay Bailey Hutchison de Texas. «Deferimos a los expertos», dijo Nelson.

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Con eso, dijo Nelson, el Senado trabajó con la NASA y algunos funcionarios de la industria para diseñar el cohete SLS. Estos ejecutivos de la industria, cuyo trabajo en el hardware relacionado con las naves espaciales continuaría obteniendo lucrativos contratos de la NASA, estaban más que felices de apoyar el nuevo diseño del cohete.

Entre los opositores a la idea estaba Lori Carver, quien se desempeñaba como administradora adjunta de la NASA en ese momento. La decisión de usar partes del transbordador espacial para el cohete de próxima generación de la agencia parecía una idea terrible, dijo, dados los desafíos de trabajar con hidrógeno que se habían probado durante las tres décadas anteriores.

«Tomaron proyectos complejos y costosos que a menudo no funcionarían y los armaron de una manera diferente, y ahora, de repente, es barato y fácil», dijo. «Sí, los hemos volado antes, pero han demostrado ser complejos y desafiantes. Esa es una de las cosas que me desconcierta. ¿Qué va a cambiar en esto? Creo que es debido a este tipo de equipo, los contratistas y el cono de helado que se lame a sí mismo».

Ahora, la NASA se enfrenta al reto de gestionar esta delicada pieza de hardware, que ya ha sido objeto de numerosos estudios y pruebas. La etapa principal del cohete, fabricada por Boeing, fue enviada desde su fábrica en Luisiana hace dos años y medio. Se someterá a casi un año de pruebas en Mississippi antes de llegar al Centro Espacial Kennedy en abril de 2021. Desde entonces, la NASA y sus contratistas han estado ensamblando el cohete completo y probándolo en la plataforma de lanzamiento.

Efectivamente, el intento de «lanzamiento» del sábado fue el sexto intento de la NASA de alimentar completamente la primera y segunda etapas del cohete, y luego descender profundamente en la cuenta regresiva. Hasta la fecha, ninguna de estas pruebas incendiarias, conocidas como ensayos con trajes de neopreno, ha tenido éxito. El sábado, el enorme tanque de hidrógeno líquido de la etapa central, que tiene una capacidad de más de 500,000 galones, solo estaba lleno en un 11 por ciento cuando se llamó a la limpieza.

Quizá la séptima vez sea la vencida.

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