بعد سنوات من المركبة الفضائية ، أعادت ناسا اكتشاف مخاطر الهيدروجين السائل

مركز كينيدي للفضاء ، فلوريدا.– حاولت وكالة الفضاء الأمريكية يوم السبت إطلاق صاروخ من مكوك الفضاء الذى تم تصميمه وبناؤه منذ أكثر من أربعة عقود.

نظرًا لأن مكوك الفضاء غالبًا ما يتأخر بسبب مشاكل فنية ، فقد كان مفاجئًا أن الإطلاق الأول لصاروخ نظام الإطلاق الفضائي التابع لناسا قد تم إلغاؤه قبل ساعات فقط من فتح نافذة الإطلاق. Showstopper عبارة عن خط قطره 8 بوصات يحمل الهيدروجين السائل إلى الصاروخ. أدى هذا إلى حدوث تسرب مستمر في المدخل ، والمعروف باسم الفصل السريع ، والذي من شأنه أن يمر فوق السيارة.

بشجاعة ، حاول فريق الإطلاق في مركز كينيدي للفضاء ثلاث مرات مختلفة لإيقاف التسريب ، ولكن دون جدوى. أخيرًا في الساعة 11:17 صباحًا بالتوقيت الشرقي ، وبعد عدة ساعات من الموعد المحدد لها ، توقف مدير الإطلاق تشارلي بلاكويل-طومسون لتزود الصاروخ بالوقود.

ما سيأتي بعد ذلك سيعتمد على ما سيجده المهندسون والفنيون عندما يفحصون السيارة على منصة الإطلاق يوم الاثنين. إذا قرر فريق التحرير أنه يمكن استبدال جهاز الفصل السريع على اللوحة ، فقد يكون اختبار جزء من الوقود لتحديد سلامة الضبط خيارًا. قد يسمح هذا لوكالة ناسا بتدبيس المركبة قبل الإطلاق التالي. بدلاً من ذلك ، قد يقرر المهندسون إجراء الإصلاحات بشكل أفضل داخل مبنى تجميع المركبات ، وإعادة الصاروخ إلى الداخل.

نظرًا للديناميات المدارية لأرتميس 1 ، ستتاح لناسا الفرصة التالية لتحليق مركبة فضائية غير مأهولة من نوع أوريون إلى القمر بين 19 سبتمبر و 4 أكتوبر. ومع ذلك ، فإن إنشاء تلك النافذة يتطلب تركيب المضرب على اللوحة. ثم تحصل بعد ذلك على تنازل من قوة الفضاء الأمريكية ، التي تدير نطاق إطلاق قبالة سواحل فلوريدا.

يدور الخلاف حول نظام إنهاء الرحلة ، الذي يعمل بشكل مستقل عن الصاروخ ، مع بطاريات مصنفة لمدة 25 يومًا. يجب على ناسا تمديد تصنيف البطارية هذا إلى حوالي 40 يومًا. ومن المتوقع أن تجري وكالة الفضاء هذه المناقشات مع مسؤولي الحدود قريبًا.

إذا تم إرجاع المركبة الصاروخية إلى مبنى التجميع ، حيث ستقوم إما بخدمة نظام الالتحام أو القيام بأعمال سطحية على منصة الإطلاق ، فإن ناسا ستطلق صاروخ Artemis آخر بين 17 أكتوبر و 31 أكتوبر.

عضو صغير جدا

مكوك الفضاء هو مركبة معقدة للغاية ، تستخدم معززات الصواريخ الصلبة – ما يعادل الألعاب النارية القوية للغاية – بالإضافة إلى المحركات الرئيسية المصممة بشكل معقد والتي تعمل بحرق وقود الهيدروجين السائل والأكسجين السائل. مضادات الأكسدة.

خلال حياتها ، بسبب هذا التعقيد ، تم إلغاء المركبة الفضائية في المتوسط ​​مرة واحدة لكل محاولة إطلاق. تم تنظيف بعض الرحلات المكوكية خمس مرات قبل الإقلاع في النهاية. بالنسبة لوحدات التحكم في الإطلاق ، لم تكن إدارة عملية التزويد بالوقود المعقدة لمكوك الفضاء أسهل من أي وقت مضى ، وكان الهيدروجين غالبًا هو الجاني.

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون ، لكنه أيضًا أخف العناصر. 600 هو سكستليون تصل ذرات الهيدروجين إلى كتلة جرام واحد. نظرًا لأنه صغير جدًا ، يمكن للهيدروجين أن يتدفق عبر أصغر المساحات. هذه ليست مشكلة كبيرة في درجات الحرارة المحيطة والضغوط ، ولكن في درجات الحرارة فائقة البرودة والضغط العالي ، يمكن للهيدروجين الهروب بسهولة من أي فتحة متاحة.

للحفاظ على خزانات وقود الصاروخ عالياً ، يجب توصيل خطوط الدفع من الأنظمة الأرضية بالداعم حتى لحظة الإطلاق. في الثانية الأخيرة ، يفصل “الفصل السريع” في نهاية هذه الخطوط عن الصاروخ. تكمن الصعوبة في أنه لكي تكون آمنة من التعطل ضد الانفصال عن الصاروخ ، لا يمكن ضم هذه المكونات معًا بما يكفي لمنع مرور ذرات الهيدروجين تمامًا – عند الضغط العالي ودرجات الحرارة المنخفضة يكون من الصعب جدًا إغلاق هذه الوصلات. .

لذلك ، تتسامح ناسا مع كمية صغيرة من تسرب الهيدروجين. ومع ذلك ، إذا تجاوز تركيز الهيدروجين 4 في المائة في منطقة المعالجة بالقرب من الفصل السريع ، فإنه يعتبر من مخاطر القابلية للاشتعال. “نحن قال مايك سارافين ، مدير مهمة Artemis I في ناسا: لقد رأوا أكثر من ذلك مرتين أو ثلاث مرات. “كان من الواضح أننا لا نستطيع تجاوز ذلك. “في كل مرة نرى فيها تسربًا ، فإنه يتجاوز حد قابليتنا للاشتعال بسرعة كبيرة.”

مرتين ، أغلقت وحدات التحكم في الإطلاق تدفق الهيدروجين إلى السيارة ، على أمل أن يؤدي الفصل السريع إلى تسخينها قليلاً. كانوا يأملون في إيجاد توافق أكثر إحكامًا مع معزز الفصل السريع عند إعادة تشغيل الهيدروجين المبرد بطيء التدفق في الصاروخ. لم تفعل. مرة أخرى حاولوا ممارسة قدر كبير من الضغط لإعادة تثبيت الفصل السريع.

لا يزال مسؤولو ناسا يقيّمون سبب التسرب ، لكنهم يعتقدون أنه ربما يكون ناتجًا عن فتح صمام خاطئ. حدث هذا أثناء عملية تبريد الصاروخ قبل تحميل وقود الهيدروجين السائل. في سلسلة من عشرات الأوامر المرسلة إلى الصاروخ ، تم إرسال أمر واحد إلى الصمام الخطأ. قال صرافين إنه تم إصلاحه في 3 أو 4 ثوانٍ. ومع ذلك ، هذه المرة ، تعرض خط الهيدروجين لضغط زائد لفترة وجيزة ، مما أدى إلى حدوث انفصال سريع معقد.

الإحالة إلى الخبراء

لماذا تستخدم ناسا الهيدروجين السائل كوقود لصواريخها عندما يكون من الصعب جدًا التعامل معها ، ومن الأسهل التعامل مع بدائل مثل الميثان أو الكيروسين؟ أحد الأسباب هو أن الهيدروجين هو وقود أكثر كفاءة ، مما يعني أنه يوفر “مسافة أفضل للغاز” عند استخدامه في محركات الصواريخ. ومع ذلك ، فإن الإجابة الحقيقية هي أن الكونجرس كلف ناسا بالاستمرار في استخدام المحركات الرئيسية لمكوك الفضاء كجزء من برنامج الصواريخ SLS.

عندما كتب الكونجرس عام 2010 فاتورة تفويض لوكالة ناسا أدت إلى تطوير نظام الإطلاق الفضائي ، وجهت الوكالة إلى “الاستفادة من العقود والاستثمارات والموظفين والقاعدة الصناعية والقدرات الحالية من مكوك الفضاء وبرامج أوريون وآريس 1 ، بما في ذلك محركات الوقود السائل أو الخزانات الخارجية أو ذات الصلة بالدبابات القدرة والمحركات الصاروخية الصلبة. “

خلال مؤتمر صحفي يوم السبت ، سأل آرس مدير ناسا بيل نيلسون عما إذا كان الاستمرار في العمل مع الهيدروجين بعد تجربة الوكالة على مكوك الفضاء هو القرار الصحيح. في عام 2010 ، كان نيلسون عضوًا في مجلس الشيوخ الأمريكي عن ولاية فلوريدا وشارك في رعاية مشروع قانون تفويض الفضاء مع السناتور الأمريكي كاي بيلي هاتشيسون من ولاية تكساس. قال نيلسون: “لقد رجعنا للخبراء”.

مع ذلك ، قال نيلسون ، عمل مجلس الشيوخ مع ناسا وبعض مسؤولي الصناعة لتصميم صاروخ SLS. كان هؤلاء التنفيذيون في الصناعة ، الذين سيستمر عملهم في الأجهزة المتعلقة بالمركبات الفضائية في الفوز بعقود مربحة من وكالة ناسا ، كانوا أكثر من سعداء لدعم تصميم الصاروخ الجديد.

كان من بين معارضي الفكرة لوري كارفر ، الذي كان نائب مدير ناسا في ذلك الوقت. وقال إن قرار استخدام أجزاء من مكوك الفضاء لصاروخ الجيل التالي للوكالة بدا وكأنه فكرة رهيبة ، نظرًا لتحديات العمل مع الهيدروجين التي تم إثباتها على مدى العقود الثلاثة الماضية.

وقال: “لقد أخذوا مشاريع معقدة ومكلفة والتي غالبًا ما لا تطير وتجميعها بطريقة مختلفة ، والآن فجأة ، أصبحت رخيصة وسهلة”. “نعم ، لقد قمنا بنقلهم من قبل ، لكنهم أثبتوا أنهم معقدون وصعبون. هذا أحد الأشياء التي تحيرني. ما الذي سيتغير بشأن هذا؟ أعتقد أنه بسبب هذا النوع من الفريق ، المقاولين ومخروط الآيس كريم اللعق “.

الآن ، ناسا تواجه التحدي المتمثل في إدارة هذه القطعة الحساسة من الأجهزة ، والتي خضعت بالفعل للعديد من الدراسات والاختبارات. تم شحن المرحلة الرئيسية للصاروخ ، الذي صنعته شركة Boeing ، من مصنعها في لويزيانا قبل عامين ونصف. ستخضع لما يقرب من عام من الاختبارات في ولاية ميسيسيبي قبل وصولها إلى مركز كينيدي للفضاء في أبريل 2021. منذ ذلك الحين ، تعمل وكالة ناسا ومقاولوها على تجميع الصاروخ بالكامل واختباره على منصة الإطلاق.

على نحو فعال ، كانت محاولة “الإطلاق” يوم السبت هي المحاولة السادسة لناسا لتزويد مرحلتي الصاروخ الأولى والثانية بالوقود بالكامل ، ثم الانحدار بعمق في العد التنازلي. حتى الآن ، لم تنجح أي من هذه الاختبارات الحارقة ، المعروفة باسم تدريبات بذلة الغوص. يوم السبت ، كان خزان الهيدروجين السائل الضخم في المرحلة الأساسية ، والذي تبلغ سعته أكثر من 500000 جالون ، ممتلئًا بنسبة 11 بالمائة فقط عند استدعاء المقشر.

ربما تكون المرة السابعة سحر.