Años después del transbordador, la NASA redescubrió los peligros del hidrógeno líquido

Zoom / Cohete del Sistema de Lanzamiento Espacial de la NASA en el LC-39B el 1 de septiembre de 2022.

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

Dado que el transbordador espacial a menudo se ha retrasado debido a problemas técnicos, es sorprendente que el primer lanzamiento del cohete Space Launch System de la NASA se haya retirado unas horas antes de que se abriera la ventana de lanzamiento. El sensacional fue una línea de 8 pulgadas que transportaba hidrógeno líquido al cohete. Esto resultó en una fuga continua en la admisión, conocida como desconexión rápida, que conducía al vehículo.

Valientemente, el equipo de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy intentó tres veces diferentes para detener la fuga, sin éxito. Finalmente, a las 11:17 a. m., hora del este, después de las horas del cronograma de reabastecimiento de combustible, el gerente de lanzamiento, Charlie Blackwell-Thompson, ordenó un alto.

Lo que viene a continuación depende de lo que los ingenieros y técnicos encuentren el lunes cuando inspeccionen el automóvil en la plataforma de lanzamiento. Si el equipo de lanzamiento decide que puede reemplazar el dispositivo de desconexión rápida a bordo, puede ser una opción realizar una prueba de combustible parcial para determinar la integridad de la reparación. Esto puede permitir que la NASA mantenga el vehículo en la plataforma antes del próximo lanzamiento. Alternativamente, los ingenieros pueden decidir que las reparaciones se realizan mejor dentro del edificio de ensamblaje del vehículo y devolver el misil adentro.

Debido a la dinámica orbital de la misión Artemis I para transportar una nave espacial Orion no tripulada a la Luna, la NASA tendrá la oportunidad de lanzarla del 19 de septiembre al 4 de octubre. Luego obtenga una exención de la Fuerza Espacial de EE. UU., que opera el campo de lanzamiento a lo largo de la costa de Florida.

La disputa gira en torno al sistema de terminación de vuelo, que opera independientemente del misil, con baterías clasificadas para 25 días. La NASA necesitará extender esta clasificación de batería a unos 40 días. Se espera que la agencia espacial tenga estas discusiones con funcionarios de campo pronto.

Si el cohete regresa al edificio de ensamblaje de vehículos, que será un servicio necesario para el sistema de terminación de vuelo o hará más que un trabajo rápido en la plataforma de lanzamiento, la NASA tiene otra oportunidad de lanzar Artemis I del 17 al 31 de octubre.

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artículo muy pequeño

El transbordador espacial era un vehículo muy complejo, que combinaba el uso de propulsores de cohetes sólidos, que son algo así como fuegos artificiales muy poderosos, junto con motores principales exquisitamente construidos que quemaban combustible de hidrógeno líquido y oxígeno líquido para actuar como oxidante.

A lo largo de su vida, debido a esta complejidad, el transbordador se limpió en promedio una vez por intento de lanzamiento. Algunos vuelos de transbordadores fueron lavados hasta cinco veces antes de despegar finalmente. Para los controladores de lanzamiento, el complejo reabastecimiento de combustible del transbordador espacial no fue muy fácil de manejar, y el hidrógeno fue a menudo el culpable.

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, pero también es el más ligero. se necesitan 600 sextillón Los átomos de hidrógeno tienen una masa de un gramo. Debido a que es tan pequeño, el hidrógeno puede colarse a través de los espacios más pequeños. Esto no es un gran problema a temperaturas y presiones ambientales, pero a temperaturas extremadamente frías y altas presiones, el hidrógeno se escapa fácilmente por cualquier abertura disponible.

Para mantener los tanques de combustible del cohete en la parte delantera, las líneas de combustible que van desde los sistemas de tierra deben permanecer conectadas al propulsor hasta el momento del lanzamiento. En el último segundo, la «desconexión rápida» al final de estas líneas se separa del cohete. La dificultad es que, para que este equipo esté seguro en la separación del cohete, no se puede unir lo suficientemente fuerte como para bloquear completamente el paso de los átomos de hidrógeno; es extremadamente difícil sellar estas conexiones bajo alta presión y bajas temperaturas.

Por lo tanto, la NASA tolera una pequeña cantidad de fuga de hidrógeno. Sin embargo, cualquier concentración de hidrógeno superior al 4 por ciento en la zona de purga cerca de la separación rápida se considera un peligro de inflamabilidad. «nosotros «Estaban viendo dos o tres veces más que eso», dijo Mike Sarafin, gerente de la misión Artemis I de la NASA. Era obvio que no seríamos capaces de atravesarlo. Cada vez que vemos una fuga, cruza rápidamente los límites de inflamabilidad”.

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Los controladores de lanzamiento apagaron el flujo de hidrógeno en el automóvil dos veces, con la esperanza de que la desconexión rápida se calentara un poco. Esperaban que cuando se reiniciara el flujo lento de hidrógeno a bordo del cohete, la separación rápida encontraría un ajuste más estrecho con el propulsor. no lo hiciste. De nuevo intentaron aplicar mucha presión para recuperar el asiento de separación rápida.

Los funcionarios de la NASA aún están evaluando la causa de la fuga, pero creen que puede deberse a una apertura defectuosa de la válvula. Esto sucedió durante el proceso de enfriamiento del cohete antes de cargar combustible de hidrógeno líquido. En medio de una serie de aproximadamente una docena de comandos enviados al misil, se envió un comando a una válvula defectuosa para abrirla. Esto se corrigió en 3 o 4 segundos, dijo Sarafin. Sin embargo, durante este tiempo, la línea de hidrógeno que desarrollaría un problema de desprendimiento rápido fue hiperpresurizada brevemente.

Referencia a expertos

Entonces, ¿por qué la NASA usaría hidrógeno líquido como combustible para sus cohetes, si es tan difícil de manejar y es más fácil lidiar con alternativas como el metano o el queroseno? Una razón es que el hidrógeno es un combustible muy eficiente, lo que significa que proporciona «más consumo de combustible» cuando se usa en motores de cohetes. Sin embargo, la verdadera respuesta es que el Congreso ordenó a la NASA que continuara usando los motores principales del transbordador espacial como parte del programa de cohetes SLS.

En 2010, cuando el Congreso escribió Proyecto de ley de autorización de la NASA Conduciendo a la creación del Sistema de Lanzamiento Espacial, ordenó a la agencia que «aproveche los contratos existentes, las inversiones, las inversiones, la mano de obra, la base industrial y las capacidades de los proyectos Space Shuttle y Orion y Ares 1, incluidos … los sistemas de propulsión existentes». en los Estados Unidos, incluidos los motores de combustible líquido y los tanques externos o las capacidades relacionadas con los tanques, y los motores de cohetes sólidos”.

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

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Con esto, Nelson quiso decir que el Senado trabajó junto con algunos funcionarios de la NASA y dentro de la industria para diseñar el cohete SLS. Esos funcionarios de la industria, que ganarían contratos lucrativos de la NASA por su trabajo en el hardware relacionado con el transbordador, estaban muy contentos de apoyar el diseño del nuevo cohete.

Entre los opositores a la idea estaba Laurie Garver, quien se desempeñaba como administradora adjunta de la NASA en ese momento. Dijo que la decisión de usar componentes del transbordador espacial para el cohete de próxima generación de la agencia sonaba como una idea terrible, dados los desafíos de trabajar con hidrógeno que han surgido en las últimas tres décadas.

«Tomaron un software difícil y costoso que no podía volar mucho, y lo ensamblaron de manera diferente, y dijeron que ahora, de repente, será barato y fácil», dijo. «Sí, los hemos movido antes, pero han demostrado ser tanto un problema como un desafío. Esa es una de las cosas que me desconcertaba. ¿Y qué cambiaría eso? Lo atribuyo a ese tipo de pensamiento grupal, contratistas y lamiendo cono de helado».

Ahora, la NASA está asumiendo el desafío de administrar estos dispositivos difíciles con más inspecciones y pruebas después de tanto. La etapa central del cohete, fabricada por Boeing, se envió desde su planta de Luisiana hace más de dos años y medio. Se sometió 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 trabajando para ensamblar completamente el cohete y probarlo en la plataforma de lanzamiento.

Efectivamente, el intento de «lanzamiento» del sábado fue la sexta vez que la NASA ha intentado reabastecer de combustible la primera y la segunda etapa del cohete, y luego profundizar en la cuenta regresiva. Hasta el momento, no ha pasado ninguna de estas pruebas de reabastecimiento de combustible, conocidas como pruebas de tela húmeda. El sábado, el enorme tanque de hidrógeno líquido de la base, con una capacidad de más de 500,000 galones, estaba lleno solo en un 11 por ciento cuando se llamó a la limpieza.

Quizás la séptima vez sea mágica.

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