in

Anni dopo la navetta, la NASA riscopre i pericoli dell’idrogeno liquido

Il razzo Space Launch System della NASA su LC-39B il 1 settembre 2022.
Ingrandire / Il razzo Space Launch System della NASA su LC-39B il 1 settembre 2022.

CENTRO SPAZIALE KENNEDY, Fla.– Sabato l’agenzia spaziale americana ha tentato di lanciare un razzo assemblato in gran parte dallo space shuttle, che a sua volta è stato progettato e costruito più di quattro decenni fa.

Con lo Space Shuttle spesso ritardato a causa di problemi tecnici, non sorprende quindi che il primo lancio del razzo Space Launch System della NASA sia stato cancellato poche ore prima dell’apertura della finestra di lancio. Il trucco era una linea di 8 pollici di diametro che trasportava idrogeno liquido nel razzo. Una perdita persistente si è sviluppata all’ingresso noto come disconnessione rapida, che portava a bordo del veicolo.

Il team di lancio del Kennedy Space Center ha tentato coraggiosamente di tappare la perdita tre volte, senza alcun risultato. Alla fine, alle 11:17 ET, ore indietro rispetto al programma di rifornimento del razzo, il direttore del lancio Charlie Blackwell-Thompson si è fermato.

Ciò che verrà dopo dipende da ciò che ingegneri e tecnici trovano lunedì quando ispezionano il veicolo sulla rampa di lancio. Se il team di lancio decide di poter sostituire l’hardware di disconnessione rapida sul pad, un’opzione potrebbe essere quella di condurre un test di rifornimento parziale per determinare l’integrità della riparazione. Ciò potrebbe consentire alla NASA di mantenere il veicolo sul pad prima del prossimo lancio. In alternativa, gli ingegneri possono decidere che le riparazioni siano eseguite al meglio nell’edificio di assemblaggio del veicolo e far rientrare il missile all’interno.

A causa delle dinamiche orbitali della missione Artemis I per far volare un veicolo spaziale Orion senza pilota sulla luna, la NASA avrà l’opportunità di effettuare il lancio dal 19 settembre al 4 ottobre. Per creare questa finestra, però, il razzo dovrebbe essere attaccato al pad e quindi ottenere un permesso speciale dalla US Space Force, che gestisce l’area di lancio lungo la costa della Florida.

È il sistema di completamento del volo che opera indipendentemente dal razzo, con batterie che durano 25 giorni. La NASA dovrebbe estendere la durata della batteria a circa 40 giorni. L’agenzia spaziale dovrebbe tenere presto quei colloqui con i rappresentanti della gamma.

Se il razzo viene riportato al Vehicle Assembly Building, che sarebbe necessario per la manutenzione del sistema di terminazione del volo o per fare più di un lavoro superficiale sulla rampa di lancio, la NASA ha un’altra opportunità di lancio di Artemis I dal 17 al 31 ottobre.

Un minuscolo, minuscolo elemento

Lo Space Shuttle era un veicolo estremamente complesso che combinava l’uso di propulsori a razzo solido – che sono qualcosa come petardi molto, molto potenti – con motori principali squisitamente costruiti alimentati dalla combustione di idrogeno liquido per il carburante e ossigeno liquido per fungere da agente ossidante.

Nel corso della sua vita, lo Shuttle è stato ripulito in media quasi una volta per ogni tentativo di lancio a causa di questa complessità. Alcuni voli navetta sono stati cancellati fino a cinque volte prima di decollare. Non è mai stato davvero così facile per i responsabili del lancio gestire il complesso processo di rifornimento dello space shuttle e l’idrogeno è stato spesso un colpevole.

L’idrogeno è l’elemento più comune nell’universo, ma anche il più leggero. Ci vogliono 600 sestilione Atomi di idrogeno per raggiungere la massa di un grammo. Poiché è così piccolo, l’idrogeno può spremere attraverso il più piccolo degli spazi vuoti. Questo non è un gran problema a temperatura e pressione ambiente, ma a temperature superraffreddate e ad alte pressioni, l’idrogeno fuoriesce facilmente da qualsiasi orifizio disponibile.

Per mantenere pieni i serbatoi di carburante di un razzo, le linee del propellente provenienti dai sistemi a terra devono rimanere collegate al booster fino al momento del lancio. Nell’ultimo secondo, i “disconnetti rapidi” alla fine di queste linee si staccano dal razzo. La difficoltà è che per essere a prova di errore durante la disconnessione dal razzo, questa attrezzatura non può essere avvitata insieme abbastanza strettamente da escludere completamente il passaggio di atomi di idrogeno: è estremamente difficile sigillare queste connessioni ad alta pressione e basse temperature.

La NASA ha quindi una tolleranza per una piccola quantità di perdite di idrogeno. Tuttavia, qualsiasi cosa al di sopra di una concentrazione di idrogeno superiore al 4% nell’area di spurgo vicino alla disconnessione rapida è considerata un pericolo di incendio. “Noi abbiamo visto due o tre volte tanto oltre”, ha affermato Mike Sarafin, responsabile della missione Artemis I della NASA. “Era abbastanza chiaro che non potevamo farcela. Ogni volta che abbiamo visto una perdita, ha superato i nostri limiti di infiammabilità abbastanza rapidamente”.

Due volte i controlli di lancio hanno interrotto il flusso di idrogeno nel veicolo nella speranza che l’attacco rapido si riscaldasse un po’. Speravano che quando avrebbero riavviato l’idrogeno criogenico a flusso lento a bordo del razzo, il connettore rapido avrebbe trovato un accoppiamento più stretto con il booster. Non è così. Un’altra volta hanno provato ad applicare una pressione significativa per reinserire il connettore rapido.

I funzionari della NASA stanno ancora indagando sulla causa della perdita, ma ritengono che potrebbe essere dovuta a un’apertura difettosa della valvola. Ciò è accaduto durante il processo di raffreddamento del razzo prima di caricare il propellente a idrogeno liquido. Nel mezzo di una sequenza di circa una dozzina di comandi inviati al razzo, un comando di apertura è stato inviato alla valvola sbagliata. Questo è stato risolto entro 3 o 4 secondi, ha detto Sarafin. Tuttavia, durante questo periodo la linea dell’idrogeno, che svilupperebbe una rapida disconnessione problematica, è stata momentaneamente sovrapressurizzata.

Affidati agli esperti

Allora perché la NASA sta usando l’idrogeno liquido come combustibile per i suoi razzi quando è così difficile da maneggiare e ci sono alternative più facili da maneggiare come il metano o il cherosene? Uno dei motivi è che l’idrogeno è un carburante molto efficiente, il che significa che offre una migliore “percorrenza” se utilizzato nei motori a razzo. La vera risposta, tuttavia, è che il Congresso ha imposto alla NASA di continuare a utilizzare i motori principali dello space shuttle come parte del programma missilistico SLS.

Nel 2010, quando il Congresso ha redatto la legge sulle autorizzazioni per la NASA che ha portato alla creazione dello Space Launch System, ha ordinato all’agenzia di “utilizzare i contratti esistenti, gli investimenti, la manodopera, la base industriale e le capacità dello Space Shuttle e dei progetti Orion e Ares 1 , inclusi … i sistemi di propulsione statunitensi esistenti, inclusi motori a combustibile liquido, serbatoi esterni o capacità relative ai serbatoi e motori a razzo solido.”

Durante una conferenza stampa di sabato, Ars ha chiesto all’amministratore della NASA Bill Nelson se fosse la decisione giusta per la NASA di continuare a lavorare con l’idrogeno dopo l’esperienza dell’agenzia con lo space shuttle. Nel 2010, Nelson è stato senatore degli Stati Uniti dalla Florida e capobanda del progetto di legge sui permessi per lo spazio esterno insieme al senatore statunitense Kay Bailey Hutchison del Texas. “Ci siamo affidati agli esperti”, ha detto Nelson.

Ciò che Nelson intendeva dire era che il Senato ha lavorato con alcuni funzionari della NASA e del settore per progettare il razzo SLS. Questi funzionari del settore, che avrebbero continuato a ricevere contratti lucrativi dalla NASA per il loro lavoro su hardware relativo allo Shuttle, erano fin troppo felici di supportare il nuovo design del razzo.

Gli oppositori dell’idea includevano Lori Garver, che all’epoca era assistente amministratore della NASA. Ha detto che la decisione di utilizzare i componenti dello space shuttle per il razzo di prossima generazione dell’agenzia sembrava un’idea terribile, date le sfide che il lavoro con l’idrogeno ha presentato negli ultimi tre decenni.

“Hanno preso programmi complicati e costosi che non potevano volare molto spesso, li hanno impilati insieme in modo diverso e ora improvvisamente hanno detto che sarebbe stato economico e facile”, ha detto. “Sì, li abbiamo volati in precedenza, ma si sono rivelati problematici e impegnativi. Questa è una delle cose che mi ha confuso. Cosa cambierebbe? Lo attribuisco a quel tipo di pensiero di gruppo, agli appaltatori e al cono gelato autoleccante”.

Ora la NASA affronta la sfida di gestire questo delicato pezzo di hardware attraverso ulteriori ispezioni e test dopo tanti già. Lo stadio centrale del razzo, prodotto da Boeing, è stato spedito dalla sua fabbrica in Louisiana più di due anni e mezzo fa. È stato testato in Mississippi per quasi un anno prima di arrivare al Kennedy Space Center nell’aprile 2021. Da allora, la NASA e i suoi appaltatori hanno assemblato il razzo completo e lo hanno testato sulla rampa di lancio.

In effetti, il tentativo di lancio di sabato ha segnato la sesta volta che la NASA ha tentato di alimentare completamente il primo e il secondo stadio del razzo per poi andare in profondità nel conto alla rovescia. Finora, nessuno di questi tentativi di rifornimento, noti come prove bagnate, ha avuto successo. Sabato, l’enorme serbatoio di idrogeno liquido dello stadio centrale, con una capacità di oltre 500.000 galloni, era pieno solo per l’11% quando è stato chiamato lo scrub.

Forse la settima volta sarà un incantesimo.

La star del rugby Gareth Thomas ammette di non aver detto al suo ex compagno di essere sieropositivo

La star del rugby Gareth Thomas ammette di non aver detto al suo ex compagno di essere sieropositivo