Ontem, durante a transmissão do pouso da nave americana Crew Dragon, muitos chamaram a atenção para o engate que surgiu antes da abertura da escotilha lateral. O analisador de gás mostrou um excesso de concentração de tetróxido de nitrogênio, um componente tóxico do combustível dos motores do navio. Os astronautas tiveram que esperar meia hora para que a química desaparecesse, e a equipe de resgate passou esse tempo com máscaras de gás.
Alguns comentaristas russos foram rápidos em relatar que o navio é perigoso para as pessoas, e a culpa é de Elon Musk, que está obcecado com a ideia de pousar navios em motores de foguete em vez de paraquedas. A SpaceX tinha planos para um pouso dinâmico de foguete, mas eles foram abandonados há vários anos por insistência do cliente - NASA. O navio vai pousar "à moda antiga" - na água, quando Mercúrio, Gêmeos e Apolo voltaram há meio século. Os concorrentes da Boeing da SpaceX resolveram o problema de forma diferente - eles fizeram travesseiros infláveis, como os dos equipamentos de pouso, e estão planejando pousos em terra.
No entanto, os poderosos motores Super Draco, que a SpaceX planejava usar para pousar, foram deixados na nave e agora estão lá "por precaução" - como motores do sistema de resgate de emergência .
Eles devem ser usados apenas em caso de acidente com um míssil, mas não participam do vôo normal. O sistema padrão de correção de orientação e órbita usa pequenos motores Draco, que possuem um sistema de combustível independente. Assim, o primeiro voo de teste não tripulado do Crew Dragon em 2019 foi bem-sucedido , mas nos testes pós-voo, a inclusão do Super Draco levou à destruição do navio no estande.
Desmontagem rápida não intencional
A causa do acidente foi nas válvulas entre os tanques pressurizados de hélio e os tanques de combustível Super Draco. Na nave seguinte, as válvulas perigosas foram substituídas por membranas quebráveis e descartáveis, e as pessoas foram enviadas para o espaço. Ao retornar, houve novamente problemas com combustível, mas desta vez fora do navio. Na transmissão do pouso, dá para ver este momento às 7h03min56 : o especialista traz o analisador de gases até a eclusa da escotilha do navio e dá imediatamente a ordem de afastar-se do casco:
Rapidamente ficou claro que o analisador de gás mostrou a presença de tetróxido de nitrogênio, um oxidante que é usado nos motores de controle de atitude Draco e motores de resgate de emergência Super Draco. Após meia hora de espera, a escotilha foi aberta e os astronautas foram removidos com sucesso do navio. A expedição terminou, e representantes da SpaceX comentaram a situação : "Sim, havia vapores de NTO, da próxima vez vamos ventilar melhor o sistema de propulsão, mas em geral não há vento, não há mar agitado, não esperávamos isso."
Vamos tentar descobrir quão sério é esse problema, por que surgiu e onde a água e o vento têm a ver com isso.
A ideia de usar combustível venenoso em espaçonaves tripuladas parece uma má ideia, mas não é invenção do hipster Musk. Em princípio, os projetistas de navios têm pouca escolha: o combustível em vôo deve ser armazenado por semanas ou meses, portanto, oxigênio criogênico ou hidrogênio não são adequados. Propulsores de íons ou plasma não podem ser usados em navios tripulados devido ao empuxo muito baixo. Também existe o peróxido de hidrogênio, mas é tóxico em altas concentrações e sua eficiência como combustível é duas vezes pior. Portanto, ele continua a voar "no fedor", ele também se auto-inflama, o que simplifica o design do motor. Quase todas as naves espaciais tripuladas no último meio século voaram nele no espaço, incluindo o Ônibus Espacial e a Estação Espacial Internacional. A única exceção é "Buran", mas usava um complexo sistema de armazenamento de oxigênio.
Durante o uso de motores de foguete no vácuo, nem todo o combustível voa rapidamente para longe da nave. A peça se espalha em baixa velocidade ou se acomoda ao redor do motor. É assim que o processo de manobra da espaçonave russa Soyuz durante a atracação se parece:
E o módulo de serviço ISS Zvezda ficou coberto com manchas marrons venenosas perceptíveis ao redor dos motores de correção por vinte anos. Da próxima vez que vir nossos cosmonautas escalando o casco da estação, lembre-se desses pontos. Não surpreendentemente, as luvas são consumíveis lá.
Isso significa que o combustível do Soyuz e do Crew Dragon é igualmente tóxico, mas não são necessários analisadores de gás para o pouso de nossos navios, e há razões para isso. Em primeiro lugar, as naves russas no espaço são cobertas por um isolamento térmico de tela a vácuo, que protege a nave do superaquecimento à luz do sol ou da hipotermia na sombra. Os componentes do combustível assentam neste casco, que é arrancado pelo fluxo de ar durante o pouso.
Em segundo lugar, na Soyuz, o espaço habitável (o compartimento de utilidades e o veículo de descida) é fisicamente separado do compartimento de serviço (montagem de instrumentos), que abriga os motores e tanques com combustível tóxico.
Um design semelhante também vem dos primeiros navios, e é mantido na maioria dos modernos e futuros: "Soyuz", o chinês PTK NP, Starliner, Orion, Federation / Eagle ...
Todas as novas naves assumem um veículo de descida reutilizável, mas seus compartimentos de serviço são descartáveis e são descartados antes de entrar na atmosfera. Crew Dragon também consiste em duas partes, mas no caso dele a segunda parte, com asas elegantes, é mais conveniente chamar o compartimento de carga ou auxiliar, ao invés de serviço.
A maioria dos sistemas de serviço do Crew Dragon, incluindo motores de controle de atitude e tanques de combustível, são incorporados ao casco de reentrada, embora não se comuniquem com o espaço habitável de forma alguma.
Os veículos de descida Soyuz também possuem pequenos motores para descida controlada na atmosfera, mas já existe peróxido de hidrogênio, que não representa perigo em baixas concentrações. Antes de pousar, nossos navios são acionados por motores de pouso suave de propelente sólido, que também não produzem precipitação tóxica.
Crew Dragon usa combustível tóxico não só em órbita, mas também durante a descida controlada na atmosfera. Não possui isolamento térmico a vácuo de tela externa e a tinta branca é suficiente para refletir a luz solar. Tudo isso contribui para que o combustível remanescente possa acabar no casco após o pouso. Mas ele se senta na água e, em combinação com a atmosfera, isso deve ajudar a limpar o navio a um nível seguro. A NASA não se opôs a tal solução técnica, aparentemente porque tal prática já existia antes, por exemplo, durante o programa Apollo. Módulos de comando Apollo também foram equipados com motores de controle de atitude para combustível tóxico, isolamento térmico de tela a vácuo foi colado ao casco e permaneceu parcialmente após o pouso na água.
Inundação da Apollo 15
Mas você pode dizer a diferença entre o pouso da Apollo e do Crew Dragon. Os motores de orientação da Apollo estavam localizados na parte inferior do módulo, que foi inundado com água durante o respingo. O Crew Dragon tem uma "linha d'água" abaixo do bloco do motor. Além das ondas do mar, a única coisa que falta fazer para limpar o casco é o clima, e parece que faz um bom trabalho por fora. Mas não funcionou com o mecanismo de bloqueio.
Vamos dar uma olhada na eclusa lateral do Crew Dragon, onde a contaminação por tetróxido de nitrogênio foi encontrada.
Vemos que um dos motores de Draco está olhando quase diretamente para o castelo, em um ângulo perceptível com a superfície. As partidas deste motor poderiam entregar os componentes do combustível ao mecanismo de bloqueio, onde permaneceram em pequenas quantidades. Provavelmente, no futuro, o design do plugue de bloqueio será alterado ou uma purga adicional deste elemento com ar comprimido será adicionada ao cronograma de manutenção.
Resta descobrir por que esse problema pode surgir.
Todas as soluções técnicas acima da Crew Dragon:
- Sistema de resgate de emergência dentro do veículo de descida;
- Falta de isolamento térmico de vácuo da tela externa;
- Sistemas de serviço dentro do veículo de descida;
- Os motores de orientação estão acima da linha d'água ...
Eles perseguem um objetivo: a redução máxima possível no custo de espaçonaves reutilizáveis. O desejo de Elon Musk de reduzir o custo de acesso ao espaço, tanto para satélites quanto para pessoas, é muito mais importante do que um belo pouso de foguete. Este objetivo foi declarado repetidamente pelo fundador da SpaceX, e quase todas as suas decisões estão associadas a isso.
O plano nem sempre dá certo, por exemplo, enquanto os foguetes com pernas conseguiram reduzir o custo de lançamento de satélites ao espaço apenas pela metade , embora Musk esperasse dez. Crew Dragon é ainda mais caro do que "Soyuz", mas ao atingir uma determinada frequência de voos, todas as soluções de design apresentadas permitir-lhes-ão concretizar o seu potencial económico.
Como costuma acontecer na engenharia, para vencer em uma é preciso sacrificar algo na outra. Nesse caso, dez minutos para liberar a fechadura da porta no espaço.