Hier, lors de la diffusion de l'atterrissage du vaisseau spatial américain Crew Dragon, beaucoup ont attiré l'attention sur l'attelage survenu avant l'ouverture de la trappe latérale. L'analyseur de gaz a montré un excès de concentration de tétroxyde d'azote, un composant de carburant toxique des moteurs du navire. Les astronautes ont dû attendre une demi-heure pour que la chimie disparaisse, et l'équipe de secours a passé cette fois dans des masques à gaz.
Certains commentateurs russes n'ont pas tardé à rapporter que le navire est dangereux pour les gens, et la faute en est Elon Musk, qui est obsédé par l'idée de débarquer les navires sur des moteurs de fusée au lieu de parachutes. SpaceX avait des plans pour un atterrissage dynamique de fusée, mais ils ont été abandonnés il y a plusieurs années sur l'insistance du client - la NASA. Le navire sera débarqué «à l'ancienne» - sur l'eau, lorsque Mercure, Gemini et Apollo sont revenus il y a un demi-siècle. Les concurrents de SpaceX de Boeing ont résolu le problème différemment: ils ont fabriqué des oreillers gonflables, comme ceux des équipements d'atterrissage, et planifient des atterrissages.
Cependant, les puissants moteurs Super Draco, que SpaceX prévoyait d'utiliser pour l'atterrissage, ont néanmoins été laissés dans le navire et ils sont maintenant là "au cas où" - en tant que moteurs du système de sauvetage d'urgence .
Ils sont censés être utilisés uniquement en cas d'accident de missile, mais ils ne participent pas au vol normal. Le système de correction d'orientation et d'orbite standard utilise de petits moteurs Draco, qui ont un système d'alimentation en carburant indépendant. Ainsi, le premier test de vol sans pilote de Crew Dragon en 2019 a été un succès , mais lors des tests post-vol, l'inclusion de Super Draco a conduit à la destruction du navire sur le stand.
Démontage involontaire rapide
La cause de l'accident était dans les vannes entre les réservoirs pressurisés d'hélium et les réservoirs de carburant Super Draco. Sur le navire suivant, les valves dangereuses ont été remplacées par des membranes jetables et cassables, et les gens ont été envoyés dans l'espace. Au retour, il y eut à nouveau des problèmes de carburant, mais cette fois à l'extérieur du navire. Sur la diffusion de l'atterrissage, vous pouvez voir ce moment à 7h03h56 : le spécialiste amène l'analyseur de gaz à la serrure de la trappe latérale du navire, et donne immédiatement l'ordre de s'éloigner de la coque:
Il est rapidement devenu clair que l'analyseur de gaz montrait la présence de tétroxyde d'azote, un agent oxydant utilisé dans les moteurs d'orientation Draco et les moteurs de secours d'urgence Super Draco. Après une demi-heure d'attente, la trappe a été ouverte et les astronautes ont été retirés du navire avec succès. L'expédition s'est terminée et des représentants de SpaceX ont commenté la situation : "Oui, il y avait des vapeurs de NTO, la prochaine fois, nous ventilerons mieux le système de propulsion, mais en général il n'y a pas de vent, il n'y a pas de mer agitée, nous ne nous attendions pas à cela."
Essayons de comprendre à quel point ce problème est grave, pourquoi il est survenu et où l'eau et le vent ont à voir avec cela.
L'idée d'utiliser du carburant toxique sur des vaisseaux spatiaux habités semble être une mauvaise idée, mais ce n'est pas l'invention du hipster Musk. En principe, les concepteurs de navires ont peu de choix: le carburant doit être stocké en vol pendant des semaines ou des mois, de sorte que l'oxygène cryogénique ou l'hydrogène ne conviennent pas. Les propulseurs ioniques ou à plasma ne peuvent pas être utilisés sur les navires habités en raison d'une poussée trop faible. Il y a aussi du peroxyde d'hydrogène, mais il est toxique à des concentrations élevées et son efficacité en tant que carburant est deux fois pire. Par conséquent, il reste à voler "sur la puanteur", il s'enflamme également lui-même, ce qui simplifie la conception du moteur. Presque tous les vaisseaux spatiaux habités au cours des cinquante dernières années ont volé dessus dans l'espace, y compris la navette spatiale et la Station spatiale internationale. La seule exception est "Bourane", mais il utilisait un système de stockage d'oxygène complexe.
Lors de l'utilisation de moteurs-fusées dans le vide, tout le carburant ne s'envole pas rapidement du navire. La pièce se disperse à basse vitesse ou se dépose autour du moteur. Voici à quoi ressemble le processus de manœuvre de l'engin spatial russe Soyouz pendant l'amarrage:
Et le module de service ISS Zvezda est devenu couvert de taches brunes toxiques visibles autour des moteurs de correction pendant vingt ans. La prochaine fois que vous verrez nos cosmonautes grimper sur la coque de la station, souvenez-vous de ces endroits. Sans surprise, les gants y sont consommables.
Cela signifie que le carburant sur Soyouz et Crew Dragon est également toxique, mais les analyseurs de gaz ne sont pas nécessaires pour le débarquement de nos navires, et il y a des raisons à cela. Premièrement, les navires russes dans l'espace sont recouverts d'une isolation thermique à écran sous vide à l'extérieur, qui protège le navire de la surchauffe au soleil ou de l'hypothermie à l'ombre. Les composants du carburant se déposent sur cette coque, qui est arrachée par le flux d'air lors de l'atterrissage.
Deuxièmement, dans le Soyouz, l'espace habitable (le compartiment utilitaire et le véhicule de descente) est physiquement séparé du compartiment de service (montage d'instruments), qui abrite les moteurs et les réservoirs de carburant toxique.
Une conception similaire provient également des premiers navires, et est conservée sur la plupart des navires modernes et futurs: «Soyouz», le PTK NP chinois, Starliner, Orion, Federation / Eagle ...
Tous les nouveaux navires supposent un véhicule de descente réutilisable, mais leurs compartiments de service sont jetables et sont lâchés avant d'entrer dans l'atmosphère. Crew Dragon se compose également de deux parties, mais dans son cas la seconde partie, avec des ailes à la mode, il est plus opportun d'appeler le compartiment cargo ou auxiliaire, plutôt que le service.
La plupart des systèmes de service de Crew Dragon, y compris les propulseurs d'attitude et les réservoirs de carburant, sont inclus dans la coque de rentrée, bien qu'ils ne communiquent en aucune façon avec l'espace habitable.
Les véhicules de descente Soyouz sont également équipés de petits moteurs pour une descente contrôlée dans l'atmosphère, mais il y a déjà du peroxyde d'hydrogène, qui ne présente pas de danger à faibles concentrations. Avant d'atterrir, nos navires sont tirés par des moteurs à propergol solide à atterrissage en douceur, qui ne produisent pas non plus de précipitations toxiques.
Crew Dragon utilise du carburant toxique non seulement en orbite, mais également lors d'une descente contrôlée dans l'atmosphère. Il n'a pas d'isolation thermique externe à écran sous vide et la peinture blanche suffit à refléter la lumière du soleil. Tout cela contribue au fait que le carburant restant peut se retrouver sur la coque après l'atterrissage. Mais il s'assoit sur l'eau, et en combinaison avec l'atmosphère, cela devrait aider à nettoyer le navire à un niveau sûr. La NASA ne s'est pas opposée à une telle solution technique, apparemment parce qu'une telle pratique existait auparavant, par exemple, pendant le programme Apollo. Les modules de commande Apollo étaient également équipés de moteurs de contrôle d'attitude pour le carburant toxique, l'isolation thermique sous vide de l'écran était collée à la coque et restait partiellement après l'atterrissage sur l'eau.
Inondation d'Apollo 15
Mais vous pouvez faire la différence entre l'atterrissage d'Apollo et de Crew Dragon. Les moteurs d'orientation Apollo étaient situés au bas du module, qui a été inondé d'eau lors des éclaboussures. Le Crew Dragon a une «ligne de flottaison» sous le bloc moteur. En plus des vagues de la mer, la seule chose à faire pour nettoyer la coque est la météo, et il semble que cela fasse du bon travail à l'extérieur. Mais cela n'a pas fonctionné avec le mécanisme de verrouillage.
Jetons un coup d'œil à la serrure de la trappe latérale Crew Dragon, où une contamination au tétroxyde d'azote a été trouvée.
Nous voyons que l'un des moteurs de Draco regarde presque directement le château, à un angle notable par rapport à la surface. Les démarrages de ce moteur pourraient livrer les composants de carburant au mécanisme de verrouillage, où ils sont restés à l'état de traces. Probablement, à l'avenir, la conception du bouchon de verrouillage sera modifiée ou une purge supplémentaire de cet élément avec de l'air comprimé sera ajoutée au calendrier de maintenance.
Il reste à comprendre pourquoi un tel problème pourrait survenir.
Toutes les solutions techniques ci-dessus de Crew Dragon:
- Système de sauvetage d'urgence à l'intérieur du véhicule de descente;
- Manque d'isolation thermique externe à écran sous vide;
- Systèmes de service à l'intérieur du véhicule de descente;
- Les moteurs d'orientation sont au-dessus de la ligne de flottaison ...
Ils poursuivent un seul objectif: réduire au maximum le coût des engins spatiaux réutilisables. La volonté d'Elon Musk de réduire le coût d'accès à l'espace, tant pour les satellites que pour les personnes, est bien plus importante qu'un bel atterrissage de fusée. Cet objectif a été déclaré à plusieurs reprises par le fondateur de SpaceX, et presque toutes ses décisions y sont associées.
Le plan ne fonctionne pas toujours, par exemple, alors que les fusées avec les jambes ont pu réduire les coûts de lancement de satellites dans l' espace par seulement la moitié , bien que Musk espérait dix. Crew Dragon est toujours plus cher que "Soyouz", mais une fois atteint une certaine fréquence de vols, toutes les solutions de conception proposées leur permettront de réaliser leur potentiel économique.
Comme c'est souvent le cas en ingénierie, pour gagner dans l'un, il faut sacrifier quelque chose dans l'autre. Dans ce cas, dix minutes pour purger la serrure de la porte dans l'espace.