بالأمس ، أثناء بث هبوط المركبة الفضائية الأمريكية Crew Dragon ، لفت الكثيرون الانتباه إلى العائق الذي نشأ قبل فتح الفتحة الجانبية. أظهر محلل الغاز زيادة في تركيز النيتروجين رباعي أكسيد النيتروجين ، وهو أحد مكونات الوقود السام لمحركات السفينة. اضطر رواد الفضاء إلى الانتظار نصف ساعة حتى تختفي الكيمياء ، وقضى فريق الإنقاذ هذا الوقت في أقنعة الغاز.
سارع بعض المعلقين الروس بالإبلاغ عن خطورة السفينة على الناس ، والخطأ هو إيلون ماسك المهووس بفكرة إنزال السفن على محركات الصواريخ بدلاً من المظلات. كان لدى SpaceX خطط لهبوط ديناميكي للصواريخ ، لكن تم التخلي عنها منذ عدة سنوات بإصرار من العميل - ناسا. سيتم إنزال السفينة "بالطريقة القديمة" - على الماء ، حيث عاد عطارد وجيميني وأبولو قبل نصف قرن. حل منافسو سبيس إكس من بوينج المشكلة بشكل مختلف - صنعوا وسائد قابلة للنفخ ، مثل تلك الخاصة بمعدات الهبوط ، ويخططون للهبوط على الأرض.
ومع ذلك ، فإن محركات Super Draco القوية ، التي خططت SpaceX لاستخدامها للهبوط ، تُركت مع ذلك في السفينة وهي الآن موجودة "في حالة وجود" - كمحركات لنظام الإنقاذ في حالات الطوارئ .
من المفترض أن تستخدم فقط في حالة وقوع حادث صاروخ ، لكنها لا تشارك في رحلة عادية. يستخدم نظام التوجيه القياسي وتصحيح المدار محركات Draco الصغيرة ، والتي لها نظام وقود مستقل. لذلك كانت أول رحلة تجريبية بدون طيار لـ Crew Dragon في عام 2019 ناجحة ، ولكن في اختبارات ما بعد الطيران ، أدى إدراج Super Draco إلى تدمير السفينة على المنصة.
تفكيك سريع غير مقصود
كان سبب الحادث في الصمامات بين خزانات الهيليوم المضغوط وخزانات وقود سوبر دراكو. في السفينة التالية ، تم استبدال الصمامات الخطرة بأغشية يمكن التخلص منها وقابلة للكسر ، وتم إرسال الأشخاص إلى الفضاء. عند العودة ، كانت هناك مشاكل أخرى مع الوقود ، ولكن هذه المرة خارج السفينة. في بث الهبوط ، يمكنك رؤية هذه اللحظة في الساعة 7:03:56 : يقوم المتخصص بإحضار محلل الغاز إلى قفل الفتحة الجانبية للسفينة ، ويعطي الأمر فورًا بالابتعاد عن الهيكل:
سرعان ما أصبح من الواضح أن محلل الغاز أظهر وجود رباعي أكسيد النيتروجين ، وهو مؤكسد يستخدم في محركات التحكم في الموقف Draco ومحركات الإنقاذ في حالات الطوارئ Super Draco. بعد نصف ساعة من الانتظار ، تم فتح الفتحة وتم إخراج رواد الفضاء بنجاح من السفينة. انتهت الرحلة الاستكشافية ، وعلق ممثلو SpaceX على الموقف : "نعم ، كانت هناك أبخرة NTO ، في المرة القادمة سنقوم بتهوية نظام الدفع بشكل أفضل ، ولكن بشكل عام لا توجد رياح ، لا يوجد بحر هائج ، لم نتوقع هذا."
دعنا نحاول معرفة مدى خطورة هذه المشكلة ، ولماذا نشأت وأين علاقة الماء والرياح بها.
تبدو فكرة استخدام الوقود السام في المركبات الفضائية المأهولة فكرة سيئة ، لكنها ليست من اختراع الهيبستر ماسك. من حيث المبدأ ، ليس لدى مصممي السفن خيار كبير: يجب تخزين الوقود أثناء الطيران لأسابيع أو شهور ، لذا فإن الأكسجين المبرد أو الهيدروجين غير مناسبين. لا يمكن استخدام دافعات الأيونات أو البلازما على السفن المأهولة بسبب قوة الدفع المنخفضة للغاية. يوجد أيضًا بيروكسيد الهيدروجين ، لكنه سام بتركيزات عالية ، وكفاءته كوقود أسوأ مرتين. لذلك ، يبقى أن يطير "على الرائحة الكريهة" ، كما أنه يشتعل ذاتيًا ، مما يبسط تصميم المحرك. طارت كل مركبة فضائية مأهولة تقريبًا في نصف القرن الماضي على متنها ، بما في ذلك مكوك الفضاء ومحطة الفضاء الدولية. الاستثناء الوحيد هو "بوران"، لكنها استخدمت نظام تخزين الأكسجين المعقد.
أثناء استخدام محركات الصواريخ في الفراغ ، لا يطير كل الوقود بسرعة بعيدًا عن السفينة. ينثر الأجزاء بسرعة منخفضة أو يستقر حول المحرك. هكذا تبدو عملية مناورة المركبة الفضائية الروسية سويوز أثناء الالتحام:
وأصبحت وحدة خدمة ISS Zvezda مغطاة ببقع بنية سامة ملحوظة حول محركات التصحيح لمدة عشرين عامًا. في المرة القادمة التي ترى فيها رواد الفضاء يتسلقون بدن المحطة ، تذكر هذه الأماكن. ليس من المستغرب أن القفازات قابلة للاستهلاك هناك.
هذا يعني أن الوقود في كل من سويوز وكرو دراجون سام بنفس القدر ، لكن محللي الغاز غير مطلوبين لهبوط سفننا ، وهناك أسباب لذلك. أولاً ، السفن الروسية في الفضاء مغطاة بعزل حراري مفرغ الشاشة من الخارج ، مما يحمي السفينة من الحرارة الزائدة في ضوء الشمس أو من انخفاض درجة حرارة الجسم في الظل. تستقر مكونات الوقود على هذه القذيفة ، التي انفصل عنها تدفق الهواء أثناء الهبوط.
ثانيًا ، في سويوز ، يتم فصل المساحة الصالحة للسكن (حجرة المرافق ومركبة الهبوط) فعليًا عن حجرة الخدمة (تجميع الأدوات) ، والتي تضم المحركات والخزانات بالوقود السام.
يأتي تصميم مماثل أيضًا من السفن الأولى ، ويتم الاحتفاظ به في معظم السفن الحديثة والمستقبلية: "Soyuz" ، الصينية PTK NP، Starliner ، Orion ، Federation / Eagle ...
تفترض جميع السفن الجديدة مركبة هبوط قابلة لإعادة الاستخدام ، ولكن مقصورات الخدمة الخاصة بهم يمكن التخلص منها ويتم التخلص منها قبل دخول الغلاف الجوي. يتكون Crew Dragon أيضًا من جزأين ، ولكن في حالته الجزء الثاني ، مع أجنحة عصرية ، من الأنسب استدعاء مقصورة الشحن أو المساعدة ، بدلاً من الخدمة.
يتم تضمين معظم أنظمة خدمة Crew Dragon ، بما في ذلك أجهزة الدفع وخزانات الوقود ، في بدن إعادة الدخول ، على الرغم من أنها لا تتواصل مع المساحة الصالحة للسكن بأي شكل من الأشكال.
تحتوي مركبات سويوز أيضًا على محركات صغيرة للهبوط المتحكم به في الغلاف الجوي ، ولكن يوجد بالفعل بيروكسيد الهيدروجين ، والذي لا يشكل خطرًا في التركيزات المنخفضة. قبل الهبوط ، يتم تشغيل سفننا بواسطة محركات هبوط ناعمة تعمل بالوقود الصلب ، والتي لا تنتج أيضًا ترسبات سامة.
يستخدم Crew Dragon الوقود السام ليس فقط في المدار ، ولكن أيضًا أثناء الهبوط المتحكم به في الغلاف الجوي. لا يحتوي على عزل حراري خارجي للشاشة ، والطلاء الأبيض يكفي ليعكس ضوء الشمس. كل هذا يساهم في حقيقة أن الوقود المتبقي قد ينتهي به المطاف في الهيكل بعد الهبوط. لكنه يجلس على الماء ، وبالاقتران مع الغلاف الجوي ، من المفترض أن يساعد ذلك في تنظيف السفينة إلى مستوى آمن. لم تعترض ناسا على مثل هذا الحل التقني ، على ما يبدو لأن مثل هذه الممارسة كانت موجودة من قبل ، على سبيل المثال ، أثناء برنامج أبولو. تم تجهيز وحدات قيادة أبولو أيضًا بمحركات التحكم في الموقف للوقود السام ، وتم لصق العزل الحراري بفراغ الشاشة على الهيكل وظل جزئيًا بعد الهبوط على الماء.
فيضان أبولو 15
ولكن يمكنك التمييز بين هبوط أبولو و كرو دراجون. كانت محركات توجيه أبولو موجودة في الجزء السفلي من الوحدة ، والتي غمرتها المياه أثناء الرش. The Crew Dragon لديه "خط مائي" أسفل كتلة المحرك. بالإضافة إلى أمواج البحر ، فإن الشيء الوحيد المتبقي لتنظيف الهيكل هو الطقس ، ويبدو أنه يقوم بعمل جيد من الخارج. لكنها لم تنجح مع آلية القفل.
دعونا نلقي نظرة على قفل الفتحة الجانبية Crew Dragon ، حيث تم العثور على تلوث رباعي أكسيد النيتروجين.
نرى أن أحد محركات Draco ينظر مباشرة تقريبًا إلى القلعة ، بزاوية ملحوظة من السطح. يمكن لعمليات بدء تشغيل هذا المحرك تسليم مكونات الوقود إلى آلية القفل ، حيث تظل بكميات ضئيلة. ربما ، في المستقبل ، سيتم تغيير تصميم قابس القفل أو إضافة تطهير إضافي لهذا العنصر بالهواء المضغوط إلى جدول الصيانة.
يبقى معرفة سبب ظهور مثل هذه المشكلة.
جميع الحلول التقنية المذكورة أعلاه من Crew Dragon:
- نظام الإنقاذ في حالات الطوارئ داخل مركبة الهبوط ؛
- عدم وجود عزل حراري خارجي للشاشة ؛
- أنظمة الخدمة داخل مركبة الهبوط ؛
- محركات التوجيه فوق خط الماء ...
إنهم يتابعون هدفًا واحدًا: أقصى تخفيض ممكن في تكلفة المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام. إن رغبة Elon Musk في تقليل تكلفة الوصول إلى الفضاء ، سواء بالنسبة للأقمار الصناعية أو للأشخاص ، أهم بكثير من هبوط صاروخ جميل. تم الإعلان عن هذا الهدف مرارًا وتكرارًا من قبل مؤسس SpaceX ، وتقريبًا يرتبط كل قرار يتخذه بهذا.
لا تنجح الخطة دائمًا ، على سبيل المثال ، في حين أن الصواريخ ذات الأرجل كانت قادرة على خفض تكلفة إطلاق الأقمار الصناعية إلى الفضاء بمقدار النصف فقط ، على الرغم من أن ماسك كان يأمل بعشرة أعوام. لا يزال Crew Dragon أغلى ثمناً من "Soyuz" ، ولكن عند الوصول إلى عدد معين من الرحلات ، ستتيح لهم جميع حلول التصميم الموضوعة تحقيق إمكاناتهم الاقتصادية.
كما هو الحال غالبًا في الهندسة ، من أجل الفوز بواحدة ، عليك التضحية بشيء في الآخر. في هذه الحالة ، عشر دقائق لتنظيف قفل الباب في الفضاء.