Misja Artemis II opóźniona przez uporczywe wycieki wodoru

Próba tankowania przerwana – mikroskopijne cząsteczki krzyżują plany misji księżycowej

W poniedziałek w Kennedy Space Center symulowane odliczanie NASA do misji Artemis II napotkało dobrze znany problem: inżynierom nie udało się opanować wycieków wodoru, które pojawiły się na połączeniu rakiety Space Launch System z jej mobilną platformą startową. Dwuodniowa próba tankowania (Wet Dress Rehearsal – WDR) przeszła przez wiele kluczowych etapów, jednak nagły wzrost tempa wycieku ciekłego wodoru zmusił kontrolerów do przerwania odliczania w czasie T-minus 5 minut i 15 sekund oraz rozpoczęcia opróżniania zbiorników pojazdu. Przedstawiciele agencji poinformowali, że jako najbliższy realny termin startu Artemis II rozważają obecnie marzec – pierwsze dostępne okno startowe otwiera się 6 marca o godzinie 20:29 czasu EST (02:26 czasu polskiego, 7 marca) – podczas gdy zespoły analizują dane telemetryczne i planują drugą próbę tankowania.

Nieudane próby opanowania wycieków wodoru – co poszło nie tak

Wyciek pojawił się w tym samym miejscu, które sprawiało trudności NASA podczas misji Artemis I: na złączach Tail Service Mast Umbilicals (TSMU). Jest to para ramion o długości około 9 metrów, które doprowadzają superzimny ciekły wodór i ciekły tlen ze zbiorników naziemnych do głównego stopnia rakiety SLS. Na stanowisku startowym płyty złącza TSMU łączą się z odpowiednimi gniazdami w pojeździe; w momencie startu powinny one czysto się rozłączyć. Ponieważ ciekły wodór musi być utrzymywany w temperaturze bliskiej −253 °C (−423 °F), uszczelki i elementy elastyczne mogą zmieniać swoje rozmiary i sztywność, tworząc mikroskopijne ścieżki wycieku. Cząsteczki wodoru są najmniejszymi i najlżejszymi cząstkami chemicznymi, przez co mogą uciekać przez drobne nieszczelności, które w temperaturze pokojowej są praktycznie niewidoczne.

Inżynierowie NASA uznali niewielkie przesączanie za zjawisko normalne i monitorują stężenie wodoru w pobliżu złącza. Urzędnicy ustalili sztywny próg bezpieczeństwa – około 4-procentowe stężenie wodoru w obudowie złącza – powyżej którego operacje muszą zostać przerwane. Podczas próby w tym tygodniu próg ten został przekroczony wielokrotnie. Zespoły podejmowały kroki zaradcze: wstrzymywano przepływ ciekłego wodoru, pozwalając złączu na ogrzanie się, aby uszczelki mogły się ponownie osadzić, oraz korygowano natężenie przepływu paliwa. W pewnym momencie ekipom tankującym udało się w pełni zatankować pojazd ponad 2,8 milionami litrów (750 000 galonów) materiałów pędnych, jednak późniejszy skok tempa wycieku wymusił decyzję o przerwaniu próbnego odliczania, zanim rakieta przeszła na zasilanie wewnętrzne i wytworzyła ciśnienie w zbiornikach.

Problemy z wyciekiem wodoru: wpływ na bezpieczeństwo i harmonogram

Wycieki wodoru są istotne, ponieważ bezpośrednio wpływają na bezpieczeństwo personelu i publiczne, a także niosą ze sobą ryzyko opóźnień w harmonogramie. Gdy stężenie wodoru przekracza bezpieczny limit, zespoły naziemne muszą opuścić stanowisko startowe i wstrzymać newralgiczne operacje – dokładnie to wydarzyło się podczas WDR. Próba miała na celu przetestowanie całego łańcucha zdarzeń startowych z wyłączeniem samego momentu oderwania się od ziemi, w tym końcowych procedur zamykania: zespół naziemny zamknął i zabezpieczył właz kapsuły Orion oraz przygotował się do opuszczenia stanowiska, aby odliczanie mogło wejść w fazę terminalną. Podczas tych prac konieczne było ponowne dokręcenie zaworu ciśnieniowego na włazie Oriona, a w komunikacji naziemnej dochodziło do przerw w przesyle dźwięku z powodu wpływu niskich temperatur. Skok wycieku uniemożliwił przeprowadzenie ostatnich kontroli przedlotowych – w tym aktywacji pomocniczych jednostek zasilających (APU) i sprawdzenia układu sterowania silników głównego stopnia – pozostawiając wiele punktów bez weryfikacji.

Ponieważ WDR jest próbą generalną mającą na celu ujawnienie problemów na ziemi, a nie w trakcie startu, opóźnienie należy postrzegać jako wyważoną reakcję: kierownictwo NASA nie wyznaczy ostatecznej daty startu, dopóki nie przeanalizuje danych, nie usunie usterek i nie ukończy kolejnej pełnej próby. Proces ten może odbyć się na stanowisku startowym lub może wymagać wycofania rakiety do Vehicle Assembly Building w celu napraw i dodatkowych testów. Każda z tych opcji wiąże się z kosztami czasowymi: wycofanie i naprawy trwają zazwyczaj tygodnie; powtarzane próby na stanowisku startowym muszą zaś mieścić się w wąskich oknach wynikających z geometrii orbitalnej planowanej trajektorii Oriona.

Profil misji i znaczenie marcowego okna startowego

Artemis II to pierwszy załogowy lot testowy w planie NASA dotyczącym powrotu ludzi na Księżyc. Czteroosobowa załoga – dowódca, pilot i specjaliści misji – uda się na pokładzie statku kosmicznego Orion w przelot obok Księżyca po trajektorii swobodnego powrotu wokół jego niewidocznej strony, co zapewni bezpieczny powrót na Ziemię w przypadku wystąpienia awarii. Misja nie przewiduje lądowania, ale jest krytycznym etapem weryfikującym Oriona, rakietę SLS w trybie załogowym oraz zintegrowane operacje naziemne przed kolejnymi misjami, których celem będzie lądowanie astronautów na południowym biegunie Księżyca.

Ze względu na to, że pozycja Księżyca względem Ziemi ogranicza trajektorie lotu, Artemis II ma tylko kilka okazji do startu w każdym miesiącu, które pozwalają na realizację planowanej ścieżki swobodnego powrotu i bezpieczny korytarz wejścia w atmosferę. Najwcześniejsza realna szansa po tegotygodniowym WDR przypada na 6 marca (dwugodzinne okno otwierające się o 20:29 czasu EST), dlatego NASA przesunęła oficjalny cel na marzec jako „najbliższą możliwą okazję do startu”, podczas gdy zespoły przygotowują się do drugiej pełnej próby.

Wnioski operacyjne i historia problemów z wyciekami

Obsługa wodoru od dawna stanowi trudne wyzwanie inżynieryjne w lotach kosmicznych. Podczas kampanii Artemis I w 2022 roku napotkano podobne wycieki; pojazd ostatecznie wystartował po tym, jak zespoły skorygowały procedury ładowania wodoru i wprowadziły obejścia operacyjne. Ta historia rzutuje na obecne podejście: zamiast przyspieszać start, menedżerowie traktują wynik WDR jako dane operacyjne, wracając do laboratoriów inżynieryjnych i konsol sterowania lotem, aby przeanalizować odczyty z czujników na złączu TSMU, zachowanie zaworów oraz efekty otoczenia, takie jak zimne powietrze, które skomplikowało działanie systemów kamer i dźwięku na stanowisku w tym tygodniu.

Obecne opcje obejmują powtórzenie WDR po wprowadzeniu poprawek lub wycofanie pojazdu do Vehicle Assembly Building w celu wymiany sprzętu i przeprowadzenia głębszych inspekcji. Wycofanie rakiety może zająć kilka dni, a prace naprawcze kolejne tygodnie; powtarzanie prób na stanowisku również pochłania ograniczony czas w ramach akceptowalnej geometrii księżycowej. Wymogi bezpieczeństwa lotu nakładają dodatkowe ograniczenia – na przykład uzbrojenie systemu przerywania lotu wyznacza 20-dniowe okno operacyjne powiązane z przygotowaniami do startu, co wpływa na czas ewentualnych kolejnych prób.

Co to oznacza dla załogi i programu

Załoga Artemis II przebywała przed próbą w kwarantannie medycznej; NASA poinformowała, że astronauci zostaną z niej zwolnieni, aby wznowić szkolenie i oczekiwać na nową datę startu. Takie opóźnienia dezorganizują harmonogramy astronautów, gotowość do misji i oczekiwania opinii publicznej, ale są one właśnie celem WDR: ujawnienie i naprawienie problemów, dopóki pojazd znajduje się na ziemi. NASA podkreśla, że bezpieczeństwo pozostaje nadrzędnym priorytetem dla astronautów, pracowników i opinii publicznej, a start nastąpi dopiero wtedy, gdy pojawi się pewność co do gotowości sprzętu i procedur.

Z punktu widzenia programu incydent ten uwypukla kompromisy związane z obsługą dużego, złożonego systemu startowego: dojrzałe stanowiska startowe, nowe ciężkie rakiety nośne i superzimne materiały pędne wprowadzają tryby awaryjne, które muszą zostać wyeliminowane podczas testów. Architektura Artemis – Orion, SLS, systemy naziemne i nowe praktyki operacyjne – jest sprawdzana w czasie rzeczywistym. Dane zebrane podczas tego WDR zadecydują o tym, czy agencja może dążyć do startu w marcu, czy potrzebuje krótkiego przedłużenia na dodatkowe testy na stanowisku, czy też musi zaplanować wycofanie rakiety do naprawy.

Na razie inżynierowie będą analizować telemetrię z czujników zbiornika i złączy, sprawdzać zachowanie uszczelek i zaworów w temperaturach kriogenicznych oraz testować poprawki w laboratoriach sprzętowych. Celem jest nie tylko usunięcie tego konkretnego wycieku, ale także wypracowanie powtarzalnej, obarczonej niskim ryzykiem procedury tankowania rakiety w operacjach załogowych – co jest niezbędnym krokiem, zanim program Artemis będzie mógł zrealizować kolejne, obarczone większą stawką misje mające na celu ponowne umieszczenie ludzi na powierzchni Księżyca.

Źródła

• NASA (materiały prasowe dotyczące próby tankowania Artemis II i operacji startowych)
• Kennedy Space Center (operacje na stanowisku startowym i w Vehicle Assembly Building)
• NASA Artemis program technical briefings and SLS/Orion system documentation