Запуск Artemis II отложен из-за неустранимых утечек водорода

Репетиция заправки прервана: крошечные молекулы сорвали полет к Луне

В понедельник в Космическом центре имени Кеннеди тренировочный обратный отсчет NASA для миссии Artemis II столкнулся со знакомой проблемой: инженерам не удалось устранить утечки водорода, возникшие в месте соединения ракеты Space Launch System и мобильной пусковой платформы. Двухдневная генеральная репетиция заправки (Wet Dress Rehearsal, WDR) прошла через множество этапов, но резкий рост скорости утечки жидкого водорода заставил руководителей прервать обратный отсчет на отметке Т минус 5 минут 15 секунд и начать слив топлива из носителя. Представители агентства заявили, что теперь в качестве ближайшей возможной даты запуска Artemis II они рассматривают март — первое доступное окно откроется 6 марта в 20:29 по восточному времени (04:26 по московскому времени 7 марта) — пока команды изучают телеметрию и планируют вторую генеральную репетицию заправки.

Неукротимые утечки водорода: что пошло не так

Утечка появилась в том же месте, которое создавало трудности для NASA во время Artemis I: в хвостовых сервисных мачтах (Tail Service Mast Umbilicals, TSMU) — паре примерно 30-футовых (9-метровых) опор, по которым сверххолодный жидкий водород и жидкий кислород подаются из наземных резервуаров в центральную ступень SLS. На стартовой площадке соединительные платы TSMU стыкуются с соответствующими интерфейсами на ракете; в момент отрыва они должны чисто отсоединиться. Поскольку жидкий водород необходимо поддерживать при температуре около −253 °C (−423 °F), уплотнители и мягкие элементы могут изменять размеры и жесткость, что открывает микроскопические пути для утечки. Молекулы водорода являются самыми маленькими и легкими химическими частицами и могут просачиваться через крошечные изъяны, которые практически незаметны при комнатной температуре.

Инженеры NASA считают небольшое просачивание нормальным и контролируют концентрацию водорода вокруг интерфейса. Официально установлен жесткий порог безопасности — около 4% концентрации водорода в корпусе разъема — при превышении которого операции должны быть прекращены. Во время репетиции на этой неделе этот порог превышался несколько раз. В ходе испытаний команды предпринимали шаги по устранению проблемы: останавливали поток жидкого водорода, давали интерфейсу прогреться, чтобы уплотнители могли встать на место, и регулировали скорость подачи топлива. В какой-то момент заправочным расчетам удалось полностью заправить ракету более чем 750 000 галлонами (2,8 млн литров) компонентов топлива, но последующий скачок скорости утечки вынудил отменить тренировочный обратный отсчет до того, как ракета перешла на внутреннее питание и создала избыточное давление в баках.

Неукротимые утечки водорода: последствия для безопасности и графика

Утечки водорода критически важны, так как они напрямую влияют на безопасность персонала и населения, а также создают риски для соблюдения графика. Когда концентрация водорода поднимается выше безопасного предела, наземные команды должны покинуть площадку и приостановить все важные операции — именно это и произошло во время WDR. Репетиция была призвана отработать всю цепочку предстартовых событий вплоть до момента отрыва, включая финальные процедуры герметизации: наземная команда закрыла и закрепила люк капсулы Orion и подготовилась к эвакуации с площадки, чтобы отсчет мог перейти в терминальную фазу. В ходе этих работ потребовалась подтяжка клапана наддува люка Orion, а в наземных системах связи наблюдались перебои со звуком из-за воздействия холодной погоды. Скачок утечки помешал выполнению последних предполетных проверок, включая активацию вспомогательных силовых установок и проверку системы управления двигателями центральной ступени, в результате чего ряд пунктов остался невыполненным.

Поскольку WDR — это генеральная репетиция, предназначенная для выявления проблем на земле, а не во время пуска, задержку следует рассматривать как взвешенное решение: руководство NASA не назначит окончательную дату запуска до тех пор, пока данные не будут изучены, неисправности устранены и не проведена еще одна полная репетиция. Этот процесс может осуществляться непосредственно на стартовой площадке или потребовать возврата ракеты в здание вертикальной сборки (Vehicle Assembly Building, VAB) для ремонта и дополнительных испытаний. Оба варианта сопряжены с временными затратами: возврат и ремонт обычно занимают недели; повторные попытки на площадке должны укладываться в узкие окна, привязанные к орбитальной геометрии для запланированной траектории Orion.

Профиль миссии и важность мартовского окна

Artemis II — это первый пилотируемый испытательный полет в рамках плана NASA по возвращению людей на Луну. Четыре члена экипажа — командир, пилот и специалисты миссии — отправятся на космическом корабле Orion в облет Луны по траектории свободного возврата вокруг ее обратной стороны, чтобы гарантировать безопасное возвращение корабля на Землю в случае возникновения неисправностей. Миссия не предусматривает высадку, но является критически важным шагом для проверки Orion, ракеты SLS в пилотируемом режиме и интегрированных наземных операций перед последующими миссиями, целью которых станет высадка астронавтов на южном полюсе Луны.

Поскольку положение Луны относительно Земли накладывает ограничения на траектории, у Artemis II есть лишь несколько возможностей для запуска каждый месяц, которые позволяют использовать запланированный путь свободного возврата и безопасный коридор входа в атмосферу. Ближайшая практическая возможность после WDR на этой неделе — 6 марта (двухчасовое окно открывается в 20:29 по восточному времени), поэтому NASA перенесло официальную цель на март как «ближайшую возможную возможность для запуска», пока команды готовят вторую полную репетицию.

Операционные уроки и история проблемы с утечками

Работа с водородом долгое время была сложной инженерной задачей для космонавтики. Кампания Artemis I в 2022 году столкнулась с похожими утечками; в итоге ракета была запущена после того, как команды скорректировали процедуры заправки водородом и внедрили операционные обходные решения. Эта история легла в основу нынешнего подхода: вместо того чтобы спешить с запуском, руководители рассматривают результаты WDR как ценные данные, возвращаясь в инженерные лаборатории и к пультам управления полетом для анализа показаний датчиков на интерфейсе TSMU, поведения клапанов и внешних факторов, таких как холодный воздух, который на этой неделе осложнил работу камер и аудиосистем на площадке.

Текущие варианты действий включают повторение WDR после внесения исправлений или возврат носителя в здание вертикальной сборки для замены оборудования и более глубоких инспекций. Возврат может занять несколько дней, а проведение ремонтных работ — недели; повторные репетиции на площадке также расходуют ограниченное календарное время, привязанное к приемлемой лунной геометрии. Требования по безопасности полетов добавляют дополнительные ограничения — например, приведение системы аварийного прекращения полета в готовность устанавливает 20-дневное операционное окно, привязанное к подготовке к запуску, что влияет на сроки возможных последующих попыток.

Что это значит для экипажа и программы

Экипаж Artemis II находился на медицинском карантине перед репетицией; NASA сообщило, что они будут освобождены для возобновления тренировок в ожидании новой даты запуска. Подобные задержки нарушают графики астронавтов, влияют на готовность к миссии и ожидания общественности, но в этом и заключается прямой смысл WDR: выявлять и устранять проблемы, пока ракета еще находится на земле. NASA подчеркивает, что безопасность остается главным приоритетом для астронавтов, персонала и населения, и запуск состоится только тогда, когда будет полная уверенность в готовности оборудования и процедур.

С точки зрения программы инцидент высвечивает компромиссы при эксплуатации крупной сложной пусковой системы: проверенные стартовые площадки, новые сверхтяжелые ракеты и сверххолодное топливо — каждый из этих компонентов несет в себе риски отказов, которые необходимо выявлять в ходе испытаний. Архитектура Artemis — Orion, SLS, наземные системы и новые методы эксплуатации — проверяется в реальном времени. Данные, полученные в ходе этой WDR, определят, сможет ли агентство осуществить запуск в марте, потребуется ли небольшая отсрочка для дополнительных испытаний на площадке или придется планировать возврат в ангар для ремонта.

Сейчас инженеры будут тщательно изучать телеметрию с датчиков баков и коммуникаций, анализировать поведение уплотнителей и клапанов при криогенных температурах и тестировать исправления в лабораториях. Цель состоит не только в устранении этой конкретной утечки, но и в выработке надежной, низкорисковой процедуры заправки ракеты для пилотируемых миссий — это необходимый шаг перед тем, как программа Artemis сможет перейти к следующим, более ответственным миссиям по возвращению человека на поверхность Луны.

Источники

• NASA (пресс-материалы по генеральной репетиции заправки Artemis II и пусковым операциям)
• Космический центр имени Кеннеди (операции на стартовой площадке и в здании вертикальной сборки)
• Технические брифинги программы NASA Artemis и документация по системам SLS/Orion