Artemis II försenas av envisa vätgasläckor

Bränslegenrep avbryts när pyttesmå molekyler stör månfärd

På måndagen, vid Kennedy Space Center, stötte NASA:s simulerade nedräkning för Artemis II på ett välbekant problem: ingenjörer lyckades inte tämja de vätgasläckor som uppstod i anslutningen mellan rymdraketen Space Launch System och dess mobila lanseringsplattform. Det två dagar långa testet Wet Dress Rehearsal (WDR) genomfördes enligt plan fram till flera milstolpar, men en kraftig ökning av läckaget av flytande vätgas fick kontrollrummet att avbryta nedräkningen vid T-minus 5 minuter och 15 sekunder och påbörja tömning av farkosten. Myndighetens chefer meddelade att de nu siktar på mars – det första tillgängliga uppskjutningsfönstret öppnas den 6 mars klockan 20:29 EST (02:26 UTC den 7 mars) – som det tidigaste realistiska tillfället för Artemis II, medan teamen analyserar telemetri och planerar för ett andra Wet Dress Rehearsal.

Oförmåga att tämja vätgasläckorna – vad gick fel

Läckan uppstod på samma ställe som utmanade NASA under Artemis I: vid Tail Service Mast Umbilicals (TSMUs), ett par cirka 9 meter långa armar som leder superkallt flytande väte och flytande syre från marktankar in i SLS-huvudsteget. Vid startplattan dockar TSMU-anslutningsplattorna med matchande gränssnitt på farkosten; vid start är det meningen att de ska separera felfritt. Eftersom flytande väte måste hållas nära −253 °C (−423 °F), kan tätningar och mjukdelar ändra storlek och styvhet på sätt som öppnar mikroskopiska läckagevägar. Vätgasmolekyler är de minsta och lättaste kemiska byggstenarna och kan sippra ut genom pyttesmå defekter som i praktiken är osynliga vid rumstemperatur.

NASA:s ingenjörer accepterade ett litet läckage som normalt och övervakar vätgaskoncentrationen runt gränssnittet. Myndigheten har fastställt en strikt säkerhetsgräns – cirka 4 procents vätgaskoncentration i anslutningshuset – över vilken driften måste stoppas. Under veckans övning överskreds den tröskeln flera gånger. Teamen försökte med åtgärder under testet: att stoppa flödet av flytande väte, låta gränssnittet värmas upp så att tätningarna kunde sätta sig igen, samt justera flödeshastigheten för drivmedlet. Personalen lyckades vid ett tillfälle fylla farkosten helt med dess mer än 2,8 miljoner liter (750 000 gallons) drivmedel, men en efterföljande spik i läckaget tvingade fram beslutet att avbryta den simulerade nedräkningen innan raketen gick över till intern strömförsörjning och trycksatte sina tankar.

Oförmåga att tämja vätgasläckorna: påverkan på säkerhet och tidsplan

Vätgasläckor är allvarliga eftersom de direkt påverkar personalens och allmänhetens säkerhet, samt för att de skapar följdeffekter i tidsplanen. När vätgaskoncentrationen stiger över säkerhetsgränsen måste markteamen utrymma startplattan och avbryta känsliga operationer – vilket är exakt vad som hände under WDR. Syftet med genrepet var att öva hela kedjan av händelser fram till uppskjutning, inklusive de slutliga förberedelserna: ett markteam stängde och säkrade luckan på Orion-kapseln och förberedde sig för att lämna plattan så att nedräkningen kunde nå sin slutfas. En ventil på Orions lucktrycksättning krävde efterdragning under dessa uppgifter, och markkommunikationen drabbades av ljudavbrott när teamen arbetade med effekter av kallt väder. Spiken i läckaget förhindrade utförandet av de sista kontrollerna före flygning – inklusive aktivering av reservkraftaggregat och en styrningskontroll av huvudmotorerna – vilket lämnade flera punkter ocheckade.

Eftersom WDR är ett genrep utformat för att upptäcka problem på marken snarare än vid uppskjutning, bör förseningen ses som en avvägd reaktion: NASA-cheferna kommer inte att fastställa ett definitivt uppskjutningsdatum förrän de har granskat data, åtgärdat felen och genomfört ännu ett fullständigt genrep. Den processen kan hanteras på startplattan eller kräva att raketen rullas tillbaka till Vehicle Assembly Building för reparationer och ytterligare tester. Båda alternativen innebär tidskostnader: en tillbakarullning och reparationer tar vanligtvis veckor; upprepade försök på plattan måste passa in i snäva tidsfönster kopplade till omloppsgeometrin för Orions planerade bana.

Uppdragsprofil och varför marsfönstret är viktigt

Artemis II är det första bemannade flygtestet i NASA:s plan att återföra människor till månen. Fyra besättningsmedlemmar – befälhavare, pilot och uppdragsspecialister – kommer att färdas i rymdfarkosten Orion på en förbiflygning av månen som använder en frireturbana runt månens baksida för att säkerställa att farkosten kan återvända säkert till jorden om något går fel. Uppdraget innebär ingen landning men är ett avgörande steg som validerar Orion, SLS-raketen i bemannat läge och de integrerade markoperationerna inför senare uppdrag som syftar till att landa astronauter vid månens sydpol.

Eftersom månens position i förhållande till jorden begränsar banorna, har Artemis II endast ett fåtal uppskjutningsmöjligheter varje månad som tillåter den planerade frireturbanen och en säker återinträdeskorridor. Det tidigaste realistiska tillfället efter veckans WDR är den 6 mars (ett tvåtimmarsfönster som öppnas klockan 20:29 EST), vilket är anledningen till att NASA flyttade det officiella målet till mars för ”tidigast möjliga uppskjutningsmöjlighet” medan teamen förbereder ett andra fullständigt genrep.

Operativa lärdomar och historiken kring läckageproblemet

Hantering av vätgas har länge varit en svår ingenjörsutmaning inom rymdfart. Artemis I-kampanjen 2022 stötte på liknande läckagebeteenden; farkosten sköts slutligen upp efter att teamen justerat procedurerna för vätgaspåfyllning och skapat operativa kringgåenden. Den historiken präglar det nuvarande tillvägagångssättet: hellre än att stressa fram en uppskjutning behandlar cheferna resultatet från WDR som användbara data och återvänder till ingenjörslabb och kontrollpaneler för att analysera avläsningar från sensorer på TSMU-gränssnittet, ventilbeteende och omgivningseffekter som den kalla luften som komplicerade kamerasystem och ljudsystem på plattan denna vecka.

Valmöjligheterna nu inkluderar att upprepa WDR med korrigeringar, eller att ta farkosten tillbaka till Vehicle Assembly Building för hårdvaruändringar och djupare inspektioner. En tillbakarullning kan ta dagar att genomföra och veckor att utföra korrigerande arbete; att upprepa genrep på plattan tar också i anspråk begränsad kalendertid kring acceptabel mångeometri. Flygsäkerhetskrav medför ytterligare begränsningar – till exempel skapar aktiveringen av haverisystemet (flight-termination system) ett 20-dagars operativt fönster kopplat till uppskjutningsförberedelser, vilket påverkar tidpunkten för eventuella efterföljande försök.

Vad detta innebär för besättningen och programmet

Besättningen på Artemis II hade suttit i medicinsk karantän inför genrepet; NASA meddelade att de kommer att släppas för att återuppta träningen och invänta det nya uppskjutningsdatumet. Förseningar som denna är störande för astronauternas scheman, uppdragets beredskap och allmänhetens förväntningar, men de är också det uttalade syftet med en WDR: att avslöja och åtgärda problem medan farkosten fortfarande är på marken. NASA har betonat att säkerheten förblir den övergripande prioriteringen för astronauter, arbetare och allmänheten, och att de endast kommer att gå vidare när de är säkra på att hårdvaran och procedurerna är redo.

Programmatiskt sett belyser händelsen avvägningarna med att driva ett stort, komplext uppskjutningssystem: mogna startplattor, nya tunga bärraketer och superkalla drivmedel introducerar var och en fellägen som måste spåras upp under testning. Artemis-arkitekturen – Orion, SLS, marksystem och nya operativa metoder – testas i realtid. Data som samlats in under denna WDR kommer att avgöra om myndigheten kan gå vidare mot en uppskjutning i mars, behöver en kort förlängning för ytterligare tester på plattan eller måste planera en tillbakarullning för reparationer.

För närvarande kommer ingenjörer att granska telemetri från sensorer på tankar och anslutningar, se över hur tätningar och ventiler betedde sig vid kryogena temperaturer och testa lösningar i hårdvarulabb. Målet är inte bara att lösa just denna läcka utan att enas om en repeterbar procedur med låg risk för att tanka raketen vid bemannade operationer – ett nödvändigt steg innan Artemis-programmet kan genomföra sina nästa, mer riskfyllda uppdrag för att åter placera människor på månens yta.

Källor

• NASA (pressmaterial om Artemis II Wet Dress Rehearsal och uppskjutningsoperationer)
• Kennedy Space Center (verksamhet vid startplattan och Vehicle Assembly Building)
• NASA:s tekniska genomgångar för Artemis-programmet och systemdokumentation för SLS/Orion