Jahre nach dem Shuttle entdeckt die NASA die Gefahren von flüssigem Wasserstoff wieder

Vergrößern / Space Launch System-Rakete der NASA am 1. September 2022 auf LC-39B.

KENNEDY SPACE CENTER, Florida – Die US-Raumfahrtbehörde versuchte am Samstag, eine größtenteils selbstgebaute Rakete vom Space Shuttle aus zu starten, das selbst vor mehr als tausend Jahren, vier Jahrzehnten, entworfen und gebaut wurde.

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Da das Space Shuttle aufgrund technischer Probleme oft verzögert wurde, ist es keine Überraschung, dass der erste Start der NASA-Rakete Space Launch System Stunden vor Öffnung des Startfensters abgesagt wurde. Der Höhepunkt der Show war eine Leitung mit einem Durchmesser von 8 Zoll, die flüssigen Wasserstoff in die Rakete beförderte. Es verursachte ein anhaltendes Leck am Einlass, bekannt als Schnelltrennkupplung, die an Bord des Fahrzeugs führte.

Das Startteam des Kennedy Space Center versuchte tapfer dreimal, das Leck zu stoppen, jedoch ohne Erfolg. Schließlich, um 11:17 Uhr ET, Stunden hinter ihrem Zeitplan, um die Rakete zu betanken, stoppte Startleiter Charlie Blackwell-Thompson.

Was als nächstes passiert, hängt davon ab, was Ingenieure und Techniker am Montag finden, wenn sie das Fahrzeug auf der Startrampe inspizieren. Wenn das Release-Team entscheidet, dass es die Schnelltrenn-Hardware am Pad ersetzen kann, kann es möglich sein, einen Teilbetankungstest durchzuführen, um die Integrität des Patches zu bestimmen. Dies könnte es der NASA ermöglichen, das Fahrzeug vor dem nächsten Start auf der Plattform zu belassen. Alternativ können Ingenieure entscheiden, dass Reparaturen am besten im Fahrzeugmontagegebäude durchgeführt werden, und die Rakete hineinrollen.

Aufgrund der Orbitaldynamik der Artemis-I-Mission, ein unbemanntes Orion-Raumschiff zum Mond zu fliegen, hat die NASA dann die Möglichkeit, vom 19. September bis zum 4. Oktober zu starten. Um dieses Fenster zu erstellen, müsste die Rakete jedoch an der Plattform befestigt und dann eine Ausnahmegenehmigung von der US Space Force eingeholt werden, die das Startgebiet entlang der Küste Floridas betreibt.

Das Problem ist das Flugbeendigungssystem, das unabhängig von der Rakete betrieben wird, mit Batterien, die 25 Tage halten. Es wird erwartet, dass die NASA diese Batteriekapazität auf etwa 40 Tage ausdehnt. Diese Gespräche sollte die Raumfahrtbehörde bald mit den Reichweitenverantwortlichen führen.

Wenn die Rakete zurück in das Fahrzeugmontagegebäude gebracht wird, das für die Wartung des Flugbeendigungssystems oder für mehr als nur flüchtige Startrampenarbeiten erforderlich wäre, hat die NASA eine weitere Startmöglichkeit: „Artemis I vom 17. bis 31. Oktober.

Ein sehr kleines Element

Das Space Shuttle war ein äußerst komplexes Fahrzeug, das die Verwendung von Feststoffraketen-Boostern - die sehr, sehr starken Feuerwerkskörpern ähneln - mit exquisit konstruierten Haupttriebwerken mischte, die durch die Verbrennung von flüssigem Wasserstoff als Treibmittel und flüssigem Sauerstoff angetrieben wurden, um als zu dienen Oxidationsmittel.

Während seiner Lebensdauer hat sich das Shuttle aufgrund dieser Komplexität im Durchschnitt fast einmal bei jedem Startversuch gerieben. Einige Shuttle-Flüge wurden bis zu fünf Mal gereinigt, bevor sie endlich abhoben. Für Launch-Controller war es noch nie so einfach, den komplexen Betankungsprozess von Space Shuttles zu verwalten, und Wasserstoff war oft der Übeltäter.

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum, aber auch das leichteste. Es braucht 600 Sextillionen Wasserstoffatome, um die Masse eines einzigen Gramms zu erreichen. Weil er so klein ist, kann sich Wasserstoff durch kleinste Räume zwängen. Dies ist bei Umgebungstemperaturen und -drücken kein so ernstes Problem, aber bei erhöhten Temperaturen und Drücken entweicht Wasserstoff leicht aus jeder verfügbaren Öffnung.

Um die Treibstofftanks einer Rakete gefüllt zu halten, müssen Treibstoffleitungen von Bodensystemen bis zum Start mit dem Treibstoff verbunden bleiben. In letzter Sekunde lösen sich die „Quick Disconnects“ an den Enden dieser Leitungen von der Rakete. Die Schwierigkeit besteht darin, dass diese Ausrüstung, um beim Trennen der Rakete vor einem Versagen zu schützen, nicht genug festgeschraubt werden kann, um den Durchgang von Wasserstoffatomen vollständig zu verhindern - es ist äußerst schwierig, diese Verbindungen unter hohem Druck und niedrigen Temperaturen abzudichten.

Also hat die NASA eine Toleranz für eine geringe Wasserstoffleckage. Alles über einer Wasserstoffkonzentration von über 4 % im Spülbereich in der Nähe der Schnellkupplung wird jedoch als Brandgefahr angesehen. „Wir haben zwei- oder dreimal so viele gesehen“, sagte Mike Sarafin, Artemis-I-Missionsmanager der NASA, über das Wasserstoffleck am Samstag. „Es war ziemlich klar, dass wir da nicht rauskommen würden. Jedes Mal, wenn wir ein Leck gesehen haben, war es ziemlich schnell …