Laut SpaceX explodierte die Crew-Dragon-Kapsel aufgrund eines exotischen Titanfeuers

SpaceX hat über ein offizielles Update und eine Telefonkonferenz die vorläufigen Ergebnisse einer Fehleruntersuchung bekannt gegeben, die unmittelbar nach der Explosion der Crew-Dragon-Kapsel C201 während eines statischen Brandtests am 20. April einberufen wurde. Moderiert von Hans Koenigsmann, Vizepräsident für Mission Assurance bei SpaceX, und Kathy Lueders, Leiterin des Commercial Crew Program der NASA, lieferte der Anruf einige kleinere zusätzliche Einblicke, die über eine recht ausführliche Pressemitteilung hinausgingen, die kurz zuvor veröffentlicht wurde. Den vorläufigen Ergebnissen der Fehleruntersuchung von SpaceX zufolge hatte die Explosion von Crew Dragon nichts mit den Treibstofftanks, den Manövriertriebwerken von Draco oder den Abbruchtriebwerken von SuperDraco zu tun. Die Ursache liegt vielmehr in einer exotischeren und unerwarteteren chemischen/materiellen Wechselwirkung zwischen einem Sanitärventil, einem flüssigen Oxidationsmittel und einem Helium-basierten Drucksystem.

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Laut Hans Koenigsmann hat SpaceX etwa 80 % des sogenannten Fehlerbaums durchlaufen, was im Wesentlichen bedeutet, dass die Fehleruntersuchung zu 80 % abgeschlossen ist. Diese zusätzlichen 20 % könnten sicherlich für einige Überraschungen sorgen, aber der SpaceX-Manager war ziemlich zuversichtlich, dass die am 15. Juli präsentierten Ergebnisse repräsentativ für die endgültige Schlussfolgerung sein würden. Die ultimative (wahrscheinliche) Ursache für die extrem energiereiche und zerstörerische Explosion von Crew Dragon liegt in den umfangreichen SuperDraco/Draco-Leitungen des Raumfahrzeugs und dem dazugehörigen Drucksystem, das Helium verwendet, um die druckgespeisten Motoren, Treibstofftanks und Zuleitungen auf etwa 2400 psi zu halten ( 16,5 Megapascal). Diese Methode der Druckbeaufschlagung bedeutet zwangsläufig, dass ein direkter Kontakt zwischen dem Druckmittel (Helium) und dem Oxidationsmittel/Brennstoff besteht, sodass eine Art Ventil erforderlich ist, das verhindert, dass die unter Druck stehende Flüssigkeit in das Drucksystem fließt.

Berichten zufolge ist genau das beim statischen Brandtest der flugerprobten Crew-Dragon-Kapsel C201 am 20. April passiert. Während der Bodentests leckte ein „Rückschlagventil“, das das Drucksystem und das Oxidationsmittel trennte, etwas, was SpaceX als „Schwall“ Stickstofftetroxid-Oxidationsmittel (NTO) bezeichnete, in die Helium-Druckleitungen. Ungefähr 100 Millisekunden vor der geplanten Zündung der 8 SuperDraco-Abbruchmotoren des Fahrzeugs „initialisierte“ sich das Drucksystem schnell (dh brachte das Oxidationsmittel und den Kraftstoff schnell auf Betriebsdrücke von ~2400 psi). Dazu wird Helium schnell durch ein Rückschlagventil gedrückt, das speziell für Helium mit niedriger Molekülmasse entwickelt wurde, um die Treibstoffsysteme physikalisch unter Druck zu setzen. Unbeabsichtigt wurde das NTO, das „stromaufwärts“ durch dieses Ventil austrat, mit dem Hochdruckstoß von Helium mitgenommen. Stellen Sie sich im Wesentlichen vor, dass Sie mit Ihrem Auto einen Unfall haben, nur um festzustellen, dass Ihr schöner, flauschiger Airbag versehentlich durch einen Sandsack ersetzt wurde, und Sie können sich vielleicht die unbeabsichtigten Kräfte vorstellen, denen das Rückschlagventil des Drachen (der metaphorische Airbag) ausgesetzt war als eine „Kugel“ dichten Oxidationsmittels mit hoher Geschwindigkeit hineingerammt wurde.

An sich ist diese Art von Fehlermodus nicht besonders überraschend, und SpaceX war möglicherweise sogar auf ein oder mehrere Lecks im Rückschlagventil aufmerksam geworden und hat ein seiner Meinung nach geringfügiges Risiko in Kauf genommen, um den Test fortzusetzen und möglicherweise die Leistung von Dragon zu untersuchen unter suboptimalen Bedingungen. SpaceX sagt, es habe nicht erkannt, wie heftig die Reaktion zwischen dem NTO und dem Rückschlagventil sein könnte. SpaceX geht davon aus, dass sich die Hochgeschwindigkeitskugel aus dichtem NTO so schnell und unter einem so hohen Druck bewegte, dass sie durch den Aufprall auf das Titan-Rückschlagventil das Ventil buchstäblich zerbrach und möglicherweise das Metall chemisch entzündete, wodurch eine Kugel aus NTO freigesetzt wurde Das Einbrennen von NTO in das freigesetzte NTO-System selbst – praktisch ein Streichholz, das in ein Pulverfass geworfen wird. Es ist unklar, ob die Zündung von einer chemischen Reaktion zwischen Titan (einem technisch brennbaren Metall ähnlich wie Magnesium) und NTO herrührte oder ob die Ursache von der Zertrümmerung des Titanventils herrührte, die vielleicht im wahrsten Sinne des Wortes einen Funken erzeugte, als Metalltrümmer heftig miteinander interagierten. In jedem Fall ist die Lösung – wie SpaceX sie sieht – dieselbe: Anstelle eines mechanischen Rückschlagventils (einfach, aber immer noch nicht 100 % passiv) wird die Barriere zwischen Druckmittel und Oxidationsmittel (und höchstwahrscheinlich auch Kraftstoff) durch ersetzt etwas, das als Berstscheibe bekannt ist. Laut Koenigsmann gibt es nur eine Handvoll (ca. 4) dieser Ventile und müssen daher durch Berstscheiben ersetzt werden, eine relativ schnelle und einfache Lösung. Berstscheiben sind für den einmaligen Gebrauch bestimmt und von Natur aus nicht wiederverwendbar, aber sie sind auch völlig passiv und einfach lecken erst, wenn ein bestimmter Druck ausgeübt wird. Da es sich um Einwegprodukte handelt, können sie vor dem Flug nicht direkt getestet werden, was die grundsätzliche Zuverlässigkeit zugunsten einer extrem auslaufsicheren Barriere einschränkt.

Letztlich scheuten sich sowohl Koenigsmann als auch Lueders die Beantwortung von Fragen zum bevorstehenden Test- und Startplan von SpaceXs Crew Dragon und zu den Verzögerungen, die die Explosion letztendlich mit sich bringen wird. Beide Personen waren dennoch optimistisch und so wie es klingt, werden die Verzögerungen bei Crew Dragon im Vergleich zu Verzögerungen, die durch einen Druckbehälter- oder Triebwerksausfall verursacht werden, weitaus weniger schwerwiegend sein. Derzeit hat die NASA ein vorläufiges Ziel für den ersten bemannten Start von Crew Dragon zur Internationalen Raumstation für Mitte November 2019 veröffentlicht, während Lueders und Koenigsmann ihre Hoffnung auf einen Start im Jahr 2019 zum Ausdruck brachten, sich jedoch weigerten, eine konkrete Schätzung der Wahrscheinlichkeit dafür abzugeben auftreten.

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