Αν όλα είχαν εξελιχθεί σύμφωνα με τον αρχικό σχεδιασμό, τέσσερις αστροναύτες θα επέστρεφαν αυτή την εβδομάδα από ένα ιστορικό, δεκαήμερο ταξίδι γύρω από τη Σελήνη. Αντί γι’ αυτό, οι μηχανικοί της NASA παλεύουν ξανά με τον πύραυλο και το καύσιμο που θα προωθούσε την αποστολή Artemis II, αντιμετωπίζοντας ένα γνώριμο πρόβλημα.
Λίγες μόλις ώρες μετά την έναρξη μιας δοκιμής πριν από την εκτόξευση – της λεγόμενης «υγρής πρόβας» (wet dress rehearsal) – στις αρχές Φεβρουαρίου, οι υπεύθυνοι εκτόξευσης διαπίστωσαν ότι υπήρχε διαρροή υπερψυχρού υγρού υδρογόνου στην εξέδρα εκτόξευσης, σε επίπεδο που προκαλούσε ανησυχία για την ασφάλεια. Οι διαρροές υδρογόνου επανεμφανίζονταν διαρκώς, αναγκάζοντας τη NASA να διακόψει πολλές φορές τη ροή καυσίμου προς τον πύραυλο.
Το πρόβλημα εμπόδισε την ολοκλήρωση της δοκιμής και οδήγησε σε περισσότερες από επτά ημέρες ερευνών και επισκευών.
Αν οι διαρροές υδρογόνου και οι καθυστερήσεις στην αποστολή προς τη Σελήνη δημιουργούν αίσθηση déjà vu, δεν είναι τυχαίο. Η NASA έχει περάσει ξανά τα ίδια.
Η εκτόξευση της μη επανδρωμένης δοκιμαστικής πτήσης Artemis I το 2022 καθυστέρησε επανειλημμένα λόγω παρόμοιων διαρροών, οι οποίες λίγο έλειψε να ματαιώσουν πλήρως την αποστολή, πριν μια ομάδα τεχνικών επέμβει την τελευταία στιγμή για να επισκευάσει χειροκίνητα μια βαλβίδα που έσταζε.
Παρόμοια προβλήματα είχαν καταγραφεί και κατά τη διάρκεια του προγράμματος του Διαστημικού Λεωφορείου που λειτούργησε από το 1981 έως το 2011.
Οι διαρροές υδρογόνου αποτελούν σοβαρό ζήτημα στο έδαφος: το υδρογόνο αναφλέγεται πολύ εύκολα και είναι εξαιρετικά ενεργητικό. Συγκέντρωση μεγάλης ποσότητας σε έναν χώρο ενέχει τον κίνδυνο καταστροφικής έκρηξης.
Έτσι, ενώ οι υπεύθυνοι ετοιμάζονται για νέα «υγρή πρόβα», το ερώτημα παραμένει: γιατί η NASA συνεχίζει να χρησιμοποιεί ένα τόσο «ιδιότροπο» καύσιμο;
Ένα μικροσκοπικό μόριο με τεράστια ισχύ
Οι μηχανικοί πρωτοχρησιμοποίησαν το υδρογόνο ως καύσιμο πυραύλων στα μέσα του 20ού αιώνα, πριν ακόμη αξιοποιηθεί στους πυραύλους του προγράμματος Apollo. Από τότε, τα περισσότερα οχήματα εκτόξευσης που επέλεξαν το συγκεκριμένο καύσιμο έχουν αντιμετωπίσει προβλήματα διαρροών.
Για παράδειγμα, ο πύραυλος Vulcan Centaur, που κατασκευάζεται από την αμερικανική εταιρεία United Launch Alliance, χρησιμοποιεί υδρογόνο στο ανώτερο στάδιό του. Το 2023, διαρροή καυσίμου προκάλεσε έκρηξη κατά τη διάρκεια δοκιμών στην Αλαμπάμα, προκαλώντας ζημιές σε υποδομές και καθυστερώντας την πρώτη εκτόξευση.
Η τάση του υδρογόνου να «διαφεύγει» οφείλεται στο ότι είναι το ελαφρύτερο στοιχείο στο σύμπαν. «Τείνει να βρίσκει διέξοδο από οτιδήποτε προσπαθείς να το συγκρατήσεις», εξηγεί ο Άνταμ Σουάνγκερ, ανώτερος ερευνητής κρυογενικής στο Διαστημικό Κέντρο Κένεντι της NASA. «Και έχει πολύ χαμηλή πυκνότητα».
Για να γίνει κατανοητό το μέγεθος της διαφοράς: το υδρογόνο είναι περίπου 14 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα της Γης. Όμως τα ίδια χαρακτηριστικά που το καθιστούν δύσκολο στη συγκράτηση, το καθιστούν ιδανικό καύσιμο πυραύλων.
«Η χαμηλή πυκνότητα είναι καλή για την απόδοση», σημειώνει ο Σουάνγκερ. «Υπάρχει ένα είδος συμβιβασμού».
Κατά την επιλογή καυσίμου, ο σημαντικότερος παράγοντας είναι η λεγόμενη «ειδική ώση» (specific impulse ή Isp), δηλαδή η ποσότητα ώσης που μπορεί να παραχθεί από συγκεκριμένη ποσότητα καυσίμου.
Η ειδική ώση υπολογίζεται διαιρώντας την παραγόμενη ώση ενός κινητήρα με τον ρυθμό κατανάλωσης καυσίμου. Το βάρος παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαστημική πτήση: όσο περισσότερη ισχύ χρειάζεται ένας πύραυλος για να σηκώσει το ίδιο του το βάρος, τόσο λιγότερη δυνατότητα έχει να μεταφέρει ωφέλιμο φορτίο ή ανθρώπους σε τροχιά.
Το υδρογόνο έχει εξαιρετικά υψηλή ειδική ώση επειδή είναι πολύ ελαφρύ, αλλά ταυτόχρονα αποδίδει μεγάλη ισχύ κατά την εκτόξευση. Θεωρείται το αποδοτικότερο από όλα τα διαθέσιμα καύσιμα πυραύλων — «γι’ αυτό και το χρησιμοποιούμε τόσο συχνά», εξηγεί ο Σουάνγκερ.
Ωστόσο, στην περίπτωση του προγράμματος Artemis, η επιλογή υδρογόνου δεν σχετίζεται μόνο με την απόδοση.
Πολιτικοί λόγοι και «ιδιότροποι» πύραυλοι
Το υδρογόνο συχνά θεωρείται πιο μπελάς απ’ όσο αξίζει, λόγω της τάσης του να προκαλεί καθυστερήσεις εκτοξεύσεων. Ωστόσο, προσφέρει κορυφαία απόδοση στο κενό του διαστήματος. Για αυτόν τον λόγο, αρκετοί κατασκευαστές επιλέγουν να χρησιμοποιούν υδρογόνο μόνο στα ανώτερα στάδια των πυραύλων και πιο «διαχειρίσιμα» καύσιμα — όπως μεθάνιο ή RP-1 (τύπος κηροζίνης) — στο πρώτο στάδιο, που παρέχει την αρχική ώση.
Αντίθετα, ο πύραυλος της αποστολής Artemis, το Space Launch System (SLS), χρησιμοποιεί υδρογόνο τόσο στο πρώτο όσο και στο ανώτερο στάδιο. Και υπάρχει ένας λιγότερο προφανής λόγος γι’ αυτό: πολιτικός.
Όπως εξηγεί ο Κέισι Ντρέιερ από την μη κερδοσκοπική Planetary Society, το Κογκρέσο των ΗΠΑ όρισε δια νόμου ότι η NASA έπρεπε να χρησιμοποιήσει τεχνολογία, υποδομές και προσωπικό από το πρόγραμμα του Διαστημικού Λεωφορείου. Και επειδή το Διαστημικό Λεωφορείο χρησιμοποιούσε υδρογόνο, το ίδιο καύσιμο ενσωματώθηκε και στο SLS.
Οι σημερινές διαρροές, σύμφωνα με τον Ντρέιερ, είναι σε μεγάλο βαθμό συνέπεια αυτής της επιλογής. Η προσπάθεια να «συναρμολογηθεί» ένα νέο σύστημα με στοιχεία ενός παλαιότερου προγράμματος αύξησε την πολυπλοκότητα και το λειτουργικό κόστος.
«Δεν θα λειτουργήσει ποτέ τόσο ομαλά όσο ένας πύραυλος που θα είχε σχεδιαστεί από την αρχή», σημειώνει.
«Ένα πειραματικό όχημα»
Η NASA παραδέχεται ότι το SLS είναι απαιτητικό και «ευαίσθητο». Βρίσκεται ακόμη στα πρώτα στάδια επιχειρησιακής του ζωής, μετά από δύο δεκαετίες ανάπτυξης.
«Είναι ένα πειραματικό όχημα», δήλωσε ο αναπληρωτής διοικητής της NASA, Αμίτ Κσατρίγια, σε συνέντευξη Τύπου. «Κανείς δεν θα έπρεπε να το χαρακτηρίζει πλήρως επιχειρησιακό».
Σημειώνεται ότι η NASA θεωρεί έναν πύραυλο «επιχειρησιακό» μόνο όταν έχει μπει σε τακτική υπηρεσία. Για παράδειγμα, το Διαστημικό Λεωφορείο θεωρήθηκε πλήρως λειτουργικό μόνο μετά τις πρώτες τέσσερις επανδρωμένες αποστολές του.
Οι πρόσφατες διαρροές εντοπίστηκαν στο ίδιο σημείο όπου είχαν παρουσιαστεί και κατά την αποστολή Artemis I: στο Tail Service Mast Umbilical (TSMU), μια κατασκευή ύψους περίπου τριών ορόφων που συνδέει τον πύραυλο με τον επίγειο εξοπλισμό.
Για να θεωρηθεί επιτυχής μια «υγρή πρόβα» και να είναι ασφαλής η εκτόξευση, η διαρροή κατά τον ανεφοδιασμό πρέπει να παραμένει κάτω από 16%, σύμφωνα με τον διευθυντή εκτόξευσης Τσάρλι Μπλάκγουελ-Τόμσον.
Η NASA εφαρμόζει διάφορες τεχνικές για να διατηρεί τις διαρροές εντός ορίων. Εκτός από τον εντοπισμό και την επισκευή πριν τον ανεφοδιασμό, χρησιμοποιεί και μια μέθοδο προσωρινής επαναθέρμανσης των σωληνώσεων υδρογόνου, ώστε οι στεγανοποιήσεις να «καθίσουν» σωστά πριν επανέλθουν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.
Θα είναι πάντα πρόβλημα το υδρογόνο;
Το υγρό υδρογόνο πρέπει να διατηρείται σε θερμοκρασία περίπου –253 βαθμών Κελσίου. Τα υλικά που το συγκρατούν πρέπει να αντέχουν σε επαναλαμβανόμενες ακραίες μεταβολές θερμοκρασίας, κάτι που δημιουργεί μηχανικές καταπονήσεις.
Οι στεγανοποιήσεις που χρησιμοποιούνται είναι πολυμερή τύπου Teflon. Όμως, όπως επισημαίνουν οι μηχανικοί, οι επιλογές υλικών είναι περιορισμένες — και όσο μεγαλύτερος είναι ο πύραυλος, τόσο μεγαλύτερη η ροή καυσίμου και ο κίνδυνος διαρροής.
«Αν ξεκινούσαμε από το μηδέν, ίσως θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε κάτι που να μην παρουσιάζει διαρροές», αναφέρει ο Σουάνγκερ. «Αλλά για το SLS δεν υπάρχει επιστροφή στο σχεδιαστήριο».
Παρά τις ανησυχίες — και τους συνειρμούς με ιστορικά ατυχήματα όπως το Χίντενμπουργκ — η NASA τονίζει ότι γνωρίζει πώς να χειρίζεται με ασφάλεια το υδρογόνο.
«Μπορεί να χρησιμοποιηθεί απολύτως με ασφάλεια», υπογραμμίζει ο Σουάνγκερ. «Ακόμη και με τις διαρροές που είχαμε, δεν είχαμε ποτέ ατύχημα».
