SpaceX diz que a cápsula Crew Dragon explodiu devido a um incêndio exótico de titânio

A SpaceX anunciou por meio de uma atualização oficial e teleconferência os resultados preliminares de uma investigação de falha convocada imediatamente após a cápsula Crew Dragon C201 explodir no meio de um teste de fogo estático em 20 de abril. Apresentada pelo vice-presidente de garantia de missão da SpaceX, Hans Koenigsmann, e pela gerente do Programa de Tripulação Comercial da NASA, Kathy Lueders, a chamada forneceu algumas informações adicionais menores além de um comunicado de imprensa bastante extenso emitido pouco antes. De acordo com os resultados preliminares da investigação de falha da SpaceX, a explosão do Crew Dragon não estava relacionada aos tanques de propelente da espaçonave, aos propulsores de manobra Draco ou aos motores de aborto SuperDraco. Em vez disso, a causa está em uma interação química/material mais exótica e imprevista entre uma válvula de encanamento, um oxidante líquido e um sistema de pressurização baseado em hélio.

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De acordo com Hans Koenigsmann, a SpaceX percorreu aproximadamente 80% do que é conhecido como árvore de falhas, o que significa essencialmente que a investigação da falha está 80% concluída. Esses 20% adicionais certamente poderiam lançar algumas bolas curvas, mas o executivo da SpaceX estava bastante confiante de que os resultados apresentados em 15 de julho seriam representativos da conclusão final. A causa final (provável) da explosão extremamente energética e destrutiva do Crew Dragon gira em torno do extenso encanamento SuperDraco/Draco da espaçonave e seu sistema de pressurização associado, que usa hélio para manter os motores alimentados por pressão, tanques de propelente e linhas de alimentação em torno de 2400 psi ( 16,5 megapascais). Necessariamente, este método de pressurização faz com que haja contato direto entre o pressurizante (hélio) e o oxidante/combustível, necessitando assim de algum tipo de válvula impedindo que o fluido pressurizado escoe para o sistema de pressurização.

Durante o teste de fogo estático da cápsula Crew Dragon C201, comprovado em voo, em 20 de abril, foi exatamente isso que aconteceu. Durante o teste de solo, uma "válvula de retenção" que separa o sistema de pressurização e o oxidante vazou o que a SpaceX descreveu como uma "bolsa" de oxidante de tetróxido de nitrogênio (NTO) nas linhas de pressurização de hélio. Cerca de T-100 milissegundos para uma ignição planejada dos 8 motores SuperDraco abortados do veículo, o sistema de pressurização rapidamente "inicializou" (ou seja, pressurizou rapidamente o oxidante e o combustível para pressões operacionais, ~2400 psi). Para fazer isso, o hélio é rapidamente empurrado através de uma válvula de retenção - projetada com hélio de baixa massa molecular em mente - para pressurizar fisicamente os sistemas de propulsão. Sem querer, o NTO que vazou 'a montante' através dessa válvula foi efetivamente levado para o passeio com a explosão de alta pressão de hélio. Em essência, imagine que você bate seu carro, apenas para descobrir que seu belo e fofo airbag foi acidentalmente substituído por um saco de areia, e você pode visualizar as forças não intencionais que a válvula de retenção do Dragon (o metafórico airbag) foi submetida quando uma "lesma" de oxidante denso foi lançada em alta velocidade.

Em si, esse tipo de modo de falha não é muito surpreendente e a SpaceX pode até estar ciente de algum tipo de vazamento de válvula de retenção e aceitou o que acreditava ser um risco menor para continuar o teste e talvez examinar o desempenho do Dragon. em condições subótimas. O que a SpaceX diz que não percebeu foi o quão enérgica poderia ser a reação entre o NTO e a válvula de retenção. O entendimento da SpaceX é que a bala de alta velocidade do denso NTO estava viajando tão rápido e a uma pressão tão alta que, ao impactar a válvula de retenção de titânio, literalmente quebrou a válvula e pode ter inflamado quimicamente o metal, introduzindo assim uma bala de queimar NTO no próprio sistema NTO liberado - efetivamente um fósforo jogado em um barril de pólvora. Não está claro se a ignição veio de uma reação química entre o titânio (um metal tecnicamente inflamável semelhante ao magnésio) e o NTO, ou se a fonte veio da válvula de titânio sendo quebrada, talvez literalmente criando uma faísca quando os detritos de metal interagiram violentamente. De qualquer forma, a solução – na percepção da SpaceX – é a mesma: em vez de uma válvula de retenção mecânica (simples, mas ainda não 100% passiva), a barreira entre o pressurizante e o oxidante (assim como o combustível, muito provavelmente) será substituída por algo conhecido como disco de rajada. De acordo com Koenigsmann, apenas um punhado (~4) dessas válvulas existem e, portanto, precisam ser substituídas por discos de ruptura, uma solução relativamente rápida e fácil. Os discos de ruptura são de uso único e inerentemente não reutilizáveis, mas também são completamente passivos e simples não vaze até que seja submetido a uma quantidade específica de pressão. Por serem de uso único, não podem ser testados diretamente antes do voo, limitando parte da confiabilidade em princípio por causa de uma barreira extremamente à prova de vazamentos.