SpaceX는 Crew Dragon 캡슐이 이국적인 티타늄 화재로 인해 폭발했다고 밝혔습니다.

SpaceX는 4월 20일 정적 화재 테스트 도중 Crew Dragon 캡슐 C201이 폭발한 직후 소집된 실패 조사의 예비 결과를 공식 업데이트 및 컨퍼런스 콜을 통해 발표했습니다. SpaceX의 Mission Assurance 담당 부사장 Hans Koenigsmann과 NASA Commercial Crew Program 관리자인 Kathy Lueders가 주최한 이번 통화는 직전에 발표된 상당히 광범위한 보도 자료를 넘어서 약간의 추가적인 통찰력을 제공했습니다. SpaceX의 실패 조사의 예비 결과에 따르면 Crew Dragon의 폭발은 우주선의 추진제 탱크, Draco 기동 추진기 또는 SuperDraco 중단 엔진과 관련이 없습니다. 오히려 그 원인은 배관 밸브, 액체 산화제, 헬륨 기반 가압 시스템 사이의 더욱 이상하고 예상치 못한 화학적/재료 상호 작용에 있습니다.

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Hans Koenigsmann에 따르면 SpaceX는 결함 트리(Fault Tree)라고 알려진 경로를 약 80% 통과했으며 이는 본질적으로 결함 조사가 80% 완료되었음을 의미합니다. 추가 20%는 확실히 약간의 변화를 가져올 수 있지만 SpaceX 경영진은 7월 15일에 제시된 결과가 최종 결론을 대표할 것이라고 상당히 확신했습니다. Crew Dragon의 매우 강력하고 파괴적인 폭발의 궁극적인 원인은 우주선의 광범위한 SuperDraco/Draco 배관과 헬륨을 사용하여 압력 공급 엔진, 추진제 탱크 및 공급 라인을 약 2400psi로 유지하는 관련 가압 시스템을 중심으로 이루어집니다. 16.5메가파스칼). 필연적으로 이 가압 방법은 가압제(헬륨)와 산화제/연료 사이에 직접적인 접촉이 있음을 의미하므로 가압된 유체가 가압 시스템으로 흐르는 것을 방지하는 일종의 밸브가 필요합니다.

비행에서 입증된 Crew Dragon 캡슐 C201의 4월 20일 정적 화재 테스트 중에 이것이 정확히 일어난 것으로 알려졌습니다. 지상 테스트 과정에서 가압 시스템과 산화제를 분리하는 "체크 밸브"에서 SpaceX가 설명하는 사산화질소 산화제(NTO)의 "슬러그"가 헬륨 가압 라인으로 누출되었습니다. 차량의 8개의 SuperDraco 중단 엔진이 계획된 점화를 시작하기까지 약 T-100 밀리초 후에 가압 시스템이 빠르게 "초기화"되었습니다(즉, 산화제와 연료를 작동 압력인 ~2400psi로 빠르게 가압했습니다). 이를 위해 저분자량 헬륨을 염두에 두고 설계된 체크 밸브를 통해 헬륨을 빠르게 밀어 넣어 추진제 시스템에 물리적으로 압력을 가합니다. 의도치 않게 해당 밸브를 통해 '상류'로 누출된 NTO가 헬륨의 고압 폭발과 함께 흡수되었습니다. 본질적으로, 당신이 차를 충돌시키는 상황을 상상해 보면 멋지고 푹신한 에어백이 실수로 모래주머니로 교체되었다는 것을 알게 되며, 드래곤의 체크 밸브(은유적 에어백)에 의도치 않은 힘이 가해지는 것을 시각화할 수 있을 것입니다. 고밀도 산화제의 "슬러그"가 고속으로 부딪혔을 때.

자체적으로 이러한 종류의 실패 모드는 크게 놀라운 일이 아니며 SpaceX는 일종의 체크 밸브 누출을 인식하고 테스트를 계속하고 아마도 Dragon의 성능을 조사하기 위해 사소한 위험이라고 생각되는 것을 받아들였을 수도 있습니다. 최적이 아닌 조건에서. SpaceX가 깨닫지 못한 것은 NTO와 체크 밸브 사이의 반응이 얼마나 활발할 수 있는지였습니다. SpaceX는 밀도가 높은 NTO의 고속 슬러그가 매우 빠르고 높은 압력에서 이동하여 티타늄 체크 밸브에 충돌하여 문자 그대로 밸브를 파손하고 금속을 화학적으로 점화시켜 슬러그를 유입시켰을 수 있다고 이해하고 있습니다. 해방된 NTO 시스템 자체에 NTO를 태우는 것 – 사실상 화약통에 던져진 성냥입니다. 점화가 티타늄(기술적으로 마그네슘과 유사한 가연성 금속)과 NTO 사이의 화학 반응에서 발생한 것인지, 아니면 티타늄 밸브가 부서져 금속 파편이 격렬하게 상호작용하면서 말 그대로 스파크를 생성하는 데서 발생했는지는 확실하지 않습니다. 어느 쪽이든, SpaceX가 인식하는 솔루션은 동일합니다. 기계식 체크 밸브(단순하지만 여전히 100% 수동형은 아님) 대신에 가압제와 산화제(연료도 포함) 사이의 장벽을 다음으로 대체합니다. 버스트 디스크라고 알려진 것입니다. Koenigsmann에 따르면 이러한 밸브 중 소수(~4개)만 존재하므로 상대적으로 빠르고 쉽게 수정할 수 있는 버스트 디스크로 교체해야 합니다. 버스트 디스크는 일회용이며 본질적으로 재사용이 불가능하지만 완전히 수동적이고 간단합니다. 특정 양의 압력을 받을 때까지 누출되지 않도록 하십시오. 일회용이기 때문에 비행 전에 직접 테스트할 수 없으며 누출 방지 장벽이 매우 뛰어나기 때문에 원칙적인 신뢰성이 일부 제한됩니다.