SpaceX dit que la capsule Crew Dragon a explosé à cause d'un feu de titane exotique

SpaceX a annoncé via une mise à jour officielle et une conférence téléphonique les résultats préliminaires d'une enquête sur l'échec convoquée immédiatement après l'explosion de la capsule Crew Dragon C201 au milieu d'un test de tir statique le 20 avril. Organisé par le vice-président de SpaceX Mission Assurance Hans Koenigsmann et Kathy Lueders, responsable du programme d'équipage commercial de la NASA, l'appel a fourni quelques informations supplémentaires mineures au-delà d'un communiqué de presse assez complet publié juste avant. Selon les résultats préliminaires de l'enquête sur l'échec de SpaceX, l'explosion de Crew Dragon n'était pas liée aux réservoirs de propulseur du vaisseau spatial, aux propulseurs de manœuvre Draco ou aux moteurs d'abandon SuperDraco. La cause réside plutôt dans une interaction chimique/matériau plus exotique et imprévue entre une vanne de plomberie, un oxydant liquide et un système de pressurisation à base d'hélium.

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Selon Hans Koenigsmann, SpaceX est à environ 80 % de ce que l'on appelle l'arbre des défaillances, ce qui signifie essentiellement que l'enquête sur les pannes est terminée à 80 %. Ces 20% supplémentaires pourraient certainement lancer des balles courbes, mais le dirigeant de SpaceX était assez confiant que les résultats présentés le 15 juillet seraient représentatifs de la conclusion finale. La cause ultime (probable) de l'explosion extrêmement énergique et destructrice de Crew Dragon est centrée sur la vaste plomberie SuperDraco / Draco du vaisseau spatial et son système de pressurisation associé, qui utilise de l'hélium pour maintenir les moteurs alimentés en pression, les réservoirs de propulseur et les conduites d'alimentation autour de 2400 psi (16,5 mégapascals). Nécessairement, ce mode de pressurisation implique qu'il y ait un contact direct entre le pressurisant (hélium) et le comburant/combustible, nécessitant ainsi une sorte de vanne empêchant le fluide sous pression de s'écouler dans le système de pressurisation.

Lors des tests de tir statiques de la capsule Crew Dragon C201 éprouvée en vol le 20 avril, c'est exactement ce qui s'est passé. Au cours des essais au sol, un "clapet anti-retour" séparant le système de pressurisation et l'oxydant a fait fuir ce que SpaceX a décrit comme une "limace" d'oxydant de tétroxyde d'azote (NTO) dans les conduites de pressurisation d'hélium. Environ T-100 millisecondes avant un allumage planifié des 8 moteurs d'arrêt SuperDraco du véhicule, le système de pressurisation s'est rapidement "initialisé" (c'est-à-dire a rapidement pressurisé l'oxydant et le carburant à des pressions opérationnelles, ~ 2400 psi). Pour ce faire, l'hélium est rapidement poussé à travers un clapet anti-retour - conçu en pensant à l'hélium de faible masse moléculaire - pour pressuriser physiquement les systèmes propulseurs. Involontairement, le NTO qui fuyait « en amont » à travers cette soupape a effectivement été emporté avec l'explosion d'hélium à haute pression. Essentiellement, imaginez que vous écrasez votre voiture, seulement pour découvrir que votre joli airbag moelleux a été accidentellement remplacé par un sac de sable, et vous pourriez être en mesure de visualiser les forces involontaires auxquelles le clapet anti-retour de Dragon (l'airbag métaphorique) a été soumis lorsqu'une "limace" d'oxydant dense y a été enfoncée à grande vitesse.

En soi, ce type de mode de défaillance n'est pas très surprenant et SpaceX a peut-être même été au courant d'une ou plusieurs fuites de clapets anti-retour et a accepté ce qu'il croyait être un risque mineur afin de poursuivre le test et peut-être d'examiner les performances de Dragon dans des conditions sous-optimales. Ce que SpaceX dit ne pas avoir réalisé, c'est à quel point la réaction entre le NTO et le clapet anti-retour pouvait être énergique. La compréhension de SpaceX est que la limace à grande vitesse de NTO dense se déplaçait si vite et à une pression si élevée que, en frappant le clapet anti-retour en titane, elle a littéralement cassé la soupape et peut avoir enflammé chimiquement le métal, introduisant ainsi une limace de NTO brûlant dans le système NTO libéré lui-même – en fait une allumette jetée dans un baril de poudre. On ne sait pas si l'allumage provient d'une réaction chimique entre le titane (un métal techniquement inflammable similaire au magnésium) et le NTO, ou si la source provient de la rupture de la valve en titane, créant peut-être littéralement une étincelle lorsque des débris métalliques interagissent violemment. Quoi qu'il en soit, la solution - telle que SpaceX la perçoit - est la même : au lieu d'un clapet anti-retour mécanique (simple mais toujours pas passif à 100 %), la barrière entre le pressurant et le comburant (ainsi que le carburant, très probablement) sera remplacée par quelque chose appelé un disque de rupture. Selon Koenigsmann, seule une poignée (~ 4) de ces vannes existent et doivent donc être remplacées par des disques de rupture, une solution relativement rapide et facile. Les disques de rupture sont à usage unique et intrinsèquement non réutilisables, mais ils sont également complètement passifs et ne fuient tout simplement pas tant qu'ils ne sont pas soumis à une pression spécifique. Parce qu'ils sont à usage unique, ils ne peuvent pas être testés directement avant le vol, ce qui limite une partie de la fiabilité de principe au nom d'une barrière extrêmement étanche.

En fin de compte, Koenigsmann et Lueders se sont mis en quatre pour éviter de répondre aux questions sur le prochain test et calendrier de lancement de SpaceX Crew Dragon et sur le type de retards que l'explosion entraînera finalement. Les deux personnes étaient néanmoins optimistes et, à ce qu'il paraît, les retards de Crew Dragon seront beaucoup moins graves par rapport aux retards causés par un appareil sous pression ou une panne de moteur. Pour le moment, la NASA a publié un objectif provisoire de mi-novembre 2019 pour le premier lancement en équipage de Crew Dragon vers la Station spatiale internationale, tandis que Lueders et Koenigsmann ont exprimé leur espoir dans un lancement en 2019 mais ont refusé de donner une estimation précise des chances que cela se produise.

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