Někdy se najednou sejde víc zpráv, které v úhrnu vydají na samostatný článek. Protože další díl našeho tradičního komplexního čtvrtletního seriálu o přípravách na let Orionu k Měsíci je ještě daleko, přinášíme vám v tomto článku souhrn aktualit, které se nakupily během tohoto týdne. Řeč bude jednak o problémech a incidentech ve svařovacím zařízení VAC v Michoudově středisku v New Orleans, ale budeme se věnovat také výsledkům studie, která však nedostala šanci změnit tento let na pilotovaný.

Křehké svary v nádržích

V pondělí 8. května vyšel na serveru nasaspaceflight článek sepsaný na základě rozhovoru s manažerem SLS Stevem Doeringem z přelomu dubna a května. Článek popisuje problémy při svařování v zařízení Vertical Assembly Center (VAC) ve výrobní budově Michoudova střediska, o nichž se jako první zmínila zpráva GAO, publikovaná 27. dubna, a které byly do té doby neveřejné. Počátkem loňského roku zde byl technologií svařování třením svařen ověřovací exemplář kyslíkové nádrže. Tato technologie je v českém jazyce popsána zde: http://homen.vsb.cz/~hla80/2009svarovani/2-15.pdf . Proces svařování konstrukcí aplikovaný ve VAC se nazývá samovolně reagující frikční svařování, ve kterém se při vysokých silách přemístí a protlačí profilovaný kolík přes materiál (hliníkovou slitinu). Nádrže centrálního stupně však vyžadují svary v tloušťce, která se nikdy předtím v průmyslu touto technologií neprováděla.

Oproti tomu suché struktury, jako motorová sekce a horní část centrálního stupně mají tloušťku podobnou jiným svářeným výrobkům v průmyslu. Svařování nádrží tak spadá do kategorie vývoje, která posouvá nejmodernější úroveň techniky a z níž mj. vzejde spousta doktorandů z oblasti svařování. Na svařené ověřovací kyslíkové nádrži však byla zjištěna snížená pevnost svarů. Tento problém byl veřejně známý, ale až do zprávy GAO neunikly žádné informace o tom, že se loňský problém se svary netýká jen ověřovací kyslíkové nádrže, ale že má další vývoj zasahující až do současnosti. Problém na této nádrži vznikal na průsečíku vodorovných a svislých svarů, kde vznikaly malé, ale významné dutiny, a dalším zjištěným problémem byly mikrotrhlinky, které se začínaly objevovat na spodní straně kolíku, kde se setkává s ramenem. Kolík v podstatě pracuje jako vrták, který se posouvá bokem do strany skrz svařovaný materiál a je snadné ho zlomit.

Potenciální riziko zlomení kolíku se zvyšovalo právě se zjištěnými mikrotrhlinkami. Proto byl před zahájením svařování kvalifikační vodíkové nádrže profilovaný kolík na svařovacím nástroji vyměněn. Rozbití kolíku a nekontrolované vypnutí svářecí hlavy by ji zablokovalo a musela by se vyvrtat, což zabere čas a představuje další problémy, kterým se tým chtěl vyhnout. Kolík byl tedy vyměněn za nový, silnější u kořene a s malou změnou v závitování. Tato výměna však měla neúmyslné následky, které později narušily montážní a výrobní plán. Nová sada zkušebních svarů prošla testováním, a následně byla v červenci svařena kvalifikační vodíková nádrž, a v září i letová vodíková nádrž. V té době však tým začal pozorovat náhodné, nepravidelné poruchy pevnosti na zkušebních panelech svařených modifikovaným kolíkem. Současně bylo zjištěno, že výskyt dutin v prvních svarech nesouvisel s původním kolíkem.

Modifikovaný kolík však způsoboval v náhodných místech svařovaného materiálu místa, ve kterých byla pevnost svaru nižší než povoloval konstrukční požadavek. Tato místa nejsou předvídatelná a nelze je zjistit nedestruktivními metodami. Při natažení materiálu je svar tvárný jen do určitého bodu, pak se objeví malá skvrna, zbytek okamžitě selže a otevře se jako zip. Problém, křehkou vrstvu na vnějším konci svaru, však lze zjistit pouze po rozřezání svaru a materiálové analýze. Plán svařování kvalifikační a letové kyslíkové nádrže byl tedy pozastaven a místo nich byly svařovány zkušební panely. Špatná data přicházela v průměru u 7% svarů. Po provedení všech zkušebních svarů došel tým k závěru, že původní konstrukce kolíku je jediná, která splňuje požadavky na pevnost konstrukce.

Protože byl problém zjištěn až po výrobě obou nádrží, které tak mohou mít svary pod konstrukční pevností, má nepříznivý vliv i na další postup prací v Michoud. Kvalifikační vodíková nádrž byla v prosinci převezena do budovy 451 k provedení série zkušebních tlakování. Původní plán tlakování zahrnoval i natlakování mírně nad letový tlak, ale po zjištění, že svary mohou být pod požadovanou konstrukční pevností, byl přehodnocen. Část týmu si myslí, že by kvalifikační nádrž toto natlakování přežila, další část to vylučuje. Protože budoucí strukturální testy kvalifikační nádrže v Marshallově středisku jsou od počátku plánovány v podmínkách natlakování na nižší tlak než plný letový, nejsou tlakové testy v budově 451 na plný letový tlak nezbytné. Proto nakonec probíhaly jen na nižší tlak a nezbytnou rezervu. Po takto provedené sérii tlakových testů získal tým důvěru v odolnost nádrže vůči tlaku při budoucích strukturálních testech a domnívá se, že při těchto testech nebudou případné křehké svary vadit, protože mají vliv pouze na odolnost v tahu, zatímco testy budou zaměřeny na kompresi a ohýbání.

Co ale s letovou vodíkovou nádrží, která bude jak při zkušebním zážehu ve Stennisově středisku, tak za letu vystavena plnému tlaku? Tým pracuje na několika paralelních variantách, které zahrnují opravu nebo výměnu již svařené letové nádrže. Obecně známá data z průmyslu říkají, že svar je buď křehký nebo tvárný. Protože byly křehké svary objeveny v průměru u 1/15 svarů zcela nahodile, a současně neexistuje žádná známá nedestruktivní technika, která by spolehlivě ověřila křehkost konkrétního svaru, je jedinou možností, jak zjistit, zda letová vodíková nádrž vyhovuje požadavkům, tuto nádrž zničit dodatečně ji prohlásit za vyhovující či nevyhovující. Neexistuje žádný analytický nástroj, který by umožnil najít případný hybrid mezi křehkým svarem (který neodpovídá požadavkům pro zátěž) a tvárným svarem (který je v pořádku). Nemáme způsob, jak zjistit skutečnost, aniž bychom zničili nádrž. Kde ji však zničit?

Původně plánované tlakové testy letové nádrže pomocí dusíku v budově 451 by znamenaly dodatečné riziko. Tato budova byla nedávno kvůli rozměrům vodíkové nádrže prodloužena a zmodernizována, řídicí systém i reakční armatury jsou zcela nové. Budova je sice navržena tak, aby pohltila energii vzniklou při případné explozi, ovšem současné scénáře vylučují její další používání až do následné opravy a rekvalifikace, takže touto cestou se vydat nechtějí. Jinou možností je natlakovat nádrž na letový tlak na parkovišti. Ovšem ani v případě, že nádrž přežije, není statisticky daná záruka bezpečí při dalším natlakování, protože k tomu neexistují data. Další zvažovanou možností je letovou vodíkovou nádrž pro EM-1 před tlakovými testy opravit. Teoretické úvahy směřují k možnosti zbavit se křehkého povrchu na vnější straně svaru a nahradit jej tvárným materiálem. Počáteční testování tuto teorii potvrdilo, ovšem oprava nádrže v plném rozsahu je spojena s významnou časovou nejistotou spojenou s výzkumem, vývojem a zkoušením technik oprav.

Upřednostňovanou volbou je tedy použití další vodíkové nádrže č. 3, původně plánované pro EM-2, již pro EM-1. Panely a vrtáky pro ni jsou od loňského roku v MAF. Ve Vertical Weld Center (VWC) právě probíhá svařování válcových dílů nádrže, přičemž dva z pěti dílů jsou již hotové. Současně je dokončována jedna kupole a probíhají přípravy ke svařování druhé. Svařování vodíkové nádrže z těchto dílů ve VAC je v plánu po dokončení obou kyslíkových nádrží, kvalifikační a letové pro EM-1. Výsledek výběru mezi nastíněnými variantami nebyl ke dni rozhovoru znám.

Kromě návratu k původnímu designu kolíků za cenu jejich častější výměny vzhledem k jejich rychlejšímu opotřebení bylo rozhodnuto provádět před zahájením svařování předkvalifikaci kolíků, spočívající v ověření vlastností konkrétního kolíku před tím, než je použit ve VAC. Kromě toho bylo rozhodnuto o svaření druhé ověřovací kyslíkové nádrže. Tato nádrž byla svařena týden před tím, než 7. února MAF zasáhlo tornádo.

Květnový incident

Po vyčištění a opravách infrastruktury začalo v dubnu ve svařovacím zařízení VAC svařování kvalifikační kyslíkové nádrže, sestávající ze dvou kupolí a dvou válcových dílů, a určené pro strukturální testy. Průběh svařování zachytilo video, ve kterém je vpravo ve VAC zachyceno svařování kvalifikační kyslíkové nádrže (a vlevo v buňce A je prováděna konečná montáž kvalifikační motorové sekce). Video končí 25. dubna, kdy byl do VAC vložen poslední (druhý) válec, a zbývalo přivařit pouze dno. V plánu bylo dokončit poslední svar 4. května a týden poté přesunout nádrž z VAC do sousední buňky A. Pak začít svařovat letovou nádrž a po měsíci a půl ji vyndat z VAC.

Ve středu 10. května oznámil mluvčí MSFC Kim Henry, že 3. května došlo ve VAC k nehodě, při které bylo spodní dno poškozeno. Dno, které v té době ještě nebylo přivařeno k nádrži, spadlo na zem a s velkou pravděpodobností je neopravitelné. V souladu s protokolem byl VAC vypnut a zajištěn. NASA a Boeing vytvořily nezávislé vyšetřovací týmy, a současně jsou posuzovány další kroky vedoucí k bezpečnému obnovení provozu VAC. Incident však pravděpodobně nebude mít velký vliv na celkový plán, protože pro svaření nového dna nádrže je k dispozici dostatek náhradních panelů – zřejmě opět sáhnou do zásoby určené pro EM-2.

Orion později a bez posádky

Včera NASA oznámila na tiskové konferenci, že po téměř tříměsíční práci na studii změny mise Orionu EM-1 na pilotovanou došla společně s Bílým domem k závěru, že tato mise, plánovaná jako první krok k návratu Američanů dál než na oběžnou dráhu Země, zůstane nepilotovaná. Překvapením pro NASA bylo, že studie objevila méně technických otázek spojených s pilotovaným letem, než bylo původně očekáváno. Výsledkem studie je zjištění, že je technicky možné přidat posádku do EM-1 a čelit výzvám podpory života v Orionu, ale původní plán je robustnější ve smyslu minimalizace rizika. Důvodem, proč bylo v koordinaci s Bílým domem rozhodnuto pokračovat v původním plánu, jsou však obrovské náklady související se zajištěním bezpečnosti posádky při misi.

Právě při pohledu na náklady, vyčíslené na 600 až 900 milionů dolarů, Bílý dům uznal, že se let uskuteční podle původního záměru. Pilotovaný let EM-1 by byl technicky uskutečnitelný v první polovině roku 2020, nepilotovaný je uskutečnitelný dříve, někdy v roce 2019, přičemž nový termín startu by měl být znám za několik měsíců. Termín startu EM-1 přitom ovlivňuje termín EM-2 kvůli nutným úpravám pozemních systémů, aby vyhovovaly změnám v konfiguraci nosiče. Revidovaný termín pro EM-2 by měl být známý několik měsíců po novém termínu pro EM-1. Kompletní zpráva nebude kvůli pravidlům ITAR zveřejněna, ale NASA se pokusí zveřejnit shrnutí zprávy. Na tiskové konferenci byla zopakována snaha o vytvoření udržitelného programu, ve kterém jde o víc než jednu misi.

Zdroje informací:
https://www.nasaspaceflight.com/
http://nasawatch.com/
http://www.spaceflightinsider.com/
http://spacenews.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/16-037.jpg
https://www.nasa.gov/…/maf_20160316_sfo2_p_sls_lox_confidence_tank-10.jpg
https://www.nasa.gov/…/maf_20170414_p_lh2_move_from_451_to_bldg_103-222_jlg_0.jpg
http://www.exploredeepspace.com/…SF02_P_SLS-LOX-Confidence-Dome-VAC-200.jpg