Astronauten op het ISS zijn op zoek naar de bron van een ander mysterieus luchtlek

Chris Cassidy controleert op lekken

Astronaut Chris Cassidy controleert op lekken aan boord van het ISS. NASA/JSC





Maandag midden in de nacht werden de twee kosmonauten en een astronaut op het internationale ruimtestation ISS gewekt door een telefoontje van de missiecontrole. Ze kregen te horen dat er een gat was in een module aan de Russische kant van het station, die verantwoordelijk was voor het lekken van kostbare lucht uit het ruimtevaartuig van $ 150 miljard en in het vacuüm van de ruimte. Ze kregen nu de taak om op zoek te gaan naar de precieze locatie van het lek en te zien of ze het konden dichten, aangezien het lek alarmerend groter leek te zijn geworden (een foutieve lezing die later werd toegeschreven aan een temperatuurverandering in de cabine). En dat was eigenlijk het goede nieuws.

Het ISS is al meer dan een jaar bezig met het luchtlek. Voor het eerst ontdekt in september 2019 toen NASA en haar partners een lichte daling van de luchtdruk waarnamen, heeft het probleem nooit een bedreiging gevormd voor bemanningen aan boord. Pas in augustus, nadat grondpersoneel merkte dat het lek erger werd, werd een onderzoek gestart om eindelijk de oorzaak te vinden en het probleem te verhelpen.

Sindsdien hebben de Amerikaanse astronaut Chris Cassidy en de Russische kosmonauten Anatoly Ivanishin en Ivan Vagner meerdere weekenden doorgebracht in een enkele module terwijl ze de rest van de luiken van het station sluiten en metingen verrichten van de luchtdrukveranderingen in de andere modules. Na een aantal van deze astronautenslaapfeestjes in het weekend, missiecontrole bepaalde dat de locatie van het lek de Zvezda . was module (die levensondersteuning biedt aan de Russische kant van het station), wat leidt tot de zoektocht van maandagavond.



Het ISS verliest altijd een klein beetje lucht, en dat vereist gewoon het vervangen van de stikstof- en zuurstoftanks tijdens reguliere bevoorradingsmissies. Maar omdat het lek steeds erger werd, moesten de tanks eerder dan verwacht worden vervangen. Het betekent ook dat het gat waardoor het lek kan ontstaan ​​groter is geworden en nog steeds kan groeien als het niet snel wordt aangepakt.

'Deze lekken zijn voorspelbaar,' zei Sergei Krikalyov, de uitvoerend directeur van het bemande ruimteprogramma van Rusland, in commentaren op de televisie. Wat er nu gebeurt, is meer dan de standaard lekkage en als het lang duurt, zal er natuurlijk extra lucht naar het station moeten worden geleverd.

Om de exacte locatie van het lek in Zvezda te vinden, zodat het kan worden gerepareerd, zullen Cassidy en zijn bemanningsleden enige tijd rond de module moeten zweven met een draagbaar apparaat genaamd een ultrasone lekdetector , die frequenties detecteert die worden uitgezonden door de luchtstroom terwijl deze uit kleine gaatjes en scheuren stroomt. Lawaai op het station kan het moeilijker maken om deze frequenties te detecteren, en de bemanning moet mogelijk een paar keer door gebieden rennen om de bron daadwerkelijk te vinden. Het ene bedrijf wil deze strategie verbeteren door het inzetten van een geautomatiseerde robot die naar lekken kan luisteren en deze in realtime kan identificeren , zonder de noodzaak van een menselijke hand. Zodra ze de bron van het lek hebben gevonden, zullen ze het repareren met een kit met epoxyhars.

Lekkages kunnen naast zuurstofverlies ook op andere manieren ontstaan. Het ISS heeft eerder behandeld met ammoniaklekken afkomstig van de koelcircuits van het station. Aangezien ammoniak giftig is voor de mens, vereisen dergelijke lekken onmiddellijke actie, waarbij lange ruimtewandelingen nodig zijn om gaten in het koelsysteem te identificeren en te repareren.

Het voortdurende probleem laat zien dat zelfs een ruimtevaartuig dat zo goed ontworpen en beschermd is als het ISS niet onkwetsbaar is. En naarmate we meer landen en bedrijven zien die mensen op bemande missies in een baan om de aarde sturen, zullen dergelijke lekken veel vaker voorkomen. Niet elk ruimtevaartuig zal zo goed bestand zijn tegen de problemen als het ISS.



Er zijn een paar grote boosdoeners voor hoe een lek zich vormt op een ruimtevaartuig. Het meest opvallende ISS-lek in de recente herinnering werd gevonden in augustus 2018 - een gat van 2 millimeter in een Russisch Sojoez-ruimtevaartuig dat destijds aan het station was aangemeerd. Dat gat lijkt het resultaat te zijn geweest van een boorfout gemaakt tijdens de productie (hoewel De Russische ruimtevaartorganisatie is terughoudend geweest over de precieze oorzaak ervan ). Het mysterie van dat lek was geweldig voer voor complottheoretici, maar het feit dat het gat per ongeluk door een boor was gemaakt, was geluk. Zo'n gat is schoon en precies, en niet erg vatbaar voor scheuren of uitzetting.

Maar wanneer het ISS een lek veroorzaakt zonder duidelijke oorzaak, is de hoofdverdachte een lukrake botsing met een micrometeoroïde of een klein stukje puin (sommige slechts millimeters of minder groot). Objecten in de baan van de aarde ritselen met extreem hoge snelheden rond. Het internationale ruimtestation ISS heeft bijvoorbeeld een gemiddelde snelheid van 7,66 kilometer per seconde of meer dan 17.000 mph. Sommige micrometeoroïden in de ruimte suizen door met meer dan 20.000 mph. Bij die ultrahoge snelheden kunnen zelfs kleine objecten die kleiner zijn dan een centimeter grotere objecten absoluut versnipperen, zoals een kogel uit een geweer. Dat soort rommelige vernietiging kan scheuren of structurele schade achterlaten die zich door de rest van de romp van het ruimtevaartuig voortplanten of door het ammoniakkoelsysteem dringen.

iss lekken detecteren

Een zicht op de draadloze ultrasone lekdetector aan boord van het internationale ruimtestation.



NASA/SHANE KIMBROUGH/JSC

Ruimtevaartuigen onder druk, meestal ontworpen voor menselijke bewoning, zijn kwetsbaarder voor deze problemen, omdat de interne druk de romp van het ruimtevaartuig extra belast. Scheuren zijn kwetsbaarder voor extra stressoren, zegt Igor Telichev, een ingenieur aan de Universiteit van Manitoba in Canada en een expert in botsingen van ruimtevaartuigen met puin. Een gat, zelfs een groot, is natuurlijk slecht, maar een scheur kan zich door de hele constructie gaan verspreiden en de volledige integriteit ervan bedreigen.

Ingenieurs proberen ruimtevaartuigen te ontwerpen met schilden die bepaalde botsingen van micrometeoroïden en kleine stukjes ruimtepuin kunnen weerstaan. Voor het ISS gebruikten ze iets dat een Whipple-schild werd genoemd (genoemd naar de uitvinder, wijlen Harvard-astronoom Fred Whipple). Het is een dunne buitenste bumper die op enige afstand van de hoofdmuur van het ruimtevaartuig is geplaatst. De bumper houdt inkomende micrometeoroïden of ander klein puin niet helemaal tegen, maar breekt deze stukjes in plaats daarvan op in een wolk van kleine deeltjes die uitwaaieren over een groot gebied en minder risico vormen. Voor de muur is het het verschil tussen een enkele grote kogel en een paar vogelshots.

Er zijn een aantal verschillende varianten op het Whipple-schild - sommige zijn bijvoorbeeld aangevuld met Kevlar of keramische vulling tussen lagen. Het ISS zelf heeft meer dan 100 verschillende Whipple-schildconfiguraties, omdat sommige gebieden kwetsbaarder zijn voor botsingen met micrometeoroïden dan andere.

Maar zoals blijkt uit de geschiedenis van het station met inslagen van micrometeoroïden, zijn Whipple-schilden niet onfeilbaar. Toekomst bemanningsvoertuigen en ruimtestations die voor veel minder wordt gemaakt dan het ISS zal waarschijnlijk kwetsbaarder zijn voor lekken veroorzaakt door botsingen met klein puin en deeltjes.

Toen het 20 jaar geleden voor het eerst werd gebouwd, hadden maar weinig experts verwacht hoeveel meer objecten door de baan van de aarde zouden gaan. Het probleem dreigt alleen maar erger te worden naarmate de ruimtevaartindustrie zich uitbreidt en mensen meer ruimtevaartuigen dan ooit in een baan om de aarde lanceren. We kunnen een afscherming bouwen die rekening houdt met een veranderende omgeving, maar niet eens de beste modellen voor toekomstige ophoping van puin kan alles voorspellen.

In februari 2009 kwamen de Iridium 33- en Kosmos-2251-satellieten met elkaar in botsing, waardoor een enorme strook puin ontstond die door de baan van de aarde begon te circuleren. De grootste stukken werden geïdentificeerd en gevolgd, maar puin dat minder dan 10 centimeter lang was - stukken die nog steeds een bedreiging vormen voor de romp van het ruimtevaartuig - mocht ongemerkt door de ruimte ritselen. Het ongeval illustreerde dat onverwachte gebeurtenissen het probleem van de bescherming van ruimtevaartuigen aanzienlijk zouden kunnen verergeren. Elk groot ongeluk zou de situatie drastisch kunnen veranderen en de risico's voor een willekeurig aantal andere ruimtevaartuigen in een baan om de aarde kunnen vergroten, zegt Telichev. Wat we vandaag ontwikkelen, is morgen misschien niet goed genoeg.

Afscherming kan helpen voorkomen dat er lekkages ontstaan, maar dit probleem is onvermijdelijk, zegt Telichev. Dat betekent dat het nog belangrijker wordt om lekken te kunnen isoleren en repareren als ze zich voordoen.

Voor Telichev en anderen komt de oplossing echt neer op een beter beheer van de ruimte zelf en het verminderen van de ophoping van groot en klein puin. Als de wereldregering nu geen aandacht schenkt aan het probleem, zegt hij, zal het niet vanzelf verdwijnen.

Cassidy en zijn bemanningsleden waren woensdagochtend nog op zoek naar het lek. Een Northrop Grumman Cygnus bevoorradingsmissie staat gepland voor donderdagavond, gevolgd door een SpaceX Crew Dragon-missie op 14 oktober om nog twee kosmonauten en een astronaut naar het ISS te brengen. Tussen het uitpakken van de nieuwe voorraden en wetenschappelijke experimenten, en het verwelkomen van de nieuwe bemanning, zal er de komende weken niet veel tijd zijn om het lek te vinden, dus de druk is, figuurlijk, hoog.

zich verstoppen