Два астронавта NASA, прилетевшие на орбитальную станцию на борту корабля Starliner компании Boeing останутся на Международной космической станции на несколько месяцев из-за неисправной двигательной установки, в которой произошла утечка гелия. На Земле из-за проблем с гелием в наземном оборудовании была отложена миссия космического корабля Polaris Dawn компании SpaceX.
В прошлом из-за досадных утечек гелия пострадали такие миссии, как ISRO Chandrayaan-2 и ESA Ariane-6. Почему в космических кораблях и ракетах используется гелий и что в нем такого хитрого?
Гелий инертен — он не вступает в реакцию с другими веществами и не горит, а его атомный номер равен 2, что делает его вторым по легкости элементом после водорода. Гелий также имеет очень низкую температуру кипения (-268,9°C), что позволяет ему оставаться газом даже в сверххолодной среде, а это очень важно, поскольку многие виды ракетного топлива хранятся в этом температурном диапазоне. Газ нетоксичен, но им нельзя дышать, поскольку он вытесняет кислород, необходимый человеку для дыхания.
Гелий используется для создания давления в топливных баках, что обеспечивает бесперебойную подачу топлива в двигатели ракеты, а также в системах охлаждения даже в условиях микрогравитации. Когда топливо и окислитель сгорают в двигателях ракеты, гелий заполняет образовавшееся пустое пространство в баках, поддерживая общее давление внутри. И поскольку он не вступает в реакцию, он может безопасно смешиваться с остаточным содержимым баков.
Малый размер атомов гелия и его низкий молекулярный вес означают, что его атомы могут просочиться через небольшие щели или уплотнения в резервуарах и топливных системах. Но поскольку в атмосфере Земли гелия очень мало, утечки можно легко обнаружить, что делает газ важным для выявления потенциальных неисправностей в топливных системах ракеты или космического корабля.
В мае, за несколько часов до того, как космический корабль Starliner компании Boeing предпринял первую попытку запуска первого экипажа астронавтов, крошечные датчики внутри корабля обнаружили небольшую утечку гелия в одном из двигателей Starliner, на анализ которой NASA потратило несколько дней, прежде чем признать ее малоопасной. После запуска Starliner в июне в космосе были обнаружены дополнительные утечки, что послужило причиной решения NASA вернуть Starliner на Землю без экипажа.
По мнению некоторых инженеров, частота утечек гелия в системах, связанных с космосом, свидетельствует о необходимости инноваций в конструкции клапанов и более точных механизмов затяжки клапанов в масштабах всей отрасли.
В качестве альтернативы гелию при запуске некоторых ракет использовались такие газы, как аргон и азот, которые также являются инертными и иногда могут быть дешевле. Однако гелий все же гораздо более распространен в ракетной отрасли.
Новая европейская ракета Ariane 6 отказалась от гелия в своей предшественнице Ariane 5 в пользу новой системы нагнетания, которая преобразует небольшую часть основного жидкого кислорода и водорода в газ, который затем нагнетает эти жидкости в ракетный двигатель. Но пока эта система отказала в космосе во время заключительного этапа успешного дебютного запуска Ariane 6 в июле, пополнив длинный список проблем с давлением конкуренции в мировой ракетной промышленности.
