Лунный посадочный аппарат Peregrine компании Astrobotic не смог добраться до Луны из-за отказа одного клапана, что привело к необходимости перепроектировать клапан и всю двигательную систему более крупного лунохода Griffin компании.
27 августа компания Astrobotic опубликовала отчет специальной комиссии, которая изучала полет первой миссии Peregrine в январе. Через несколько часов после старта произошла утечка топлива, что помешало космическому аппарату совершить посадку на Луну. Вместо этого аппарат в течение 10 дней летал в окололунном пространстве, а затем вернулся в атмосферу Земли над южной частью Тихого океана.
Расследование показало, что утечка, скорее всего, была вызвана неисправностью клапана контроля давления (PCV), что привело к неконтролируемой утечке гелия в бак окислителя космического корабля и его разрыву. Клапан, обозначенный как PCV2, работал нормально во время предстартовых испытаний, но отказал после запуска.
По словам Джона Хорака, профессора Университета штата Огайо, возглавлявшего комиссию, клапан потерял способность к герметизации из-за «вызванного вибрацией осслабления» в резьбовых компонентах, что привело к механической поломке клапана.
В рамках исследования инженеры взяли запасной клапан PCV и подвергли его ударам и вибрациям, подобным тем, которые испытывает клапан на космическом корабле. «Затем мы наполнили его гелием, и после умеренного, небольшого количества циклов клапан дал течь. Утечку можно было услышать на расстоянии примерно четырех футов», — сказал он. В отчете отмечается, что скорость утечки в этих испытаниях была аналогична той, что наблюдалась на космическом корабле.
Утечка клапана произошла после нескольких поворотов в разработке двигательной установки Peregrine. В 2019 году компания Astrobotic решила передать разработку двигательной установки на аутсорсинг поставщику, но после пандемии у него возникли проблемы с цепочкой поставок, что заставило Astrobotic в начале 2022 года перенести эту работу на внутренний рынок.
Затем у Astrobotic возникли проблемы с оригинальными PCV в этой системе, и в августе 2022 года было принято решение о смене поставщика. В то время как клапан окислителя, PCV2, от нового поставщика прошел приемочные испытания, аналогичный клапан на линии для нагнетания давления в топливном баке, PCV1, дал течь. Astrobotic отремонтировала PCV1 и обнаружила, что он работает нормально. Затем компания провела серию экологических испытаний космического аппарата, включая вибрацию и акустику.
Как заявил Шарад Бхаскаран, руководитель первой миссии Peregrine в Astrobotic, после этих предстартовых испытаний в компании все еще считали использование PCV2 рискованным. Но компания решила не проводить упреждающий ремонт PCV2, поскольку этот клапан не протекал, а также потому, что его расположение в космическом корабле было гораздо более труднодоступным. «Чтобы добраться до него для ремонта или замены, потребовались бы обширные хирургические операции на космическом корабле», — сказал он, и в этом случае только что завершенные экологические испытания оказались бы недействительными. «Это, а также риск нанести ущерб, если бы мы дезинтегрировали и собрали космический корабль, привело нас к выводу, что лучше всего перейти к следующему этапу программы и не заменять PCV2».
Хорак сказал, что комиссия не осудила компанию за это решение. Я не вижу ни одного решения, принятого в ходе подготовки к запуску, о котором я бы сказал: «Эй, я думаю, вам следовало поступить иначе», — сказал он. «Эти решения были вполне разумными. Я думаю, что команда принимала очень правильные решения».
Уроки, извлеченные для Griffin
Теперь Astrobotic включает технические и другие изменения, на основе опыта миссии Peregrine, в свой более крупный лунный корабль Griffin, запуск которого запланирован на конец 2025 года. Стив Кларк, вице-президент Astrobotic по наземным и космическим аппаратам, сказал, что компания работает с поставщиком клапана над изменением конструкции клапана. Название поставщика не называется.
В двигательной установке Griffin также будет установлен регулятор для контроля потока гелия, используемого для нагнетания давления в баке, а также резервные запорные клапаны на случай неисправности перепроектированных PCV. «Если мы увидим такой же механизм отказа клапанов контроля давления, то клапан защелки будет также контролировать поток в баки окислителя и топлива», — сказал он.
Astrobotic также внедряет другие корректирующие и профилактические решения, которые были приняты по результатам миссии Peregrine. Помимо проблемы с клапаном, на модуле Peregrine произошло 24 аномалии в полете, восемь из которых были признаны «критически важными», но были устранены. Бхаскаран отметил, что среди этих проблем были проблемы с летным программным обеспечением, системами наведения, навигации и управления, а также одна проблема с сетью NASA Deep Space Network, которая использовалась для связи с Peregrine.
«Они были решены в режиме реального времени командой управления полетом», — сказал он. «Все уроки, извлеченные из них, были использованы и в GM1». GM1 — это обозначение первой миссии Griffin.
Эта миссия должна была доставить марсоход NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) в южную полярную область Луны, но в июле NASA объявило об отказе от программы VIPER из-за превышения расходов и нарушении графика, несмотря на то, что марсоход уже собран и проходит экологические испытания. NASA сохраняет заказ на коммерческие услуги по доставке лунной полезной нагрузки (CLPS), который оно предоставило компании Astrobotic для этой миссии, и планирует заменить VIPER другими полезными нагрузками или балластом.
Джон Торнтон, исполнительный директор Astrobotic, сказал в ходе телефонного разговора, что на GM1 сейчас планируются несколько небольших полезных нагрузок, включая маленький луноход, разработанный компанией, а также полученные от NASA, ESA и нераскрытого заказчика.
«У нас были десятки разговоров с людьми, которые хотят полетать на Griffin», — сказал он. «Теперь, когда у нас есть дополнительная грузоподъемность, мы ведем переговоры со многими сторонами».
Он и другие руководители компании заявили, что с оптимизмом смотрят на перспективы успешной посадки Griffin, несмотря на то, что Peregrine даже не попытался приземлиться. Миссия Peregrine позволила компании получить опыт полетов многих подсистем, которые будут использоваться на Griffin. Миссия также дала сотрудникам компании опыт управления космическим кораблем и работы с аномалиями. «Я думаю, что мы были очень, очень близки к этому с «Сапсаном», — сказал Торнтон . «Я уверен, что Griffin достигнет нужного баланса, и мы сможем приземлиться».
