Ergebnisse der GOES-17-Crash-Untersuchung

Wie das Sprichwort sagt, "im Zuge unserer Veröffentlichungen". Vor einem Jahr sprach ich über den Unfall auf dem US-Wettersatelliten GOES-17 - sein Infrarotsensor kühlte nicht gut ab. Letzte Woche veröffentlichte die NASA einen Untersuchungsbericht. Leider wird das vollständige Dokument nicht angezeigt - es enthält Geschäfts- und Staatsgeheimnisse, eine gekürzte Version wird veröffentlicht. Der festgestellte Grund ist alltäglich - fremde feste Partikel in der Arbeitsflüssigkeit verstopfen die Rohre.


Tropischer Sturm Barbara durch die Augen von GOES-17, 1. Juli 2019, NOAA-Foto, in voller Größe noch schöner

Kampf um die Überlebensfähigkeit

GOES-17 ist der zweite Satellit der vierten Generation geostationärer meteorologischer US-Satelliten. Sein Bruder GOES-16 befindet sich seit 2016 im Orbit. Das Hauptinstrument der Geräte ist der Advanced Baseline Imager (ABI), der in 16 Bereichen arbeitet. Dies ist ein großer Fortschritt - Satelliten der dritten Generation arbeiteten mit 5 Bändern. Und je mehr Bereiche, desto höher die Qualität der empfangenen Informationen - Bäume, Feuer, Feuchtigkeit sind in "ihren" Wellenlängen besser sichtbar.


GOES-16/17 Nahaufnahme, Bild von NOAA

GOES-17 wurde am 1. März 2018 gestartet. Nach 12 Tagen erreichte es die geostationäre Umlaufbahn. Es dauerte einige Zeit, um die Ausrüstung für die Arbeit vorzubereiten, und am 13. April wurde die Linsenabdeckung des ABI-Hauptwerkzeugs geöffnet. Plötzlich begannen Überraschungen - im Bereich der Umlaufbahn, in dem die Linse von der Sonne beleuchtet wurde, begannen sich Heatpipe-Kühler selbst einzuschalten. Dies war unerwartet, aber die Automatisierung wurde als normal angesehen. Die Probleme begannen am 28. April, als die Kühler für die regelmäßige Aktivierung von ABI eingeschaltet wurden. Nach 15 Minuten fiel die Verdampfertemperatur (ein Zeichen der Kühleffizienz) von 19 ° C auf 13 ° C bei den erwarteten -3 ° C und begann dann wieder anzusteigen.

Auf dem Satelliten befinden sich zwei Heatpipes, und am nächsten Tag haben sie versucht, sie separat zu testen. Nach drei Tagen stellte das Kundencenter fest, dass die erste Röhre etwas besser funktioniert als die zweite, aber beide übertragen zu wenig Wärme, um den Sensor normal zu kühlen. Am 16. Mai wurde der Satellit so gedreht, dass die Sonne nicht auf den Kühler schien, was die Situation jedoch nicht verbesserte. Der 23. Mai musste die Anomalie offiziell bekannt geben. Seit Ende des Frühlings begannen mehrere Teams zu arbeiten, eines untersuchte den Vorfall und das andere versuchte, das Beste aus der "nicht ziehenden" Ausrüstung herauszuholen.


Beispiel eines defekten Rahmens von einem überhitzten GOES-17-Sensor, Quelle

Für den normalen Betrieb muss der Infrarotsensor gekühlt werden. Ein überhitzter Sensor erzeugt ein absolut unbrauchbares Bild (oben). Im ABI-Instrument arbeiten 2 Kanäle im sichtbaren Bereich, 4 im nahen Infrarot und 10 im Infrarot, sodass Kühlungsprobleme einen periodischen Informationsmangel aus 13 von 16 Bereichen bedeuten. Innerhalb weniger Monate konnte das Optimierungsteam die Betriebsmodi der Geräte ändern, und es können noch etwa 97% der Daten abgerufen werden. Der Satellit wurde am 12. Februar 2019 in Betrieb genommen.


Ein Beispiel für einen teilweise verwendbaren Rahmen. Einige der Informationen sind durch Streifen blockiert, und im Allgemeinen ist das Bild stärker verrauscht, ein solches Bild kann jedoch weiterhin verwendet werden

3% Unzugänglichkeit sind etwas weniger als 11 Tage im Jahr. Es scheint klein zu sein, aber die Anforderungen an den Satelliten zeigen nicht mehr als 6 Stunden Unzugänglichkeit von Werkzeugen an. Um die entstandenen Verluste abzuschätzen, führten 3% der unzugänglichen Daten aus 100 Millionen US-Dollar, die für den Satelliten ausgegeben wurden, zu Verlusten von 3 Millionen US-Dollar, was den Unfall gemäß der NASA-Klassifizierung zum höchsten Typ A macht (Verluste von mehr als 2 Millionen).

Das Ding ist die Pfeife

Kühlerstromkreisquelle

Strukturell ist das ABI-Kühlsystem ein Wärmerohrkreis mit einem entfernten Wärmetauscher. Das Kühlmittel (Propylen) verdampft im Verdampfer und nimmt Wärmeenergie mit. Im gasförmigen Zustand passiert es den Wärmetauscher, tritt in den Kondensator ein, wo es flüssig wird, und beginnt sich aufgrund des Kapillareffekts in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Beim Durchgang durch den Wärmetauscher wird er erwärmt, teilweise vergast, im Unterkühler jedoch wieder flüssig. Mit dieser Option können Sie die gewünschte Temperatur genauer aushalten, haben jedoch den Nachteil längerer Rohrleitungen.


Kühler für ABI, Quelle

Die Untersuchungskommission untersuchte Telemetrie, Dokumentation und besuchte Auftragnehmer. Der unmittelbare Grund war klar: Kühler statt der benötigten 390 Watt leiteten nur 10-20 Watt um. Aber mit der Antwort auf die Frage, warum es so war, war es schwieriger. Es wurden verschiedene Versionen in Betracht gezogen, von mechanischen Schäden an den Rohren bis hin zu nicht berechneter Vergasung des Kühlmittels in den Rohren, die die Zirkulation verringern. Letztendlich wurde die wahrscheinlichste Ursache jedoch als fremde feste Partikel bezeichnet, die die Rohre mechanisch verstopften. Im Allgemeinen sollte beachtet werden, dass Ingenieure dies nicht mögen - manchmal bleibt die Hypothese eines Fremdpartikels die letzte, wenn alle anderen Optionen verworfen werden, und kann als Deckung für die Unfähigkeit dienen, die wahre Ursache zu finden (in der Tetralogie „Missiles and People“ von B.E. Chertok in einer verständlichen Sprache über Unfalluntersuchung, empfehle ich). Im NASA-Bericht umfassen Empfehlungen für Verbesserungen nach dem Unfall zwei Seiten, und nur eine bezieht sich direkt auf die Anforderungen an die Sauberkeit und Überprüfung der Komponenten. Alles andere sind Empfehlungen zur Verbesserung der Entwicklungsprozesse der Weltraumtechnologie.

Die Geschichte mit GOES-17 ist noch nicht ganz fertig - zwei weitere Satelliten des gleichen Typs werden gebaut. Im Oktober 2018 empfahl eine unabhängige Untersuchungskommission, Propylen als Kühlmittel durch Ammoniak zu ersetzen und das Design des Kühlers zu vereinfachen, damit Änderungen den Start verzögern würden.