Resultados da investigação de colisão GOES-17

Como diz o ditado, "na sequência de nossas publicações". Há um ano, falei sobre o acidente detectado no satélite meteorológico americano GOES-17 - seu sensor infravermelho não esfriou bem. Na semana passada, a NASA divulgou um relatório de investigação de incidentes. Infelizmente, não veremos o documento completo - ele contém segredos comerciais e de estado, uma versão resumida é publicada. A razão estabelecida é comum - partículas sólidas estranhas no fluido de trabalho entupiram os tubos.


Tempestade tropical Barbara através dos olhos de GOES-17, 1 de julho de 2019, foto da NOAA, em tamanho real ainda mais bonita

Luta pela sobrevivência

O GOES-17 é o segundo satélite da quarta geração de satélites meteorológicos geoestacionários dos EUA. Seu irmão, GOES-16, está em órbita desde 2016. O principal instrumento dos dispositivos é o Advanced Baseline Imager (ABI), operando em 16 faixas. Este é um grande progresso - os satélites de terceira geração trabalharam com 5 bandas. E quanto mais faixas, maior a qualidade das informações recebidas - árvores, incêndios, umidade são mais visíveis em "seus" comprimentos de onda.


GOES-16/17 close-up, imagem da NOAA

O GOES-17 foi lançado em 1 de março de 2018. Após 12 dias, atingiu a órbita geoestacionária. Demorou algum tempo para preparar o equipamento para o trabalho e, em 13 de abril, a tampa da lente da ferramenta ABI principal foi aberta. De repente, o inesperado começou - na área da órbita em que a lente era iluminada pelo Sol, os refrigeradores nos tubos de calor começaram a se ligar. Isso foi inesperado, mas a automação foi considerada normal. Os problemas começaram em 28 de abril, quando os coolers foram ativados para a ativação regular da ABI. Após 15 minutos, a temperatura do evaporador (um sinal de eficiência de resfriamento) caiu de 19 ° C para 13 °, a -3 ° C esperada e depois começou a subir novamente.

Existem dois tubos de calor no satélite, e no dia seguinte eles tentaram testá-los separadamente. Depois de passar três dias, o MCC descobriu que o primeiro tubo funciona um pouco melhor que o segundo, mas os dois transferem muito pouco calor para esfriar o sensor normalmente. Em 16 de maio, o satélite foi ligado para que o Sol não brilhasse no radiador, mas isso não melhorou a situação. 23 de maio teve que anunciar oficialmente a anomalia. Desde o final da primavera, várias equipes começaram a trabalhar, uma estava investigando o incidente e a outra estava tentando extrair o máximo dos equipamentos "não puxadores".


Exemplo de estrutura defeituosa de um sensor GOES-17 superaquecido, fonte

Para operação normal, o sensor infravermelho deve ser resfriado. Um sensor superaquecido produzirá uma imagem absolutamente inutilizável (acima). No instrumento ABI, 2 canais operam na faixa visível, 4 no infravermelho próximo e 10 no infravermelho; portanto, problemas de resfriamento significam uma falta periódica de informações de 13 das 16 faixas. Dentro de alguns meses, a equipe de otimização conseguiu modificar os modos operacionais do equipamento e cerca de 97% dos dados ainda podem ser obtidos. O satélite foi anunciado operacional em 12 de fevereiro de 2019.


Um exemplo de um quadro parcialmente utilizável. Algumas das informações são bloqueadas por faixas e, em geral, a imagem apresenta mais ruído, mas essa imagem ainda pode ser usada.

Inacessibilidade de 3% é um pouco menos de 11 dias por ano. Parece ser pequeno, mas os requisitos para o satélite indicam não mais de 6 horas de inacessibilidade das ferramentas. Para estimar as perdas incorridas, 3% dos dados inacessíveis de US $ 100 milhões gastos no satélite resultaram em perdas de US $ 3 milhões, o que coloca o acidente no tipo mais alto A de acordo com a classificação da NASA (perdas superiores a 2 milhões).

A coisa é o cano

Fonte do circuito do refrigerador

Estruturalmente, o sistema de refrigeração ABI é um circuito de tubo de calor com um trocador de calor remoto. O líquido de arrefecimento (propileno) evapora no evaporador, levando energia térmica com ele. No estado gasoso, ele passa pelo trocador de calor, entra no condensador, onde se torna líquido e, devido ao efeito capilar, começa a se mover na direção oposta. Passando pelo trocador de calor, ele é aquecido, parcialmente gaseificado, mas novamente se torna líquido no sub-resfriador. Essa opção permite suportar com mais precisão a temperatura desejada, mas tem a desvantagem de dutos mais longos.


Refrigerador para ABI, fonte

A comissão de inquérito estudou telemetria, documentação e visitas pagas a empreiteiros. A razão imediata foi clara: os resfriadores, em vez dos 390 watts necessários, desviam apenas 10 a 20 watts. Mas com a resposta para a pergunta por que era assim, ficou mais difícil. Várias versões foram consideradas, desde danos mecânicos nos tubos até a gaseificação não calculada do líquido de arrefecimento nos tubos que reduzem a circulação, mas no final, a causa mais provável foi denominada partículas sólidas estranhas que obstruíram mecanicamente os tubos. Em geral, deve-se notar que os engenheiros não gostam disso - às vezes a hipótese de uma partícula estranha permanece a última quando todas as outras opções são descartadas e pode atuar como uma cobertura para a incapacidade de encontrar a verdadeira razão (na tetralogia “Mísseis e Pessoas” de B.E. Chertok em linguagem clara sobre investigação de acidentes, eu recomendo). E no relatório da NASA, as recomendações para melhorias após o acidente levam duas páginas, e apenas uma está diretamente relacionada aos requisitos de limpeza e verificação de componentes. Tudo o resto são recomendações para melhorar os processos de desenvolvimento da tecnologia espacial.

A história do GOES-17 ainda não está concluída - mais dois satélites do mesmo tipo estão sendo construídos. Em outubro de 2018, uma comissão de inquérito independente recomendou substituir o propileno como refrigerante por amônia e simplificar o design do refrigerador, para que as alterações atrasassem seu lançamento.