للحصول على المزيد من المعلومات، الاتصال جوناثان إ. جونز، مركز لانجلي للبحوث، jonathan.e.jones@ناسا.gov
والغرض من هذه النشرة التقنية هو الإبلاغ عن المخاطر المرتبطة بدورات التجميد والثبات في النظم الاحتكارية للهيدرازين وتقديم توصيات عامة لتخفيف الضرر، والمخاطر التشغيلية، وفقدان موثوقية النظام في نظم الدفع والهيدرازين المساعدة.
معلومات أساسية
وتتجمد هايدرازين (N2H4) بالقرب من 1.6 درجة مئوية، ومن المعروف أن انتقالها التدريجي ينطوي على مخاطر على معدات الطيران. وقد صادفت برامج ناسا المتعددة تاريخياً قضايا ذات صلة بتجميد الهيدرازين:
• مكوك فضائي وكانت خطوط الهيدرازين التابعة للرابطة معرضة لتجميد الانكماش المستحث الذي تلاه القوس الذي أدى إلى التوسع، وهو قادر على تفجير السباكة. ولا تسمح قواعد الطيران المكوكية بأكثر من دورتين للتجميد قبل النظر في تدهور النظام أو فشله.1
• وواجهت نظم الدفع بالصوت سيناريوهات تهدد البعثة حيث اقتربت درجات حرارة الهيدرازين من نطاق التجمّد/الضغط (0.1 إلى 1.6 درجة مئوية). ويلزم وضع نموذج حراري مفصّل لمنع تجميد الخطوط، وقطع الطرق، وعطل الدفع.2
• وتؤكد الخواص الحرارية الهيدرازين حدوث تغيرات كبيرة في الكثافة والضغوط عبر مراحل الانتقال، مع التأكيد على حساسية خطوط الوقود لتجميد الإجهاد الناجم عن الفتيل.3
وتشكل هذه الدروس مجتمعة الأساس لتحديد المخاطر والتخفيف منها.
موجز
إن تعرض نظم الهيدرازين المجمدة للتجمد - القوس يعرض المخاطر الحاسمة التالية:
• ويتيح الانكماش الهيكلي للأضرار الهيدرازين أثناء التجميد للمروحة الإضافية في خطوط محصورة، مما يؤدي إلى تهيئة ظروف " مكتظة " تسبب تمزقاً في الطابور أو تهيئتها.2
• فالفي، والسيال، والديابهرام، المكونات الفوقية، ومقاعد الصمامات الدقيقة قد تتعرض للكسر، أو التشويه، أو فقدان القدرة على الختم بسبب التوسع الحراري المتباين. وسلطت التقييمات الحرارية الصوتية الضوء على إمكانية تعرض الفولاذ اللاصق الطويل لدرجات حرارة غير متماثلة.2
• ويمكن أن يظل القفل الخطي وتشكيل الهيدرازين المزدوجة جزئيا " غير مقصود " ، ويقيد التدفق، ويغير معدلات التدفق الجماعي، ويتسبب في بدايات أو حرائق قوية.2
• وقد يتيح سد اللكمات الخطرة التي تسبب ضرراً الهيدرازين للهروب من الحبس، مما يشكل سمية كبيرة، وتفاعلاً، ومخاطر تعرض طاقم الأرض للخطر.
• فقدان موثوقية النظام وكما هو موثق في عمليات المكوك، تصبح نظم الهيدرازين المعرضة لدورات التجميد - المشابك محدودة مدى الحياة، مما يقلل من التكرار وتوافر البعثات.1
• Thermal Margin Uncertainty وأظهرت تجربة " فوياغر " أن قراءة درجات الحرارة البسيطة لا يمكن أن تحدد بشكل موثوق درجة حرارة الخط الحقيقي، مما يتطلب وضع نماذج حرارية عالية النزعة.2
تدابير المنع
• Maintain Hydrazine فوق فريزينج مارجين أبقوا جميع أنظمة الهيدرازين فوق التجمّد، باستخدام التسخين، العزل، البطانيات، أو تطهير الغاز الدافئ. إدراج تحليل عدم التيقن في النماذج والاختبارات لضمان الحفاظ على الهوامش المناسبة من التجميد خلال جميع مراحل التشغيل.
• التبريد غير الخاضع للمراقبة خلال العمليات الأرضية Ensure that tank, line, and valve components remain in environmentally controlled areas until integrated into the vehicle.
بروتوكول مواجهة ما بعد التجميد
إذا كان التجميد لا يمكن استبعاده:
• نظام الاستخدام لا تدير نظام الهيدرازين إلى أن يكتمل التقييم الهندسي.
• العدد المقرر للكليات المتجمدة وينبغي إجراء تقييم هندسي (الوضعية والإهمال) على أساس تقديرات محافظة للضغوط على الخط خلال دورات التجميد/المسحوق/بعدها لفهم الأضرار المحتملة على الخط/الخط العام. وينبغي تطبيق الهامش المناسب على أساس عدم اليقين التحليلي و/أو الافتراضات الأساسية.
• إجراء اختبارات تفكك الضغط في التحقق من النزاهة، وامتحانات التحلل (إن سمح التصميم)، وتقييمات الصحة الصمامات.
• التنفيذ البطيء ولمنع الثوران الناجم عن الضغط، فإن الأجهزة الدافئــة تدريجــاً ومنصفاً. إن تجربة المكوك في " التغليف " تعزز ضرورة الاختناق المراقب.
الارتعاش والثقل
• ضمان وصول الأسرّة الحفازة والصمامات إلى ظروف التشغيل الحرارية المناسبة قبل أن تُسيطر على أي تدفق.
• :: إجراء فترات استقرار حرارية قبل بدء التشغيل، لا سيما عندما تكون درجة حرارة الاستعداد للطيران هامشية.
النموذج الحراري والرصد
• (ج) استخدام نماذج خط حراري عالية الألياف، مما يجسد النهج التفصيلي لنموذج خط الدفع في فوياغر.2
• تجنب الاعتماد فقط على الصفيحة السائبة أو درجة حرارة الصهاريج لتصل إلى درجة الاستعداد
• Use thermal analysis and test to guide instrumentation placement on of the flight systems to monitor key temperatures set points.
الوثائق وتتبع الحوادث
• سجلوا جميع حالات التعرّض للتجمّد كأورام يمكن الإبلاغ عنها
•القيام، بناء على ذلك، بتصميم الهندسة وتتبع عملية الحد من حياة المعدات.
خاتمة
وتشكل دورات التجميد الهيدروغرافي مخاطر كبيرة على الهياكل والعمليات والسلامة بالنسبة للنظم الدافعة والنظم المساعدة. وتبين برامج ناسا التاريخية أن منع تجميد الهيدرازين هو أكثر التخفيف فعالية، حيث يتطلب التعرض للتجميد إجراء تقييم هندسي رسمي، وتعديلات الحد من العمر، وإجراءات الاسترداد الخاضعة للرقابة. ومن شأن الالتزام بهذه التوصيات أن يقلل من المخاطر التي يتعرض لها الأفراد، ومعدات الطيران، ونجاح البعثة.
المراجع
1 Space Shuttle Operational Flight Rules, Vol. A. All Flights, Mission Operations Diretorate, 20 June 2002. ٢ - W. C. Ledeboer, " Creating a Voyager Thermal Model 39 Years Into the Flight Mission, Along with Model Correlation and Application, " 8 July 2018. 3. J. L. Haws and B. G. Haden, “Thermodynamic Properties of Hydrazine,” Nov 1965.
