अधिक जानकारी के लिए, Jonathan E. Jones, Langley Research Center, Jonathan.e.jones@नासा.gov.
इस तकनीकी बुलेटिन का उद्देश्य हाइड्राज़िन मोनोप्रोपेलेंट सिस्टम में फ्रीज-थॉ चक्र से जुड़े जोखिमों को संप्रेषित करना है और प्रोपल्सन और सहायक हाइड्राज़िन सिस्टम में सिस्टम विश्वसनीयता के नुकसान को कम करने के लिए सामान्य सिफारिशें प्रदान करना है।
पृष्ठभूमि
Hydrazine (N2H4) 1.6 °C के पास फ्रीज करता है, और इसके चरण संक्रमण को उड़ान हार्डवेयर के लिए जोखिम पेश करने के लिए जाना जाता है। कई नासा कार्यक्रमों ने ऐतिहासिक रूप से हाइड्राज़िन फ्रीज संबंधित मुद्दों का सामना किया है:
• अंतरिक्ष शटल एपीयू हाइड्राज़िन लाइनों को प्रेरित संकुचन को फ्रीज करने के लिए कमजोर थे, इसके बाद थॉ ने विस्तार से प्रेरित किया, जिससे प्लंबिंग को फटने में सक्षम हो गया। शटल उड़ान नियमों ने सिस्टम को गिरावट या विफल होने पर विचार करने से पहले दो फ्रीज-थॉ चक्रों की अनुमति नहीं दी।1
• वायेजर प्रणोदन प्रणाली ने मिशन धमकी परिदृश्यों का सामना किया क्योंकि हाइड्राज़िन तापमान ने ठंडी / स्लैश गठन रेंज (0.1-1.6 °C) से संपर्क किया। लाइन्स, ब्लॉकेज और थ्रस्टर खराबी की ठंड को रोकने के लिए विस्तृत थर्मल मॉडलिंग की आवश्यकता थी।2
• हाइड्राज़िन थर्मोडायनामिक गुण चरण संक्रमणों में घनत्व और दबाव में महत्वपूर्ण परिवर्तनों की पुष्टि करते हैं, जो प्रणोदक लाइनों की संवेदनशीलता पर बल देते हैं ताकि फ्रीज-थॉ तनाव को बचाया जा सके।3
ये संयुक्त पाठ जोखिम पहचान और शमन के लिए आधार बनाते हैं।
समस्या सारांश
हाइड्राज़िन सिस्टम का फ्रीज-थॉ एक्सपोजर निम्नलिखित महत्वपूर्ण जोखिम प्रस्तुत करता है:
• ठंड के दौरान संरचनात्मक डैमेज हाइड्राज़िन संकुचन अतिरिक्त प्रणोदक को सीमित लाइनों में सक्षम बनाता है, जो "सुपरपैक" स्थितियों का उत्पादन करता है जो थ्रू पर लाइन या फिटिंग टूटने का कारण बनता है।2
• वाल्व, सील और डायाफ्राम समझौता Elastomeric घटकों और सटीक वाल्व सीटों को अंतर थर्मल विस्तार के कारण क्रैकिंग, विरूपण या सीलिंग क्षमता का नुकसान हो सकता है। Voyager थर्मल आकलन ने सममित तापमान प्रोफाइल के लिए लंबे स्टेनलेस स्टील रनों की संवेदनशीलता को उजागर किया।2
• लाइन ब्लॉकेज और स्लश फॉर्मेशन आंशिक रूप से पिघला हुआ हाइड्राज़िन प्रवाह को प्रतिबंधित करने, जन प्रवाह दरों को बदलने और थ्रस्टर हार्ड स्टार्ट या मिसफायर का कारण बन सकता है।2
• खतरनाक लीक फ्रीज प्रेरित क्षति हाइड्राज़िन को सीमितता से बचने की अनुमति दे सकती है, महत्वपूर्ण विषाक्तता, प्रतिक्रियाशीलता और ग्राउंड क्रू एक्सपोजर खतरों को प्रस्तुत कर सकती है।
• सिस्टम विश्वसनीयता का नुकसान जैसा कि शटल ऑपरेशन में प्रलेखित किया गया है, फ्रीज-थॉ चक्र के संपर्क में हाइड्राजिन सिस्टम जीवन सीमित हो जाते हैं, जिससे अतिरेक और मिशन की उपलब्धता कम हो जाती है।1
• थर्मल मार्जिन अनिश्चितता Voyager अनुभव दर्शाता है कि सरल तापमान रीडिंग विश्वसनीय रूप से वास्तविक लाइन तापमान का निर्धारण नहीं कर सकते हैं, उच्च निष्ठा थर्मल मॉडलिंग की आवश्यकता है।2
सिफारिशों की रोकथाम उपाय
• हाइड्राज़िन फ्रीजिंग मार्जिन के ऊपर सभी हाइड्राज़िन सिस्टम को ठंड से ऊपर रखें, हीटर, इन्सुलेशन, कंबल या गर्म गैस प्यूज का उपयोग करें। मॉडलिंग और परीक्षण में अनिश्चितता विश्लेषण शामिल है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बर्फ़ीली के खिलाफ उचित मार्जिन को ऑपरेशन के सभी चरणों के दौरान बनाए रखा गया है।
• भूमिगत संचालन के दौरान अनियंत्रित शीतलक से बचें सुनिश्चित करें कि टैंक, लाइन और वाल्व घटक वाहन में एकीकृत होने तक पर्यावरणीय रूप से नियंत्रित क्षेत्रों में रहते हैं।
पोस्ट फ्रीज रिस्पांस प्रोटोकॉल
यदि फ्रीजिंग को खारिज नहीं किया जा सकता है:
• सिस्टम का उपयोग निलंबित जब तक इंजीनियरिंग मूल्यांकन पूरा नहीं हो जाता तब तक हाइड्राज़िन प्रणाली को संचालित न करें।
• Freeze-Thaw चक्र की संख्या का आकलन करें प्रत्येक चक्र को जीवन सीमित होने के रूप में इलाज करें, संभावित लाइन / घटक क्षति को समझने के लिए फ्रीज / थॉ चक्र के दौरान लाइन दबावों के रूढ़िवादी अनुमानों के आधार पर एक इंजीनियरिंग मूल्यांकन (स्थिर और थकान) किया जाना चाहिए। उपयुक्त मार्जिन विश्लेषण अनिश्चितता और/या अंतर्निहित धारणाओं के आधार पर लागू किया जाना चाहिए।
• अखंडता सत्यापन का संचालन दबाव क्षय परीक्षण करता है, एनडीई (यदि डिजाइन की अनुमति देता है), और वाल्व स्वास्थ्य आकलन करता है।
• Slow, यूनिफॉर्म Thawing थॉ को दबाव में डालने से रोकने के लिए धीरे-धीरे और समान रूप से गर्म हार्डवेयर। "सुपरपैकिंग" के साथ शटल अनुभव नियंत्रित thawing की आवश्यकता को मजबूत करता है।
जोरदार और वाल्व ऑपरेशनल तैयारी
• सुनिश्चित करें कि उत्प्रेरक बेड और वाल्व किसी भी प्रवाह को कमांड करने से पहले उचित थर्मल ऑपरेटिंग स्थितियों तक पहुंचते हैं।
• पूर्व शुरू थर्मल स्थिरीकरण अवधि का संचालन करें, खासकर जब उड़ान तत्परता तापमान मामूली होता है।
थर्मल मॉडलिंग और निगरानी
• उच्च निष्ठा थर्मल लाइन मॉडलिंग का उपयोग करते हुए, Voyager की विस्तृत propellant लाइन मॉडलिंग दृष्टिकोण का अनुकरण करते हैं।2
• पूरी तरह से थोक प्लेट या टैंक तापमान पर भरोसा करने से बचें ताकि लाइन की तत्परता को प्रभावित किया जा सके।
• मुख्य तापमान सेट बिंदुओं की निगरानी के लिए उड़ान प्रणालियों पर इंस्ट्रूमेंटेशन प्लेसमेंट का मार्गदर्शन करने के लिए थर्मल विश्लेषण और परीक्षण का उपयोग करें।
प्रलेखन और घटना ट्रैकिंग
• रिपोर्ट करने योग्य विसंगतियों के रूप में सभी फ्रीज एक्सपोज़र रिकॉर्ड करें।
•तदनुसार इंजीनियरिंग विघटन और ट्रैक हार्डवेयर जीवन में कमी को असाइन करें।
निष्कर्ष
हाइड्राज़िन फ्रीज-थॉ चक्र प्रणोदन और सहायक प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण संरचनात्मक, परिचालन और सुरक्षा जोखिम पेश करते हैं। ऐतिहासिक नासा कार्यक्रम से पता चलता है कि हाइड्राज़िन फ्रीजिंग की रोकथाम सबसे प्रभावी शमन है, जिसमें फ्रीज एक्सपोजर को औपचारिक इंजीनियरिंग मूल्यांकन, जीवन सीमा समायोजन और नियंत्रित वसूली प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। इन सिफारिशों का पालन करने से कर्मियों, उड़ान हार्डवेयर और मिशन की सफलता के लिए जोखिम कम हो जाएगा।
संदर्भ
1. अंतरिक्ष शटल ऑपरेशनल फ्लाइट नियम, वॉल्यूम ए ऑल फ्लाइट्स, मिशन ऑपरेशंस डायरेटोरेट, 20 जून 2002। 2. डब्ल्यू.सी. लेडबोर, "मॉडल सुधार और आवेदन के साथ उड़ान मिशन में एक Voyager थर्मल मॉडल 39 साल का निर्माण" 8 जुलाई 2018। 3. जे. एल. हौस और बी. जी. हार्डेन, "हाइड्रोज़िन के थर्माडायनामिक गुण" नवम्बर 1965।
