Ein Ventilproblem könnte die Ursache für die gescheiterte Landung der Peregrine-Mondlandefähre gewesen sein
WASHINGTON – Der Mondlander „Peregrine“ von Astrobotic konnte den Mond aufgrund eines einzelnen Ventilfehlers nicht erreichen, was zu Arbeiten an der Neukonstruktion des Ventils und des Massenantriebssystems des größeren Griffin-Landers des Unternehmens führte.
Astrobotic startete am 27. August Bericht des Fehlerprüfungsausschusses Berggrens erste Mission untersuchte es im vergangenen Januar. Bei dieser Mission kam es Stunden nach dem Start zu einem Treibstoffleck, wodurch die Raumsonde nicht versuchen konnte, auf der Mondoberfläche zu landen. Stattdessen flog die Raumsonde zehn Tage lang durch den Mondraum, bevor sie zur Oberfläche des Südpazifiks zurückkehrte.
Die Untersuchung kam zu dem Schluss, dass das Leck wahrscheinlich durch eine Fehlfunktion des Druckregelventils (PCV) verursacht wurde, das einen unkontrollierten Fluss von unter Druck stehendem Heliumgas in den Oxidationstank des Raumfahrzeugs ermöglichte und diesen zum Platzen brachte. Das PCV2 genannte Ventil funktionierte in den Tests vor der Markteinführung normal, versagte jedoch nach der Markteinführung.
Das Ventil verlor aufgrund der „vibrationsbedingten Entspannung“ der Gewindekomponenten seine Schließfähigkeit, was zu einem mechanischen Versagen des Ventils führte, sagte John Horak, Professor an der Ohio State University und Vorsitzender des Prüfungsausschusses, in einer Unterrichtung zu dem Bericht.
„Wenn man es ausreichend schüttelt, kann es zu einigen Veränderungen in der mechanischen Konfiguration kommen, die verhindern, dass das Ventil abdichtet. Es ist nicht viel anders, als wenn Ihr Waschbecken anfängt zu tropfen“, sagte er.
Im Rahmen der Untersuchung nahmen die Ingenieure ein Ersatzdruckventil und setzten es Stoß- und Vibrationsumgebungen aus, wie sie das Ventil auf dem Raumschiff ausgesetzt war. „Dann haben wir Helium darauf gegeben und nach einer kleinen, moderaten Anzahl von Zyklen war das Ventil undicht. Man konnte es aus etwa einem Meter Entfernung hören“, sagte er. Aus dem Bericht geht hervor, dass die Leckraten bei diesen Tests denen ähnelten, die auf dem Raumschiff beobachtet wurden.
Das Ventilleck entstand nach mehreren Umwegen bei der Entwicklung des Antriebssystems von Peregrine. Astrobotic beschloss zunächst im Jahr 2019, einen Lieferanten mit der Entwicklung des Antriebszuführungssystems zu beauftragen, doch dieses Unternehmen geriet nach der Pandemie in Lieferkettenprobleme, was Astrobotic dazu veranlasste, diese Arbeit Anfang 2022 ins eigene Haus zu verlagern.
Astrobotic hatte dann Probleme mit den ursprünglichen PCV-Ventilen dieses Systems und beschloss im August 2022, den Anbieter zu wechseln. Während das Oxidationsventil PCV2 dieses neuen Anbieters die Abnahmetests bestand, kam es bei einem ähnlichen Ventil in der Druckleitung des Kraftstofftanks, PCV1, zu Undichtigkeiten. Astrobotic reparierte das PCV1-Ventil und stellte fest, dass es normal funktionierte. Anschließend unterzog das Unternehmen das Raumschiff einer Reihe von Umwelttests, darunter Vibrations- und Akustiktests.
„Wir betrachten PCV2 nach diesen Tests vor dem Start aufgrund von PCV1-Korrekturen immer noch als Risiko“, sagte Sharad Bhaskaran, Direktor von Peregrine Mission One bei Astrobotic. Das Unternehmen entschied sich, keine vorbeugenden Reparaturen an PCV2 durchzuführen, da dieses Ventil keine Lecks aufwies und auch weil seine Position im Raumschiff schwer zugänglich war.
„Der Zugriff auf das Fahrzeug für Reparaturen oder Austausch hätte umfangreiche chirurgische Eingriffe am Raumschiff erfordert“, sagte er, und dabei wären die gerade abgeschlossenen Umwelttests zunichte gemacht worden. „Dies, gepaart mit dem Risiko, Schäden zu verursachen, wenn wir das Raumschiff zerlegen und wieder zusammenbauen, führte uns zu dem Schluss, dass es am besten ist, mit der nächsten Phase des Programms fortzufahren und das PCV2 nicht zu ersetzen.“
Horak sagte, der Prüfungsausschuss habe das Unternehmen für diese Entscheidung nicht verantwortlich gemacht. „Ich kann mir keine Entscheidungen im Vorfeld des Starts vorstellen, bei denen ich gesagt hätte: ‚Hey, ich denke, Sie hätten das anders machen sollen‘“, sagte er. „Diese Entscheidungen waren größtenteils fundiert. Ich denke, der Entscheidungsprozess des Teams war sehr gut.“
Lektionen gelernt für Griffin
Astrobotic integriert technische und andere Änderungen von Peregrine in den größeren Griffin-Mondlander, dessen Start für Ende 2025 geplant ist. Steve Clark, Vizepräsident für Lander und Raumfahrzeuge bei Astrobotic, sagte, das Unternehmen arbeite mit dem Ventilhersteller zusammen, der die Das Unternehmen hat es abgelehnt, das Ventil neu zu gestalten.
Das Antriebssystem von Griffin wird außerdem einen Regler zur Steuerung des Heliumflusses enthalten, der zur Druckbeaufschlagung des Tanks verwendet wird, sowie Ersatzabsperrventile für den Fall, dass die neu gestalteten Druckregelventile ausfallen. „Wenn wir den gleichen Fehlermechanismus bei Druckregelventilen sehen, wäre das Absperrventil auch eine Möglichkeit, den Durchfluss zu den Oxidationsmittel- und Kraftstofftanks zu steuern“, sagte er.
Astrobotic integriert auch andere korrigierende und vorbeugende Maßnahmen, die sich aus der Mission von Peregrine ergeben. Peregrine hatte während des Fluges außer dem Ventilproblem 24 Probleme, von denen acht als „geschäftskritisch“ eingestuft wurden, aber behoben wurden. Zu diesen Problemen gehörten Probleme mit der Flugsoftware, den Leit-, Navigations- und Kontrollsystemen sowie ein Problem mit dem Weltraumnetzwerk der NASA, das für die Kommunikation mit Peregrine verwendet wurde.
„Diese Probleme wurden vom Flugkontrollteam in Echtzeit gelöst“, sagte er und fügte hinzu: „Alle aus diesen Problemen gewonnenen Erkenntnisse wurden auch in GM1 integriert.“ GM1 ist die Firmenbezeichnung für Griffin Mission One.
Diese Mission sollte das Volatile Arctic Exploration Vehicle (VIPER) der NASA in die Südpolregion des Mondes befördern, doch die NASA gab im Juli bekannt, dass sie die Mission aufgrund von Kosten- und Zeitplanüberschreitungen abgesagt habe, obwohl das Fahrzeug bereits zusammengebaut war und Umwelttests unterzogen wurde . Die NASA behält die CLPS-Mission (Commercial Lunar Payload Services), die sie Astrobotic für diese Mission zugeteilt hat, und plant, das VIPER-Fahrzeug durch andere Nutzlasten oder Ballast zu ersetzen.
John Thornton, CEO von Astrobotic, sagte in dem Anruf, dass noch einige kleinere Nutzlasten auf GM1 fliegen, darunter ein kleiner CubeRover, der vom Unternehmen sowie der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und einem nicht genannten Kunden entwickelt wurde.
„Wir haben Dutzende Gespräche mit Leuten geführt, die den Griffin fliegen wollen. Einige dieser Gespräche sind weiter fortgeschritten als andere. Da wir nun über zusätzliche Nutzlastkapazitäten verfügen, führen wir Gespräche mit mehreren Parteien“, sagte er.
Er und andere Führungskräfte des Unternehmens sagten, sie seien optimistisch, was Griffins Aussichten auf eine erfolgreiche Landung trotz Berggrens gescheitertem Landeversuch angeht. Die Berggren-Mission ermöglichte es dem Unternehmen, Flugerfahrungen mit vielen der Subsysteme zu sammeln, die auf der Griffin zum Einsatz kommen würden. Die Mission vermittelte den Mitarbeitern des Unternehmens auch Erfahrungen im Betrieb von Raumfahrzeugen und im Umgang mit Anomalien.
Thornton fügte hinzu, dass der Ansatz des CLPS, mit neuen Landungsunternehmen zu viel günstigeren Konditionen als bei herkömmlichen Regierungsmissionen zusammenzuarbeiten, eine größere Risikoakzeptanz erfordert. „Wir versuchen, eine Mission zu einem Preis durchzuführen, der vorher nicht möglich war, also müssen wir entscheiden, worauf wir uns konzentrieren und wie schnell wir sie starten können“, sagte er.
„Ich denke, wir sind mit Berggren sehr nah am Sieg. Ich bin sehr zuversichtlich, dass Griffin die richtige Balance finden und wir dieses Ziel erreichen werden“, sagte er.
