Astronauter på ISS letar efter källan till en annan mystisk luftläcka

Chris Cassidy letar efter läckor

Astronaut Chris Cassidy letar efter läckor ombord på ISS. NASA/JSC





Mitt i natten på måndagen väcktes de två kosmonauterna och en astronaut på den internationella rymdstationen av ett samtal från uppdragskontrollen. De fick veta att det fanns ett hål i en modul på den ryska sidan av stationen, vilket ledde till att dyrbar luft läckte ut ur rymdfarkosten för 150 miljarder dollar och in i rymdens vakuum. De fick nu i uppdrag att leta efter den exakta platsen för läckan och se om de kunde åtgärda den, eftersom läckan hade tyckts ha vuxit sig oroväckande större (en felaktig avläsning som senare tillskrivs en temperaturförändring i kabinen). Och det var faktiskt de goda nyheterna.

ISS har hanterat luftläckan i över ett år. Upptäcktes för första gången i september 2019 när NASA och dess partners observerade en liten nedgång i lufttrycket, och problemet har aldrig utgjort ett hot mot besättningen ombord. Det var först i augusti, efter att markpersonal märkte att läckan förvärrades, som en utredning inleddes för att äntligen hitta källan och åtgärda problemet.

Sedan dess har den amerikanske astronauten Chris Cassidy och de ryska kosmonauterna Anatoly Ivanishin och Ivan Vagner tillbringat flera helger i en enda modul medan de stänger resten av stationens luckor och gör mätningar av lufttrycksförändringarna i de andra modulerna. Efter flera av helgens astronautsömnfester, uppdragskontrollen fastställde platsen för läckan var Zvezda modul (som ger livstöd till den ryska sidan av stationen), vilket leder till måndagskvällens sökfest.



ISS tappar alltid lite luft, och det kräver helt enkelt byta ut kväve- och syrgastankarna under regelbundna återförsörjningsuppdrag. Men det faktum att läckan blev värre skulle kräva att tankarna byttes ut tidigare än väntat. Det betyder också att hålet som tillåter läckan kan ha blivit större och fortfarande kan växa om det inte åtgärdas snart.

– Dessa läckor är förutsägbara, säger Sergej Krikalyov, verkställande direktör för Rysslands rymdprogram, i tv-kommentarer. Det som händer nu är mer än standardläckaget och naturligtvis om det varar länge kommer det att kräva tillförsel av extra luft till stationen.

För att hitta den exakta platsen för läckan i Zvezda så att den kan repareras måste Cassidy och hans besättningskamrater spendera lite tid på att flyta runt modulen med en handhållen enhet som kallas en ultraljud läckagedetektor , som upptäcker frekvenser som avges av luftflödet när det rusar ut små hål och sprickor. Brus på stationen kan göra det svårare att upptäcka dessa frekvenser, och besättningen kan behöva springa genom områden några gånger för att faktiskt hitta källan. Ett företag vill förbättra denna strategi genom att implementera en automatiserad robot som kan lyssna efter läckor och identifiera dem i realtid , utan behov av en mänsklig hand. När de har hittat källan till läckan kommer de att lappa upp den med ett kit med epoxiharts.

Läckor kan även uppstå på andra sätt förutom syreförlust. ISS har tidigare hanterat ammoniakläckor kommer från stationens kylslingor. Eftersom ammoniak är giftigt för människor kräver sådana läckor omedelbar åtgärd, som involverar långa rymdpromenader för att identifiera hål i kylvätskesystemet och reparera dem.

Den pågående frågan visar att till och med en rymdfarkost som är så väldesignad och skyddad som ISS inte är osårbar. Och när vi ser att fler länder och företag skickar människor på besättningsuppdrag i omloppsbana, kommer sådana läckor att vara mycket vanligare. Inte alla rymdfarkoster kommer att vara lika resistenta mot problemen som ISS.



Det finns ett par stora bovar för hur en läcka bildas på en rymdfarkost. Den mest högprofilerade ISS-läckan i nyare minne hittades i augusti 2018 – ett 2-millimeters hål på en rysk Soyuz-rymdfarkost dockad till stationen vid den tiden. Det hålet verkar ha varit resultatet av en borrfel gjorda under tillverkningen (även om Rysslands rymdorganisation har varit osäker på exakt vad som orsakade det ). Mysteriet med den läckan var fantastiskt foder för konspirationsteoretiker, men det faktum att hålet av misstag gjordes av en borr var tur. Ett sådant hål är rent och exakt och inte särskilt känsligt för sprickor eller expansion.

Men när ISS läcker utan en tydlig orsak är den huvudmisstänkte en slumpmässig kollision med en mikrometeoroid eller en liten bit av skräp (vissa bara millimeter eller mindre i storlek). Objekt i jordens bana glider runt i extremt höga hastigheter. Den internationella rymdstationen har till exempel en medelhastighet på 7,66 kilometer per sekund, eller över 17 000 mph. Vissa mikrometeoroider i rymden susar fram i över 20 000 mph. Vid dessa ultrahöga hastigheter kan till och med små föremål som är mindre än en centimeter absolut riva större föremål, som en kula från en pistol. Den typen av stökig förstörelse kan lämna efter sig sprickor eller strukturella skador som fortplantar sig genom resten av rymdfarkostens skrov eller tränger igenom ammoniakkylarsystemet.

är att upptäcka läckor

En vy av den trådlösa ultraljudsläckdetektorn ombord på den internationella rymdstationen.



NASA/SHANE KIMBROUGH/JSC

Trycksatta rymdfarkoster, vanligtvis utformade för människors boende, är mer sårbara för dessa problem, eftersom det inre trycket lägger extra stress på rymdfarkostens skrov. Sprickor är mer sårbara för ökade stressfaktorer, säger Igor Telichev, ingenjör vid University of Manitoba i Kanada och expert på rymdfarkostkollisioner med skräp. Ett hål, även ett stort, är naturligtvis dåligt, men en spricka kan börja fortplanta sig genom hela strukturen och hota hela dess integritet.

Ingenjörer försöker designa rymdfarkoster med sköldar som kan motstå vissa kollisioner från mikrometeoroider och små bitar av rymdskräp. För ISS använde de något som kallas en Whipple-sköld (uppkallad efter dess uppfinnare, den avlidne Harvard-astronomen Fred Whipple). Det är en tunn yttre stötfångare som är placerad en bit bort från rymdfarkostens huvudvägg. Stötfångaren stoppar inte direkt inkommande mikrometeoroider eller annat litet skräp, utan bryter istället upp dessa bitar till ett moln av små partiklar som fläktar ut över ett stort område och utgör mindre risk. För väggen är det skillnaden mellan att möta en enda stor kula och ett litet fågelskott.

Det finns ett antal olika varianter på Whipple-skölden – vissa är till exempel förstärkta med Kevlar eller keramisk fyllning mellan lagren. Själva ISS har över 100 olika Whipple-sköldkonfigurationer, eftersom vissa områden är mer sårbara för mikrometeoroidekollisioner än andra.

Men som framgår av stationens historia med mikrometeoroider, är Whipple-sköldar inte idiotsäkra. Framtida besättningsfordon och rymdstationer som kommer att tillverkas för mycket mindre än ISS kommer sannolikt att vara mer sårbara för läckor orsakade av kollisioner med små skräp och partiklar.

När det först byggdes för 20 år sedan var det få experter som förutsåg hur många fler objekt som skulle strömma genom jordens omloppsbana. Problemet kommer bara att bli värre när rymdindustrin expanderar och människor skjuter upp fler rymdfarkoster än någonsin i omloppsbana. Vi kan bygga en skärmning som står för en föränderlig miljö, men inte ens bästa modellerna för framtida ackumulering av skräp kan förutsäga allt.

I februari 2009 kolliderade satelliterna Iridium 33 och Kosmos-2251, vilket skapade ett stort skräp som började cirkulera genom jordens omloppsbana. De största bitarna identifierades och spårades, men skräp som var mindre än 10 centimeter långa - bitar som fortfarande utgör ett hot mot rymdskeppsskrov - fick glida genom rymden oupptäckt. Olyckan visade att oförutsedda händelser avsevärt kan förvärra problemet med att skydda rymdfarkoster. Varje stor olycka kan drastiskt förändra situationen och öka riskerna för hur många andra rymdfarkoster som helst i omloppsbana, säger Telichev. Det vi utvecklar idag kanske inte är tillräckligt bra i morgon.

Avskärmning kan hjälpa till att förhindra att läckor kommer upp, men det här problemet är oundvikligt, säger Telichev. Det betyder att det blir ännu viktigare att kunna isolera och reparera läckor när de uppstår.

För Telichev och andra handlar lösningen verkligen om en bättre hantering av själva utrymmet och att minska ansamlingen av skräp, stort och smått. Om världens regering inte uppmärksammar problemet nu, säger han, kommer det inte att försvinna av sig självt.

Cassidy och hans besättningskamrater letade fortfarande efter läckan på onsdagsmorgonen. Ett återförsörjningsuppdrag från Northrop Grumman Cygnus är planerat att starta torsdag kväll, följt av ett SpaceX Crew Dragon-uppdrag den 14 oktober för att ta ytterligare två kosmonauter och en astronaut till ISS. Mellan att packa upp de nya förnödenheterna och de vetenskapliga experimenten och välkomna den nya besättningen, kommer det inte att finnas mycket tid att hitta läckan under de närmaste veckorna, så trycket är, bildligt talat, på.

Dölj