Identificada la posible causa de la explosión del Falcon 9

Por Daniel Marín, el 24 septiembre, 2016. Categoría(s): Astronáutica • Cohetes • Comercial • SpaceX ✎ 87

El 1 de septiembre de 2016 el Falcon 9 v1.2 F9-029 de la empresa SpaceX explotaba de forma repentina en la rampa de lanzamiento SLC-40 de Cabo Cañaveral (Florida). El incidente supuso la pérdida del satélite de comunicaciones israelí AMOS-6 y, por encima de todo, un fuerte revés a los planes de la empresa de Elon Musk al producirse apenas un año después de otro fallo catastrófico con un Falcon 9. Desde entonces SpaceX ha intentado averiguar las causas del accidente, aunque le está resultando mucho más difícil de lo esperado.

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La explosión del Falcon 9 en la rampa (SpaceX).

En un comunicado del 23 de septiembre SpaceX asegura que ya ha identificado el posible motivo del desastre: todo apunta a que la explosión se produjo por la rotura del sistema de helio de la segunda etapa, situado dentro del tanque de oxígeno líquido. Este sistema es el encargado de presurizar los tanques de la segunda etapa —tras pasar por el motor Merlin para elevar su temperatura— y permitir así el flujo de propergoles hacia el motor (de esta forma no se necesita presurizar cada tanque con dos gases distintos, solo uno). Hasta ahora las sospechas se centraban en los sistemas de tierra, más concretamente, la interfaz móvil de las conducciones de combustible con el lanzador. Pero si el fallo fue debido a una ruptura del sistema de helio de la segunda etapa está claro que se trata de un problema intrínseco del vector y, por tanto, más grave.

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Falcon 9 v.12. En la segunda etapa se aprecia el tanque de oxígeno líquido (LOX) donde se produjo la explosión (SpaceX).

Recordemos que la explosión se produjo dos días antes de la fecha prevista para el lanzamiento y unos ocho minutos antes de que tuviese lugar una prueba de encendido de los nueve motores Merlin de la primera etapa. Esta prueba sirve para verificar que los nueve motores funcionan correctamente, especialmente de cara a la reutilización de la primera etapa. El accidente fue extremadamente rápido: entre los primeros indicios de que algo iba mal y la pérdida de señal solo transcurrieron 93 milisegundos. Desde los años 50 no se había visto explotar un cohete en la rampa de lanzamiento en Cabo Cañaveral. Ahora lo que queda por saber es por qué explotó el tanque o las líneas de conducción del helio de la segunda etapa.

Pese a que el anterior accidente del Falcon 9 también se produjo en el sistema de presurización de la segunda etapa, SpaceX asegura que ambos no están relacionados, algo que llama poderosamente la atención (es raro que una segunda etapa explote sin que sus motores estén en ignición, pero más aún que lo haga dos veces). El accidente en la misión CRS-7 de 2015 se debió a un fallo en los soportes de uno de los tanques de helio de la segunda fase. El tanque se soltó durante el lanzamiento y, tras romperse, el helio se expandió dentro del tanque de oxígeno, causando su ruptura catastrófica y la pérdida del vehículo. Sin embargo, en esta ocasión el tanque no se desprendió, pero algo provocó que reventase. A la espera de saber la causa precisa del último fallo, no hace falta ser Sherlock Holmes para concluir que algo no anda muy bien en el sistema de helio de la segunda etapa del Falcon 9. La NASA —el principal cliente de SpaceX— está muy preocupada con estos fallos: no olvidemos que el Falcon 9 lanza las naves de carga Dragon rumbo a la estación espacial internacional (ISS) y en el futuro pondrá en órbita las naves tripuladas Dragon V2. Aunque la agencia espacial tiene alternativas para ambos vehículos, obviamente lo último que quiere ver es la explosión, en la rampa o en el aire, de un cohete con astronautas a bordo, incluso si logran salvar la vida gracias al sistema de escape.

En cuanto a la rampa SLC-40, SpaceX ha declarado que tanto el edificio de montaje adyacente y las instalaciones de oxígeno líquido no se vieron afectadas por la explosión. No así las instalaciones del queroseno y los sistemas de control de la rampa, aunque la empresa no ha detallado el nivel de daños de estas infraestructuras. Sea como sea los desperfectos no deben ser poca cosa porque SpaceX ha comunicado que la rampa probablemente no estará lista hasta primavera. Mientras tanto, y a partir del próximo noviembre, SpaceX lanzará los Falcon 9 desde la mítica rampa 39A del Centro Espacial Kennedy. La primera misión de un Falcon 9 que despegue desde la antigua rampa de los transbordadores y el Saturno V llevará la nave de carga CRS-10 con víveres para la ISS.

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Plano de la rampa SLC-40 de Cabo Cañaveral (SpaceX).

El accidente del Falcon 9 ha creado una enorme convulsión en la industria espacial. La competencia ha olido sangre y ha aprovechado para lanzarse al cuello de SpaceX. El Falcon 9 ya no es uno de los lanzadores más fiables y, como resultado, en pocas semanas han aparecido rivales como las nuevas versiones del Protón —competencia directa del Falcon 9— o el proyecto New Glenn de Blue Origin —rival del Falcon Heavy—. Obviamente, este accidente no habría tenido la misma repercusión mediática de no haberse tratado de SpaceX. La compañía de Musk ha atraído toda la atención posible gracias a la reutilización de las primeras etapas, la nave tripulada Dragon V2, el lanzador Falcon Heavy o los planes de misiones tripuladas a Marte (nave ITS y cohete BFR). Y el Falcon 9 es la clave para hacer realidad estos proyectos.

Referencias:

  • http://www.spacex.com/news/2016/09/01/anomaly-updates


87 Comentarios

  1. Me recuerda al segundo y tercer lanzamiento del Falcon 1. Ambos fallaron por la misma causa: tras la separación entre la 1ª y la 2ª etapa, el gas remanente de la 1ª impulsó de nuevo a la etapa hacia adelante, produciéndose la colisión entre la 1ª etapa y el motor de la 2ª. El motor de la 2ª etapa quedó dañado y, aunque se encendió y funcionó bien un rato, el lanzamiento terminó fracasando.

    En esta ocasión sucede algo parecido. Las cosas «más complicadas» les salen bien. Pero un elemento aparentemente sencillo como el sistema de presurización de la 2ª etapa les falla de forma catastrófica. Y no sólo una sino dos veces.

    Debe haber algo en la cultura interna de SpaceX que hace que se les escapen errores de diseño graves en sistemas que -aparentemente- no son los más complicados. Hasta aquí, nada anómalo para quien recuerde los ridículos ajenos. Lo que sí me parece grave -y anómalo- es que, tras haber tenido un fallo en el mismo sistema hace un año, les haya vuelto a fallar ahora. Entiendo que se limitan a «parchear el fallo y correr» en lugar de revisar todo el sistema de cabo a rabo por si hay más errores ocultos.

    Saludos

      1. Doy fe del acto, yo estaba alli cuando entregó la taza. Yo quedé tercero pero le di la mano al ganador.. juego limpio
        Por cierto Daniel luego me di cuenta que el chico que estaba alli era el gran Raúl Torres de PLD. Si lo llego a saber le dejo mi CV por si algun día quiere hacer una barcaza drone al estilo de space x

  2. La verdad es que no me cuadra mucho que el sistema de presurización secundario pueda liar semejante explosión en tan poco tiempo.
    Repasemos los hechos, era T-8:30 aproximadamente (si no recuerdo mal), según lo que se sabe de la secuencia de llenado y arranque del Falcon 9 1.2FT en ese momento se estaba llenando de oxidante el tanque de la segunda etapa del cohete.
    Durante el llenado de la etapa, las válvulas de alivio de presión del tanque están completamente abiertas para evitar que suba la presión dentro del mismo y facilitar el llenado de O².
    Supongamos ahora que, efectivamente, se haya producido un fallo estructural en el tanque de alta presión de Helio y que haya llenado el volumen del tanque de golpe.
    Los tanques no están preparados para soportar presiones tan altas en servicio, pero ignoramos el nivel de llenado en ese momento, por lo que el volumen disponible para la expansión del Helio pudo haber sido mayor del que se sospecha. Además, como he comentado, si las válvulas de descarga estaban abiertas, gran parte del Helio debió de haber podido escapar por éstas (menor densidad que el O², mayor velocidad del sonido y menor viscosidad son factores que apoyan esta teoría) aunque ignoro la topología del tanque en cuestión o si pudo haber fragmentos del mismo taponando dichas válvulas.

    Por otro lado, las grabaciones de la explosión son un tanto contrarias a esta tesis. De haberse producido un fallo estructural en el tanque de O² y haberse derramado y mezclado con el contenido del tanque de queroseno, hubiera habido un periodo de mezcla y un retardo hasta que encontrara una fuente de ignición de suficiente energía, volumen y situada en la posición adecuada para que la mezcla (que al vaporizarse el Oxígeno perfectamente podía encontrarse a 200K, extremadamente fría) prendiera y produjera una reacción en cadena como la que se observa en el metraje.

    La verdad es que no, no me cuadran en absoluto estas explicaciones. La ignición fue súbita, breve y la llama inicial sugiere mezcla de combustible y oxidante previa u otra fuente de ignición (sólo hay que ver cómo humean las torres del pad al evaporarse la humedad ambiente en apenas 2/3 frames del vídeo, esto sugiere una emisión de energía rápida que una llama por difusión no es capaz de proveer).
    Sinceramente, cuadra más que el sistema de aborto (situado en la segunda etapa, casualidades!) haya tenido un encendido no planificado que la explicación dada por SpaceX.

    Saludos,
    Germán

    1. Eh, que me encanta el análisis. Parece hasta concienzudo. Hasta que caigo en la cuenta de que la segunda etapa no tiene ningún «sistema de aborto», y me doy cuenta que estoy leyendo a otro experto de sofá, de los que internet está lleno. Y entre los cuales me encuentro frecuentemente, ojo.

      Así que me quedaré esperando al informe oficial, a ver si aparece una causa de una vez, porque a día de hoy, y en palabras de SpaceX, no la tienen. Y lo que a mí se me pueda ocurrir con los datos públicos… pues probablemente va a distar mucho de la verdad.

      Lo cual, Dani, por cierto, vuelve el título de este post un tanto sensacionalista y engañoso (no mucho tampoco). Vale que SpaceX garantiza clicks, pero aquí nos venimos por la seriedad! 😛

      Mucho mejor algo como «Se empiezan a aclarar las circunstancias del accidente del Falcon 9». Porque igual tenemos una idea más clara del desarrollo del fallo ahora mismo, pero causa ninguna, y mucho menos ‘root cause’.

      1. Por eso digo «posible» causa. Por lo menos ahora sabemos que la causa está en el sistema de presurización de la segunda etapa. Hasta ahora todo el mundo, incluso en los comentarios de este blog, apuntaba a que la causa del accidente era la interfaz con el equipo de tierra, por lo que creo que es un avance importante. Pero bueno, si a pesar de todo te parece sensacionalista, pues vale, me parece perfecto.

        1. Hombre, tampoco te lo tomes a mal eh? Digo, y me repito en ello, que el hecho de que el sistema de presurización de helio reventara primero no es la causa de que reventara. Es una descripción del suceso, no una causa.

          Si me dices que hubo un válvula atorada que lo sobrepresurizó hasta que reventara? Eso sería una causa. Otra podría ser, por ejemplo, un capullo con un rifle de mira telescópica. O un fallo de diseño que hace reventar una tubería por esfuerzos termales al cargas el oxígeno líquido. Y no se parece mucho una de esas causas-ejemplo a la otra, y no tienen ni que estar en el sistema de presurización, necesariamente…

          En el fondo, esta «crítica» era una forma de decir que alabo la objetividad y seriedad de tus entradas, pero en este caso me ha parecido más veraz el titular de spaceflightnow.com (‘Falcon 9 rocket explosion traced to upper stage helium system’). Lo cual, en el fondo, me duele un poco, eh? Porque en general les das mil vueltas, sobre todo en calmar los ánimos cuando vuela el ‘hype’ de SpaceX.

          1. Bueno, ante la duda tirar de etimología. Causa: lo que produce el efecto. No tenemos ayuda, ay, porque no sabemos la etimología de la latina caussa y tal vez no sea indoeuropea (¿etrusca?). Pero respecto a los titulares, dos cosas:

            1) Por muy mal que caiga (que cae, créelo) Space X y el sr. Musk, es una empresa americana y salvo que se den circunstancias muy concretas, cualquier medio americano (Como Debe Ser) acabará barriendo para casa. Me parece además de una lógica aplastante, porque si no el lector pensará que recibe subvenciones de la competencia, como pasa en medios generalistas de países que sí hacen ese tipo de información.

            2) Causa es lo que produce algo, pero no necesariamente la razón última de ello. La causa del accidente fue la distracción del piloto: ¿y qué causó la distracción del piloto? Pues eso es otra historia. En otras palabras, el origen del problema, *subjetivamente*, lo detenemos en el punto donde creemos que se puede corregir el problema. Si puedo corregir la distracción del piloto me importa una mierda que tenga jaquecas, estreñimiento crónico grado 7 de Clint Eastwood o todo lo contrario (diarrea 7 escala de Bristol con pérdida crítica de electrolitos, esta escala a diferencia de la anterior es verídica). Bragapañal o analgésico, tanto me da. Ñapa, como dicen arriba.

            Entonces los dos titulares son correctos, en el sentido de que no engañan (ni lo pretenden) pero enfocan el problema de diferente manera. Parece claro que hay un problema, muy serio y constitucional, con el sistema de presurización, y que eso puede crear circunstancias potencialmente catastróficas, se sigue de ello. Es como la espuma del tanque externo, si le acierta al borde de choque del ala, buenos días, si le acierta a los umbilicales, buenas tardes, si hace cualquier otra pirueta que ni el Demonio en persona se le ocurre, buenas noches.

            A ver, en general la mierda se la identifica bien porque huele. Dónde está exactamente es otra historia. Y luego el tema de recogerla y limpiar, muy otra.

            Que el problema es muy grueso, ya te da la medida que el señor Locuaz y Dicharachero está callado cual puta y que sus amiwitos se le tiran a la yugular (el informe interno de la NASA si se retrasa 15 días sale después del show, da que pensar también,¿eh?). Uno no se tira a la yugular si el problema es caca de la vaca que lo arreglan así en un zis zas, porque es un tiro por la culata. Y gente como Bezos, que son mucho más cabrones que este, errores de ese no comete.

            Normal que en Spaceflight anden con pinzas. Son muy conscientes de que la política espacial americana está muy delicada. Y perder lectores hacia Gun Friends y Civil War Now tampoco es plan, la verdad.

        1. Ah, te refieres al ‘flight termination system’? Entonces sí que me dejas roto.

          Si el FTS se activa de forma accidental, la firma que tiene que dejar en la telemetría sería clarísima, puesto que está diseñado para rajar los tanques de combustible de una manera muy precisa y reducir presión lo antes posible, permitiendo la mezcla y combustión de los propelentes a baja velocidad (deflagración, no detonación). Los micrófonos del Falcon deberían haber sido capaces de diferenciar el ‘pang’ del explosivo de alta velocidad, seguido de un ‘fwosh’ que se transforma en ‘boom’ al acumular suficiente mezla sin sitio donde ir y el frente de llama coge vidilla y se vuelve supersónico.

          Y en todo caso, las probabilidades de que falle un sistema que está en uso en todos los cohetes americanos desde ni sé cuando… ¿No los certifica la USAF, que son los que tienen la responsabilidad del espacio aéreo y el dedo en el botón, de hecho?

          Si nos ponemos a elucubrar, no iría detrás de los sistemas que usan tecnología simple y bien comprendida, sino que centraría esfuerzos en lo que sí que es único en el Falcon: el sistema de O2 superfrío. Eso sí que es revolucionario, y por tanto con una dinámica que todavía no se comprende del todo. El C4 y los detonadores es algo, por decirlo suavemente, bastante fiable en estos tiempos que corren.

          Por supuesto, añado el corolario de que dados los datos a los que tengo acceso, básicamente estoy elucubrando por elucubrar, y lo más razonable es que me equivoque.

          ¿Por cierto, de dónde sacas que la primera etapa no lleva FTS? No es que te lo pueda negar, porque no estoy al tanto, pero me parecería una locura, dado que en una misión nominal con baja carga y RTLS se la apunta casi directamente a cabo cañaveral…

          P.D: ¿Técnica o superior? Si fue hace ya unos añitos, igual hasta nos cruzamos en la biblioteca en su momento y todo.

          1. Eso es justo lo que yo entendí. El FTS. Estuve siguiendo la discusión del accidente en Nasaspaceflight y hablaron de eso y no leí a nadie que negara que la segunda etapa no tuviera un FTS. Lo que sí decian es que era muy dificil que fuera esa la causa, dado que lleva varias medidas de seguridad, incluída una física. Aun así, la explosión me recuerda más a algo iniciado por un artefacto explosivo que por una mezcla instántanea de componentes, pero es sólo la impresión. Así como la impresión es que el foco de la misma no se sitúa en el interior del cohete sino justo en el lateral.
            Y luego otra cosa, si es un fallo de diseño, no entiendo como no hubo accidentes en los primeros vuelos. Tal vez es un fallo de manufactura y control de calidad más que de diseño. Es como cuando en un motor de avión falla un alabe del compresor. Igual ocurre una o dos veces cada cinco años y vuelan miles de motores millones de horas cada año.

        1. Totalmente cierto, astrofan, entendí algo completamente distinto. Ahora bien, la tesis de que fuera el FTS también tiene agujeros de tamaño considerable, en mi opinión.

    2. En The Space Review tienen su propia versión de lo que pudo ocurrir y concuerda con lo que comentas:

      «Over pressurization of the second stage liquid oxygen tank is a possibility, although it would appear to be unlikely, since the tank seems to have been still in the process of being filled with liquid oxygen. »

      «Liquid oxygen contact with an incompatible substance probably is a more likely possibility. Even given the previous tests and flights of SpaceX Falcon 9 vehicles, there is a history of such material incompatibilities being discovered the hard way…»

      Saludos

  3. Les suena??:
    «With the S-IVB-503 in position at Test Stand Beta III at SACTO, the Saturn V’s third stage was scheduled for acceptance testing on 20 January 1967. The terminal countdown went perfectly, but about 150 seconds into the simulated mission, and prior to stage ignition, the stage countdown was aborted because of a faulty computer tape mechanism. The Douglas crew successfully corrected the computer difficulty, recycled the test, and began again. With the terminal countdown once more unwinding, all systems reported normal. Eleven seconds before the simulated liftoff occurred, however, the stage abruptly exploded in a fiery blast of smoke and debris. Most of the stage was blown completely out and away from the test stand, with only jagged shards of metal left hanging. Adjacent service structures lost roofs and windows, and the nearby Beta II stand was so severely damaged that it was shut down. Within three days of the incident, another special investigation team convened at SACTO to analyze the probable cause.

    The group finally traced the source of the explosion to one of the eight ambient-temperature helium storage spheres located on the thrust structure of the J-2 engine. The exploding sphere ruptured the propellant fill lines, allowing liquid oxygen and liquid hydrogen to mix and ignite, setting off an explosion that wrecked the stage. Further analysis showed that the sphere had been welded with pure titanium weld material, rather than the alloy material specified. The helium sphere and the weld seam had been previously tested to withstand extremely high overpressures, but repeated tests on the sphere prior to the acceptance firing sequence had created the weakness that ultimately resulted in disintegration of the sphere and destruction of the stage. With this information in hand, Douglas and NASA personnel agreed on revised welding specifications and quality control for the helium spheres. Replacement spheres were built in-house at Douglas from then on.»

    1. Hombre, espero no te enojes, pero nada cuesta poner al castellano ( bueno, relativo, de Googles), una ayudita 😉 Saludos.

      Con el S-IVB-503 en posición en banco de pruebas Beta III en Sacto, la tercera etapa del Saturno V fue programada para las pruebas de aceptación el 20 de enero de 1967. La cuenta atrás del terminal fue perfecta, pero unos 150 segundos en la misión simulada, y antes de ignición etapa, la cuenta atrás etapa fue abortado debido a un mecanismo de cinta de computadora defectuosa. La tripulación Douglas corregido con éxito la dificultad ordenador, recicla la prueba, y comenzó de nuevo. Con la cuenta atrás una vez más terminales de devanado, todos los sistemas informaron normal. Once segundos antes de producirse el despegue simulado, sin embargo, la etapa estalló bruscamente en una violenta explosión de humo y escombros. La mayor parte de la etapa fue volado completamente fuera y lejos del banco de pruebas, con sólo fragmentos dentados de metales que quedan colgando. estructuras de servicio adyacentes perdieron los techos y ventanas, y la cercana soporte Beta II fue tan severamente dañadas que fue cerrada. Dentro de los tres días del incidente, otro equipo especial de investigación se reunieron en Sacto para analizar la causa probable.

      El grupo finalmente encontró que el origen de la explosión de una de las ocho esferas de almacenamiento de helio ambiente temperatura situados en la estructura de empuje del motor J-2. La esfera de la explosión rompió el propulsor líneas de llenado, permitiendo que el oxígeno e hidrógeno líquidos para mezclar y encender, lo que desencadenó una explosión que destruyó el escenario. Un análisis posterior mostró que la esfera se ha soldado con material de soldadura de titanio puro, en lugar de el material de aleación especificada. La esfera de helio y la costura de soldadura se habían probado anteriormente para soportar sobrepresiones extremadamente altas, pero las pruebas repetidas de la esfera antes de la secuencia de disparo aceptación había creado la debilidad que resultó finalmente en la desintegración de la esfera y la destrucción de la etapa. Con esta información en mano, el personal de Douglas y de la NASA estuvieron de acuerdo en las especificaciones de soldadura revisadas y control de calidad para las esferas de helio. esferas de recambio fueron construidas en el local en Douglas a partir de entonces «.

      1. No me enojo, a veces se pierden cosas uno cuando las traduce…o lleva un poco mas de tiempo para que tengan el mismo significado que en el original,
        gracias por tu aporte! 🙂

  4. La verdad que no entiendo por qué llenaron o estaban llenando de combustible a la segunda etapa si la prueba consistía en encender los 9 motores de la primera etapa.
    Saludos.

  5. Una anomalía en la plataforma de lanzamiento parece haber sido la causa del accidente, que según Associated Press estaba pasando por pruebas preliminares al lanzamiento. SpaceX ha revelado que no ha habido heridos ni víctimas mortales, y la oficina del condado indica que no hay amenaza para el público general en las áreas alrededor de la zona.

    El satélite de Facebook, afectado

    El cohete Falcon 9 estaba preparado para lanzar al espacio el satélite de comunicaciones Amos-6 que entre otras cosas iba a permitir que Facebook ofreciese conexiones satelitales de banda ancha para su iniciativa Internet.org.

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Por Daniel Marín, publicado el 24 septiembre, 2016
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