Brak jakichkolwiek nowych informacji ze strony SpaceX jest niezwykle denerwujący. I powoduje że internet aż huczy od różnych, coraz bardziej nieprawdopodobnych teorii. Do tego „przecieki” informacji że SpaceX dodatkowo podsycają wyobraźnię twórców tych teorii. Jedyna dokumentacja eksplozji – film USLaunchReport – był analizowany na milion sposobów ale ilość informacji jakie można wycisnąć z nagrania jest niewielka. Odrzucając dzikie spekulacje na dzień dzisiejszy mamy trzy kategorie teorii o tym co się dokładnie stało:
- błąd w projekcie rakiety i/lub systemu naziemnego – tu najczęściej cytowane są specyficzne właściwości super-schłodzonego tlenu i mała ilość wcześniejszych badań związanych z zachowaniem różnych materiałów w zetknięciu z tymże, jednak to nie jedyna teoria
- nie wykryte w czasie inspekcji uszkodzenie czegoś na strongbacku – tu najczęściej proponowaną teorią jest wyciek RP-1 lub płynu hydraulicznego przez niewielką dziurkę powodującą rozpylenie tegoż a następnie wymieszanie oparów z wentylowanym tlenem
- błąd obsługi – jakieś zabrudzenie w ciekłym tlenie, coś niedokładnie podłączone, ktoś coś dotknął paluchem czego nie powinien, ktoś zapomniał czegoś wyjąć (pamiętacie Antares?) itp.
Przy okazji czytania tych wszelkich teorii dokształciłem się o tym jak złośliwym materiałem jest ciekły tlen i jak super-schłodzony tlen podnosi tą złośliwość o jeden poziom wyżej. Większość związków organicznych jest wybuchowa w ciekłym tlenie. Aluminium nie pokryte warstwą tlenków zapala się w nim po dostarczeniu niewielkich ilości energii – często wystarcza energia związana z deformacją aluminium przy wzroście ciśnienia ciekłego tlenu albo uderzenie płynącego w strumieniu ciekłego tlenu zanieczyszczenia (to dodatkowo może uszkodzić powłokę tlenków). Po zapaleniu się aluminium reakcja jest bardzo gwałtowna. Tytan zachowuje się jeszcze gorzej, podobnie z teflonem. Jakiekolwiek pęknięcie aluminiowej rury z ciekłym tlenem pod dużym ciśnieniem gwarantuje zapłon. Przyczyną eksplozji może być także elektryczność statyczna. O ile reakcje ciekłego tlenu z metalami są znane i na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat procedury i technologie spowodowały że ciekły tlen jest „okiełznany”, o tyle reakcje tegoż z kompozytami są nadal przedmiotem badań. Do tego badania koncentrują się na zachowaniu materiałów w „ciepłym” ciekłym tlenie (takim w którym prężność par jest rzędu 1-2 atm.). Super-schłodzony ciekły tlen stwarza wiele dodatkowych, nie do końca zrozumianych problemów. Np. skrapla on tlen z powietrza a azot staje się ciałem stałym. Ciśnienie par nad super-schłodzonym ciekłym tlenem jest tak niewielkie że można z dużą dokładnością uznać je za próżnię. Dlatego zanim rozpocznie się wlewanie ciekłego tlenu do zbiornika rakiety, musi on zostać najpierw schłodzony gazowym azotem a następnie gazowym helem – jakiekolwiek pozostałości gazowego azotu zamienią się w azotowy lód. Dodatkowo super-schłodzony tlen jest gęsty co powoduje że stwarza większe opory w czasie pompowania. Te opory mogą powodować naprężenia w rurach, a jak wiemy naprężenia aluminium są wystarczające do spowodowania jego pożaru w ciekłym tlenie.
Czytelnicy pamiętają może wcześniejsze starty Falcona 9, kiedy to rakieta czekając na start od czasu do czasu „rzygała” ciekłym tlenem – ilość tegoż uciekająca przez zawór odpowietrzający jest olbrzymia. To powoduje że środowisko w okolicach rakiety jest bardzo niebezpieczne i trzeba szczególnie uważać żeby nie było jakiegoś wycieku substancji która się ładnie pali.
Teoria o zewnętrznej eksplozji jest następująca – jakaś nieszczelność czy to systemu tankownia RP-1, czy to systemu hydraulicznego drugiego stopnia (ma on zbiorniki z RP-1 pod dużym ciśnieniem niezbędne do sterowania siłownikami silnika), czy to systemu hydraulicznego strongback’u spowodowała rozpylenie mgły łatwopalnego materiału. Mgła ta wymieszała się z uciekającym przez zawór odpowietrzający ciekłym tlenem. W przypadku takiej wybuchowej mieszanki znalezienie źródła zapłonu nie powinno być trudne, szczególnie w burzowy dzień – ilość energii niezbędna do zapłonu jest tak niewielka że nie ma powodu by zastanawiać się nad jej źródłem. Nastąpiła niewielka eksplozja pomiędzy rakietą a strongbackiem w okolicach wentyla zbiornika z tlenem. Eksplozja taka jest wystarczająca by spowodować zapalenie się aluminium zbiornika ciekłego tlenu a dalej jest to co widzimy – znikający zbiornik powoduje gwałtowne rozlanie się ciekłego tlenu, rozpadnięcie się zbiornika kerozyny, następnie rozpadnięcie się zbiornika ciekłego tlenu pierwszego stopnia a na końcu rozpadnięcie się zbiornika kerozyny. Gwałtowne spalanie się aluminium tłumaczy to jak szybko zamiast stojącej rakiety mamy wodospad paliwa i tlenu. To tylko teoria więc proszę jej nie brać za poważnie.
Teoria o nie znanych właściwościach super-schłodzonego ciekłego tlenu jest taka że jedna z butli COPV miała jakiś błąd produkcyjny, który nie spowodował by problemów w przypadku typowego zakresu temperatur, jednak podczas wielokrotnych cykli pracy (drugi stopień był testowany w McGregor, TX), uszkodzenie się powiększało. I podobnie jak w poprzedniej sytuacji – energia helu uciekającego z dużą prędkością z butli jest wystarczająca by spowodować zapłon aluminium czy włókien węglowych w ciekłym tlenie. Butla COPV a konkretnie jej osłona z włókien węglowych to wspaniały materiał na eksplozję w ciekłym tlenie, oczywiście aluminiowe wnętrze jest równie palne.
Teoria o błędzie obsługi opiera się na opisie jednego z ludzi na NSF – drobne zanieczyszczenie w ciekłym tlenie jest tykającą bombą. SpaceX kupuje tlen od zewnętrznego producenta – wystarczy jeden paproch by coś wyleciało w powietrze. Co ciekawe taki paproch może sobie pływać w ciekłym tlenie przez dłuższy czas i dopiero w czasie pompowania może uderzyć w coś gdzieś, a energia uderzenia będzie wystarczająca do rozpoczęcia reakcji.
Cokolwiek się zdarzyło 1 września, było niezwykle gwałtowne i wydaje się że zupełnie nieoczekiwane. Elon Musk tweetował że mają kilkadziesiąt ms. danych telemetrycznych. Porównując to z filmem od USLaunch report można założyć że anomalia zdarzyła się jedną-dwie klatki przed eksplozją. Tyle że na filmie nie widać nic co by na nią wskazywało.
