Storia di un incidente

Questo post è la storia di un serbatoio. La storia di un serbatoio di ossigeno che ha quasi provocato un incidente mortale durante il volo di Apollo 13. Una serie di eventi la cui conclusione (e l’inizio dell’odissea per i tre astronauti a bordo) si è verificata alle 10:08:20 PM del 13 Aprile EST, ora della costa est (55:55:20 GET, Ground Elapsed Time), a 322.000 Km dalla Terra.

I serbatoi per elementi criogenici, come l’ossigeno e l’idrogeno liquidi, devono essere costruiti in modo da garantire un ottimo isolamento termico o permettere il loro svuotamento tramite sfiati oppure entrambe le cose, in modo da evitare l’eccessiva crescita della pressione al suo interno a causa del passaggio allo stato gassoso del contenuto. I serbatoi del SM erano così ben isolati che avrebbero potuto contenere per anni idrogeno e ossigeno in condizioni cosiddette supercritiche. Ognuno dei serbatoi dell’ossigeno poteva contenerne diverse centinaia di pounds, utilizzato per respirare e per la produzione di elettricità ed acqua (tramite le celle a combustibile). Una piccola nota: la modalità di costruzione di questi serbatoi non consentiva di effettuare ispezioni all’interno dello stesso una volta completata la costruzione.

Nel Giugno 1970 il Cortright Report fornì un’accurata analisi della missione; il Report era composto di 5 capitoli e 8 appendici. Quelle che seguono sono le principali conclusioni.

Lo schema di un serbatoio dell’ossigeno

Diversi componenti del serbatoio furono implicati nell’incidente:

  • un sensore di quantità
  • un ventilatore per mescolare il contenuto del serbatoio (per garantire una migliore lettura della quantità)
  • un riscaldatore per vaporizzare l’ossigeno liquido a richiesta
  • un termostato per proteggere il riscaldatore
  • un sensore di temperatura
  • valvole e tubature per il riempimento e lo svuotamento

Il riscaldatore e il termostato posto a protezione di esso furono inizialmente progettati per lavorare con la i 28 Volt in corrente continua (DC) del CM. Questa specifica venne in seguito modificata per permettere l’utilizzo dei 65 V dei sistemi a terra e garantire una pressurizzazione più rapida. La Beechcraft, ditta subappaltatrice per i serbatoi, non effettuò le necessarie modifiche al termostato per reggere l’incremento del voltaggio. Il sensore di temperatura inoltre aveva un limite superiore di lettura pari a 100 °F (38 °C). Questo non era di solito un problema poiché il termostato scattava ad 80 °F (27 °C).

La struttura con il serbatoio incriminato (nr di serie 10024X-TA0009) venne in un primo momento installato su Apollo 10 ma, a causa di un problema di interferenza elettromagnetica riscontrato sulla capsula, venne rimosso; durante la rimozione la struttura cadde da una altezza di 5 cm da terra a causa di un bullone non rimosso. Il serbatoio appariva intatto, solo una delle tubature risultava leggermente ammaccata e alcune foto mostrano come la parte superiore del serbatoio avesse probabilmente urtato la struttura di supporto.

La Sezione 4 del SM

Il serbatoio venne sistemato, verificato in fabbrica, installato nel SM di Apollo 13 e ritestato durante il Countdown Demonstration Test (CDT) al Kennedy Space Center, a partire dal 16 Marzo 1970. Dopo che il serbatoio venne riempito, non fu più possibile svuotarlo attraverso le normali tubature di svuotamento (rimase pieno al 92%). Ossigeno gassoso alla pressione di 80 psi venne pompato attraverso le tubature di sfiato per espellere l’ossigeno liquido, ma senza ottenere apprezzabili progressi. Per evitare ritardi nella partenza della missione, il riscaldatore venne collegato all’alimentazione di terra a 65 V per far evaporare (boiling) l’ossigeno. Lovell stesso approvò la procedura. In condizioni normali, con il termostato che scattava a 80 °F, la procedura avrebbe richiesto alcuni giorni. Ma il termostato non poteva sopportare tale tensione e si fuse in posizione chiusa. Questo permise alla temperatura del riscaldatore di raggiungere i 1000 °F (540 °C)! Il grafico di controllo indicava chiaramente che il termostato non passava attraverso un regolare ciclo di accensioni / spegnimenti (funzionamento normale) ma nessuno lo notò. Poichè il sensore di temperatura non poteva leggere temperature superiori ai 100 °F (38 °C), il sistema di monitoraggio non registrò la reale temperatura raggiunta. Il gas evaporò in ore anziché in giorni…
L’alta temperatura mantenuta a lungo fuse il rivestimento in Teflon delle linee di alimentazione del ventilatore interno, lasciando i cavi esposti. Quando il serbatoio venne nuovamente riempito di ossigeno liquido, questo divenne una bomba pronta ad esplodere. Durante il volo, venne richiesto a Swigert di procedere con la procedura di ‘rimescolamento’: la corrente per alimentare passò per il filo danneggiato, produsse un corto circuito che incendiò il rivestimento in Teflon. L’ossigeno venne riscaldato e iniziò ad evaporare ad un ritmo tale che i sistemi di sfiato non furono in grado di smaltire, provocando l’aumento della pressione.

Quasi tutti quando parlano dell’incidente, parlano di ‘esplosione del serbatoio’: se così fosse stato si sarebbero verificati danni anche ai sistemi al fuori della Sezione 4 del SM (dove era localizzato il serbatoio stesso). Secondo il Cortright Report la rottura del serbatoio non fu un’esplosione dello stesso. Descrive come esistevano sistemi ridondanti di prevenzione dell’esplosione come valvole di sfiato e dischi di rottura (?). Secondo il rapporto il forte ‘bang’ udito dall’equipaggio fu dovuto alla separazione del pannello del SM (un simile rumore venne infatti udito nelle successive missioni di tipo J, quando uno dei pannelli del SM venne espulso di proposito per esporre la SIM bay). l’Appendice F del rapporto descrive come sia stato riprodotto il guasto e come, nel momento in cui i sistemi di prevenzione come le valvole non furono più sufficienti, fu la condotta principale dell’ossigeno a rompersi. Nessuna esplosione del serbatoio quindi. Come sappiamo anche il vicino secondo serbatoio di ossigeno e le sue tubature vennero danneggiate, con conseguente perdita.

Le modifiche applicate a partire da Apollo 14

Il progetto subì uno stop di qualche mese per permettere di completare il rapporto e per applicare alcune modifiche al CSM:

  • aumentare la distanza tra i serbatoi criogenici
  • rimuovere i ventilatori di rimescolamento
  • rimuovere l’interruttore termostatico dal circuito dei riscaldatori
  • l’aggiunta di un terzo serbatoio di ossigeno in un altra Sezione del SM (Sezione 1)
  • l’aggiunta di una batteria di emergenza (sempre in un ‘altra sezione del SM) da utilizzare in caso di problemi alle celle a combustibile
  • l’aggiunta nel CM di un serbatoio d’acqua supplementare da 20 litri

Un’ultima curiosità riguardo questa sfortunata missione: ci fu un altro problema relativo ad un serbatoio nel corso di Apollo 13! Prima del problema al serbatoio del SM, l’equipaggio aveva anticipato (di tre ore) il primo ingresso nel LM per verificare la lettura della pressione del serbatoio dell’elio supercritico (SHe) nel modulo di discesa del LM, che aveva insospettito i controllori fin dal lancio. Dopo la decisione di abortire la missione, la pressione di questo serbatoio continò a crescere e il Mission Control riuscì persino a determinare il momento in cui sarebbe esploso il disco di rottura, 108:54 GET, dopo aver girato attorno alla Luna. L’esplosione causò l’inversione della rotazione del PTC. Questo fu il solo effetto, ragione per cui questo guasto viene solitamente dimenticato.

Nonostante tutti gli inconveniente, la potenza limitata, la perdita del riscaldamento in cabina, la limitata scorta d’acqua, l’equipaggio ritornò sano e salvo sulla Terra il 17 Aprile 1970.

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