Astrobotics Griffin-Mondlander zielt nach dem Peregrine-Misserfolg auf Erfolg

Der Mondlander Peregrine von Astrobotic konnte aufgrund eines Fehlers an einem einzigen Ventil den Mond nicht erreichen. Dies führte zu Arbeiten an der Neugestaltung des Ventils und des gesamten Antriebssystems des größeren Griffin-Landers.

Astrobotic veröffentlichte am 27. August einen Bericht eines Fehleruntersuchungsausschusses, der den Flug der Peregrine Mission One im Januar untersuchte. Diese Mission erlitt Stunden nach dem Start ein Treibstoffleck, das den Flugkörper daran hinderte, eine Mondlandung zu versuchen. Stattdessen flog der Raumflugkörper 10 Tage lang durch den cislunaren Raum, bevor er über dem südlichen Pazifik wieder eintrat.

Die Untersuchung ergab, dass das Leck höchstwahrscheinlich durch eine Fehlfunktion eines Druckregelventils (PCV) verursacht wurde, das einen unkontrollierten Fluss von Helium-Druckmittel in den Oxidator-Tank des Raumfahrzeugs ermöglichte und diesen zum Bersten brachte. Das Ventil, bezeichnet als PCV2, hatte bei Vorstarttests normal funktioniert, versagte aber nach dem Start.

Das Ventil verlor seine Dichtungsfähigkeit aufgrund von „vibrationsinduzierter Entspannung“ in den Gewindeteilen, die zu einem mechanischen Versagen des Ventils führten, sagte John Horack, der Professor der Ohio State University, der den Untersuchungsausschuss leitete, bei einer Präsentation über den Bericht.

„Wenn man es ausreichend schüttelt, kann man einige Veränderungen in der mechanischen Konfiguration erhalten, die die Ventilversiegelung verhindern. Es ist so ziemlich nichts anders als wenn Ihre Spüle anfängt zu tropfen“, sagte er.

Im Rahmen der Untersuchung nahmen Ingenieure ein Ersatz-PCV und setzten es Schock- und Vibrationsumgebungen aus, wie sie das Ventil im Raumfahrzeug erlebte. „Wir haben dann Helium darauf gegeben und nach einer moderaten, kleinen Anzahl von Zyklen hat das Ventil geleckt. Man konnte es aus etwa 1,2 Metern Entfernung lecken hören“, sagte er. Der Bericht stellte fest, dass die Leckraten in diesen Tests denen ähnelten, die im Raumfahrzeug beobachtet wurden.

Das Ventilleck folgte auf mehrere Wendungen bei der Entwicklung des Antriebssystems von Peregrine. Astrobotic entschied sich zunächst im Jahr 2019, die Entwicklung des Antriebs-Zuführungssystems an einen Zulieferer auszulagern, aber dieses Unternehmen stieß nach der Pandemie auf Lieferkettenprobleme, die Astrobotic dazu veranlassten, diese Arbeit Anfang 2022 intern zu übernehmen.

Astrobotic hatte dann Probleme mit den ursprünglichen PCVs an diesem System und beschloss im August 2022, den Lieferanten zu wechseln. Während das Oxidatorventil PCV2 von diesem neuen Lieferanten die Abnahmeprüfungen bestand, erlebte ein ähnliches Ventil an einer Leitung zur Druckbeaufschlagung des Treibstofftanks, PCV1, Lecks. Astrobotic reparierte PCV1 und stellte fest, dass es normal funktionierte. Das Unternehmen unterzog das Raumfahrzeug dann einer Reihe von Umweltprüfungen, darunter Vibrationen und Akustik.

„Wir haben PCV2 nach diesen Vorstarttests immer noch als Risiko betrachtet“, sagte Sharad Bhaskaran, Direktor der Peregrine Mission One bei Astrobotic, aufgrund der Reparaturen an PCV1. Das Unternehmen entschied sich, keine vorbeugenden Reparaturen an PCV2 durchzuführen, da dieses Ventil nicht leckte und auch, weil sein Standort im Raumfahrzeug viel schwieriger zu erreichen war.

„Um es zu erreichen, um Reparaturen durchzuführen oder es zu ersetzen, wäre eine umfangreiche Operation am Raumfahrzeug erforderlich gewesen“, sagte er, und dabei würden die gerade abgeschlossenen Umweltprüfungen ungültig. „Das, zusammen mit dem Risiko, einen Schaden anzurichten, wenn wir das Raumfahrzeug demontiert und wieder zusammengebaut hätten, führte uns zu der Schlussfolgerung, dass es am besten war, mit der nächsten Phase des Programms fortzufahren und PCV2 nicht zu ersetzen.“

Horack sagte, dass der Untersuchungsausschuss das Unternehmen für diese Entscheidung nicht verantwortlich machte. „Ich kann keine Entscheidungen sehen, die im Ablauf bis zum Start getroffen wurden, bei denen ich gesagt hätte: ‚Hey, ich denke, ihr hättet das anders machen sollen‘“, sagte er. „Diese Entscheidungen waren ziemlich vernünftig. Ich denke, die Entscheidungsfindung des Teams war sehr gut.“

Astrobotic integriert technische und andere Änderungen von Peregrine in seinen größeren Griffin-Mondlander, der bis Ende 2025 starten soll. Steve Clarke, Vizepräsident für Lander und Raumfahrzeuge bei Astrobotic, sagte, dass das Unternehmen mit dem Ventillieferanten, den das Unternehmen nicht nennen wollte, zusammenarbeitet, um das Ventil neu zu gestalten.

Das Antriebssystem von Griffin wird auch einen Regler zur Steuerung des Heliumflusses haben, der zur Druckbeaufschlagung des Tanks verwendet wird, sowie Backup-Sperrventile, falls die neu gestalteten PCVs eine Fehlfunktion aufweisen. „Wenn wir den gleichen Ausfallmechanismus an den Druckregelventilen beobachten würden, wäre das Sperrventil auch eine Möglichkeit, den Fluss in die Oxidator- und Treibstofftanks zu steuern“, sagte er.

Astrobotic integriert auch andere Korrektur- und Präventionsmaßnahmen, die sich aus der Peregrine-Mission ergaben. Peregrine erlitt 24 Anomalien im Flug über das Ventilproblem hinaus, von denen acht als „missionskritisch“ eingestuft wurden, aber behoben wurden. Bhaskaran sagte, dass diese Probleme Probleme mit der Flugsoftware und den Systemen für Führung, Navigation und Steuerung sowie ein Problem mit dem Deep Space Network der NASA umfassten, das zur Kommunikation mit Peregrine verwendet wurde.

„Diese wurden in Echtzeit vom Flugkontrollteam gelöst“, sagte er. „All diese Lehren aus diesen wurden auch in GM1 integriert.“ GM1 ist die Bezeichnung des Unternehmens für Griffin Mission One.

Diese Mission sollte den Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) der NASA in die südpolare Region des Mondes bringen, aber die NASA gab im Juli bekannt, dass sie VIPER aufgrund von Kosten- und Zeitplanüberschreitungen absagte, obwohl der Rover zusammengebaut ist und sich in Umweltprüfungen befindet. Die NASA behält den Auftrag für den Commercial Lunar Payload Services (CLPS) bei, den sie Astrobotic für diese Mission erteilt hat, mit dem Plan, VIPER durch andere Nutzlasten oder Ballast zu ersetzen.

John Thornton, Chief Executive von Astrobotic, sagte in der Telefonkonferenz, dass es einige kleinere Nutzlasten auf GM1 gibt, die noch fliegen, darunter ein kleiner CubeRover, den das Unternehmen selbst entwickelt hat, sowie von der NASA, der ESA und einem nicht genannten Kunden.

„Wir haben Dutzende von Gesprächen mit Leuten geführt, die mit Griffin fliegen wollen. Einige davon sind weiter fortgeschritten als andere“, sagte er. „Jetzt, da wir die zusätzliche Nutzlastkapazität haben, führen wir Gespräche mit mehreren Parteien.“

Er und andere Führungskräfte des Unternehmens sagten, dass sie optimistisch in Bezug auf die Aussichten für eine erfolgreiche Landung von Griffin seien, trotz des Scheiterns von Peregrine, überhaupt eine Landung zu versuchen. Die Mission von Peregrine ermöglichte es dem Unternehmen, Flugerfahrungen mit vielen Subsystemen zu sammeln, die bei Griffin verwendet werden. Die Mission gab dem Personal des Unternehmens auch Erfahrung im Betrieb eines Raumfahrzeugs und im Umgang mit Anomalien.

Thornton fügte hinzu, dass der Ansatz des CLPS-Programms, mit neuen Landerunternehmen zu Preisen zusammenzuarbeiten, die weit unter denen traditioneller staatlicher Missionen liegen, eine größere Risikobereitschaft erforderte. „Wir versuchen, eine Mission zu einem Preispunkt durchzuführen, der noch nie möglich war, und als solches haben wir Entscheidungen darüber getroffen, wo wir den Fokus setzen und wie schnell wir zum Start kommen können“, sagte er.

„Ich denke, wir sind mit Peregrine wirklich, wirklich nah dran gekommen“, sagte er. „Ich bin sehr zuversichtlich, dass Griffin das richtige Gleichgewicht finden wird und wir diese Landung schaffen werden.“