Mezinárodní vesmírná stanice má problém a ne zrovna malý. Týká se totiž chladícího systému, který odvádí odpadní teplo z útrob stanice do velkých radiátorů, kde se teplo vyzáří pryč. Selhání jednoho okruhu patří do skupiny závad označovaných jako „Big-14“ (Velká čtrnáctka). Tedy do skupiny nejkritičtějších poruch, které vyžadují okamžité a neprodlené odstranění. Pokud by selhal i druhý, nyní přetěžovaný okruh, hrozila by americké části stanice evakuace.

O co přesně jde? Mezinárodní vesmírná stanice má 14 životně důležitých systémů, přičemž všechny jsou zálohovány, aby v případě problémů bylo možné v případě potřeby aktivovat záložní systém a ten hlavní v klidu opravit. Ovšem zrovna chladící systém by se redundantně dělal jen těžko. Proto bylo už od začátku rozhodnuto, že americký chladící systém bude obsahovat dva okruhy (A a B), které budou pracovat neustále.

Šipka ukazuje na místo, kde je uložená amoniaková pumpa chladícího okruhu A.
Zdroj: http://spaceflightnow.com/

Pumpa v každém okruhu se stará o cirkulaci kapalného čpavku, který odebírá teplo z interiéru a odevzdává jej v radiátorech. Teplota chladícího média se za normálního stavu pohybuje někde kolem tří stupňů. O to, aby měl čpavek správnou teplotu se stará ventil FCV (Flow Control Valve). Jeho úkolem je mísit podchlazený čpavek z radiátorů s teplejším zbytkem. Nyní se ale ventil na okruhu A nedaří uzavřít. Vlivem toho může podchlazený čpavek cirkulovat chladícím okruhem, takže ve výsledku klesá teplota média až pod -30°C! To s sebou nese samozřejmě řadu rizik – od poškození materiálů, které na takovou teplotu nejsou stavěné až po vznik nebezpečné námrazy.

Řídící týmy reagovaly okamžitým přepojením všech úkolů na okruh B. Chladící systém má naštěstí několik propojek, které umožňují v případě potřeby oba okruhy spojit. Tím ovšem dochází k přetěžování okruhu B a zvyšuje se riziko jeho selhání. Aby k tomu nedošlo, musela mu posádka alespoň částečně odlehčit. vypnuly se všechny systémy, které nejsou životně důležité. Aktuální hodnoty týkající se chladícího systému můžete živě sledovat na této adrese.

Stav chladícího systému v 15:47 SEČ 13.12.2013. U okruhu A je jasně vidět výrazné podchlazení oproti normálu.
Zdroj: http://spacestationlive.nasa.gov/

Řídící týmy zatím řeší, jak se s nečekanou situací vypořádat. jejich snahy se prozatím soustředily na dálkovou opravu. Jinými slovy – sérií příkazů se snaží ventilu domluvit aby přestal trucovat. Existuje samozřejmě možnost vystoupit do otevřeného kosmu a celý blok i s ventilem vyměnit (samotný ventil se vyměnit nedá – stejně jako když vám v počítači odejde jedna elektronka, tak taky vyměníte celý disk).

Do opravy vně stanice se ale NASA příliš nechce. Důvod je prostý – stále se nepodařilo zjistit, co způsobilo, že se v srpnu letošního roku helma skafandru Lucy Parmitana změnila v akvárium. Podezřelá část sice letěla na zemi už na palubě lodi Sojuz TMA-09M, ale konkrétní poznatky zatím k dispozici nejsou. Existuje i možnost, že se Parmitanův skafandr EMU 3011 bude muset vrátit na zemi (zřejmě na palubě lodi Dragon), ale tento plán zatím není schválený. Co ale naopak vypadá nadějně je, že na nejbližším Dragou by měl letět nový skafandr EMU 3003 a dolů by se vrátil vadný EMU 3015. No jo, ale co je to platné, když Dragon poletí nejdříve na konci února.

V helmě Parmitanova skafandru se i při opakované zkoušce objevila voda.
Zdroj: http://www.spacesafetymagazine.com/

Posádka by tedy musela nastoupit do jediných dvou (snad) bezpečných skafandrů – EMU 3010 a EMU 3005. Jenže toho se NASA bojí – pokud není jasné, co způsobilo Parmitanův problém, bylo by velmi riskantní posílat do otevřeného kosmu další lidi když se problém může opakovat. V extrémním případě by snad bylo možné absolvovat výstup v ruských skafandrech Orlan, nicméně se jedná o skutečně nejkrajnější variantu. Řídící týmy jsou tedy v nezáviděníhodné situaci. Doufejme tedy, že „změna pracovního režimu“, jak aktuální operaci popisuje řídící středisko, přinese ovoce a výstup do volného kosmu nebude potřeba.

O dalším vývoji situace se dočtete jak na našem fóru, tak i na blogu Tomáše Přibyla. ISS už jednou problémy se závadou amerického chladícího okruhu řešila. Jak to tehdy v horkém létě roku 2010 probíhalo, Vám přiblíží právě Tomáš Přibyl.

Chladící okruhy patří na Mezinárodní kosmické stanici je kritickým systémům. Přesvědčit se o tom mohla 24. základní posádka o prázdninách roku 2010. Co se tehdy stalo, jak byl problém řešený a co z toho plyne pro současnou situaci?

Chladič na ISS
ISS se skládá ze dvou nezávislých (byť v mnoha ohledech propojených) segmentů: ruského a amerického. Naši pozornost dnes upneme k oné americké části, která má dva nezávislé chladicí systémy EATCS (External Active Thermal Control System). Ty jsou označované A a B, přičemž jako jeden z mála kritických komponent stanice nemají zálohu. Vytvořit ji by totiž bylo technicky nesmírně náročné.

Detail amoniakové pumpy
Zdroj: http://www.spaceflight101.com/

Proto je na ISS dostatek náhradních dílů k tomu, aby bylo možné opravu chladicího systému v případě nutnosti provést. Což se ukázalo jako prozíravé, protože poslední červencový den 2010 roku vypadalo čerpadlo PM (Pump Module) zajišťující cirkulaci amoniaku coby chladícího média v okruhu A. Náhradních čerpadel je přitom dostatek: na ISS bychom našli hned čtyři (jsou součástí většího bloku ORU, Orbital Replacement Unit, který se v případě potřeby umístí do chladicího systému podobně jako dílek stavebnice; jednotka ORU má přitom hmotnost 350 kg a rozměr 175 krát 127 krát 91 cm).

Případné selhání jednoho ze dvou chladících okruhů je přitom hodnoceno jako vysoce kritická závada. Pro plný provoz amerického segmentu stanice je totiž nutná bezporuchová činnost obou okruhů: jeden sám o sobě „neutáhne“ chlazení všech přístrojů. ISS totiž nemá žádný záložní chladicí systém: kdyby došlo k výpadku obou okruhů, americký segment by zůstal naprosto bez chlazení. Pokud si odmyslíme tímto způsobené možné škody na vybavení, pak především by do pěti dnů musela trojice astronautů (tedy polovina posádky) nouzově opustit stanici. Ruský segment totiž může dlouhodobě pojmout jen tříčlennou posádku.

Jen na padesát procent
V sobotu 31. července 2010 se na palubě ISS rozezněl přesně ve 23:49 světového času alarm. Kontrolní mechanismy totiž detekovaly, že v modulech Destiny, Harmony a Kibo dochází k přehřívání některých systémů.

Tracy Caldwell-Dyson přemísťuje vzorky z palubní chladničky MELFI.
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Šestičlenná posádka byla okamžitě na nohou (pokud lze stav bdělosti ve stavu beztíže takto popsat). Ukázalo se, že vypadl jistič v pojistkové skříni, který chrání čerpadlo amoniaku v chladícím okruhu A. Protože je jistič dálkově ovládaný, pokusilo se jej řídící středisko znovu nahodit – ale okamžitě vypadl znovu.

Astronauti tak dostali za úkol zabránit poškození citlivé elektroniky vinou přehřátí, proto postupně vypnuli méně kritické systémy ISS. Např. dva ze čtyř stabilizačních gyroskopů, jednu ze dvou komunikačních linek, část ventilátorů a především experimenty. Pět členů posádky se následně uložilo na kutě (řídící středisko je druhý den nechalo za odměnu spát o hodinu déle), vzhůru zůstala jen astronautka Tracy Caldwell-Dysonová, která soustředila vzorky ze dvou chladniček do jedné (aby druhou bylo možné vypnout).

Protože výpadek chladícího okruhu vážně narušuje provoz amerického segmentu ISS (a protože se díky jedinému funkčnímu chladícímu okruhu ocitá stanice de facto bez jakékoliv zálohy), začali technici ihned pracovat na identifikaci a odstranění závady. Vyloučili mechanický problém a po dálkové diagnostice stanovilo jako nejpravděpodobnější příčinu problému elektrický zkrat přímo v čerpadle či jeho ovládací elektronice. V takovém případě je jediný možný postup: nechat všeho být a nefunkční čerpadlo co nejrychleji vyměnit.

Pro úplnost dodáváme, že selhavší čerpadlo mělo hodnotu MTBF (Mean Time Between Failures, střední doby mezi selháními) stanovenu na 100 tisíc hodin provozu – a že v době výpadku se jí blížilo (80 tisíc hodin).

Infografika s vyznačením chladících okruhů na stanici.
Zdroj: http://www.collectspace.com/

Oprava na třikrát
Při vší smůle musíme konstatovat, že načasování si závada vybrala perfektní. K ISS se počátkem srpna 2010 nechystala žádná zásobovací loď ani nebyla v plánu výměna posádek – a navíc se dvojice astronautů (Douglas Wheelock a Tracy Caldwell-Dysonová) již několik týdnů intenzivně připravovala na výstup do otevřeného prostoru. Ten byl plánovaný na 5. srpna. Díky závadě na chladicím okruhu A se tak „jen“ změnila náplň kosmické vycházky. Navíc bylo jasné, že se operaci nepodaří realizovat v průběhu jednoho výstupu, ale že budou potřeba nejméně dva.

Tracy Caldwell-Dyson a Douglas Wheelock během výstupu do otevřeného kosmu.
Zdroj: http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/

Aby astronauti získali dostatek času na přípravu (oba sice výměnu čerpadla rutinně rok před letem trénovali, ale bylo to jen v rámci obecného výcviku, protože s něčím podobným se v rozpisu letu nepočítalo), byl výstup odložený až na 7. srpna. V jeho rámci mělo dojít k odpojení nefunkčního čerpadla a jeho odstranění tak, aby vzniklo místo pro čerpadlo náhradní (na stanici bylo dopraveno v červenci 2006 při misi STS-121). Operace se ale protahovala a nakonec se ještě vyskytl problém s tlakovou hadicí, kterou nešlo uvolnit. Když se to podařilo, začaly z ní unikat vločky amoniaku. Protože se jedná o toxickou látku, mohlo by skrze potřísnění skafandrů dojít k zamoření vnitřních prostor stanice.

Operace proto byla přerušena, astronauti se věnovali preventivní dekontaminaci skafandrů a vrátili se do ISS. Přesto se jejich výstup – byť neúplný a ne zcela úspěšný – stal do té doby nejdelší kosmickou vycházkou realizovanou z ISS. Trval rekordních 8 hodin a 3 minuty. (Poznámka: astronauti druhé základní posádky stanice James Voss a Susan Helmsová uskutečnili v březnu 2001 výstup v délce trvání 8 h a 56 m, ale vystupovali do volného prostoru z paluby raketoplánu Discovery. Na ISS tehdy ještě nebyla přechodová komora.) Každopádně bylo jasné, že dvě vycházky na opravu stačit nebudou a že bude nutné přidat třetí (v jednu chvíli se hovořilo dokonce i o čtvrté, která ale nakonec nebyla nutná).

Druhý opravářský výstup přišel na řadu 11. srpna 2010. Protože byla vypracována nová metodika výměny a protože byl ještě výrazněji snížen pracovní tlak v okruhu, demontáž čerpadla se tentokráte podařila. Wheelock a Caldwell-Dysonová ještě stihli připravit náhradní čerpadlo a po 7 h 26 m se vrátili na ISS.

Třetí výstup (16. srpna) trval 7 h 20 m, přičemž během něj byly dokončené veškeré práce: podařilo se přemístit a úspěšně zapojit náhradní čerpadlo. Posádka stanice následně zahájila přípravu na obnovení plného provozu. To se podařilo o tři dny později a od 19. srpna 2010 byla ISS opět ve stoprocentní kondici.

Zdroje informací:
http://www.kosmonaut.cz/
http://forum.kosmonautix.cz/
http://spaceflightnow.com/
http://spaceflightnow.com/
http://forum.nasaspaceflight.com/
http://www.nasaspaceflight.com/
http://www.kosmo.cz/
http://spacestationlive.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://rack.2.mshcdn.com/…IwplCWpwZw/9a4237dd/f08/ISS.jpg
http://spaceflightnow.com/station/exp38/131212coolant/pump_400272.jpg
http://spacestationlive.nasa.gov/displays/spartanDisplay2.html
http://www.spacesafetymagazine.com/…/uploads/2013/08/recreated-EMU-3011-leak.jpg
http://www.spaceflight101.com/uploads/6/4/0/6/6406961/3538224_orig.jpg
http://www.nasa.gov/images/content/478604main_iss024e012554_hi.jpg
http://www.collectspace.com/images/news-121113b-lg.jpg
http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/wp-content/uploads/2010/08/EVA-pump.jpg