O que causou a explosão da Apollo 13?
[O que causou a explosão da Apollo 13?]
50 anos atrás, em 11 de Abril de 1970, os astronautas Jim Lovell, John Swigert e Fred Haise decolaram no que seria a terceira missão do Programa Apollo com um pouso lunar.
Mas, no meio do caminho para a Lua, uma explosão em um dos tanques de oxigênio do Módulo de Serviço da nave causou um dano severo em vários sistemas e impediu a continuação da missão.
[Legendas - "No momento, os austronautas continuam tentando isolar o problema. O último relatório diz que a nave está operando com apenas suas baterias. Todos os equipamentos desnecessários estão sendo desligados."]
É provável que você já conheça essa história e o heróico esforço despendido pelos engenheiros da NASA para encontrar as soluções necessárias para trazer os 3 tripulantes para casa.
Mas, o que exatamente causou a explosão?
E o que foi feito para que isso não acontecesse de novo?
Vamos falar sobre isso!
Antes de entender o que aconteceu de errado na Apollo 13, é preciso entender como as missões do Programa foram planejadas.
As missões Apollo dependiam de múltiplos sistemas trabalhando em conjunto (de forma harmoniosa) para chegar na Lua.
Depois do primeiro e segundo estágio do Saturn V fazerem seu trabalho, o terceiro estágio, chamado de S-IVB (S-4B) dava o empurrão final para a entrada na órbita da terrestre.
A tripulação e as equipes em solo começavam uma série de checagens de sistemas e se tudo estivesse certo, a nave era alinhada corretamente e o motor J-2 do terceiro estágio era novamente iniciado.
Essa manobra é conhecida como 'Injeção Translunar' e colocava a nave na chamada “Trajetória de Retorno Livre”, que garantia o retorno para a Terra sem que os astronautas precisassem fazer nada.
Depois disso, o Módulo de Comando e o Módulo de Serviço se soltavam juntos, viravam e docavam com o Módulo Lunar.
O conjunto de 3 sistemas principais estava então pronto para a chegada na Lua.
Mas essa trajetória não era mantida durante todo o caminho.
Na Apollo 13, cerca de 30 horas depois do lançamento, uma manobra de correção colocou a nave em uma trajetória com uma maior aproximação da superfície da Lua.
Em contrapartida, caso um abortamento da missão fosse necessário, uma outra manobra precisaria acontecer para colocar eles de volta na trajetória segura.
E foi exatamente isso que aconteceu.
A explosão ocorreu 56 horas após o lançamento.
O Módulo de Serviço contava com um motor movido a Aerozine 50 e Tetróxido de Nitrogênio.
O formato de cilindro do módulo era dividido em 6 setores.
Os setores 2, 3, 5 e 6 armazenavam os tanques de propelentes e subsistemas do motor, (que ficava no centro).
E o setor 4 armazenava 3 células de combustível, 2 tanques com cerca de 145 kg de oxigênio cada e 2 tanques com cerca de 13kg de hidrogênio cada.
Essas 3 células de combustível geravam energia elétrica para as atividades da nave ao combinar hidrogênio e oxigênio.
E como subproduto desse processo, água potável, que podia ser bebida pelos tripulantes.
Os tanques de oxigênio, que foram o ponto central do acidente, eram fabricados por uma empresa chamada Beech Aircraft Corporation e alimentavam tanto as células de combustível quanto os sistemas de suporte à vida.
Eles eram compostos de duas camadas, uma interna e uma externa, com materiais de isolamento térmico no meio e um espaço de vácuo que reduzia a transferência de calor.
O armazenamento de líquidos criogênicos em microgravidade pode ser bastante problemático.
Sem gravidade não há convecção e as bolhas de gás da evaporação de líquidos criogênicos como o oxigênio ficam circulando livremente no tanque.
Para resolver esse problema os tanques mantinham o oxigênio em um estado supercrítico, no qual não há distinção entre as fases líquida e gasosa.
Assim ele fica mais homogêneo e o fluxo da substância mais previsível.
A pressão de operação normal dos tanques variava entre 865 e 935 PSI e a temperatura variava entre -200º C e cerca de 25ºC.
A sua pressão de ruptura, a pressão máxima que o tanque podia aguentar, era de 2200 psi.
Mas, para evitar problemas com explosões ele também contava com uma válvula de alívio de pressão, que liberava oxigênio para o espaço quando a pressão chegasse a 1.000 PSI.
Para conseguir medir a quantidade de oxigênio dentro dos tanques, um equipamento cilíndrico chamado fazia uma medição eletricamente ao ler a capacitância do fluido lá dentro.
E à medida que o oxigênio era usado durante a missão, a pressão dentro dos tanques caía.
E para manter ela no padrão normal de operação, um outro elemento cilíndrico era responsável por aquecer o oxigênio periodicamente.
Por conta da microgravidade e consequente falta de convecção, o oxigênio aquecido não ia se misturar tão facilmente dentro do tanque e isso impactaria na leitura de quantidade.
Para resolver este outro problema, 2 pequenos motores que giravam a 1800 RPM garantiam uma mistura mais homogênea.
Todos esses elementos elétricos dentro do tanque eram conectados por fios condutores isolados com teflon, que não é inflamável sob condições normais.
Como o comitê de investigação do acidente descobriu posteriormente, os problemas com o tanque número 2 começaram bem antes do voo propriamente dito.
Os 2 tanques de oxigênio ficavam numa espécie de prateleira dentro do compartimento do módulo de serviço.
E essa prateleira foi originalmente instalada no módulo de serviço da Apollo 10, o SM-106.
Mas, algumas modificações eram necessárias para resolver um outro problema não-relacionado e ela foi retirada do SM-106 para ser instalada em uma outra nave no futuro, no caso, o SM-109 da Apollo 13.
Durante a remoção da prateleira, um último parafuso não foi removido e o equipamento responsável por carregá-la colocou força demais na prateleira e acabou quebrando.
Não se sabe ao certo se isso realmente aconteceu, mas o comitê de investigação chegou à conclusão de que possivelmente o tanque número 2 bateu na parte de baixo da prateleira de cima, danificando uma das linhas de oxigênio.
Esse incidente não passou em branco.
Ele foi registrado devidamente e várias análises e testes foram feitos.
Mas nada de anormal foi encontrado.
As modificações na prateleira foram executadas e tudo foi instalado corretamente no módulo de serviço da Apollo 13.
Então, em junho de 1969, o módulo de serviço foi enviado para o Kennedy Space Center, onde seria novamente testado.
Nesse teste, chamado de “teste de demonstração da contagem regressiva”, em Março de 1970, os tanques foram completamente cheios de oxigênio.
Em um determinado momento eles precisavam ser esvaziados para cerca de 50% da capacidade.
O tanque número 1 se comportou normalmente, mas o tanque número 2 só esvaziou até cerca de 90% da capacidade.
Esse procedimento de esvaziamento era feito bombeando oxigênio gasoso pela linha de escape do tanque, forçando o oxigênio líquido para fora pela linha de abastecimento.
Os engenheiros acreditavam que o problema aconteceu por conta de um vazamento entre as linhas de abastecimento e o medidor de quantidade, que deixava o oxigênio gasoso sendo forçado para dentro do tanque escapar diretamente pela linha, removendo praticamente nada do oxigênio líquido, que ficava preso na parte de baixo do tanque.
Então pra conseguir tirar o oxigênio de lá, os engenheiros ligaram os aquecedores, transformando o oxigênio em gás e ventilando ele pela linha de abastecimento.
E é aqui que o maior problemas aconteceu.
Os aquecedores elétricos tinham 2 interruptores termostáticos que desligavam o aquecimento quando chegavam a uma temperatura de cerca de 25º C.
Durante esse procedimento, eles foram ligados em uma fonte de 65V.
Durante o voo, eles precisariam lidar com só 28V fornecidos pela nave.
Essa voltagem extra os danificou e impediu que os aquecedores fossem desligados e durante as 8 horas de teste eles ficaram aquecendo, fazendo a temperatura dentro do tanque chegar a mais de 500º C.
Isso provavelmente causou danos significativos no isolamento de teflon dos fios dentro do tanque, deixando-os expostos.
Os engenheiros não sabiam disso durante os testes e o tanque número 2 estava realizando bem o seu trabalho apesar dos problemas encontrados. O fluxo de oxigênio estava normal e ele continha a pressão.
Os problemas de retirada de oxigênio no solo não aconteceriam em voo, então a decisão de continuar com a missão foi normalmente feita.
55 horas e 53 minutos depois do lançamento, o centro de controle da missão pediu para que os tripulantes ligassem os ventiladores no tanque.
[Legendas - "13, precisamos de outra coisa de vocês, quando puderem. Gostaríamos que mexessem os tanques criogênicos. Ok! Aguarde!"]
Eles já haviam sido ligados outras duas vezes durante o voo, mas dessa vez uma faísca poderosa o suficiente se formou entre os fios danificados, iniciando um incêndio no teflon dentro do tanque.
A reação entre o teflon com o oxigênio gerou gases e aumentou a temperatura e a pressão gradualmente, ao longo de cerca de 69 segundos.
O comitê de investigação chegou à conclusão de que provavelmente o incêndio foi suficiente para ir caminhando no isolamento do fio e chegar ao domo superior do tanque, onde os fios entravam.
O pico de pressão gravado pela telemetria foi de 1008 PSI, quando a válvula de alívio de pressão se abriu.
Mas ela não foi suficiente.
Nesse ponto a integridade do tanque foi comprometida e ele se rompeu, expulsando a porta do compartimento do módulo e danificando algo associado ao tanque número 1, que começou a perder pressão de forma um pouco mais lenta, (ao longo de 130 minutos).
A perda de oxigênio resultante impediu o funcionamento das células de combustível, deixando o Módulo de Comando com apenas as baterias normalmente utilizadas (durante as) nas partes finais da reentrada.
O Módulo Lunar serviu então como bote salva vidas, já que era o único com eletricidade e oxigênio suficiente para manter os 3 astronautas à salvo.
Teflon não é uma material considerado inflamável.
Mas sob uma pressão tão alta e em meio a oxigênio em estado supercrítico, até mesmo o alumínio presente no tanque podia entrar em combustão.
Mas, os testes feitos após o acidente indicam que o gradual aumento de pressão indicado na telemetria era condizente com a taxa de queima do teflon nestas circunstâncias.
Depois a que a investigação foi concluída, os tanques de oxigênio foram modificados para que o Programa Apollo pudesse voltar aos trilhos.
Os dois ventiladores foram retirados e o material do leitor de quantidade de oxigênio foi mudado de alumínio para aço inoxidável.
Três aquecedores independentes foram adicionados e os fios internos agora ficavam dentro de um conduíte de aço inoxidável ao invés de teflon.
Um terceiro tanque de oxigênio foi adicionado no setor 1, ou seja, do lado oposto do módulo de serviço.
Se algo acontecesse em um dos tanques, os sistemas opostos não seriam afetados como aconteceu na Apollo 13.
Uma bateria extra de emergência foi adicionada ao módulo de serviço e uma provisão de emergência de água foi adicionada no Módulo de Comando.
Muitas decisões para trazer os astronautas de volta para casa precisaram ser tomadas.
E o filme de 1995 faz um bom trabalho em mostrar algumas dessas coisas e você com certeza deveria assistir.
Ele tá disponível na locadora vermelha se não me engano.
Todas as informações contidas neste vídeo foram retiradas do relatório do Comitê de Investigação da Apollo 13.
[... clique no link na descrição para mais informações ...]
Eu posso abordar alguns outros pontos da Apollo 13 em outros vídeos no futuro, como a gambiarra feita com os filtros de CO2 no Módulo Lunar.
Mas, por enquanto é só.
É isso e até a próxima!"
