"Челленджер". Дефект конструкции
Гибель "Челленджера" 28 января 1986 года стала самой крупной на тот момент катастрофой в истории пилотируемых космических полетов и нанесла ощутимый удар по репутации США.
Космический челнок стартовал ясным погожим днем. Тысячи людей пришли на мыс, чтобы наблюдать за пуском корабля, сотни камер снимали запуск. Когда "Челленджер" взмыл вверх, никто и не подозревал, что через пару минут произойдет катастрофа, которая поставит под угрозу программу "Спейс шаттл" как таковую.
Первый полет "Челленджера" состоялся 4 апреля 1983 года и к роковому 1986-му аппарат совершил девять успешных полетов без каких-либо нареканий и слыл самым надежным среди себе подобных. Последний полет не задался с самого начала. Более чем на неделю задержала старт плохая погода. В утро запуска метеозонды показали, что все в порядке, за исключением одной проблемы: необычная холодная погода привела к тому, что стартовый стол покрылся слоем льда толщиной в 7,5 сантиметров. Никогда еще челнок не запускался при такой температуре: тем утром было минус 2 градуса, в то время как шаттлы рекомендовалось запускать, как минимум, при плюс 11 градусах. ЦУП на пару часов отложил старт, чтобы дать большей части льда растаять.
Авария произошла на 73-й секунде полета, на высоте 14 километров: одна из частей шаттла оторвалась и пробила топливный бак. "Челленджер" взорвался в небе на глазах изумленных зрителей. Обломки корабля упали в Атлантический Океан. Вся команда, семь человек, погибла. Многие были в ужасе, но большинство не поняли, что случилось. Кое-кто даже начал аплодировать, думая, что таким и должно быть отсоединение ускорителей.
"Мы тогда думали: это же НАСА, у них не может что-то пойти не так", - вспоминала мать учительницы Кристы Маколифф, первого непрофессионального астронавта, находившегося на борту злополучного аппарата.
"Челленджер" начал делать поворот почти сразу, как оторвался от земли. После выхода на нужную траекторию скорость была равна 1600 километров в час. Когда челнок поднялся выше 10 километров, сильный боковой ветер внезапно ударил по нему. В фазе максимального скоростного напора аэродинамические силы достигают своего пика. Если превысить скорость - челнок развалится на куски. ЦУП приказал "Челленджеру" уменьшить мощность двигателей. На 66 секунде "Челленджер" вошел в разреженные верхние слои атмосферы …. В этот момент он на глазах собравшихся и на экранах мониторов взорвался и превратился в клубы дыма. От корабля осталась только ракета-носитель, в целях безопасности ее дистанционно уничтожили. Кабина экипажа после взрыва уцелела, но затем упала с высоты 19 километров и на скорости более 320 километров в час ударилась об воду. У членов команды не было шансов выжить.
Комиссия в течение пяти месяцев расследовала причины катастрофы, по крупицам собирая уцелевшие данные.
Неисправен оказался правый твердотопливный ускоритель. Он состоит из четырех сегментов, соединенных вместе. Места их стыка герметизируются двумя резиновыми кольцами. Процесс зажигания занимает одну сотую секунду, и из-за перегрузки, возникающей при этом, между стальными сегментами образуется щель. Резиновое кольцо моментально расширяется и предотвращает утечку топлива и газа из ускорителя. Комиссия установила, что из-за низких температур в день старта кольца самого нижнего уровня не расширились должным образом, раскаленный газ вырвался наружу, и это стало причиной трагедии. Когда челнок достиг зоны максимального скоростного напора, пламя разрушило крепление между ускорителем и внешним топливным баком. Нижняя часть ускорителя освободилась, его нос врезался в верхнюю часть топливного бака, что и привело к сильнейшему взрыву.
Исследователь Джеймс Чайлс предположил, что проблема заключалась не только в температуре и резиновых кольцах. Он высказал идею о том, что если бы неисправность заключалась только в кольцах, "Челленджер" взорвался бы сразу на старте.
Ему вторит инженер, сотрудник компании, построившей ускорители: "Если бы была утечка в стыке во время зажигания, то взрыв, разрушивший челнок и убивший астронавтов, произошел бы прямо на стартовом столе".
Инженеры, кстати, в голос пытались убедить менеджеров компании-производителя, что запуск нужно отложить и не на пару часов, а на год: пресловутые резиновые детали плохо показали себя еще во время полетов предыдущих кораблей и требовали доработки. Глас науки не был услышан: бизнес разрешил старт.
Джеймс Чайлс допустил, что челнок не взорвался сразу потому, что щели были блокированы, вероятнее всего, самым твердым ракетным топливом. В 1950-х в него начали добавлять алюминий: он поднимает температуру горения и увеличивает тягу на 50 процентов, но оставляет после себя продукты сгорания - шлаки, которые выбрасываются через сопла.
Через 58,8 секунды после взлета камера зафиксировала огонь сбоку правого ускорителя. После этого датчики на корпусе корабля показали падение давления в ускорителе. Это означало только одно: отверстие вновь открылось и через него выходит газ. На 60 секунде челнок испытывал колоссальные перегрузки, и это могло выбить скопившиеся шлаки, так удачно закрывшие зазор. Причиной усилившейся тряски, выкинувшей блокирующие щель шлаки, мог стать сильный боковой ветер. В защиту этой теории - два факта. Во-первых, за несколько часов до старта над мысом пролетел пассажирский лайнер, который зафиксировал зону сильной турбулентности. Во-вторых, выхлоп "Челленджера" имеет зигзагообразную форму, а на высоте 10 километров он изгибается, что может свидетельствовать о мощном горизонтальном потоке воздуха, идущего в восточном направлении.
Вынужденный после катастрофы перерыв в запуске шаттлов продолжался два с половиной года. Была пересмотрена вся программа "Спейс шаттл" и доработка систем корабля, многочисленные проверки работы узлов и систем. На модификацию шаттла было потрачено полтора миллиарда долларов. Инженеры внесли 120 изменений в конструкцию орбитального корабля и 100 - в его компьютерную начинку. Основное внимание уделялось тем самым опасным стыкам.
Но даже после этого НАСА не усвоило урок.
"Колумбия". Последняя миссия
Карьера многоразового транспортного космического корабля НАСА была, безусловно, успешной. А вот финал, к сожалению, бесславным: 1 февраля 2003 года, во время посадки, останки корабля разметало над Техасом и Луизианой.
"Я стоял недалеко от места посадки, ожидая возвращения шаттла. Там есть часы, и когда на них появляется цифра ноль, орбитальный модуль должен совершить посадку. Я никогда этого не забуду: время дошло до нуля, а Колумбии все не было. Значит, она была где-то между орбитой и космическим центром имени Кеннеди", - вспоминает руководитель пусковых операций Майк Лайнбак.
Миссия STS-107, в ходе которой США потеряли "Колумбию", началась нормально. А потом из внешнего бака вырвался большой кусок поролона и ударил в переднюю кромку левого крыла. Этот, незначительный на первый взгляд, инцидент погубил аппарат.
Вся программа шаттлов была приостановлена до окончания следствия по делу о крушении Колумбии. Расследование НАСА началось буквально через несколько часов после крушения. На поиски останков модуля выдвинулась команда. Орбитальный модуль весил около 104 тонн, поисковики собрали 37, остальное просто исчезло: либо полностью испарилось при входе в атмосферу, либо находится на дне озера. Рассказывают, что предприимчивые американцы, находившие обломки аппарата, продавали их потом через интернет.
Инженер компании "Боинг" рассказал об эксперименте, проведенном после крушения аппарата: "Мы провели испытание, обстреляв крыло модуля кусочками поролона. Я был шокирован: поролон пробил дыру в крыле. Я думал, что оно просто треснет!".
Через дыру, которую пробил поролон, в крыло "Колумбии" при входе в земную атмосферу проникло тепло. Оно разорвало модуль на части. Хотя шаттл и по сей день считается одной из самых совершенных машин, следствие пришло к выводу, что он имеет тотальный дефект и пришла пора строить другие космические корабли.
Техническая съемка старта "Колумбии", как обычно, велась несколькими телекамерами, расположенными непосредственно на стартовом комплексе и вблизи него. Собственно, в ходе запуска STS-107 операторы не увидели ничего необычного. Однако позже, при детальном просмотре пленок был замечен светлый объект. Он появился на 81-й секунде в области передней "двуногой" стойки крепления орбитальной ступени к внешнему баку, "вспорхнул", упал и ударил левое крыло "Колумбии", с нижней стороны недалеко от передней кромки или даже по ней самой. От удара объект разлетелся на мельчайшие части. Это и был тот самый пресловутый кусок поролона.
При возвращении в атмосферу шаттл движется со скоростью 8 километров в секунду, поэтому незащищенные поверхности могут нагреться до температуры, при которой плавится сталь - 1450-1600 градусов Цельсия. Любая щель в броне может грозить катастрофой .
"Прежде всего, важно отметить, что поломка на "Колумбии" произошла во время той фазы полета, которая, с учетом текущей конструкции летательного аппарата, не давала команде шансов на выживание", - говорится в отчете комиссии по расследованию катастрофы шаттла.
Даже если бы астронавты еще после взлета узнали, что кусок обшивки отвалился, они не смогли бы восстановить целостность "Колумбии". Корабль не был оснащен манипулятором, а значит, астронавт никак не мог попасть под днище корабля, чтобы выполнить ремонтные работы. Экипаж не имел и специальных материалов и инструмента для ремонта плиток. За прошедшие 20 лет программа обшивка ни разу не доставляла хлопот, и брать на орбиту дополнительный груз для ее гипотетической починки в НАСА сочли нецелесообразным.
Обшивка создавала астронавтам проблемы с 1981 года, когда полетел первый шаттл. Первоначально пеноуретановое покрытие бака наносилось с применением фреона. После того, как экологи выяснили, что фреон наносит вред озоновому слою Земли, было принято решение изменить технологию покрытия бака шаттла. Эта "экологически чистая" технология, введенная в 1990-х, оказалась значительно хуже прежней: покрытие вздувалось и отлетало, но почему-то этому обстоятельству не придали должного значения в НАСА.
На брифинге 31 января руководитель посадочной смены в Центре Джонсона Лерой Кейн сообщил, что проверка всего посадочного оборудования "Колумбии" прошла без замечаний. Единственная проблема, сказал Кейн, это - вероятное небольшое повреждение левого крыла во время запуска. "Никаких тревог у нас нет", - подчеркнул он.
В 13:50 началось интенсивное торможение "Колумбии" в атмосфере. Через две минуты часть датчиков температуры в различных точках левого крыла начала регистрировать ее необычный рост, а часть - прекратила работать. В ЦУП первые случаи пропадания сигнала от датчиков восприняли спокойно: такое случается при посадке. В 13:59:32 прервалась связь с аппаратом, прекратилось поступление телеметрии.
К этому моменту левое крыло "Колумбии" прогорело и разрушалось. Система управления корабля не могла справиться с резко увеличившимся аэродинамическим сопротивлением, его развернуло и тут же начало разламывать. Инверсионный след в небе над Техасом стал дробиться и ветвиться, пошли вспышки, появились отдельные фрагменты. "Колумбии" не стало.
После катастрофы "Колумбии" руководство НАСА пересмотрело свое отношение к безопасности. Это отразилось и на расписании полетов шаттлов и на процедуре подготовки к старту. Так, в 2008 году на несколько месяцев был задержан запуск шаттла "Атлантис": один из четырех шлангов, по которым поступает фреон для системы охлаждения космического челнока, оказался частично пережатым. Это создавало в нем дополнительное давление. И хотя утечки фреона обнаружено не было, исключить ее полностью было нельзя.
Между тем
Недавняя серьезная проблема с аппаратом НАСА - затянувшаяся стыковка корабля SpaceX с космической станцией - ввергла исследователей в пессимизм. Был поднят вопрос о значительном снижении финансирования космической программы США, что поставило грандиозные планы агентства под угрозу: к 2025-му году послать экспедицию на астероид, а на Марс - к 2030-му.
Напомним, шаттл SpaceX Dragon должен был пристыковаться к международной космической станции 3 марта 2013 года, но из-за технических неполадок он фактически сутки дрейфовал в открытом космосе.