Шаттл/Новый старт (часть 1)
Сегодня, как всегда в первый понедельник месяца выпуск передачи Наука и Техника посвящен вопросам космоплавания. Однако на этот раз мы не станем говорить о новых веяниях и новых проектах, а вернемся к хорошо забытому старому, а именно к программе возобновления полетов американских космических челноков, которые были отменены после катастрофы шаттла Колумбия.
1 февраля 2003 года при входе Колумбии в атмосферу Земли, произошло возгорание корабля. Теплозащитный слой изоляции шаттла, поврежденный еще при старте, не смог защитить корабль от высоких температур, возникающих в результате трения обшивки о плотные слои атмосферы. шаттл погиб и вместе с ним погибли все астронавты, находившиеся на борту. на полеты американских кораблей многоразового использования был наложен запрет до выяснения обстоятельств гибели Колумбии специально для этой цели созданной комиссией. Более двух лет понадобилось американскому космическому агентству НАСА для того, чтобы, действуя согласно рекомендациям этой комиссии, провести тщательный осмотр оставшихся трех космических кораблей и разработать новую программу их применения. Сегодня американцы уверены, что созданные специально для проведения ремонтных работ в открытом космосе методы, в случае своевременного обнаружения неполадок, помогут астронавтам предотвратить повторение катастрофы Колумбии. Однако в глубине души инженеры НАСА надеются, что в ходе последних 28-ми запланированных полетов ветеранов вселенной на околоземную орбиту к этим методам не придется прибегать.
Первый старт Колумбии состоялся 12 апреля 1981 года. За последующие 25 лет процедуры запуска корабля и условия полета шаттлов практически не изменились и, тем не менее, во время 28 и последнего полета Колумбии вибрации, неизбежно возникающие при старте любого космического корабля, привели к аварии. через 82 секунды после запуска от коричневого внешнего топливного бака отделился кусок пенопласта, который со скоростью, превышающей 700 километров в час, врезался в передний край левого крыла. На эту мелочь в центре управления полетом не обратили особого внимания. И первая часть путешествия - старт и выход на заданную орбиту - прошла успешно. Однако на обратной дороге, при вхождении в земную атмосферу в образовавшуюся от удара трещину в обшивке шаттла внутрь космического челнока проникли раскаленные газы, которые просто-напросто растопили металл обшивки и вызвали в конечном итоге возгорание машины. Все семеро астронавтов погибли, а полеты шаттлов были отменены до выяснения обстоятельств гибели Колумбии.
Начиная с этого момента, каждый полет шаттла будет рассматриваться нами как испытательный, а каждый корабль - как экспериментальный образец. Пора признать, что все предыдущие запуски были испытательными. За все это время ни один старт не походил на другой. И я не думаю, что в будущем это изменится. Шаттл всегда будет экспериментальным кораблем вплоть до той поры, когда его отправят на свалку.
считает бывший шеф Американского космического агентства Шин О`Кифи Sean O’Keefe.
Более двух лет специалисты НАСА пересматривали концепцию работы трех оставшихся кораблей, ориентируясь на многочисленные рекомендации, полученные от комиссии по расследованию обстоятельств гибели шаттла Колумбия. В числе прочих в этот комитет вошла первая женщина-астронавт Америки Салли Райд Sally Ride и директор института Космической политики при университете имени Джорджа Вашингтона Джон Логсдон John Logsdon.
Станет ли полет шаттла эСТиэС 114 экспериментальным? Вне всякого сомнения. Будем ли мы менять задачи, стоящие перед каждой миссией, в ходе ее выполнения и отклоняться от первоначальных планов? Разумеется, будем. Основное внимание мы намерены уделить проверке техники ремонта керамических плиток, защищающих шаттл от воздействия высоких температур, а также испытанию особого робота, необходимого для ремонта труднодоступных мест обшивки. В связи с этим для выполнения задач, предусмотренных нашими первоначальными планами, практически не осталось времени.
Аналогичного мнения придерживается и Уильям Риди William Readdy- руководитель отдела пилотируемых космических полетов Американского космического агентства НАСА.
Миссия Шаттла эСТиэС 114 станет по сути испытательным полетом, в ходе которого будут на практике проверены многочисленные изменения. Главная новинка заключется в принципиально новом методе ремонта, благодаря которому у нас сегодня имеется возможность устранить образовавшиеся в обшивке корабля трещины, непосредственно на околоземной орбите.
Вы слышите резонанс отдельных черных панелей, которые защищают крылья космического челнока от нагрузок, возникающих при входе корабля в земную атмсферу. В 70-е годы конструторы, разработавшие эти усиленные углеволокном аллюмивые сегменты, принимали в расчет толькo лишь жар, возникающий в результате трения корабля о плотные слои атмосферы. При этом о самой возможности столкновения с относительно крупными предметами никто не думал. В космическом центре имени Джонсона, расположенном в Хьюстоне штат Техас за последние два года три оставшихся корабля Дискавери Атлантис и Эндевор были разобраны на составные части, а затем вновь собраны в единое целое. Рассказывает Дон Карри Don Curry системный инженер, работающий в американском космическом агентства НАСА.
Корпус корабля покрывают черные и белые керамические плитки, защищающие шаттл от воздействия высоких температур. А на крыльях обшивка усилена двойным слоем углеволокна. В общей сложности на внешних кромках крыльев находятся 22 такие панели. Отдельные сегменты имеют различную площадь и форму, а весят они в среднем около 20 килограммов.
В одну из таких панелей во время последнего старта шаттла Колумбия врезался кусок пенопласта. От удара на обшивке передней кромке крыла образовалась пробоина. К удивлению конструкторов именно эти усиленные углеволокном алюминиевые панели оказались слабым звеном в броне шаттла. Ведь основной задачей кафельных плиток, покрывающих большую часть поверхности корабля, является защита космического челнока от негативного влияния высоких температур, а не от столкновения с твердыми телами.
Говорит John Kowal инженер американского космического агентства НАСА:
После каждого полета космического корабля на керамических плитках обшивки видны следы повреждений. Обычно речь идет о небольших трещинах длиной в несколько сантиметров, которые мы можем легко залатать. Если же повреждения носят более серьезный характер, то мы заменяем всю плитку целиком. У нас накопился большой опыт проведения подобного рода ремонтных работ. На основании этого опыта, мы разработали методику временного ремонта корабля в космосе. В будущем, если астронавты обнаружат в обшивке шаттла большие трещины, длина которых превышает 7-8 сантиметров, то в зависимости от серьезности повреждений, мы будем решать, ремонтировать корабль прямо на орбите или по его возвращении на землю.
При запуске первого шаттла в 1981 году в результате стартовой вибрации от обшивки корабля отклеялись несколько керамических плиток. После этого проишствия был разработан другой клей, доказавший в последствии на практике своою стойкость. Он применяется на шаттлах и по сей день. С той поры еще не было случая, чтобы плитка отделилась от обшивки полностью, однко даже если это вновь произойдет, то большой беды не будет, поскольку под кафелем находится еще один теплоизоляционный слой, который в состоянии защитить шаттл при входе в атмосферу и обеспечить кораблю нормальную посадку. И тем не менее, специалисты американского космического агентства НАСА более не намерены полагаться на положительный опыт прошлых лет и рассчитывает на худшее.
Роботы на Международной космической станции могут провести инспекцию днища корабля, однако обследовать корму шаттла они не в состоянии. Даже если мы подключим к работе внешние камеры, вне поля зрения по-прежнему остаются наиболее критические места - кромки крыльев космического челнока. Для того чтобы решить эту проблему мы удлинили механическую руку роботa, к которой прикреплены не только видеокамера, но и лазер. В задачу последнего входит проверка обшивки шаттла на предмет обнаружения возможных трещин и определения их глубины.
Поясняет Андре СильвестерAndre Silvester - руководитель команды инженеров в космическом центре имени Джонсона в США. В ходе проверки автоматическая рука-робот, установленная на Международной космической станции, будет захватывать шаттл и так его поворачивать, чтобы космонавты, находящиеся на борту станции, могли получше разглядеть днище корабля. Камеры, необходимые для выполнения этой работы, уже доставлены на околоземную орбиту. Для обнаружения не видимых для неворуженного глаза трещин к инспекции подключается лазерный луч, тщательно сканирующий всю обшивку корабля. Если повреждения брони шаттла окажуься серьезными, астронавтам придется совершить вылазку в открытый космос для проведения ремонтных работ. На этот случай их скафандры были немного усовершенствованы.
На спине астронавта рядом с баллонами с кислородом расположен специальный рюкзак. В нем находятся два резервуара, содержимое которых при смешении образуют специальную замазку, используемую для ремонта трещин. С помощью шланга эти резервуары соединены с впрыскивающим устройством, своего рода пистолетом, который астронавт держит в руке. В момент нажатия на спуск содержимое двух резервуаров смешивается, и из шланга выходит готовая к употреблению красноватая тягучая масса.
Основная особенность этой замазки состоит в том, что она застывает только после того, как два силиконовых компонента, входящие в ее состав, будут соединены и нанесены на поврежденную поверхность. Застывшая замазка наощупь напоминает ластик. На Земле это вещество уже доказало свою надежность. Осталось проверить рабту оборудования в условиях открытого космоса. Специалисты Американского космического агентства НАСА надеются, что до применения новой технологии на практике дело не дойдет. Ведь несмотря на многочисленные испытания, проведенные в вакуумных камерах, никто не может дать стопроцентной гарантии того, что отремонтированная в космосе обшивка шаттла сумеет выдержать все нагрузки, возникающие при проходе через земную атмосферу. Для однозначного ответа на этот вопрос не достает экспериментальных данных. считает Paul Hill, руководитель полетов при американском космическом агентстве НАСА.
Первоначально мы планировали просто нанести на одну из неповрежденных плиток обшивки нашу замазку, чтобы посмотреть, насколько она прочная. Однако потом мы отказались от этой идеи. Ведь если, не приведи Господи, в результате ремонта на обшивке появится какая-нибудь неровность, то это может привести к возникновению завихрений воздуха при входе в атмосферу. Дело в том, что эти самые турбуленции могут вызвать дополнительное трение, что в свою очередь чревато повышением температуры корпуса корабля. Вместо этого мы решили провести опыт на керамических плитках, покрывающих грузовой отсек корабля изнутри. По своей структуре и материалу они идентичны наружным плиткам обшивки. По возвращении на Землю мы просветим эти плитки на специальном рентгеновском аппарате, а затем поместим их в специальную камеру, где они будут подвергнуты воздействию высоких температур.
Помимо различного рода материалов, необходимых для ремонта самого шаттла, космический челнок доставит на Международную космическую станцию питание, воду и инструменты, необходимые для проведения научных исследований. Все это помещено в специально разработанный для этой цели итальянскими конструкторами контейнер многоцелевого назначения. В зависимости от задачи, стоящей перед миссией шаттла, этот модуль можно заполнить самым разнообразным оборудованем. Для этого в контейнере имеются различные системы крепежа. Затем полностью укомплеkтованный контейнер с помощью специального крепления будет прочно принайтовлен в грузовом отсеке шаттла. Еще одно немаловажное достоинство итальянского грузового модуля заключается том, что по прибытии на место назначения контейнер не нужно будет разгружать в косомосе. Грузовой модуль обладает специальным устройством для стыковки с Международной космической станцией, что позволяет космонавтам разгружать контейнер непосредственно со станции, не выходя в открытый космос.
Мы отказались также от нашего первоначального намерения сменить экипаж Международной космической станции. На этот раз шаттл ограничится доставкой провианта и инструментов. Это позволит нам сконцентрироваться на основной задаче - испытании новой технологии проведения ремонтных работ в открытом космосе. Команду Международной космической станции мы заменим при выполнении следующей миссии.
поясняет руководитель полетов Paul Hill.
Таким образом россиянину Сергею Крикалеву и американцу Джону Филлипсу предстоит остаться на вторую смену, и поддерживать работу станции до прибытия другого шаттла. Вместе с новой командой для Международной космической станции на этом шаттле прибудет оборудование для проведения биомедицинских научных исследований на околоземной орбите.
Еще одна важная миссия шаттла Дискавери - доставка новых гироскопов, для замены двух, вышедших из строя. Всего на Международной космической станции имеется четыре гироскопа. Для поддержания стабильности положения Международной космической станции на орбите достаточно двух гироскопов. Таким образом, на сегодняшний день все резервы исчерпаны. Если сломается третий гироскоп, то станция не сможет более контролировать свое положение в космосе, начнет вращаться, что значительно осложнит процесс стыковки с ней американских шаттлов или российских космических капсул.
Ну а что будет, если, несмотря на принятые меры предосторожности и новую технику ремонта, полученные кораблем повреждения сделают возвращение на Землю слишком рискованным? Тогда в силу вступает план Б, о котором мы расскажем вам в нашей следующей передаче ровно через неделю 11 июля 2005 года.