Шаттл/Новый старт (часть 2)
Сегодня мы продолжим наш рассказ о возобновлении полетов американских космических челноков, прерванных после катастрофы шаттла Колумбия. Тогда, более двух лет назад, была создана специальная комиссия, для расследования причин, приведших к аварии корабля и гибели всего экипажа. В одной из рекомендаций этой комиссии говорится, что если в будущем во время старта шаттла возникнут проблемы, делающие возвращение корабля назад на Землю слишком рискованным, то космический челнок должен взять курс на Международную космическую станцию, состыковаться с ней и оставаться на орбите до тех пор, пока не подоспеет подмога с Земли. Американское космическое агентство НАСА решило пойти еще дальше свести риск до минимума и постановило, что все последующие полеты шаттлов будут осуществляться исключительно к орбитальной станции. Говорит представитель НАСА Майкл Костельник:
Мы решили, что отныне при подготовке каждого нового полета одновременно будет снаряжаться второй корабль для выполнения спасательной миссии, на тот случай, если с первым шаттлом случится беда. Второй корабль должен находится в стартовой готовности, чтобы в течение 30 дней после первого запуска забрать экипаж потерпевшего аварию космического челнока с Международной космической станции. На этот период запасов кислорода и питания, имеющихся в наличии на орбитальной станции, хватит на всех.
Тем временем экипаж поврежденного корабля произведет отстыковку шаттла от Международной Космической станции и направит пришедший в негодность космический челнок в сторону Земли. Впоследствии корабль сгорит в верхних слоях атмосферы. Таким образом, стыковочный порт на орбитальной станции освободится для принятия второго спасательного шаттла. Для спасательной миссии американцы решили использовать оставшуюся еще со времени высадки на Луну капсулу "Аполлон", переделанную таким образом, чтобы в нее поместились не три а пять человек. Это так сказать в худшем случае. Ели же повреждения, полученные первым кораблем, позволят ему самостоятельно вернуться на Землю, а специалисты НАСА, естественно, исходят из этого, то все равно, траектория полета шаттла при совершении аварийной посадки, будет отличаться от траектории, рассчитанной для нормального возвращения космического челнока с орбиты. Говорит Грег Оливер, ответственный за взлет и посадку космических кораблей в американском космическом агентстве НАСА.
Мы провели анализ рисков, которым подвергаются люди при пролете над населенными пунктами аварийного шаттла, и несколько изменили маршрут возвращения корабля на Землю. Однако я должен сразу заметить, что в независимости от того, каким маршрутом воспользуются астронавты, чтобы долететь до одной из трех имеющимся на территории США посадочных площадок, способным принять космический корабль такого размера, мы не в состоянии дать стопроцентную гарантию безопасности населении при пролете аварийного шаттла.
Напомню, что шаттл "Колумбия" за 16 минут до намеченной посадки в космическом центре имени Кеннеди разлетелся на куски над территорией штатов Луизиана и Техас. У американцев есть всего три посадочных площадки - одна на мысе Канаверал, другая на месте высохшего соляного озера в штате Нью-Мексико и третья в калифорнийской пустыне. Кроме того, в случае аварии шаттл можно будет направить на военную базу "Белые пески" в Нью-Мексико, где ранее только один раз в 1982 году была осуществлена посадка космического корабля. Говорит Джим Халселл - сотрудник американского космического агентства НАСА, ответственный за разработку проекта "Возвращение к полету":
Определенный риск остается всегда, какую бы площадку мы не выбрали для посадки шаттла. При проведении нашего анализа мы принимали во внимание два наиболее важных фактора: наличие в месте предполагаемой посадки соответствующей инфраструктуры и степень безопасности маршрута, который ведет к этому месту. Каждая из возможных посадочных площадок имеет свои достоинства и недостатки. И мы не можем окончательно отказаться от использования одной из них.
В 80-е годы, когда американцы еще не имели достаточно большого опыта посадки космических кораблей, расположенная в пустыне военно-воздушная база "Эдвардз" считалась идеальным для посадки местом. Ведь даже если шаттл промахнется и не попадет на взлетно-посадочную полосу, то ничего страшного не произойдет, в пустыне сбой навигационной системы не будет иметь непоправимых последствий. Тем временем в космическом центре имени Кеннеди, где имеется одна единственная относительно короткая взлетно-посадочная полоса, расположенная посреди болота, такая ошибка пилота может оказаться фатальной, поскольку шаттл имеет одну единственную попытку для захода на посадку. Ведь космический челнок возвращается на землю с выключенными двигателями как планер и не может вновь запустить мотор для набора высоты. Тем не менее, посадка в центре имени Кеннеди имеет и свои преимущества: поскольку в этом случае американское космическое агентство НАСА экономит расходы, связанные с доставкой шаттла к месту последующего старта с помощью грузового самолета.
Предстоящая посадка шаттла по окончании его 12-тидневной миссии - будет документирована самым тщательным образом. НАСА надеется обеспечить тотальное наблюдение за всеми системами, чтобы быть в состоянии обнаружить возможные сбои заблаговременно, пока они не привели к непоправимым последствиям. Это также было одним из условий, поставленной комиссией, расследовавшей обстоятельства гибли шаттла "Колумбия". Для это цели как на земле, так и на самом шаттле будут установлены камеры наблюдения. Говорит Джонг Мюратор менеджер компании Space Shuttle System Integration
Проблема заключается в том, что Земля не стоит на месте. При каждом витке корабля вокруг планеты Земля смещается относительно орбиты шаттла на 22 с половиной градуса к западу. Оснащенный камерами наблюдения самолет или корабль, занявший определенную позицию относительно предполагаемого маршрута, по которому шаттл должен вернуться к центру имени Кеннеди, может оказаться бесполезным, если обратный полет на землю будет перенесен и состоится лишь после совершения шаттлом нескольких дополнительных витков. Поэтому мы собираемся расположить корабли и самолеты наблюдения в непосредственной близости от двух предполагаемых маршрутов шаттла, чтобы они могли своевременно достигнуть заданного пункта.
Два самолета WB-57 будут наблюдать за стартом и посадкой кораблей "Дискавери" и "Атлантис" с высоты в 20 километров над уровнем моря. На Земле камеры взлет шаттла будут протоколировать многочисленные камеры. На этот раз специалисты НАСА получат возможность наблюдать за ходом выполнения миссии с 75 различных точек. Говорит Кристина Бойкин инженер НАСА:
Мы разместили камеры и на самом шаттле. Одна камера будет прикреплена к днищу шаттла "Дискавери", чтобы снимать процесс отсоединения топливного бака. Оценка полученного видеоматериала будет проходить уже в ходе самого полета. Другая камера, расположенная на внешнем топливном баке, будет работать в прямом эфире, поскольку получить ее обратно нам не удастся. Она сгорит в атмосфере. Две другие камеры будут подняты из Атлантического океана вместе с отработанными твердотопливными ракетами. Три четыре дня спустя, будет проведена оценка пленок, отснятых этими камерами.
И, тем не менее, весь сценарий без пробельного протоколирования взлета шаттла пойдет насмарку, если старт произойдет ночью.
Как будет проходить ночной старт, пока еще нам не известно. Расположенные на земле камеры будут ослеплены пламенем ракетных двигателей. Ни один объектив тут не поможет. Однако и тут не все потеряно. В течение первых 30-40 секунд после старта мы можем наблюдать за взлетом шаттла с самолета, поскольку его камеры в течение первых 30-40 секунд пока шаттл не достиг высоты в 5 километров, будут направлены на относительно темный объект, расположенный на светлом фоне. Кроме того, мы могли бы следить за ходом миссии при помощи радара.
Как бы то ни было, для НАСА возможность непрерывного наблюдения за стартом вне зависимости от того произойдет он при свете дня или темной ночью имеет скорее психологическое значение. Это своего рода подстраховка, поскольку даже в том случае, если инженеры НАСА обнаружат факт повреждения обшивки шаттла в результате столкновения с каким-либо предметом, старт невозможно будет прервать. Говорит руководитель полета Поль Хилл
Мы не будем принимать поспешных решений на основании данных, полученных в результате съемки старта в реальном времени. Мы не станем обрывать старт и возвращать шаттл на Землю ранее, чем он достигнет околоземной орбиты в том случае, если произойдет столкновение корабля с каким-нибудь предметом. Это было бы слишком опасной альтернативой. Мы концентрируем наше внимание на том, чтобы сделать обшивку корабля более стойкой и менее восприимчивой к ударам. Самая главная наша задача в целости и сохранности доставить астронавтов на Международную космическую станцию. После того, как корабль стартовал намного безопаснее продолжить полет в космос, нежели возвращаться с полпути назад.
Если же в результате серьезной неполадки шаттл не в состоянии продолжать миссию, то вернуться на Землю он может только по истечении минимального срока пребывания на околоземной орбите, который необходим для совершения одного витка вокруг планеты.
Если в результате неполадок в основном двигателе или дополнительных ракетах шаттлу не удастся выйти на заданную орбиту, то тогда ему придется, совершив разворот, вернутся в атмосферу и произвести посадку в одном из аэропортов Европы, Африки, Америки, Австралии, или в на одном из островов Тихого океана, в зависимости набранной высоты и времени пребывания в космосе.
Наиболее сложным представляется вариант возврата шаттла на место первоначального старта, поскольку для выполнения этого маневра необходимо выключить три основных двигателя и затем совершить разворот на 180 градусов, после чего шаттл должен спланировать на взлетно-посадочную полосу, расположенную на мысе Канаверал.
Раньше тоже случались неполадки при старте. Отказывали системы снабжения электричеством, были проблемы с основными двигателями. Порой эти дефекты выявлялись еще на стартовой площадке, сразу после того, как были зажжены дополнительные ракеты, то есть в тот самый момент, когда дорога назад была уже отрезана. Однако нам каждый раз удавалось отсоединить отгоревшие ракеты и выйти на околоземную орбиту, так что большинство вообще не заметили никаких неполадок. Если же случится более серьезная проблема, то прежде чем оборвать миссию нам надо обожать пока не сгорят твердотопливные ракеты.
Именно благодаря работе этих двух тонких белых ракет, прикрепленных с двух сторон к топливному баку корабль в состоянии преодолеть земное притяжение. Их зажигание происходит примерно через шесть секунд поле запуска основных двигателей, энергии которых не достаточно для того, чтобы преодолеть силу земного притяжения. Запуск основного двигателя производится для того, чтобы проверить его работу, поскольку в случае обнаружения неполадок его можно отключить, прекратив подачу топлива из топливного бака, в то время как твердотопливные ракеты отключить нельзя, они наподобие новогоднего фейерверка сгорают до конца.
Еще одну проблему для безопасности Шаттла представляет большой коричневый внешний бак для горючего. Напомню, что два года назад кусок пенопласта, оторвавшийся от внешней оболочки бака, стал причиной катастрофы шаттла Колумбия. Говорит Уильям Риди, начальник отдела пилотируемых полетов при американском космическом агентстве НАСА.
Пенопласт служит для теплоизоляции. Он предотвращает образования льда на металлической обшивке топливного бака во время пребывания шаттла на стартовой платформе. Внутри бака находятся сжиженный кислород и водород, которые, как известно, при нормальной температуре являются газами и переходят в жидкое состояние только при чрезвычайно низких температурах. Всем знаком феномен оседания атмосферной влаги снаружи на стенках стеклянных стаканов с прохладительными напитками в жаркую погоду. Так вот эта влага, конденсируясь на сильно охлажденной поверхности, мгновенно замерзает и превращается в лед. Проще говоря, если снять с баков теплоизоляционный слой, то металл обшивки быстро обледенеет, что значительно увеличит стартовую массу шаттла. Однако это еще полбеды. Основная проблема заключается в том, что куски льда, растаяв от жара двигателя, и отсоединившись от поверхности бака, могут нанести гораздо больше вреда обшивке шаттла, нежели куски пенопласта. Поэтому инженеры из двух зол выбрали меньшее.
Во время первых стартов американских шаттлов в начале 80-х годов топливный бак был выкрашен в белый цвет, равно как и две дополнительные ракеты сам корпус корабля. Тогда американцам хотелось, чтобы их новое детище предстало миру во всей красе. Однако слой краски значительно увеличил стартовый вес корабля, а, следовательно, и стоимость каждого полета, и вскоре НАСА отказалось от этого слишком дорогого удовольствия. Однако без верхнего слоя краски изоляционный слой начал крошится.
Мы думали, что нам удалось найти причину отделения кусков теплоизоляции во время запуска корабля. Камеры, установленные на шаттле во время 50-го старта Колумбии в 1992 году, показали, что при зажигании двигателей возникает феномен, наблюдающийся во время приготовлении воздушной кукурузы. Пенопласт теплоизоляционного слоя обшивки топливного бака нагревается вместе с воздухом, находящимся под слоем изоляции. Этот воздух от нагрева расширяется и вырывается наружу, отрывая при этом от обшивки кусочки пенопласта величиной с крупную монету. Мы разработали систему вентиляции, благодаря которой у горячих газов появился другой путь для выхода. В результате уменьшилось число и размеры крошек пенопласта, отделяющихся от теплоизоляционного слоя во время старта.
Надо сказать, что кусок пенопласта, приведший к гибели шаттла "Колумбия" в 2003 году, отделился как раз в том месте, где под слоем изоляции проходит небольшая рампа, связывающая топливный бак с корпусом орбитального корабля. В новой конструкции бака этого выступа больше нет. Устранены также и другие причины, которые могут привести к отделению кусочков пенопласта. Вместо того, чтобы вентилировать изоляционный слой изнутри, отныне его будут подогревать.
После внесения многочисленных изменений и доработок в конструкцию шаттла инженеры НАСА уверены, что запланированный на середину июля полет космического челнока в космос станет самым безопасным полетом за всю историю космоплавания. И, тем не менее, надо отметить, что руководство НАСА последовало далеко не всем рекомендациям комиссии, расследовавшей причины катастрофы шаттла Колумбия. Так, кабина экипажа по-прежнему намертво вмонтирована в корпус корабля. И в экстренной ситуации команда не сможет катапультироваться вместе кабиной и совершить посадку на отдельном парашюте. Дело в том, что для этого пришлось бы заново конструировать весь корабль, для чего потребовалось бы много времени и денег.