Пользователь
0,0
рейтинг
28 марта 2014 в 11:20

Управление → Смелый план, который мог бы спасти шаттл «Колумбия». Часть 2 перевод

Первую часть вы можете прочитать здесь.

image
Специалисты команды полета STS-107 Лорел Б. Кларк, Рик Д. Хасбэнд и Калпана Чаула отдыхают в своих спальных местах на средней палубе. Source: NASA / WikiMedia Commons

Шоу начинается


«Отключение электроэнергии оставило бы в рабочем состоянии только самые основные модули управления судном, поддержки жизнедеятельности и коммуникации.»
— Из Приложения D.13 отчета Комиссии по расследованию катастрофы шаттла «Колумбия»


Пока на земле работа шла бы в режиме контролируемого безумия, на «Колумбии» время растянулось бы и протекало медленно и убого. В перспективе, команду могла бы ждать некоторая короткая вспышка активности, в том случае, если бы им пришлось сделать вылазку для подтверждения урона, нанесенного левому крылу шаттла. Кроме того, им пришлось бы изменить положение корабля, поставив его носом кверху, ведь в таком состоянии земное притяжение, действующее на хвост корабля, помогло бы сэкономить топливо. Однако после этого, попавшая в бедствие команда не могла сделать практически ничего, кроме как ждать и стараться не двигаться и не дышать больше, чем нужно.

Команда не имела бы даже возможности смотреть телевизионные передачи о том, как проходит операция спасения, так как, корабль перешел бы в режим строго ограниченного использования энергии, чтобы сберечь ее запасы. Приложение D.13 содержит описание того, какие системы нужно было выключить и среди них указаны «все камеры, их обогреватели, ТВ-мониторы и видео оборудование.»

Часто звучит вопрос, была ли у «Колумбии» возможность пристыковаться к МКС, которая могла бы поделиться свободными запасами. Есть огромное количество причин, по которым это было невозможно, но самые определяющие из них сводятся к простой физике: «Колумбии» пришлось бы выполнить маневр, который в терминологии небесной механики носит название «изменение наклонения орбиты», направив тягу двигателей перпендикулярно линии своей орбиты, чтобы добиться наклонения равного наклонению орбиты у МКС. Это изменение требует огромного количества энергии, в некоторых случая даже большего, чем требуется для запуска космического судна как такового. Приложение D.13 исключает эту возможность сближения с МКС всего двумя предложениями:

«Привести 39 градусное наклонение орбиты „Колумбии“ в соответствие со значением наклонения МКС в 51.6 градус было невозможно, так как это потребовало бы ресурса поступательного движения величиной в 12 600 фут/сек. У „Колумбии“ в распоряжении был всего лишь 448 фут/ceк.»

Команда вступила бы в долгую игру, тщательно экономя ресурсы для резкого пробуждения, которое должно было бы произойти в самом конце миссии. Как отмечалось ранее, самыми первыми в списке потребляемых ресурсов были фильтры углекислого газа, поэтому отдых и сон стали бы главными целями команды. «Колумбия» пробыла бы на орбите так долго, что во время своего тихого изгнания, экипаж более трехсот раз встретил бы восход Солнца, наблюдая за тем, как оно поднимается из-за края нашей планеты.

Как долго тянулось бы время для них? Сколько раз можно было бы сыграть в карты, сколько шуток или историй рассказать? Сколько раз бы они прокручивали планирующуюся спасательную операцию в уме, сидя в своем спальном месте, плохо пахнущие, лишенные возможности принять ванну, среди шести таких же плохо пахнущих и напуганных людей, считая каждую из 30 000 бесконечных минут?

То были бы 20 с лишним дней бесконечного и мучительного дрейфа.

Русская рулетка


«Появление новой угрозы отправляемому кораблю и его команде, сыграло бы значительную роль в процессе принятия решения о его запуске.»
— Из Приложения D.13 отчета Комиссии по расследованию катастрофы шаттла «Колумбия»

Приложение D.13 написано исходя из допущения, что урон, нанесенный «Колумбии» был бы обнаружен вовремя, а соответствующие меры были предприняты. Однако этого лишь одно из двух предположений, лежащих в основе спасательной миссии. Второе предположение обладает рядом собственных очень важных условий. Учитывая то, что «Колумбия» была выведена из строя ударом куска пены, NASA нужно было бы добровольно согласиться подвергнуть «Атлантис» такому же риску.


Приближенный снимок места крепления левой рампы (куска пены), которая отлетела во время запуска полета STS-107. Source: NASA / CAIB Report, Appendix D.13

Страшный вопрос, который напрашивается сам собой: могла ли NASA, за тот короткий срок, что у нее был, предпринять что-либо для защиты «Атлантиса» от такого же удара обломком? Определенно нет.

Кусок пены, отколовшийся от внешнего топливного бака «Колумбии» был частью конструкции, которую называют левой «рампой двуногой опоры», одной из двух таких деталей, изготавливаемых вручную и примыкающих по бокам к огромной двуногой опоре, которая закрепляет нос шаттла к передней части внешнего бака. Эти рампы формируются напылением оранжевого теплоизоляционного материала BX-250 на крепления, которые соединяют двуногую опору с внешним топливным баком. Ему дают высохнуть, после чего шлифуют, чтобы придать ему форму клина, который прикрывает эти крепления. Вместе со слоем абляционного материала, накладываемого поверх креплений, эти рампы из пены защищают соединения от высокой температуры во время запуска, и, кроме того, придают им обтекаемую форму.

Как выяснилось, опоры уже ломались до этого полета шесть раз.


Увеличить / Количество повреждений на поверхности шаттлов диаметром более одного дюйма для полетов от STS-6 до STS-113.
Случаи, в которых была зафиксирована потеря пенной рампы помечены красным треугольником. Source: NASA / CAIB Report, Appendix D.13


Обсуждению особенностей термоизоляции внешнего топливного бака посвящена существенная часть отчета CAIB. Было выяснено из какого материала она делается, как себя ведет данный материал и как часто пена откалывалась от бака и ударялась о корабли раньше. Из отчета становится совершенно ясно, что удар пеной не был сколько-нибудь редким явлением. Ранее, это было обычным событием, которое в данном конкретном случае произошло в самый подходящий (неподходящий) момент, чтобы нанести катастрофический урон одной из тех немногих частей шаттла, у которой не было какого-либо запаса прочности.

Спасательная миссия «Атлантиса» столкнулась бы с такой же уязвимостью. Она полетела бы с заранее подготовленным топливным баком, а информация из отчета недвусмысленно указывает на то, что, при таком сценарии развития событий, процедура проверки не будет продлена для осуществления какой-либо оценки состояния или ремонта используемого бака.

И это очередная причина, по которой команда состояла бы не более чем из четырех астронавтов: нужно было уменьшить количество людей, которые будут подвергнуты риску.

Гравитационный балет


Критерий успешности операции: возвращение спасательного судна («Атлантиса») и обеих команд в целости и сохранности.
— Из Приложения D.13 отчета Комиссии по расследованию катастрофы шаттла «Колумбия»

У «Атлантиса» было бы три окна для старта и полета к «Колумбии»: первое — в 23:09 по центральному восточному времени 9 февраля (на 25 день полета), второе — в 22:40 на следующий день, и последнее через день после первого в 22:05. «Колумбия» должна была подготовиться к встрече со своим кораблем-компаньоном за три дня до первого окна. Члены экипажа, вероятно страдающие от последствии отравления углекислым газом, перезапустили бы системы шаттла таким образом, чтобы их работы хватило на небольшое изменение высоты эллиптической орбиты, что предоставило бы «Атлантису» больший набор вариантов для сближения.


«Колумбия» на Стартовой площадке 39А. Верхний кружок обозначает левую рампу на верхней точке крепления, нижний кружок — теплозащитная панель из углерод-углеродного керамического материала. Source: NASA / CAIB Report, Appendix D.13

Погода является одной из самых главных неопределенностей во время планирования запусков шаттлов, не только для стартовой площадки, но и для множества мест по всему миру, которые должны быть готовы для экстренной посадки, в случае, если кораблю необходимо прекратить свою попытку достигнуть орбиты. Отчет CAIB показывает, что в этом отношении, удача была бы на стороне NASA: обзор наблюдаемых погодных условий в предполагаемые дни запуска показывал, что в земной атмосфере не происходило ничего, что могло бы помешать запуску.

Однако гораздо больше беспокойств вызвал бы тот факт, что все три окна были открыты ночью. Ночные запуски существенно снизили бы возможность NASA наблюдать урон от аналогичного столкновения куска пены с кораблем во время его полета на орбиту, что тем более не предвещало ничего хорошего с учетом того, что это и стало бы причиной проведения спасательной миссии. Именно поэтому, команде «Атлантиса» предстояла еще одна вылазка наружу после прибытия к «Колумбии»: они бы внимательно осмотрели оба крыла и керамическую облицовку на предмет возможного урона.

image
«Эндевор» стартует с площадки 39А для совершения полета STS-130 в феврале 2010 года. Source: NASA

Исходя из предположения, что все пойдет как надо и обратный отсчет не будет задержан, «Атлантис» стартовал бы вечером 9 февраля 2003 года. К этому времени, команда «Колумбии» уже давно поставила бы исторический для программы шаттлов рекорд: они провели бы в космосе 25 дней, что было бы на 8 дней больше, чем у предыдущих миссий. Астронавтам «Атлантиса», выбранным для выхода в космос, нужно было снизить содержание азота в крови и быть готовыми надеть скафандры как можно скорее, поэтому им, вероятно, пришлось бы дышать чистым кислородом с того самого момента, когда они попали бы в экипажный отсек перед запуском.


«Эндевор» на подходе к МКС. На изображении показан детальный вид передней полетной палубы, ее верхние окна, предназначенные для слежения за процессом стыковки и стыковочный агрегат сзади палубы. Source: NASA.

«Атлантис» направился бы вверх на орбиту по дуговой траектории, приближаясь к «Колумбии» по методу «сближения против линии орбиты». Это означает, что он летел бы к ней по воображаемой линии, которая соединяет точку местонахождения «Колумбии» и точку центра Земли (в противовес «сближению по линии орбиты», когда он приближался бы к ней по линии вектора ее скорости, спереди или сзади, а не сверху или снизу). «Колумбия», к этому моменту, уже была бы расположена в пространстве «кверху носом», смотря на Землю своей задней частью.

image
Source: NASA / CAIB Report, Appendix D.13

В конечном счете, «Атлантис» убавил бы скорость, чтобы остановиться в 6 метрах от «Колумбии». Он был бы повернут на 90 градусов относительно нее, смотря на 3 часа по отношению к 12 часам старшего корабля, чтобы не давать их вертикальным стабилизаторам удариться друг о друга.

image
“Атлантис” держит стыковку c “Колумбией”. Source: NASA / CAIB Report, Appendix D.13

Впервые за всю историю, два шаттла находились бы на орбите вместе и им обоим предстояло бы пройти через серьезные испытания. Полет шаттлов контролировался бы как изнутри каждого из них, так и из Центра управления полетами NASA. Кроме того, в этот же момент, ЦУП должен был также следить и за полетом МКС. Это потребовало бы многозадачности на пределе возможностей ЦУПа, как с технической точки зрения, так и с точки зрения доступных человеческих ресурсов. Более того, «Атлантису», потребовалось бы постоянное ручное управление на все время стыковки, потому что, даже на расстоянии 6 метров, законы небесной механики заставили бы два судна двигаться на разных скоростях, из-за чего они разошлись бы довольно быстро. «Атлантису», который находился бы на меньшей по сравнению с «Колумбией» высоте, потребовалось бы постоянно перегонять ее.

image
Макет кабины пилота космического шаттла в специальном тренажере CCT-2 Центра тренировочного моделирования космического шаттла NASA. На консоли посредине расположено большинство средств управления высотой и перемещением, которыми пользовались бы командир и пилот «Атлантиса» для полета и сближения с «Колумбией». Source: Steven Michael

В то время, как пилот и командир «Атлантиса» устроились бы в кабине управления и сменяли друг друга по ходу выполнения задачи по удержанию постоянного сближения, другие двое членов экипажа, которых в отчете назвали EV1 и EV2, уже стояли бы в шлюзовой камере, надев скафандры. Получив команду, они отрыли бы люк и вытащили раздвижной шест, с помощью которой EV2 помог бы EV1 (EV – внекорабельный – прим. переводчика) добраться до «Колумбии» через пространство между двумя шаттлами. Вместе с парой скафандров для экипажа «Колумбии», спасатели также передали бы дополнительные емкости с LiOH, для того чтобы, в прямом смысле, дать им возможность вдохнуть полной грудью. В приложении отмечено, что скафандры необходимо было передать, “наладить работу их систем и герметизировать”, для того, чтобы сохранить их запасы воды, что, без сомнении, выглядело бы довольно необычно.

image
Анимационный кадр NASA, на котором показаны двое астронавтов «Атлантиса», находящиеся между грузовыми отсеками двух шаттлов. EV2 стоит на переносном фиксаторе для ног и перемещает EV1 через свободное пространство между шаттлами. Source: NASA / CAIB Report

Двое членов экипажа (названные CM1 и CM2), вне всяких сомнений страдающие от психического расстройства из-за длительного пребывания в таких условиях, к этому моменту уже были бы одеты в скафандры и ждали в шлюзовой камере “Колумбии”, для того, чтобы помочь в переносе вещей с «Атлантиса». EV1 передал бы запасы в шлюзовую камеру “Колумбии”, после чего помог бы CM1 и CM2 выйти из нее и добраться до «Атлантиса».

продолжение следует в третьей, заключительной части...
Перевод: Lee Hutchinson
Таир Юнусов @blaarb
карма
92,7
рейтинг 0,0
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое Управление

Комментарии (31)

  • +4
    А русские на «Союзах» смогли бы как-нибудь помочь? И потом 20 дней для «Союза» не так уж и много, Николай Адиянов с коммандой первыми в мире провели 18 дней на орбите.
    • +1
      Да, были у нас вообще какие-то возможности помочь или мы могли только наблюдать?
    • +1
      У «Союза» главная проблема — вместимость. На Колумбии застряло 7 человек, в «Союзе» всего 3 места (и одно из них должен был бы занимать командир). Сколько запусков-сближений-стыковок пришлось бы совершить.
      • +14
        Не обязательно на союзах снимать с орбиты всю команду, достаточно припасов туда подкинуть — регенераторы кислорода, жратву, возможно аккумуляторы. А там уже и Атлантис подготовили.
        • +2
          Не обязательно сразу писать ерунду в интернете, достаточно сначала минимально поинтересоваться вопросом. У «Союза» и шаттла слегка разные стыковочные узлы — замаешься через открытый космос «подкидывать» — еще и в гермоукопорке. Плюс выход в открытый космос из бытового отсека «Союза» — сам по себе тот ещё цирковой номер. Можно, но лучше не стоит.

          И если бы вы внимательнее читали первую часть, то… Дело, в общем, в том, что ресурс шаттла на орбите ограничен не совсем жратвой, не совсем кислородом и в общем-то не аккумуляторами. Не подкинешь туда ничего, чтобы он смог два месяца там висеть. Тем более не подкинешь Союзом.
          • +1
            Спасибо за экспертное мнение.
    • +2
      Это вы Андрияна Николаева так переназвали? Мило. Там всей комманды было то… Один бортинженер, Виталий Севастьянов. Проще было фио сразу написать :)
      • 0
        Спасибо за уточнение.
  • +1
    Совершенно не интересуюсь космосом, но две этих части прочитал на одном дыхании. Спасибо!

    Очень жаль, что все здесь рассказано в условном наклонении…
    • 0
      Пожалуйста :)
  • +1
    Хочется понять, все эти расчеты были проделаны уже после гибели шатла, или все же в процессе рассмотрения ЦУПом вариантов на Земле? Я так понимаю, что уже после, когда и времени на них можно было тратить сколько угодно, и без, собственно, общения с живыми космонавтами на орбите.

    Но вот что не могу понять: поврежденный шатл должен был развернуться носом вверх, кормой вниз, а на иллюстрациях он висит горизонтально.

    P.S. Судя по числу повреждений на других Шатлах, надо сказать, что ни пена, ни другие причины повреждений особой проблемой не считались. Полагаю, исходя из этого и это повреждение не было сочтено смертельно опасным.
    • –3
      После гибели. ЦУП, когда узнал о повреждении, решил что «пусть лучше сгорят при запуске, чем задохнутся на орбите».
    • +1
      Все расчеты сделаны после катастрофы. НАСА до последнего считали что все нормально и шатлу ничего не грозит. Вот отрывок из первой части:

      В центре управления полетами в Хьюстоне, операторы, следившие за спуском «Колумбии» начали замечать перебои в получении данных телеметрии с шаттла, после чего вся голосовая коммуникация и обмен информацией с кораблем были потеряны. Даже когда появились доказательства того, что произошла катастрофа, операторы продолжали надеяться, что они наблюдают всего лишь ошибки аппаратуры. В конце концов, в 9:12 по центральному восточному времени глава по контролю за этапом по входу в атмосферу Лерой Кейн отдал приказ, услышать который боялись все, и который звучал до этого лишь один раз, 17 лет назад, когда «Челленджер» развалился на старте: «Заприте двери».
      • +1
        Да оно и видно: работа по проектированию миссии спасения тщательная, вдумчивая, и, имея ее на руках, прочти странно не полететь и не выполнить такой план. С другой стороны, план этот — несколько человеко-лет работы, полагаю, и его делали явно с пониманием, что он должен сработать, т.е., как кажется, не в состоянии выбора (делать или нет), а в состоянии понимания, что делать нужно.

        Жаль космонавтов. На самом деле вот им-то выбора никто не дал.

        Но, честно говоря, то ли я про наши космические дела имею идеализированные впечатления, то еще почему, но, читая статистику по шатлам, я довольно часто ловлю отваливающуюся челюсть. Давно не видел, чтобы в такой серьезной и тщательно прорабатываемой сфере на таком «честном слове» строили бы решения. «Авось сядут», примерно так… :(

        P.S. Репортаж об их гибели, помню, смотрел с не меньшим удивлением. Они же садились на длине чуть не через три штата, и куча людей наблюдала процесс, в т.ч. пресса с камерами — и ничего не сделать уже было (
        • +5
          Шаттл — это еще ничего, не совсем на «честном слове». Вот программа Apollo — там было действительно, по грани и на волоске то там, то сям. Надо было обладать не то что стальными, никелированными яйцами… Те 24 человека, которые летали к Луне, были невероятно храбрыми :)
    • +1
      ни пена, ни другие причины повреждений особой проблемой не считались

      Мало того, повреждения самой пены считались едва ли не большей проблемой.
      Так, в 1995 году был на две недели отложен старт шаттла «Discovery» т.к. выяснилось, что золотые шилоклювые дятлы продолбили более 70 отверстий (до 10 см в диаметре) в теплоизоляционной пене внешнего топливного бака.
    • 0
      Но вот что не могу понять: поврежденный шатл должен был развернуться носом вверх, кормой вниз, а на иллюстрациях он висит горизонтально.


      Это только пока он ждал, но пепед подлетом Атлантиса, они должны были изменить свое положение уже на то, которое вы видите на изображениях.
    • 0
      Быть может как с неотожженым стеклом. Есть критическая точка, удар в которую приводит к серьезным повреждениям, а удары в ее окрестности не будут фатальны.
      • +1
        А про критическую точку — это разве не байка?
        • 0
          В поляризованном свете можно посмотреть линии напряжения в стекле, и они не однородны. Теоретически «критическая точка» есть, но на практике сломать можно где угодно.
          • 0
            Калёное стекло выдерживает разные удары по разным осям. В анизотропии нет ничего странного.
            • +1
              Ага. А я про каленое и не говорил, я говорил про неотожженное.
  • +6
    Спасибо вам за работу над переводом. Очень занимательно.

    Хочу уточнить перевод некоторых моментов на иллюстрации о сближении «Атлантиса» и «Колумбии»:
    — под vernier attitude firings — в данном контексте понимаются импульсы двигателей ориентации (собственно двигатели ориентации так и называются: vernier thrusters).
    — «LOWZ» — на иллюстрации это не аббревиатура, а, вероятнее всего, обозначение одного из режимов торможения (корректнее «Low-Z»), когда на этапе приближения шаттла к какому-либо объекту используются двигатели, расположенные на носу и хвосте корабля. То есть двигатели, обеспечивающие в нормальной ситуации изменение Х-координаты шаттла, работая одновременно компенсируют друг-друга, но сообщают некоторое небольшое воздействие вдоль оси Z. При этом двигатели предназначенные непосредственно для изменения Y-координаты не используются, т.к. в этом случае их «выхлоп» будет направлен прямо на «Колумбию». Эта методика позволяет исключить нежелательное воздействие рабочего тела двигателей (загрязнение и реактивные моменты) на объект, к которому шатл приближается.
    • 0
      Спасибо вам за ваше развернутое пояснение!

      Так получилось, что я написал LOWZ и получилась аббревиатура, хотя, безусловно, это не так. Как только доберусь до компьютера, внесу корректировки.
      • 0
        В оригинальной иллюстрации все аннотации сделаны капсом, что может легко сбить с толку.
      • +4
        Слегка дополню.

        Более того, «Атлантису», потребовалось бы постоянное ручное управление на все время стыковки, потому что, даже на расстоянии 6 метров...


        … устроились бы в кабине управления и сменяли друг друга по ходу выполнения задачи по удержанию постоянной стыковки ...


        Термин «стыковка» употреблять в данном контексте не совсем корректно. В русскоязычной терминологии «стыковка» означает непременно и обязательно жесткий захват. Даже в телеметрии стадии идут следующим образом: касание, мехзахват, стягивание, стыковка.

        В упомянутом случае более уместными будут «сближение» и «зависание» в 6 метрах. Это вполне корректные понятия, например, «Прогресс» перед стыковкой с МКС вполне официально «зависает» в нескольких метрах от стыковочных узлов станции.
        • 0
          Спасибо, так действительно будет корректнее, поправил.
  • +2
    плохо пахнущие, лишенные возможности принять ванну, среди шести таких же плохо пахнущих и напуганных людей, считая каждую из 30 000 бесконечных минут?

    ЕМНИП, экипаж «Джемини-7» должен был провести в подобных условиях(и провел) 14 дней. На 10(емнип) день нательное белье стало просто расползаться — банально сгнило. Спасатели, вскрывавшие капсулу, говорили, что вонь выбивала слезы из глаз даже у людей находившихся на значительном расстоянии от капсулы.
    • +3
      Спустя 5 лет упомянутые выше Николаев и Севастьянов пролетали в Союзе-9 почти 18 суток (без 7 часов). В «Союзе» с его БО конечно слегка просторнее, чем в Gemini, где нельзя даже встать, но Шаттл еще крупнее, в нем можно и переодеться.

      Рекорд 1970 года, установленный Союзом-9 не побит до сих пор (автономного полета, без стыковки со станцией). Ни одним Шаттлом (самый длительный полет челнока был на пару часов поменьше). Оба космонавта заново учились ходить — был сделан первый шаг к полетам Крикалева (312 суток) и Полякова (438 суток).

      Несколько суток оба лежали пластом в тяжелейшем состоянии, с температурой и мышечными болями. Николаев потерял сознание при эвакуации, в вертолете, потом в течение года перенес 2 инфаркта.

      Что характерно, Ловелл и Борман после 15 суток в Gemini-7 чувствовали себя лучше. Один из факторов — именно в районе 12-15 суток проходит та самая граница, после которой, как в том анекдоте, «ковшик ломается» без медикаментозной поддержки, диеты и комплекса физических упражнений. Другой фактор — в тесном Gemini, как ни странно, перенести было проще: лежа в креслах меньше возможностей для движения, более медленный обмен веществ, уменьшение выведения из организма солей, деминерализации костей. Получилось странное — если провести 2 недели неподвижно, то поражение организма будет менее тяжелым, чем те же 2 недели без нагрузки, но в более свободном пространстве. Более того, после Mercury и Gemini, во время полетов Apollo астронавтов стало укачивать и тошнить! Чего не наблюдалось в более тесных Gemini.
  • +1
    А где третья часть?))
    • 0
      Вспомним через полтора года. Третьей части так и нет?

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.