Новости партнеров

Шаттлы возвращаются в космос

NASA приняло программу по использованию американских космических челноков в период до 2010 года

Через полтора года после катастрофы космического челнока "Колумбия" NASA готовится возобновить полеты шаттлов. Стоящий первым в списке челнок "Дискавери" должен отправиться к Международной космической станции в интервале между 16 марта и 18 апреля 2005 года. Первоочередная задача миссии "Дискавери" - возобновление программы Space Shuttle . Корабль доставит на МКС новый гироскоп для замены старого, который не функционирует уже несколько месяцев. Сейчас полеты к МКС осуществляют только российские космические корабли "Союз".

Готовящийся к запуску шаттл будет модернизирован, а в полетное задание внесены коррективы, призванные повысить безопасность экипажа.

В начале ноября модернизированные топливные баки космического челнока должны быть доставлены с завода компании "Локхид-Мартин" в Новом Орлеане в Центр космических полетов имени Кеннеди . С опасных участков баков удалена пенная теплоизоляция. Те места, где бак крепится к кораблю, будут нагреваться с помощью особых электронагревателей. Пена применяется для защиты бака от обледенения, так как после заправки он охлаждается до 250 градусов по Цельсию. Кроме того, конструкторы улучшили способ крепления теплоизоляции к баку.

Предусмотрена также установка датчиков, которые будут следить за состоянием передних кромок крыльев шаттла, камеры, которая будет снимать процесс отделения от челнока внешнего топливного бака, и электронного оборудования дополнительной штанги для робота-манипулятора шаттла, с помощью которой можно будет провести инспекцию практически всей внешней поверхности корабля на предмет целостности его теплозащитного покрытия.

На каждое крыло шаттла будет установлено 88 датчиков. 66 из них будут измерять ускорение и фиксировать удары, а 22 датчика будут измерять температуру поверхности крыла во время подъема шаттла на орбиту. На нижней плоскости шаттла будет установлена специальная цифровая камера, которая во время отделения топливного бака должна будет сделать 24 кадра (по одному кадру каждые 1,5 секунды). Эти снимки будут сразу же переданы в ЦУП в Хьюстоне для просмотра специалистами.

Первые два запуска шаттлов после катастрофы космического челнока "Колумбия", которые NASA считает испытательными, будут проведены днем, что позволит сразу зафиксировать образовавшиеся дефекты. Если полеты пройдут удачно, будут возобновлены ночные запуски.

Астронавты, которые отправятся в космос на челноке "Дискавери", смогут во время полета ликвидировать обнаруженные трещины шириной до дюйма (2,54 сантиметра) и заделывать отверстия в теплоизоляции диаметром до 4 дюймов. Если отверстия или отверстие будет иметь больший диаметр (отверстие на левом крыле шаттла "Колумбия" было диаметром от 6 до 10 дюймов), то экипаж "Дискавери" (7 человек) должен будет перейти на Международную космическую станцию и находиться там до тех пор, пока его не заберет оттуда специально запущенный челнок "Атлантис". По расчетам экспертов NASA, астронавты смогут прожить на МКС не менее двух месяцев.

По оценкам, стоимость работ по модернизации космических челноков после аварии шаттла "Колумбия" превысила миллиард долларов.

Стоит напомнить, что космический челнок "Колумбия" сгорел при входе в атмосферу на высоте около 62 километров над территорией штата Техас. Все семеро астронавтов, находившися на борту челнока, погибли. Этот полет был 113-м по счету в программе использования кораблей многоразового использования. Для самого челнока "Колумбия", первого из шаттлов NASA, эта миссия была двадцать восьмой. Центр управления полетов NASA в Хьюстоне, штат Техас, потерял с ним связь в 9 часов утра по времени Восточного побережья США (17:00 по московскому времени) 1 февраля 2003 года, за 16 минут до расчетного времени посадки корабля в Космическом центре имени Кеннеди в штате Флорида.

Выводы комиссии по расследованию гибели "Колумбии"

Окончательные выводы комиссии по расследованию катастрофы шаттла "Колумбия" были представлены в августе прошлого года. Объем отчета комиссии составил 248 страниц. С оригиналом отчета можно ознакомиться на сайте NASA. Комиссия пришла к выводу, что "причиной катастрофы стало разрушение структуры крыла во время входа в атмосферу. Причиной разрушения крыла и всего корабля стало ослабление теплоизоляции передней кромки из-за удара о крыло куска обшивки внешнего топливного бака шаттла." Кусок обшивки ударился о крыло через 81,9 секунды после старта корабля с мыса Канаверал.

Комиссия сочла катастрофу "Колумбии" неслучайной. Она стала следствием существовавшей в NASA культуры управления и специфики программы создания кораблей многоразового использования. Как известно, эта программа была разработана более 30 лет назад, а первый шаттл ("Колумбия") совершил полет в апреле 1981 года. Первоначально считалось, что корабли многоразового использования можно будет запускать чуть ли не по первому требованию, и в течение года они будут совершать множество полетов. На деле оказалось, что запуск такого корабля является чрезвычайно сложным мероприятием, а их техническое обслуживание требует значительных затрат времени и денег.

Комиссия пришла к выводу, что NASA не уделило достаточного внимания обеспечению безопасности полетов шаттлов и не обеспечила их своевременное и полноценное техническое обслуживание. После гибели шаттла "Челленджер" в январе 1986 года был принят ряд мер по обеспечению безопасности полетов. Однако в 90-х годах финансирование программы Space Shuttle было сокращено. Подверглась сокращению и численность персонала, отвечающего за выполнение программы. В результате было ослаблено внимание к безопасности полетов. В частности, был сделан ошибочный вывод о том, что удар пенистого материала не угрожает безопасности корабля. Вывод базировался лишь на том, что ранее такие инциденты не приводили к тяжелым последствиям. Комиссия обратила внимание на то, что многие приборы шаттла были рассчитаны на десять лет работы, а функционировали 22 года без ремонта.

Выяснилось также, что инженеры NASA вскоре после старта челнока неоднократно ставили вопрос о возможных повреждениях шаттла при его запуске. В частности, они трижды просили сделать спутниковые снимки обшивки шаттла, когда он находился на орбите. Однако руководители космического агентства отказались рассматривать вопрос о безопасности продолжения полета космического челнока "Колумбия", а после катастрофы заявили, что в любом случае ничего нельзя было сделать для предотвращения аварии. Комиссия пришла к выводу, что необходимо изменить управленческую культуру NASA и создать специальное подразделение, которое будет следить за соблюдением требований к состоянию техники и обеспечению безопасности полетов.

Весной 2004 года глава NASA Шон О'Киф объявил о реализации трехлетней программы с целью изменения сложившейся в агентстве культуры управления и достижения большей открытости в отношениях между его сотрудниками. Для этого NASA обратилось к специализирующейся на решении такого рода проблем компании Behavioral Science Technology . Выяснилось, что сотрудники агентства неохотно говорят о проблемах обеспечения безопасности полетов со своим руководством, опасаясь негативной реакции. В ходе исследования обнаружилось также, что лишь 45 процентов сотрудников NASA согласились заполнить предложенные им анкеты. Остальные отказались это сделать. По мнению руководства NASA, этот факт показал, что многие сотрудники агентства опасаются открыто говорить с руководством.

История создания шаттла

Проектирование транспортной космической системы Space Shuttle началось в конце 1960-х годов, когда программа "Аполлон" по доставке человека на Луну была близка к завершению и руководство NASA приступило к планированию своей деятельности на следующее десятилетие. Оно было озабочено дороговизной космических полетов и стремилось снизить стоимость первого, наиболее дорогостоящего, шага - выведения аппарата на низкую околоземную орбиту.

Оригинальный проект, из которого впоследствии возникли шаттлы, представлял собой многоразовый двухступенчатый летательный аппарат; каждая ступень его была похожа на гигантский реактивный самолет. Первая ступень - ускоритель - должна была с экипажем из двух астронавтов возвращаться к месту старта после выведения на большую высоту второй ступени - орбитального корабля, собственные двигатели которого далее должны были выводить его на конечную орбиту. Орбитальный корабль после выполнения программы должен входить в атмосферу и приземляться вблизи места старта.

Считая, что орбитальный корабль может быть снова готов к повторному полету через две недели, специалисты NASA предусматривали эксплуатацию шаттлов в самолетном режиме с запусками каждую неделю, стоимостью менее 10 миллионов долларов за каждый запуск. Однако при этом требовались очень большие затраты на разработку программы (по оценкам, от 10 до 12 миллиардов долларов).

Администрация Никсона поручила NASA изучить альтернативные проекты, в которых затраты на разработку были бы меньше, даже ценой увеличения расходов на предполетную подготовку и снижения функциональных возможностей кораблей. Основным экспертом выступало Министерство обороны. Группа его специалистов сформулировала следующие требования к запускаемой полезной нагрузке: диаметр - 5 метров, длина - 18 метров, масса - 29000 килограммов.

После одобрения проекта в январе 1972 года Министерство финансов выделило NASA 5,15 миллиардов долларов. К этому времени NASA снизило стоимость шаттла за счет отказа от пилотируемого ускорителя в пользу беспилотного и уменьшения размеров пилотируемого орбитального корабля за счет размещения топлива для основных двигателей в сбрасываемом топливном блоке. В 1972 году инженеры NASA выбрали конструктивную схему, по которой ускорители и основные двигатели при подъеме работают вместе. Были выбраны твердотопливные ускорители из-за меньшего риска допустить ошибку при проектировании и более легкой их модификации на последующих этапах в случае невозможности достичь нужных параметров основного двигателя.

Вскоре после запуска проекта инженеры NASA и фирм-подрядчиков столкнулись с трудностями. Разработка основных жидкостно-реактивных двигателей орбитального корабля оказалась более сложной, чем предполагалось, потому что они должны были работать при значительно более высоких давлениях и в три раза более высоких скоростях вращения турбины, чем двигатели J-2, использовавшиеся на ракете "Сатурн-5" в программе "Аполлон". Взрывы, вызванные прогарами и отказами подшипников, повредили или разрушили несколько двигателей.

Особенно большие проблемы возникли с тепловой защитой. Теплозащитные плитки оказались более хрупкими, чем ожидалось, и их часто неправильно приклеивали к алюминиевому фюзеляжу орбитального корабля. Кроме того, расчетные нагрузки постоянно менялись. Эти и другие препятствия задержали первый полет шаттла, который планировался на 1977 год, а состоялся лишь в 1981 году.

Изначально NASA намеревалось построить пять летных орбитальных кораблей: два опытно-конструкторских и три штатных. Из-за бюджетных ограничений строительство пятого корабля было отменено. Руководство NASA также решило, что переделка корабля "Энтерпрайз" для космических полетов после изменений, внесенных в конструкцию корабля "Колумбия", обойдется слишком дорого. Оно также решило переделать образец для прочностных испытаний в "Челленджер". Два штатных корабля были названы "Дискавери" и "Атлантис".

В серии из пяти летных испытаний (1977 год) две команды астронавтов стартовали на корабле "Энтерпрайз" с борта реактивного транспортного самолета "Боинг-747", а затем совершили планирующий полет и посадку, имитируя возвращение из космоса. В ходе наземных динамических испытаний в 1978 году "Энтерпрайз" дооборудовали, а затем провели вибрационные и статические испытания. Программа всесторонних испытаний корабля, его блоков и агрегатов завершилась 20 февраля 1981 года 20-секундным пробным включением на стартовом столе основных двигателей первого экземпляра шаттла (корабль "Колумбия", твердотопливные ускорители и топливный блок), подготовленного для космического полета.

Было проведено четыре орбитальных летных испытания (12-14 апреля и 12-14 ноября 1981 года, 22-30 марта и 27 июня - 4 июля 1982 года), во время которых экипаж из двух человек проверял "Колумбию" во всех режимах программы штатного полета. Полезным грузом в первом полете было измерительное оборудование, которое использовалось для сбора данных о поведении корабля. Наиболее существенной неполадкой в этом полете была потеря нескольких теплозащитных плиток на гондолах двух двигателей в хвостовой части корабля. Повреждение плиток было вызвано ударными волнами, образующимися при полете со сверхзвуковой скоростью на участке выведения. При возвращении на Землю ни одна плитка не была потеряна. Послеполетный анализ показал, что динамические нагрузки при включении ускорителей были больше расчетных, что привело к некоторой деформации корпуса "Колумбии". Чтобы избежать этого в дальнейшем, было принято решение покрыть поверхность газоходов стартового стола слоем льда, который поглощал бы энергию ударной волны.

Полезный груз второго запуска (приборы для наблюдения Земли, которые включали радар, предназначенный для получения детального изображения поверхности, датчики загрязнения воздуха и другие аппараты) был выбран заранее, потому что цель полета состояла в проверке "Колумбии" в условиях, когда полезный груз длительное время ориентирован на Землю. Во время полета один топливный элемент засорился и вышел из строя. Чтобы избежать риска выхода из строя второго элемента и спуска с одним исправным, руководители полета сократили продолжительность программы с пяти суток до двух. Однако большинство задач было выполнено, включая первое испытание манипулятора.

Во время третьего полета астронавты работали с комплектом приборов для наблюдения за Солнцем и измерения параметров космической среды, а специалисты на Земле проводили измерения температуры "Колумбии" в условиях интенсивных утечек тепла.

Во время четвертого полета "Колумбия" впервые несла секретный полезный груз Министерства обороны - инфракрасный телескоп для изучения верхней атмосферы применительно к проектам разработки противоракетной обороны. Правда, открыть защитную крышку телескопа так и не удалось, но в остальном полет прошел нормально. После приземления "Колумбии" (в первый раз на бетонную посадочную полосу авиабазы Эдвардс) космическая транспортная система "Шаттл" была объявлена принятой в эксплуатацию.

Эксплуатация "Челленджера" - второго летного образца "Шаттла" - началась полетом 18-24 июня 1983 года, затем последовали "Дискавери", "Атлантис" и "Эндевор".

Таким образом, если не произойдет ничего непредвиденного, американским космическим челнокам осталось функционировать 5 лет. Престижная, эффектная, но не эффективная программа приближается к своему логическому завершению. NASA планирует произвести три запуска шаттлов в 2005 году и по пять ежегодно до 2010 года, когда намечено завершить строительство МКС. После этого челноки отправят на заслуженный отдых, а NASA сосредоточится на более дешевых космических программах. Планируется, в частности, разработать одноступенчатый многоразовый орбитальный самолет (по самым оптимистическим прогнозам, к 2010 году), возродить программу одноразовых кораблей "Аполлон" (примерно в те же сроки), построить более эффективные двигатели.

Кроме того, NASA планирует к 2008 году возобновить запуски беспилотных космических аппаратов для исследования Луны, а к 2015 году направить на Луну астронавтов. Целью новой лунной экспедиции будет тестирование корабля и другого снаряжения для будущего полета на Марс. Корабль для полета на Луну NASA хочет создать к концу нынешнего десятилетия.

Михаил Витебский

Другие материалы