«Техника-молодежи» 2003 г №4, с.30-34
| НЕТ У «ЧЕЛНОКА» СПАСАТЕЛЬНОГО КРУГА... | Сергей СОБОЛЬ |
1 февраля 2003 г., возвращаясь из своего 26-го полета, на высоте более 60 км над штатом Техас разрушился многоразовый воздушно-космический корабль «Колумбия» («Columbia ») — первый типа "Space Shuttle» (букв, «космический челнок»). Все семь членов экипажа погибли...
ЧЕГО БЫТЬ НЕ МОГЛО. Конечно, СМИ растиражировали самые невероятные предположения.
Одна из версий — усталостное разрушение конструкции на участке максимальных поперечных перегрузок. Но тогда придется признать, что в NASA такой бардак, по сравнению с которым Гуляй-поле батьки Махно — верх законности, дисциплины и порядка...
А вот еще версия — диверсия. Помилуйте, чья? Бен Ладена, Саддама Хусейна, Ким Чен Ира? Центр Кеннеди — это, конечно, не сверхзакрытый в прошлом Тюратам, но и отнюдь не проходной двор. Внутренних заговорщиков? С них станется: Пентагон и NASA уже несколько лет лихорадочно думают, как бы «по тихому» списать стареющие челноки. Однако тут для подтверждения мало ответа на вопрос «кому выгодно», нужны еще и хоть какие-нибудь «вещдоки», которых нет. (Или пока нет?)
Исключается и возможность поражения «Колумбии» каким-либо земным оружием: из стоящих на вооружении систем «челнок» могли бы достать только наши противоракеты типа «Galosh», но они как известно базируются не в Техасе, а вокруг Москвы.
НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНОЕ. В отличие от катастрофы «Курска», гибель «Колумбии» произошла «на глазах» всего прильнувшего к телеэкранам мира. В отличие от «Челленджера», трагедия разыгралась достаточно далеко, чтобы что-то удалось разглядеть.
Судя по показанным видеокадрам, СНАЧАЛА резко изменился инверсионно-плазменный след за кораблем, что может свидетельствовать о повреждении теплозащиты и начале горения конструкционных материалов корабля, а ЗАТЕМ началось и разрушение «челнока»...
Если исходить из видео, то наиболее вероятная версия — повреждение теплозащиты (ТЗ) с последующим прогаром и разрушением конструкции потоками плазмы. Теперь известно (ранее эта цифра никогда не фигурировала), что «шаттлы» теряли за полет до 100 (из 24 тыс.) плиток теплозащиты, уже в первом полете 12 апреля 1981 г. та же «Колумбия» потеряла 14 таких плиток. Даже чисто статистически вполне представима ситуация, когда все (или почти все) плитки, которым «суждено» отлететь, отлетят в одном месте.
Эта версия быстро нашла подтверждение. Во-первых, еще при старте по крылу ударил отвалившийся фрагмент теплоизоляции кислородного бака — кусок обледенелого пенопласта. Последствия этого удара могли быть самыми печальными. Далее, какие-то повреждения разглядели эксперты и на видеозаписи, переданной с борта «шаттла» во время орбитального полета, — правда, непонятно, что им помешало сделать это еще ДО, а не ПОСЛЕ спуска? Наконец, радиолокаторы слежения фиксировали на орбите рядом с кораблем неопознанный объект, возможно — космический мусор, который тоже мог быть причиной повреждения...
Однако примерно через неделю после катастрофы была сделана находка, объяснение которой версия разрушения ТЗ не дает: в штате Калифорния обнаружили обломки кормовой части «шаттла». Калифорния почти на 2 тыс. км западнее Техаса. Чтобы какой-то фрагмент корабля попал туда, он должен был не только отделиться от космического самолета еще раньше (где-то над Тихим океаном), но и иметь при этом достаточную собственную скорость (иначе он летел бы вместе с «Колумбией» дальше). То есть на корабле должен был произойти взрыв...
Такой была погибшая «Колумбия»... |
Подтверждение этой версии нашлось в последних данных телеметрии «Колумбии»: «зашкалили» датчики температуры и давления в левой нише шасси. Это произошло непосредственно перед началом интенсивного торможения в атмосфере, при котором любой сегодняшний космический корабль идет в плазменном коконе, и радиосвязь практически невозможна.
Но вот вопрос: хватит ли силы взрыва рабочей жидкости в гидросистеме (или, тем более, взрыва воздуха в шине колеса, как предположили некоторые «эксперты»), чтобы разбросать обломки на расстоянии 2 тыс. км?
Анализ телеметрии и обломков, в конце концов, подсказал наиболее реальную версию: еще на орбите, после разворота корабля для входа в плотные слои атмосферы, взорвался левый модуль двигателей орбитального маневрирования.
Немного о «шаттле». При запуске три огромных двигателя SSME вырабатывают жидкие водород и кислород из подвесного бака. А вот на околоземной орбите корабль маневрирует с помощью двигателей малой тяги, работающих на долгохранимых самовоспламеняющихся (и очень ядовитых) компонентах топлива, баки которых размещены вблизи двигателей. Таких топливно-двигательных блоков три: один — в носовой части, перед кабиной экипажа, а два — в корме в правом и левом «верхних углах» хвостового отсека. Топливо в них остается почти до самого конца, потому что эти же агрегаты работают и при спуске — до того момента, пока не станут эффективными нормальные самолетные аэродинамические рули.
Так вот, этот-то модуль и взорвался в самом начале спуска. Тогда и оторвался фрагмент хвостовой части, найденный в Калифорнии. Корабль же после этого закрутило — по разным предположениям, вокруг продольной или вертикальной оси. Естественно, ни о каком управляемом входе в атмосферу и нормальной работе теплозащиты речь уже не шла...
РАСПЛАТА. Погибли 7 астронавтов. Число жертв космических полетов выросло на треть, с 14 до 21 человека... А можно ли было спасти людей? Нет.
В статье о гибели «Курска» («ТМ». № 9 за 2000 г.) говорилось, что существующая техника могла бы — при штатной работе — спасти моряков (по крайней мере, тех, кто оставался в 9-м отсеке), если бы за предыдущее десятилетие не была развалена в нашем Отечестве вообще вся спасательная служба. А вот техники, способной спасти людей из космического корабля, разрушающегося во время торможения в плотных слоях атмосферы, в мире пока нет вообще.
На скорости до 2,5 — 3 «Махов» нормально работают обычные авиационные катапультные кресла, правда, спасаемый должен при этом находиться в скафандре. На больших же скоростях главным препятствием становится уже не напор воздуха, а нагрев от его сжатия, тепловой барьер. Никакой защитный костюм или скафандр уже не спасет, тут нужна спасательная капсула. Но задача создания спасательных капсул для авиационной техники (к которой все-таки относятся американский «Space Shuttle» и наш «Буран») не решена до сих пор.
Причина предельно проста. Почти полвека назад скорость самолетов и высота их полета перестали расти. В этом отпала необходимость, ведь каждый следующий шаг на этом пути давался все дороже, а беспилотные баллистические (а потом и зенитные) ракеты быстро и. казалось, навсегда обогнали крылатые пилотируемые машины. Соответственно, спасательные капсулы появились лишь на двух реально летавших самолетах — американских бомбардировщиках В-58 и ХВ-70, причем второй в серию не пошел. И только на одном серийном самолете — американском бомбардировщике F-111 — сделали отделяемую кабину.
Последние секунды последнего полета (ил. из журнала «Новости космонавтики»).
Однако удачными эти технические решения назвать нельзя. Так, в демонстрационном полете разбился ХВ-70. Один из летчиков не смог катапультироваться: кресло в полете находилось не в капсуле, а перед ней — для большего комфорта, а также для того, чтобы при катапультировании не мешали ручки управления. Перед срабатыванием системы покидания самолета кресло должно было втянуться в капсулу, но бомбардировщик вошел в плоский штопор, и механизм не смог справиться с силой инерции...
Далее, оказалось, что человек в капсуле далеко не лучшим образом взаимодействует с набегающим воздухом: если в кресле тот прижимает тело к его спинке, то в капсуле летчик буквально повисает на привязных ремнях, что, мягко говоря, не способствует его выживанию. Во многом, поэтому на F-111, в конце концов, установили обычные кресла — они давали больше шансов. Отказались от отделяемой кабины и на бомбардировщике В-1 (впрочем, превратившись из опытного В-1А в серийный В-1В, он претерпел и другие качественные изменения).
Словом, для покидания воздушно-космического самолета на скоростях выше 3 М отделяемая кабина должна представлять собою самостоятельный летательный, а точнее — спускаемый аппарат. Именно спускаемый аппарат позволил решить проблему аварийного спасения экипажа при запуске космического корабля обыкновенным ракетоносителем.
ЧТО ХОРОШО ДЛЯ РАКЕТЫ... В общем случае система аварийного спасения (САС) представляет собою малогабаритную и, как правило, твердотопливную ракету, уводящую спускаемый аппарат (обычно с какими-то элементами конструкции, например, с обтекателем) от аварийной (взрывающейся) ракеты. Для экономии массы САС отделяется от носителя вместе с головным обтекателем, но к этому времени ракета уже набрала достаточно большую скорость, прошла плотные слои атмосферы, и в случае чего отделится уже корабль целиком, своими двигателями уводя спускаемый аппарат от опасности.
Теперь — внимание. САС стоит в носу ракеты и уводит спускаемый аппарат немножко в сторону, но в основном — вперед по траектории полета. При этом на экипаж действует 20-кратная перегрузка, но — в том же направлении, что и при обычных старте и посадке. Катапультные же кресла, как и спасательные капсулы, и отделяемые кабины, уводятся почти под прямым углом к траектории полета самолета или воздушно-космического корабля. Перегрузки при этом, может, и меньше по величине, но разнообразны по направлению и очень неудачны, с точки зрения переносимости их экипажем.
Далее. В космосе обтекаемость значения не имеет, при старте космический корабль закрыт обтекателем, а самостоятельный полет спускаемого аппарата все равно неизбежен. Поэтому от последнего не требуется глубокая интеграция в конструкцию корабля и ракеты, что позволяет выбирать его форму исходя из аэродинамики именно автономного полета. Отделяемая же кабина не должна существенно искажать обводы самолета. Как при этом обеспечить устойчивость автономного полета, на сегодня неизвестно. Совершенно не факт, что эта задача вообще имеет техническое решение...
НА ПРЕДЕЛЕ. Поэтому и на «Шаттле», и на «Буране» применяется довольно сложный комплекс средств спасения: на старте до пуска, в полете при скорости меньше 2,5 М и во всех остальных случаях.
На стартовом столе экипаж быстро покидает аварийный корабль через посадочный люк: у американцев — по канатной дороге, у нас — по полированному стальному желобу, заключенному в трубу (защищающую его от непогоды и огня).
При скорости полета, меньшей 2,5 М, астронавты могут рассчитывать на катапультные кресла, но только в том случае, если в экипаже не более двух человек! То же самое было и у нас, хотя разработчики «Бурана» утверждают, что существовал вариант катапультирования четверых космонавтов: двоих — через штатные люки, двоих — с нижней палубы, через вышибаемые взрывами панели перед лобовым стеклом...
А вот если экипаж больше, то остается только надеяться на надежность «челноков». И эта надежда, в целом, обоснована: не требуют же парашютов летчики транспортной авиации!
Ведь «шаттл» как раз и создавался именно для этого этапа полета. Все остальное — ракетный старт, космический полет, даже безмоторная посадка — уже не ново. Но вот спуск... Пролетая добрый десяток тысяч км, аппарат гасит скорость с 28 тыс. до 300 км/ч, снижается с высоты 300 км до 0, при этом его внешняя поверхность нагревается до 3000 градусов (уже неважно, Цельсия или Кельвина). Со 100 до 30 км космический самолет снижается в плазменном «коконе», когда, как уже отмечалось, с ним невозможно связаться по радио, когда уже трудно маневрировать двигателями, но еще не работают аэродинамические рули... Если аппарат не может проходить ЭТОТ этап полета, то это НЕ «космический челнок»!
Разумеется, реальная техника не всемогуща, и работа на пределе возможностей материалов и конструкций возможна только в том случае, если внешние факторы, действующие на машину, достоверно известны и точно выдерживаются. Многие даже не подозревают, НАСКОЛЬКО ТОЧНО конструкция аппарата должна соответствовать условиям его работы. Скажем, некоторое время назад в Москве появился очередной рекламный щит. На плакате, озаглавленном «Ответный удар», космонавт в отечественном скафандре закрашивал черно-белый бок «шаттла» золотой краской, с тем, чтобы написать на нем известную табачную марку. Вряд ли авторы картинки предполагали, что для реального челнока этот «номер» абсолютно смертелен: ведь цвет космических аппаратов — не прихоть дизайнера, а точный расчет теплотехника. Так, черное покрытие, раскаленное от сжатия встречного воздуха и трения об него, ИЗЛУЧАЕТ тепловую энергию, тем самым охлаждаясь! Нетрудно представить, как поведет себя покрытие «золотое»... Столь же строго должен выдерживаться, например, и угол атаки воздушно-космического самолета при входе в атмосферу.
«Челноки» летали, символизируя триумф неамериканской, а ОБЩЕЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ науки и техники. Но перенесение военной гонки в космос заставило американцев запустить «Челленджер» с промерзшими уплотнителями стыков твердотопливных ускорителей, те не удержали пороховые газы, и — число жертв участников космических полетов удвоилось. После победы США в «холодной» войне финансирование NASA и, соответственно, профессионализм кадров этого агентства существенно ухудшились. Вероятно, поэтому при ремонте «Колумбии» поменяли трубопроводы жидкого водорода к маршевым двигателям, но, похоже, не особо интересовались двигателями орбитального маневрирования — в них-то, отлично отработанных, что могло случиться? Случилось...
