Salus populi suprema lex (988) (don_katalan) wrote,
Salus populi suprema lex (988)
don_katalan

Category:

Аполлон-13: единственный, на котором в полёте произошла серьёзная авария

«Аполло́н-13» (англ. Apollo 13) — пилотируемый космический корабль из серии «Аполлон». Из летавших к Луне пилотируемых кораблей — единственный, на котором в полёте произошла серьёзная авария.



Экипаж


Командир — 42-летний Джеймс Артур Ловелл (англ. James Arthur Lovell, Jr.), 4-й полёт.[1]
Пилот командного модуля — 38-летний Джон Леонард Суайгерт (англ. John Leonard Swigert, Jr.), 1-й полёт.[1]
Пилот лунного модуля — 36-летний Фред Уоллес Хейз (англ. Fred Wallace Haise, Jr.), 1-й полёт.[1]
Ловелл был опытным астронавтом, на тот момент имел за плечами программу «Джемини» и миссию «Аполлон-8», где был пилотом командного модуля, был первым, кто летел к Луне повторно, а также первым астронавтом, отправляющимся в свой четвёртый космический полёт.[1]

Суайгерт и Хейз были новичками. Изначально в экипаж входил Томас Маттингли (англ. Thomas Kenneth Mattingly II), но он был заменен на Суайгерта по медицинским соображениям — Маттингли, не имевший иммунитета к краснухе, за 8 дней до полёта общался с заболевшим ею коллегой-астронавтом Чарльзом Дьюком, что вызвало обоснованные опасения у врачей.[2][3][1] (Впоследствии Маттингли и Дьюк вместе полетят к Луне на «Аполлоне-16» под командованием Джона Янга.)
Изначально экипаж Ловелла предназначался для миссии «Аполлон-14», а на «Аполлоне-13» планировалось отправить экипаж под командованием Алана Шепарда. Шепард страдал от расстройства вестибулярного аппарата, и, желая вернуться к полётам, согласился на хирургическое вмешательство, которое устранило проблему; однако его здоровье не успевало полностью восстановиться к назначенной дате полёта. В результате Ловеллу было сделано предложение поменяться с Шепардом кораблями, на которое он согласился.[4]
Когда возникли проблемы у Маттингли, Ловелл вновь был поставлен перед выбором: либо согласиться на замену Маттингли, либо полностью передать полёт второму дублирующему экипажу под командованием Джона Янга. Ловелл с тяжёлым сердцем выбрал первое.
....

Старт


Запуск корабля успешно состоялся 11 апреля 1970 года в 13:13 по центральноамериканскому времени (UTC−6:00) с площадки A стартового комплекса LC-39 космического центра Кеннеди[1][7].
Старт сопровождался отказом, который удалось парировать, не прерывая полета. Центральный (пятый) двигатель второй ступени самопроизвольно выключился в 000:05:30.64 полётного времени, на 2 минуты 12 секунд ранее, чем было запланировано[8]; остальные четыре двигателя продолжали работать. К моменту этого отказа двигатели уже проработали достаточное время, и было решено не прерывать полёт, а скомпенсировать отключение центрального двигателя продлением работы четырёх боковых двигателей на 34 секунды[3][8]. В момент завершения работы второй ступени в 000:09:52.64 полётного времени высота орбиты оказалась ниже расчётной на 10,7 морских миль (19,8 км), а скорость — ниже расчётной на 5685,3 фута (1700 м) в секунду[8].
После разделения ступеней запуск двигателя третьей ступени произошёл в 000:09:56.90; он проработал на 9 секунд дольше расчётного времени[3], отключившись в 000:12:29.83. В результате итоговая скорость корабля оказалась ниже расчётной всего на 1,9 фута (0,58 м) в секунду, а высота орбиты — выше расчётной на 0,2 морской мили (370 м)[8].
За стартом с космодрома и прилегающих окрестностей наблюдали более 100 000 человек. Первые двое суток полёта «Аполлона-13» прошли без особых происшествий.
...

Авария


Первые проблемы с оборудованием служебного модуля начались на третьи сутки полёта, утром, в 47:00:07 полётного времени. После сна экипажу были даны указания выполнить процедуру перемешивания содержимого кислородных и водородных баков. Перемешивание требовалось ввиду того, что в невесомости жидкие кислород и водород расслаиваются, и датчики уровня начинают выдавать неверные (как правило, хаотично меняющиеся) данные. В каждом баке находилось по два активатора, представлявших из себя небольшие турбинки, приводимых в движение электромоторами. Они перемешивали содержимое баков, в результате чего газовая фаза отделялась от жидкой, и показания датчиков уровня приходили в норму.
После процедуры перемешивания с датчика максимального давления в кислородном баке № 2 пошел сигнал срабатывания, что было зафиксировано как на приборной панели «Одиссея», так и на мониторах в Хьюстоне. Аналоговые датчики давления и температуры в баке № 2 продолжали выдавать нормальные показания, поэтому отказ был признан некритичным.
Вечером (в 20:24 по времени Хьюстона) 13 апреля 1970 года, когда корабль пролетел 330 000 километров, экипаж вёл репортаж для телезрителей, знакомя их с кораблём и своим бытом. Операторы в Хьюстоне уже некоторое время наблюдали колебания показаний датчиков уровня сжиженных кислорода и водорода в баках служебного модуля, и приняли решение по окончании репортажа произвести их перемешивание.[9]
После окончания репортажа Джон Суайгерт, получив указание из центра управления полётом, приступил к перемешиванию жидкостей во всех четырёх баках (55:54:53 полётного времени). Через 16 секунд астронавты услышали громкий звук удара, сопровождавшийся встряской корабля.[10]
Сперва Лоуэлл решил, что это очередная шутка Хейза — при открытии клапана уравнивания давления воздуха между командным и лунным модулями раздавался громкий хлопок, и Хейз неоднократно проделывал эту операцию ранее, пугая экипаж. На этот раз Хейз был удивлён и озадачен не меньше остальных астронавтов.[11]
Сработала аварийная сигнализация. Индикаторы на пульте управления показывали потерю напряжения на шине питания B — одной из двух, питающих бортовое оборудование командного и служебного модулей.[12] Операторы в центре управления полётом отметили падение до нуля давления в кислородном баке № 2 (англ. oxygen tank 2) и в двух из трёх имеющихся топливных элементов (англ. fuel cell).[13]
Джеймс Ловелл доложил в Хьюстон о случившемся. Не наблюдая очевидных повреждений в командном модуле, экипаж предположил, что в лунный модуль попал метеороид, и, опасаясь за герметичноcть корабля, приступил к аварийному задраиванию переходного тоннеля, открытого в ходе телепередачи. Однако закрыть люк никак не удавалось, и вскоре астронавты, не ощущая утечки воздуха, прекратили эти попытки и вернулись к анализу текущей ситуации.[14]
В центре управления полётом заметили, что одновременно со встряской корабля радиосвязь автоматически переключилась с направленной антенны на всенаправленные.[15] Началось падение напряжения и на шине питания A, а топливные элементы № 1 и № 3 полностью прекратили выработку электроэнергии.[16] Это означало однозначный отказ от высадки на Луну, поскольку, согласно установленным NASA жёстким требованиям безопасности, она допускалась только при условии исправности всех трёх топливных элементов.[17]
Колебания корабля продолжались,[13] и автоматике не удавалось их парировать; не смог этого сделать и сам Ловелл, перейдя на ручное управление.[18] Это грозило рядом неприятных последствий: прежде всего, обычно на протяжении полёта корабль вращался вокруг своей оси со скоростью около одного оборота в минуту, что обеспечивало его равномерный обогрев Солнцем. Нарушение равномерности этого вращения привело бы к перегреву корпуса корабля с освещённой и переохлаждению с теневой стороны, что могло бы повредить оборудование модулей.[17] Кроме того, неконтролируемые колебания корабля могли привести к складыванию рамок гироскопов, что означало бы полную утрату информации о его пространственной ориентации.[19]
Выглянув в боковой иллюминатор, Ловелл увидел облако истекающего из служебного отсека газа, который и создавал реактивную силу, изменяющую ориентацию корабля.[20] Индикаторы давления в кислородном баке № 1 показывали его медленное и неуклонное понижение; по оценке астронавтов, бак должен был опустеть через пару часов.[21]
Выработка электричества последним исправным топливным элементом № 2 неуклонно уменьшалась; напряжение на шине питания A продолжало падать. Чтобы избежать полного обесточивания «Одиссея», центр управления полётом отдал приказ запитать обе шины от аккумуляторов командного модуля (которые обычно использовались в ходе возвращения на Землю), после чего приступить к отключению второстепенных систем согласно аварийному «розовому списку» с целью снизить потребляемый модулем ток (обычно составлявший 50 А) на 10 А. Однако даже при такой пониженной нагрузке заряда аккумуляторов хватило бы от силы на пару часов.[22]
Когда давление упало ниже определённого уровня, система автоматически переключилась на использование кислорода из уравнительного бака командного модуля.[23] Исчерпание этого запаса кислорода было недопустимо, поскольку он обеспечивал дыхание экипажа в ходе возвращения на Землю, и центр управления полётом потребовал отключить уравнительный бак от кислородной системы.[24] Последней отчаянной попыткой остановить утечку стал приказ на закрытие отсечных клапанов трубопроводов, ведущих к двум отказавшим топливным элементам, в предположении, что причиной утечки является повреждение последних. Способа открыть однажды закрытые клапаны не существовало, поэтому такое распоряжение означало официальную отмену высадки на Луне. Сначала был закрыт клапан топливного элемента № 3, а когда это не помогло — топливного элемента № 1, но утечка так и не прекратилась.[25]
Ответственный за системы энергоснабжения и жизнеобеспечения Сеймур Либергот вспомнил про отработанный ранее на тренажёре сценарий разгерметизации командного модуля, в котором лунный модуль использовался в качестве «спасательной шлюпки», и предложил этот вариант руководителю полётами.[26] Экипаж приступил к работе по этому плану: Ловелл и Хейз занялись включением систем лунного модуля, в то время как Суайгерт выполнял операции по обесточиванию «Одиссея» — работу, которой в штатном режиме должны были бы заниматься все три астронавта. Тем временем утечка из кислородного бака ускорялась, оставляя экипажу всё меньше времени на выполнение необходимых действий.[5]
Первоочерёдными задачами было запитывание гиростабилизированной платформы «Водолея», после чего следовало ввести в неё параметры ориентации связки модулей. Эта операция осложнялась тем, что, ввиду конструктивных особенностей стыковочного узла, они несколько отличались от аналогичных параметров «Одиссея», и поэтому требовали несложного арифметического пересчёта. Для пущей уверенности Ловелл попросил операторов на Земле проверить его вычисления.[27] Не обошлось без накладок — так, Гленн Линней в спешке отдал приказ обесточить маневровые двигатели «Одиссея» до того, как были запитаны аналогичные двигатели «Водолея», и на некоторое время связка кораблей потеряла возможность сохранять неизменной свою ориентацию в пространстве.
...

Создание штаба по спасению экипажа


...
Сценарии без облета Луны.
...
Сценарии с облетом Луны.
...

Проблемы, сопутствующие аварии


Невозможность навигации
...
Нерасчётные моменты инерции
...
Проблемы со связью
...
Систематический дрейф
...

Вторая коррекция траектории


Первая коррекция, совершённая ещё до происшествия, перевела «Аполлон-13» на гибридную траекторию, не обеспечивавшую возврата к Земле без дополнительных действий. Чтобы вернуть корабль на траекторию свободного возврата, было достаточно увеличить его скорость всего на 16 футов (4,9 м) в секунду.[43] Действуя по инструкциям из центра управления полётом, астронавты привели в развёрнутое положение опоры посадочной ступени, освобождая сопло её двигателя.[44] Затем, в 08:42:43 14 апреля (061:29:43.49 полётного времени[8]) на 7,5 секунд включились маневровые двигатели «Водолея» для осаждения топлива в его баках, после чего маршевый двигатель был запущен на 10 % тяги; через 5 секунд Ловелл поднял тягу до 40 %, а ещё через 25 секунд компьютер произвёл его отключение в соответствии с заданной программой.[45] Манёвр оказался выполненным безукоризненно: поправка, которая обычно вносилась маневровыми двигателями, не потребовалась.[46]
При штатном развитии событий двигатель посадочной ступени лунного модуля должен был включаться несколько раз — для сведения лунного модуля с орбиты, для маневрирования во время спуска и для гашения вертикальной и/или горизонтальной скорости непосредственно перед прилунением. Однако из-за особенностей конструкции топливной системы, имевшей вытеснительную подачу, двигатель мог быть повторно запущен только на протяжении некоторого времени (порядка 50-55 часов) с момента первого запуска. Компоненты самовоспламеняющегося топлива подавались в камеру сгорания в результате наддува баков гелием.[47] Гелий хранился в сжиженном виде при температуре −452 °F (−268 89 °C), и давлении 80 фунтов на квадратный дюйм (5,44 атм). Перед первым запуском двигателя гелий подогревался и превращался в газ[48]; после газификации гелия давление в баках продолжало расти. Для предотвращения их разрыва топливная система была снабжена специально рассчитанной предохранительной диафрагмой[49]. По достижении давления в 1800 фунтов на квадратный дюйм (122,5 атм) гелий прорывал диафрагму и улетучивался в космос, что делало дальнейший запуск двигателя посадочной ступени невозможным.[48] При штатном развитии событий к этому моменту посадочная ступень уже должна была находиться на Луне[47]. Согласно расчётам, основанным на данных с датчиков давления гелия, прорыва диафрагмы следовало ожидать примерно на 105‑м часу полётного времени.[48]
Вначале центр управления полётом планировал третий сценарий спасения. По этому сценарию посадка ожидалась в Индийском океане, около острова Мадагаскар, где не было поисково-спасательных средств США (5 кораблей и 47 самолётов, выделенных для спасения астронавтов, были сосредоточены только в Тихом океане). Полёт по такой траектории был нежелателен ещё и потому, что ресурсы лунного модуля, по расчётам, заканчивались за несколько часов до вхождения командного модуля в атмосферу Земли. Поэтому центр управления полётом приступил к осуществлению пятого сценария спасения. Были рассчитаны параметры коррекции «PC+2», предназначенной для повышения перелётной скорости[* 1].

Проверка ориентации


В Центре управления полётом не были уверены в точности настройки инерциальной гироскопической платформы лунного модуля. В силу кратковременности работы двигателя при второй коррекции возможная ошибка не могла привести к значительному отклонению от расчётной траектории, однако перед гораздо более длительной коррекцией PC+2 следовало убедиться в правильности ориентации корабля. Инженерам, экспериментировавшим на симуляторе, так и не удалось найти такую его ориентацию, при которой «ложные звёзды» ушли бы из поля зрения и позволили откалибровать платформу.[50] За неимением лучшего варианта было решено начать с предположения, что текущая калибровка платформы является правильной, и получить его подтверждение при помощи Солнца.[51] В 73:32 полётного времени компьютеру лунного модуля была отдана команда сориентировать корабль так, чтобы в навигационный телескоп был виден правый верхний лимб светила. В 73:47 отработка команды завершилась, и Хейз, надев на телескоп светофильтр, убедился, что перекрестие прибора действительно указывает (с незначительным отклонением) на ожидаемую точку.[52]

Облёт Луны и прекращение радиосвязи


Во вторник 14 апреля в 76:42:07 полётного времени корабль вошёл в лунную тень[53]. «Ложные звёзды» погасли, и астронавты увидели знакомые созвездия[53]. Однако для экономии сил и времени экипажа, а также ресурса двигателей ориентации, центр управления полётом отказался от повторного приведения по звёздам, сочтя предыдущее приведение по Солнцу достаточно точным.
В 18:15 по времени Хьюстона (77:02:39 полётного времени) «Аполлон-13» скрылся за диском Луны. Радиосвязь с Землёй прекратилась. В это время экипаж занимался фотографированием поверхности обратной стороны Луны.
Радиомолчание длилось около 20 минут. Затем Ловелл и Хейз стали включать системы лунного модуля, готовясь к третьей коррекции.

Третья коррекция траектории (PC+2)


Коррекция «PC+2» предназначалась для повышения перелётной скорости от Луны к Земле. 15 апреля в 02:40:31 (по Гринвичу (GMT)) или в 79:27:39 полётного времени была подана команда на включение двигателя. Сперва 7,5 секунд работали двигатели ориентации для осадки топлива в баках. Затем в камеру сгорания двигателя посадочной ступени лунного модуля были поданы компоненты топлива, которые при соединении воспламенились. Двигатель проработал на минимальной тяге 5 секунд; затем Ловелл передвинул рычаг управления двигателя на 40 % — на этом режиме двигатель работал 21 секунду, после чего был переведён на полную тягу.[54] Всего коррекция длилась 4 минуты 23 секунды, по её окончании двигатель отключился автоматически по команде бортового компьютера. Манёвр был выполнен в полном соответствии с расчётами, однако в ходе перелёта к Земле корабль стал отклоняться от идеальной траектории. Это отклонение было очень незначительным, но постоянным. Его назвали «систематическим дрейфом». Вычисления показали, что в результате дрейфа корабль пройдёт мимо Земли на расстоянии, равном примерно 165 км[источник не указан 744 дня]. Нужно было в третий раз включать двигатель посадочной ступени для ещё одной коррекции.

Кризис систем жизнеобеспечения и другие проблемы


...
Проблема с системой регенерации воздуха
...
Бытовые проблемы
...

Взрыв в аккумуляторном отсеке лунного модуля


15 апреля в 23:10 (в 97 часов 13 минут полётного времени) Хейз, находящийся в лунном модуле, услышал хлопок, сопровождавшийся сотрясением связки модулей. Выглянув в иллюминатор, он увидел туман со снежинками, струящийся из посадочной ступени[64]. Операторы центра управления полётом зарегистрировали некоторое снижение мощности, выдаваемой химической батареей № 2[65]. Инженеры немедленно провели анализ телеметрии, и пришли к выводу, что данная ситуация не являлась угрожающей[66]. Выделяющиеся в ходе работы батарей кислород и водород скопились в отсеке химических батарей, а случайная искра подожгла их смесь; продукты сгорания вырвались в окружающий вакуум[67]. Возможность падения мощности, выдаваемой одной из батарей, была предусмотрена конструкцией, и система электропитания автоматически скомпенсировала недостачу за счёт трёх остальных[68].

Проверочное включение командного модуля


...
Четвёртая коррекция траектории
...
Проблемы с радиоизотопными материалами лунного модуля
...
Операция по зарядке аккумуляторов командного модуля
...
Комплектование командного модуля по массе
...

Пятая коррекция траектории


В 108:46:00 полётного времени корабль сотрясла вибрация, и космонавты увидели в иллюминатор облако ледяных кристаллов.[63] Инженеры в центре управления полётом отметили, что давление в гелиевых баках упало с 1921 фунтов на квадратный дюйм до 600 и продолжало понижаться[63]: произошёл давно ожидаемый прорыв предохранительной мембраны, очередной запуск двигателя посадочной ступени стал невозможен.
После четвёртой коррекции траектории наземные измерения предсказывали, что угол входа корабля в атмосферу составит 6,24°, что было близко к оптимальному углу входа, составлявшему 6,5°.[85] Однако по непонятной пока причине этот угол продолжал медленно, но неуклонно уменьшаться; к утру четверга он составлял уже 6,15°.[85] Допускать дальнейшее его уменьшение не следовало: угол входа в 5,85° привёл бы к рикошету корабля от атмосферы[42]. Для исправления ситуации была необходима ещё одна коррекция. Поскольку двигатель посадочной ступени, который мог бы придать кораблю необходимый импульс всего за несколько секунд, больше не мог быть запущен, коррекцию следовало осуществить маломощными двигателями системы ориентации лунного модуля, что заняло бы полминуты и практически полностью израсходовало бы их рабочее тело.[86]
Коррекция была проведена 17 апреля в 12:52:51 (в 137:39:52 полётного времени), двигатели ориентации проработали 22 секунды. Расчёты показали, что корабль приводнится в приемлемом районе.

Отстыковка служебного модуля и коррекция увода спускаемого аппарата


После пятой коррекции экипажу предстояло провести ещё несколько ответственных операций, в частности, выполнить отстыковку служебного модуля от спускаемого аппарата. Если бы не авария, то эта операция была бы вполне заурядной, но в сложившихся условиях имелись опасения, что могли быть повреждены пироболты, скрепляющие их вместе. Кроме того, после отделения служебный модуль обычно уводился в сторону при помощи собственных двигателей ориентации, на которые в данном случае нельзя было полагаться. Наконец, корабль без служебного модуля, представлявший собой нерасчётную связку отсека экипажа и лунного модуля, мог оказаться динамически неустойчивым и сложно стабилизируемым.
Усложняла операцию усталость экипажа, вызванная постоянным недосыпанием. Суайгерта терзало опасение, что в момент отделения он по привычке произведёт отстрел лунного (как в штатном полёте), а не служебного модуля (как следовало сделать на этот раз), выключатели которых на пульте располагались рядом[87]. Чтобы исключить такую возможность, он, попросив Хейза проконтролировать его действия, заклеил соответствующий выключатель клейкой лентой[62].
...
Отделение лунного модуля
...
Предпосадочная навигация
...
Приводнение

Некоторые итоги полёта


Полёт продемонстрировал трудности и опасности космического полёта и этим сделал ещё более весомыми успешные полёты кораблей «Аполлон-11» и «Аполлон-12».
Обеспечение благополучного возвращения экипажа после такой серьёзной аварии расценили как крупный успех, продемонстрировавший широкие возможности кораблей «Аполлон», эффективность наземных служб в аварийной ситуации, высокую квалификацию и мужество астронавтов.
В связи с необходимостью модификации кораблей «Аполлон» старт корабля «Аполлон-14» был отложен на 5 месяцев.
После случая высокой вероятности заражения одного из членов основного экипажа краснухой (и вызванной этим необходимости замены его дублёром) решено сделать значительно более строгими условия частичного карантина для астронавтов перед полётом.

При облёте Луны корабль «Аполлон-13» незапланированно установил рекорд удаления пилотируемого аппарата от Земли — 401 056 километров

Пост спочатку надрукований тут: https://don-katalan.dreamwidth.org/1963102.html.
Tags: история, космос, сша
Subscribe
promo don_katalan december 29, 2014 14:39 113
Buy for 50 tokens
Расшифровка секретного плана адмиистративно-территориального устройства России после ее распада От гуляющих по сети различных вариантов "государственного" устройства будущего российских территорий отличается наличием территорий в совместном управлении, возвратом исторических территорий…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 5 comments