Дмитрий Чернышев (mi3ch) wrote,
Дмитрий Чернышев
mi3ch

Category:

носок и изолента

История о том, к чему привело небольшое изменение спецификации




Экипаж Аполлон-13. Командир — 42-летний Джеймс Артур Ловелл, 4-й полёт. Пилот командного модуля — 38-летний Джон Леонард Суайгерт, 1‑й полёт. Пилот лунного модуля — 36-летний Фред Уоллес Хейз, 1‑й полёт.

Изначально в экипаж входил Томас Маттингли, 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

Целью миссии «Аполлон-13» была третья по счету высадка на Луне. Однако была еще одна задача: изучение лунного кратера Фра Мауро, названного так в честь венецианского картографа и монаха. Он находится на видимой стороне Луны и, предположительно, был сформирован из выброса или обломков пород, образовавшихся в результате столкновения с крупным метеоритом. Через год этот кратер был изучен в ходе миссии «Аполлон-14».


Конструкция сервисного модуля «Аполлона»

Энергетическая подсистема сервисного модуля «Аполлона» состояла из двух баков водорода, двух баков кислорода и трёх топливных элементов. Топливные элементы, потребляя водород и кислород, производили электроэнергию и воду, которая потреблялась экипажем для питья и оборудованием для охлаждения. Это была очень эффективная система, лучше, чем солнечные батареи, при условии, что полёт будет не дольше 2-3 недель.



Это — бак кислорода сервисного модуля «Аполлона». Он настолько хорошо теплоизолирован, что способен хранить жидкий кислород годами. Жидкий кислород хранится в нем в состоянии сверхкритической жидкости, и, поэтому, проявляет свойства и жидкости и газа. Как известно, при расширении температура газа понижается. Теплоизоляция настолько хороша, что жидкий кислород охладился бы и потерял свехкритические свойства просто от расширения при нормальном расходе на топливные элементы. Поэтому пришлось ставить специальный нагреватель для поддержания требуемых температуры и давления. В невесомости жидкий кислород в сверхкритическом состоянии имел дурную привычку расслаиваться на жидкие и газообразные слои, что приводило к неверным показаниям датчика уровня. Поэтому пришлось ставить специальную турбинку для перемешивания кислорода, а для экипажа в набор «работы по дому» добавили процедуру перемешивания кислорода в баках, чтобы после неё ЦУП Хьюстона мог получить верные данные о количестве кислорода на борту.


Астронавты направляются к месту старта

1965 год. До полёта «Аполлона-13» ещё пять лет, до первого беспилотного полёта «AS-201» ещё год, даже программа «Джемини» только в этом году совершила свой первый пилотируемый полёт. Активно ведутся работы по кораблю «Аполлон». В силу огромности масштабов работы подрядчики NASA нанимают субподрядчиков для изготовления необходимых элементов. Сервисный модуль «Аполлона» делала «North American Aviation», а баки для него делал субподрядчик «Beech Aircraft». Поскольку топливные элементы выдавали 28 вольт напряжения, в спецификации к баку было указано рабочее напряжение 28 вольт. Однако, уже в процессе разработки сервисного модуля выяснилось, что при подготовке к старту «Аполлон» будет получать электричество от наземных генераторов стартового комплекса, а они имеют рабочее напряжение 65 вольт (совершенно нормальная ситуация, когда много квалифицированных людей делают большой проект). Поэтому спецификацию пришлось переделывать. Инженеры «Beech Aircraft» изменили оборудование кислородного бака, но забыли изменить под новое напряжение всего одну вещь — контакты термостата. Они предназначены для размыкания цепи нагревателя при необходимости. Контроль качества на всех уровнях — «Beech Aircraft», «North American Aviation» и NASA не заметил эту ошибку.



27 марта 1970 года, две недели до старта «Аполлона-13». Производится тренировочный предстартовый отсчет — полная симуляция старта с заправкой корабля рабочими жидкостями, переходом на полётную атмосферу, короче, всё, кроме реальной команды «Зажигание». Симуляция прошла успешно за одним исключением — бак номер два отказался опорожняться после окончания испытаний. Теоретически это ЧП, надо переносить старт и менять баки. Но, с другой стороны, нижний сливной штуцер используется только один раз — при тренировочном предстартовом отсчете. В полёте он не нужен, и лететь можно и с неработающим штуцером.

При включении нагревателя с наземным напряжением 65 вольт контакты термостата, рассчитанного на 28 вольт, приварились в положении «включено», нагреватель потерял возможность выключаться. Температурный сенсор внутри бака, сделанный для измерения рабочей температуры в районе -207 градусов, имел верхнюю границу измерений +27 градусов. Инженер, контролирующий работу, мог получить только два параметра — «нагреватель включен» и «температура не выше +27 градусов». В реальности постоянно включенный нагреватель быстро испарил кислород и, продолжая работать в пустом баке, нагрелся до +540 градусов. Где-то в огромном комплексе зданий стартовой площадки стоял самописец, фиксирующий постоянный ток нагревателя вместо циклов «вкл-выкл», но никто не посмотрел на его ленту до аварии. Раскалившийся до +540 градусов нагреватель расплавил тефлоновую изоляцию, и провода превратились в детонатор.



Старт корабля прошел без проблем. Авария произошла через 55 часов 54 минуты полёта. Очередное включение системы перемешивания баков (она включалась регулярно, чаще, чем раз в сутки) вызвало короткое замыкание в баке номер два. Тефлоновая изоляция загорелась. Горение тефлона в кислороде вызвало резкий нагрев бака и повышение давления, превышающее пределы прочности бака. Сорвало верхнюю крышку бака.

Спустя 130 минут давление в кислородном баке номер один упало до нуля — командный модуль лишился воды и энергии. От Земли он находился на расстоянии 320 000 километров.



Сначала экипаж перезагружал компьютер, докладывал показания индикаторов, подключал топливные элементы к разным шинам питания, чтобы разобраться, что происходит. Но уже спустя пятнадцать минут Джим Ловелл сообщил, что наблюдает утечку какого-то газа из сервисного модуля — проблема явно была очень серьезной. Именно тогда и прозвучала фраза «Хьюстон, у нас проблема» (в оригинале: «Houston, we've had a problem here» – Хьюстон, у нас тут была проблема).

Единственной возможностью стало включение лунного модуля, который становился спасательной шлюпкой. Работу приходилось проводить очень быстро, одновременно выключая командный модуль и включая лунный. Включение лунного модуля по инструкции занимало примерно три часа. Скорость утечки увеличивалась, и, когда стало понятно, что топливный элемент проработает меньше пятнадцати минут, пришлось менять процедуру включения на ходу. Отдельную проблему представляла навигация. Необходимо было переписать данные гиростабилизированной платформы командного модуля, провести пересчет (углы стыковки командного и лунного модуля были не строго 180 градусов) и ввести полученные данные в гиростабилизированную платформу лунного модуля. Сложная процедура была успешно произведена. Командный модуль отключился, лунный модуль взял на себя управление.



Ни о какой посадке на Луну уже не было речи. Нужно было вернуть экипаж. Следующей задачей стал выбор режима возвращения. Все «Аполлоны» летали по такой траектории, которая позволяла облёт Луны и нормальную посадку на Землю. Из-за этого все высадки «Аполлонов» были недалеко от лунного экватора.

«Аполлон-13» уже сошёл с траектории свободного возврата. Небольшое отклонение было необходимо для посадки в выбранном районе. Поэтому пришлось произвести коррекцию посадочным двигателем лунного модуля, включив его на 30 секунд. Отдельная проблема состояла в навигации. Куски теплоизоляции, вырванные при разрушении кислородного бака, в изобилии разлетелись вокруг корабля, став ложными звездами. Поэтому пришлось использовать Солнце для проверки точности ориентации. К счастью, данные были перенесены верно, а гиростабилизированная платформа работала исправно, навигация сохранилась точной, и коррекция прошла успешно.


Схема полёта

Траектория свободного возвращения также требовала небольшого маневра. Посадочный двигатель лунного модуля, рассчитанный на одно включение перед посадкой, включили уже во второй раз, и он проработал 4 минуты 24 секунды.



Был включен режим строгой экономии. Лунный модуль работал от батарей, а не топливных элементов. Поэтому, с одной стороны, кислорода было в достатке, потому что он использовался для наполнения лунного модуля после выхода на поверхность Луны. С другой стороны, электричество и вода были в жестоком дефиците. Лунный модуль был рассчитан на работу двух людей в течение полутора суток, но теперь он должен был обеспечивать трёх человек в течение четырех суток. Поэтому после выхода корабля из-за диска Луны были приняты все возможные меры для экономии электричества и воды. Вода потреблялась людьми и расходовалась на охлаждение техники.



В английском языке есть идиома — «квадратный штырь в круглом отверстии» — «square peg in a round hole». Она обозначает человека не на своём месте. А в полёте «Аполлона-13» идиома стала реальностью. Несмотря на обилие кислорода у экипажа назревала проблема с дыханием. Дело в том, что выдыхаемый углекислый газ надо чем-то поглощать. Больше 15% углекислоты во вдыхаемом воздухе приводят к нарушениям зрения, затем сознания, и, в итоге, смерти. В лунном модуле были круглые канистры гидроксида лития, которые поглощали углекислоту. Но их не хватало. В командном модуле было достаточно канистр гидроксида лития, но они были квадратными. Поэтому возникла задача быстро создать способ засунуть квадратный штырь в круглое отверстие.



Специалисты в ЦУПе взяв такие же материалы, как и те, которые были на «Аполлоне-13», достаточно быстро собрали адаптер и написали инструкцию по сборке. Идея была достаточно простая — канистра помещалась в пакет, в который подавался воздух из насоса воздушной системы. Пакет взяли из упаковки полётных костюмов, шланг — от скафандров, скрепили это изолентой, поставили согнутую крышку полётного плана в качестве распорки для равномерного распределения воздуха, а штатное отверстие в канистре закрыли носком и залепили той же изолентой. Инструкцию передали на «Аполлон-13», и в космосе собрали такой же адаптер. Проблема углекислоты была решена.


Семьи астронавтов молятся об их спасении



Параллельно шла напряженная работа по созданию процедуры запуска командного модуля. Без включения командного модуля посадка была невозможна. А включение осложнялось тем, что его батареи были уже частично разряжены, а сама процедура включения полностью выключенного командного модуля не только не была разработана заранее, о ней не задумывались и в симуляторе не проверяли. В условиях ограниченного времени (командный модуль неумолимо летел к Земле) придумали развернуть шину питания, которая была разработана для аварийного энергоснабжения лунного модуля. Буквально несколько ампер, которых не хватало для запуска систем командного модуля, были получены от лунного модуля, и процедура была готова вовремя.


Сын Джейма Ловелла у телевизора

На 97 часу полётного времени произошёл взрыв в одной из аккумуляторных батарей лунного модуля. Нормально выделяющийся при работе батарей водород и кислород скопились в отсеке одной из батарей и случайная искра привела к взрыву. К счастью, особых проблем этот взрыв не принёс, три батареи работали также, у четвертой немного снизился заряд.


Американцы ждут новостей о полете

Все время возвращения от Луны у корабля накапливалась проблема, причину которой никто не мог установить. Для нормальной посадки корабль должен находиться в достаточно узком диапазоне углов входа в атмосферу. Слишком маленький угол — и корабль отскочит от атмосферы как плоский камень от воды, слишком большой угол, и корабль сгорит из-за слишком сильного нагрева при торможении. И неизвестная сила во время полёта приводила к тому, что угол входа медленно, но неуклонно уменьшался. Вроде бы все силы, действующие на корабль, были учтены. Даже сброс мочи за борт запретили для того, чтобы реактивная сила не испортила траекторию, но всё тщетно — угол вышел за допустимые границы. Была нужна ещё одна коррекция. Для экономии электричества её провели вручную, не включая компьютер. Посадочный двигатель лунного модуля включился на 14 секунд на 10% тяги, уже в третий раз. Время отмеряли также вручную по наручным часам. Коррекция прошла удовлетворительно, угол вхождения в атмосферу оказался в приемлемых рамках, но позднее потребуется ещё одна коррекция.

Уже после полёта было установлено, что реактивную силу создавала испаряющаяся из системы охлаждения лунного модуля вода. До этого лунный модуль никогда не находился в свободном полёте настолько долго, чтобы эта небольшая сила стала заметной.

На 108 часу полёта произошёл разрыв предохранительной мембраны бака наддува. Гелий, рассчитанный для однократной работы перед посадкой на Луну, был разогрет ещё перед первой коррекцией после аварии. Давление в баке постоянно росло, и был неизбежен прорыв предохранительной мембраны. Потеря газа наддува означала, что посадочный двигатель лунного модуля уже не мог быть запущен. Но была нужна ещё одна коррекция. Пришлось использовать двигатели ориентации лунного модуля. К счастью, импульс был нужен маленький, всего 22 секунды гораздо менее мощных двигателей ориентации, и коррекция на 137 часу полёта прошла успешно.



Перед посадкой нужно было выполнить множество операций.
Во-первых, надо было перенести в командный модуль балласт — ненужные вещи, которые бы заменили 45 килограммов лунных камней. Таким балластом стали камеры, прочая мелочевка, и табличка, которую планировалось оставить на Луне — её Ловелл решил взять в качестве сувенира.

Во-вторых, надо было включить командный модуль, а, учитывая несколько дней простоя и обилие влаги на стенах, это было волнующим моментом. К счастью, процедура была разработана верно, и модуль на короткое время жизни батарей вернулся в строй. Затем был отстыкован сервисный модуль. Он удалялся, медленно вращаясь, а астронавты с удивлением смотрели на то, какие большие повреждения были нанесены аварией — целая панель была сорвана

В-третьих, надо было отстыковать лунный модуль. Астронавты с грустью провожали модуль, который не доставил их на Луну, но спас жизнь.

И в-четвертых, надо было проверить правильность ориентации командного модуля. Поскольку финальная часть полёта проходила в тени Земли, было замерено время покрытия Землей Луны. Время совпало с расчетами ЦУПа, ориентация была верной, а дальше работали компьютеры.



Охлаждение лунного модуля снова успело уменьшить угол вхождения в атмосферу, поэтому корабль дольше обычного проходил без связи плотные слои атмосферы, что наверняка заставило людей поволноваться. И уже после восстановления связи осталась последняя интрига — сработают ли парашюты. К счастью, они сработали, и в прямом эфире вся планета могла порадоваться за успешное возвращение астронавтов домой.



Космонавтам посчастливилось приводниться в Тихом океане недалеко от десантного корабля «Иводзима».



Если бы их не заметили, неизвестно, сколько им пришлось бы дрейфовать – в полете они исчерпали запас энергии радиомаячка.



Центр управления полетом радуется успешному приземлению астронавтов. Астронавты и наземные службы Хьюстона за проявленное мужество и исключительно высокопрофессиональную работу были награждены высшей гражданской наградой США — «Медалью свободы».

За 15 часов до посадки среди операторов центра управления полётом была распространена копия коммерческого счёта, выполненного в стиле типичного счёта за проживание в мотеле. Счёт на сумму 317 421 доллар 24 цента был якобы выставлен фирмой «Grumman Aerospace Corporation» (производителем «Водолея») фирме «North American Rockwell» (производителю «Одиссея») за «эвакуацию транспортного средства, подзарядку аккумуляторов в дороге при помощи кабелей клиента, заправку кислородом; проживание в номере на двоих (без телевизора, с кондиционером и радио) американской планировки с великолепным видом, предоплата, плюс дополнительный гость на ночь; хранение багажа, чаевые; скидка для государственных служащих — 20 %». Пометка в счёте гласила: «Отъезд из лунного модуля не позднее полудня пятницы; проживание после этого срока не гарантируется», отдельной строкой стояла «плата за сохранение настоящего счёта в тайне». Эта шутка позволила значительно разрядить напряженность, царившую среди операторов центра управления полётом


Торжественная встреча героев

Интересно, что за несколько месяцев до полёта вышел фильм «Потерянные» с очень схожим сюжетом — в результате аварии на корабле трое астронавтов «застревают» на орбите Земли с ограниченным запасом кислорода. Джеймс Ловелл был на премьере фильма за несколько месяцев до полёта, а Джерри Вудфил, инженер из технической поддержки «Аполлона», ходил на фильм всего за 2 часа до аварии. Позднее он и другой инженер Арт Кампос вспоминали о том, как события, показанные в фильме, непосредственно повлияли на ход их рассуждений, который и привёл их к правильному решению

via
via

Tags: history, технологии
Subscribe

Posts from This Journal “history” Tag

  • а ты что, там был?

    Художник Юло Соостер принимал участие в знаменитой выставке, разгромленной Хрущевым. У картины «Глаз яйцо» Александр Шелепин, обращаясь к Хрущеву,…

  • титаны

    Игорь Стравинский, Николай Набоков (композитор, брат Владимира Набокова), Вера Судейкина-Стравинская, Уистен Хью Оден

  • на татуине

    В 1876 году Томас Эдисон изобрел «электрическое перо» для копирования документов. Пневматическая трафаретная ручка пробивала отверстия, а на…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 165 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →