Мог ли Дик Скоби летать на RTLS на Challenger 51L?

В предыдущем вопросе я исследовал, можно ли по звонку наблюдательного авиадиспетчера отделить SRB от штабеля STS-51L до разрушения танка ET на 73-й секунде.
Не комментируя вероятность успеха, я считаю, что это было возможно. Был ли доступен метод спасения экипажа «Челленджера»?

Однако удаление SRB из стека не спасает экипаж Challenger. Через 74 секунды, когда Challenger все еще подключен к ET, необходимо выполнить успешный RTLS.

Граничные условия для RTLS уникальны:

  1. Высота 47000 футов, скорость 2900 футов в секунду (1977 миль в час), дальность спуска 9 морских миль Наклонение орбиты 28,5

  2. Бак ET при 87,7% O2 и 87,9% H2 Катастрофа Challenger: насколько полным был внешний бак в момент разрушения?

  3. Резервуар ET с утечкой неизвестного расхода и отверстием неизвестного размера

  4. SRB бесконтрольно летает рядом еще 50 секунд

Номинальный RTLS делается следующим образом:Номинальный профиль RTLS

Я вижу, как Дик Скоби и Майк Смит сталкиваются с двумя почти непреодолимыми проблемами:

  1. При непредсказуемом изменении массы шаттла из-за утечки LH FSW для RTLS будет практически бесполезен.

    Из методички по РТЛС

    Если прерывание RTLS объявляется в начале полета, необходима некоторая трата топлива, поэтому задача рассеивания топлива берет на себя управление наведением. Задача рассеивания топлива работает, предполагая немедленный разворот. Исходя из этого предположения, программное обеспечение прогнозирует траекторию PPA и фаз обратного хода для расчета массы шаттла в MECO. Затем эта выгоревшая масса сравнивается с желаемым оставшимся 2% топлива ET. Если прогнозируемая масса меньше желаемой массы, то немедленно инициируется тангаж. Если прогнозируемая масса все еще больше желаемой массы, то необходима дальнейшая трата топлива. Разница в массе между расчетной и желаемой затем используется для расчета того, сколько еще топлива должно быть потрачено впустую.

    Я считаю, что прогнозируемый MECO будет намного позже фактического голодания двигателя. Кроме того, при большом количестве топлива в ET маневр рассеивания топлива унесет поврежденную дымовую трубу далеко от возвращаемой цели KSC.

    Вопрос № 1: Что может сделать пилот шаттла в этой ситуации, чтобы выбрать способный к выживанию MECO?

  2. Танк ET был пробит пламенем SRB на 66 секунде и имеет пробоину в кормовой стенке. Кроме того, он имел неизвестную структурную целостность.
    Маневр PPA требует, чтобы задняя часть ET подвергалась воздействию скользящего потока. Я считаю, что фактический отказ бака ET на 51L произошел из-за того, что правый SRB повернулся в верхнюю часть ET и пробил дыру. Затем это отверстие создало поток воздуха под высоким давлением в резервуар ET, и он буквально «взорвался», как воздушный шар, и лопнул. Маневр PPA может подвергнуть утечку ET в кормовой части тем же обстоятельствам.

    Вопрос № 2: Учитывая эти риски, можно ли выполнить RTLS, повернув STS в положение шаттла вверх, сжигая достаточно топлива, чтобы набрать достаточную высоту для «безопасной» последовательности разделения ET. Какой будет безопасная высота для выполнения этой задачи, как далеко вниз и с какой скоростью будет шаттл?

Течь в межбаке левого руля была настолько мала, что компенсировалась системой ЭТ до момента разрушения ЭТ на 72-й секунде. Как показывает временная шкала, это событие началось на 72,204 секунды, когда пути правого и левого SRB разошлись. Это был момент, когда произошел прорыв переднего купола внеземного танка, началось разрушение конструкции внеземного танка и началось разрушение левого бака. Он удерживал номинальное давление (выше 32,8 фунтов на квадратный дюйм) до этого события, и только последняя действительная точка данных показывает тенденцию к снижению.

введите описание изображения здесь(Комиссия Роджерса, том II, приложение L, стр. 15)введите описание изображения здесь

Я сделал некоторые отношения тяги к весу с течением времени, используя известные данные:

введите описание изображения здесь

Эти данные говорят мне, что на 51L без прикрепленного SRB через 72 секунды отношение тяги к массе приведет к потере скорости транспортного средства. Однако после МЕТ 124 тяговооружённость между 51L с утечкой и номинальным полётом будет аналогичной. Я привожу 3 примера чисел, используемых для номинального расчета в нижней части этой электронной таблицы.

Ясно, что с потерей тяги SRB стек был бы по баллистической дуге. Интересно, мог ли ET sep завершиться, когда Стек достиг вершины этой дуги? Скорость была бы низкой, а условия были бы аналогичны номинальному RTLS после побережья MECO, за исключением того, что топливная нагрузка не составляла 2%.

Я не был противником, но в вашем связанном вопросе ответ, как мне кажется, звучит так: «бустеры все равно нельзя разделить вручную». Если это правда, ситуация, которую вы описываете в этом вопросе, не может произойти, и поэтому ответы на ваши вопросы могут быть только гипотетическими предположениями, которые обычно не считаются подходящими для сайтов SE.
Если вы действительно хотите узнать «что, если, если предположить, что все эти (нереалистичные) предположения верны», вы можете задать вопрос на Worldbuilding SE с тегом [научно обоснованный]
Пожалуйста, по одному вопросу в посте.
Единственное предположение, сделанное в этом вопросе, заключается в том, что вы можете успешно отделить SRB до «номинального» времени. Все остальное в этом вопросе полностью соответствует действительности.
Этот вопрос слишком основан на эзотерических технических данных, чтобы подходить для построения мира.

Ответы (4)

Гипотетически предположим, что ускорители могли каким-то образом отделиться от Т+74 и никак не повлиять на шаттл. Давайте также предположим, что утечки топлива нет.

Ускорение при T+74s составляет около 23 м/с^2 с SRB. Масса с SRB в этот момент составляет около 1 200 000 кг (2 640 000 фунтов) , тяга маршевых двигателей составляет около 500 000 фунтов на каждый двигатель. Часть этой массы была от SRB, но тем не менее ускорение было слишком малым, чтобы набрать скорость, когда бак был по-прежнему заполнен, поэтому космический шаттл начал замедляться. Только при T+140 или около того космический шаттл мог фактически ускоряться быстрее, чем гравитация. Главные двигатели были бы немного приглушены, но все же он не смог бы угнаться за ними.

На самом деле я не проводил полного анализа, необходимого для определения этого, но я совершенно уверен, что даже если бы SRB смогли безопасно покинуть космический шаттл на Т+74, он все равно разбился бы. Высадка в океан была признана небезопасной. В итоге он все равно рухнул бы, хотя я считаю, что была бы предпринята попытка RTLS.

Спасибо, меня это тоже беспокоило, я предполагаю, что стек STS на самом деле не способен летать с баком, заполненным на 87%, потеря тяги SRB на такой малой высоте закроет большинство разумных вариантов RTLS. Это был спорный вопрос, сможет ли утечка в сочетании с потоком топлива облегчить дымовую трубу настолько, чтобы избежать катастрофы.
Шаттл был таким компромиссом, у него было слишком много условий, при которых прерывание было невозможно.
Я согласен, что шаттл был компромиссом, я не согласен с тем, что прерывание было невозможно. Я думаю, что разница между НАСА «Аполлона-13» и НАСА «Челленджера» заключалась в том, что подрядчики отвечали за большую часть инженерных работ, и «неудача становилась возможным вариантом», потому что было невыгодно искать пути выхода за номинальные условия. Вера в то, что шаттл был авиалайнером, опровергала эту возможность. Полная неспособность инженеров MTI получить основанное на физике понимание динамики соединения SRB является лишь наиболее ярким примером.
Согласно Википедии , при старте SRB составляли 69% массы стека. Без SRB, даже до полного слива топлива из центрального бака, остается вес «всего» около 1,17 миллиона фунтов, поэтому отношение T / W действительно было бы> 1 с тягой 3x 500 000 фунтов и без SRB.
@PearsonArtPhoto Если бы не было утечки топлива, шаттл « Челленджер » не взорвался бы.
@DekoRevinio Анализ предполагает, что SRB могли быть каким-то образом безопасно сброшены до того, как они повредили основной корпус космического корабля "Шаттл", а это означает, что топливо из внешнего бака не было бы потеряно.
@reirab теперь имейте в виду, что единственная реальная работа SRB заключалась в том, чтобы сдвинуть эту чертову штуку с мертвой точки и немного заставить ее работать.

TL;ДР: Нет

Успешная SRB Sep была бы невозможна до Pc<50.

Фитинг переднего крепления SRB к ET представлял собой шаровой шарнир, который передал 100% осевых нагрузок SRB на упорную балку в промежуточном баке ET. Задние крепления служили только для того, чтобы реагировать на относительно небольшие поперечные нагрузки, из-за которых SRB и ET были направлены в одном направлении.

Выстрел из стопорных болтов SRB разорвал бы заднее звено крепления, а также единственный болт, существовавший в шаровом шарнире в переднем креплении, но результирующая положительная тяга от SRB предотвратила бы отделение этого фитинга.

Конечным результатом является то, что SRB были бы прикреплены к ET только в одной точке каждый и могли бы свободно раскачиваться. Кстати, это именно то, что сделал правый SRB, когда шлейф разорвал звено заднего крепления. Наиболее вероятным исходом является то, что SRB задели орбитальный аппарат или инопланетянин и привели к немедленному разрушению транспортного средства.

Если бы SRB разделились до Pc<50, это привело бы к немедленному LOCV.

Если бы SRB каким-то чудом удалось отделиться из-под переднего крепления, они бы вылетели вперед корабля, купая и орбитальный аппарат, и ET в своих выхлопных шлейфах. Это тоже привело бы к немедленному разрыву.

Если SRB удалось отделиться до Pc<50 без повторного контакта или сброса оставшейся части стека, возможно, ET не смог поддерживать свои новые пути нагрузки.

На первом этапе полета основная тяга создается SRB. Эта осевая нагрузка переносится на остальную часть стека за счет соединения с очень толстой упорной балкой, расположенной в промежуточном баке ET. С другой стороны, тяговые нагрузки орбитального аппарата передавались через заднее крепление. Это означает, что нагрузки бака ET LOx (более 1 миллиона фунтов) почти полностью приходились на верхнюю половину межбаковой конструкции, вплоть до упорной балки и SRB. В этом случае нагрузки на баки ET LH2 зависели только от сжимающей нагрузки главных двигателей шаттла.

Нормальная сепарация включает в себя хвостовую часть тяги SRB, что позволяет постепенно передавать нагрузку от межбаковой упорной балки на заднюю арматуру крепления. Если бы SRB отделились под действием тяги, переходной реакции от внезапного смещения траектории нагрузки могло быть достаточно, чтобы разрушить конструкцию резервуара ET LH2.

Если SRB удалось отделиться до Pc<50 без LOCV, ET весил слишком много для SSME, чтобы сохранить жизнеспособную траекторию.

Примерно при T + 60 секунд общая масса орбитального аппарата, инопланетян и топлива составляла бы около 1,6 миллиона фунтов. Каждый из трех SSME производит чуть менее 400 000 фунтов тяги, оставляя транспортное средство с TWR около 0,75 до тех пор, пока не сгорит достаточное количество топлива, чтобы увеличить это отношение до 1. До тех пор, пока это не произошло, транспортное средство медленно падало, теряя энергия, необходимая для разворота и полета обратно. Скорее всего, это означает, что корабль не смог бы вернуться на стартовую площадку.

Другие мысли

Были рассмотрены и другие сценарии, такие как быстрое отключение SSME и отделение орбитального аппарата от стека ET / SRB, что, хотя технически возможно, также привело бы к немедленному LOCV. Даже если бы это удалось (к настоящему времени мы были бы на глубине четырех чудес), орбитальный аппарат скользил бы по скользящей траектории в никуда, а единственным оставшимся вариантом оставалось погружение в океан, поскольку спасение экипажа не было разработано до выхода «Челленджера».

Я предполагаю, что вы имели в виду, что RH SRB резко развернулся. Что касается разделения SRB, вы не учли влияние двигателей разделения SRB. Каждый ускоритель содержал 8 твердотопливных ракетных двигателей, предназначенных для обеспечения разделения, когда машина двигалась со скоростью 2900 миль в час. Будет ли бокового толчка разделительных двигателей достаточным для того, чтобы шар SRB выскользнул из удерживающих его пальцев, по крайней мере, один старший член MSFC дал вероятность 75%. Настоящая проблема заключается в том, насколько сильно будет отличаться SRB на полной тяге от номинальной?
Отделение орбитального аппарата от стека на любой значительной скорости, на мой взгляд, было определенным LOCV. Я предоставил отношение тяги к весу после SRB sep на 72 секунде в своем вопросе.
Ускорительные двигатели отделения должны были только противодействовать тяге времени отделения от SRB, которая составляла менее 100 килофунтов-сил. Каждый из восьми двигателей разделения имел тягу всего около 20 килофунтов-сил. Они никак не могли бы преодолеть номинальную тягу около 2500 кгс. Они бы просто стреляли напрасно.
Я не хочу обсуждать этот вопрос в этой теме. Мы можем вынести его на доску обсуждений или, что более уместно, на предыдущий вопрос о способности SRB отделяться через 73 секунды. Таким образом, при срабатывании разделительного болта SRB не было ни шара, ни гнезда. Они были скреплены болтом и намеренно развалились, чтобы предотвратить то самое зависание, которое вы предлагаете.
«Ни шара, ни гнезда не существовало» <— заведомо ложно. Болт служил только для предварительного натяга шарового шарнира и предотвращения выпадения шара из гнезда. При достаточной осевой нагрузке шар останется на своем месте. Смотрите это изображение: forum.nasaspaceflight.com/…
Тот же источник, с которого я начал. Только это более удачная картина. forum.nasaspaceflight.com/… . Информация, которую я получил от вице-президента по инженерным вопросам SRB в 1986 году, заключается в том, что когда болт вынимается взрывом, элементы темно-синего цвета (шар) и элементы темно-зеленого цвета (гнездо) больше не конструктивно прикреплены к SRB и ET. Оставляем только стены светло-зеленым (ET) и светло-голубым (SRB)
За исключением осевых нагрузок, эти фитинги останутся на месте до тех пор, пока полезная нагрузка на бустер не упадет ниже нуля.

Нет, это было невозможно.

На этом графике показано, что три двигателя, выведенные из строя до SRB sep, всегда приводят к возникновению черной зоны (определяемой как «потеря управления и/или разрушение конструкции или кювет»).

Также обратите внимание, что RTLS с тремя двигателями, выбранный в сентябре по восточному времени, приводит к черной зоне.

введите описание изображения здесь

Учитывая столкновение со шлейфом, повторный контакт с инопланетянами и вопросы T / W, обсуждавшиеся в других ответах, выбор RTLS на 73 секунде мог быть только еще хуже, чем то, что показано на этом графике.

Эти черные зоны значительно уменьшились после отказа STS-51L, но эти улучшения, конечно, не относятся к случаю, о котором вы спрашиваете.

Источник

Интересно, как будет выглядеть график НАСА по потере обоих резервуаров O2 на CM после TLI??
@ChallengerTruth, у меня нет настоящих диаграмм, но в основном это было «оценить ситуацию и выбрать между траекторией« прямого прерывания »и траекторией« свободного возврата »». С точки зрения динамики полета у «Аполлона» не было ситуаций, в которых нельзя было выжить.
Я думаю, что это действительно то, что я делаю. НАСА во время Аполлона изучило потенциальные режимы отказа и разработало способы их предотвращения. НАСА в рамках STS управлялось подрядчиками в качестве коммерческого предложения. MTI, Lockheed и другие не собирались тратить деньги на изучение неожиданных режимов отказа и на то, можно ли их избежать. «Официальный» ответ был таков: если сбой произошел до отделения SRB, экипаж погиб, и точка. Никто не хотел смотреть ни на эту, ни на любую другую альтернативу. Неудача была вариантом.

Ключом к любой успешной RTLS является управление энергопотреблением. Причина опасного маневра PPA в номинальном RTLS состоит в том, чтобы сбросить чрезмерную скорость перед ET sep и планированием. Это должно быть сделано в пределах надлежащих граничных условий, чтобы добиться успеха. Проще говоря, они должны использовать SSME для замедления. Проблема, с которой столкнулись пилоты Challenger, была аналогичной, но если бы они не предприняли никаких действий, стек STS без SRB, естественно, потерял бы скорость. Ситуация на 74-й секунде требует, чтобы оставшийся стек 51L сбросил избыточную скорость и получил правильную конфигурацию для побережья после MECO и ET sep, не удаляясь слишком далеко от KSC.

Итак, ответ на первый вопрос заключается в том, что выбор MECO после SRB sep на 72-й секунде не критичен, главное, чтобы он не задерживался слишком долго. Транспортное средство в конфигурации после SRB sep делает то, что вы хотите, теряет скорость. Без тяги SRB стек теряет скорость со скоростью 10 футов в секунду даже при работе всех трех двигателей. Мой очень грубый расчет с начальной скоростью 2900 футов в секунду показывает, что шаттл будет по-прежнему набирать высоту 3800 футов в секунду и каждую секунду перемещаться вниз на 1962 фута.

Таким образом, после успешного SRB sep дайте Дику и Майку 15 секунд, чтобы восстановить ситуационную осведомленность. Это означает, что они находятся на высоте 90 000 футов и на расстоянии 15 миль вниз. Скорость упала до 2618 футов в секунду.

Именно в этот момент в игру вступают навыки пилота. Дик Скоби был инструктором по полетам на шаттл-носителях и был знаком с нестандартными условиями выпуска для шаттлов и SCA. Он был бы лучшим астронавтом в программе, принявшим такое нестандартное решение об инопланетном сент.

Лучший ход — быстро увеличить потерю скорости, чтобы вы могли выполнить ET sep и начать планирование обратно к KSC. Самый очевидный способ снизить скорость — это сделать MECO. Без тяги от SSME и транспортного средства весом 1,6 миллиона фунтов стек быстро потеряет энергию. Первым шагом будет перевод шаттла в «положение челнока вверх». MECO произойдет за 95 секунд, со скоростью 2240 футов в секунду, на высоте 111 000 футов, на расстоянии 18 миль вниз. RTLS FSW возьмет на себя управление процессом ET sep. При скорости 1300 футов в секунду произойдет ET sep. Мой расчет показывает, что это произойдет через 18 секунд после MECO или MET через 113 секунд. Высота будет 138 000 футов и 26 миль по дальности.

В этот момент Challenger находится высоко и направлен в сторону от взлетно-посадочной полосы KSC. Я считаю, что Gliding RTLS FSW сможет справиться с ситуацией, начиная с MECO. Программа Gliding RTLS TAEM (управление энергопотреблением в районе терминала) будет выполнять повороты, необходимые для выравнивания с HAC (конус выравнивания курса).

*Руководство TAEM разделено на четыре раздела или этапа. Четыре фазы:

• Фаза сбора данных • Фаза
выравнивания
курса • Предфинальная фаза

Ключом к пониманию того, как работает TAEM, является концепция «дальности действия». Чтобы наведение TAEM работало, оно должно знать точное расстояние, которое должен пролететь шаттл, прежде чем сможет приземлиться. Недостаточно знать расстояние по прямой от шаттла до взлетно-посадочной полосы. Это очевидно, если учесть, что шаттл должен приближаться к взлетно-посадочной полосе с нужной скоростью и направлением. Следовательно, необходимо учитывать поворот, необходимый для подготовки челнока к посадке.

Для моделирования этих поворотов компьютеры челноков проецируют так называемый конус выравнивания курса или HAC. Этот ВАК представляет собой воображаемый конус в пространстве, который расположен на 7 н. ми. от конца взлетно-посадочной полосы. Проекция этого конуса на любой высоте представляет собой окружность, описывающую поворот, который должен совершить шаттл, чтобы выровняться с взлетно-посадочной полосой. Приблизившись к HAC по касательной, а затем включив HAC, шаттл завершит разворот, выровнявшись с осевой линией взлетно-посадочной полосы. На каждой взлетно-посадочной полосе есть два HAC, по одному с каждой стороны взлетно-посадочной полосы. Шаттл обычно нацелен на дальний HAC, который называется HAC над головой, поскольку шаттл должен сделать длинный разворот над головой, чтобы выстроиться на взлетно-посадочной полосе. Ближайший HAC - это прямой HAC, и шаттл делает более короткий поворот, чтобы выстроиться в очередь. Также видно, что служебный HAC требует больше энергии.

https://www.aerospacearchives.tk/rtls-abort/grtls-guidance.html

У вас есть источник, подтверждающий ваше заявление о том, что программное обеспечение GRTLS (MM602) может добраться до взлетно-посадочной полосы в случае, когда вектор скорости направлен на 180 градусов от взлетно-посадочной полосы в сентябре по восточному времени? Это не норма. Кроме того, чтобы безопасно отделить орбитальный аппарат от ET, у ET должно оставаться не более 2 процентов топлива.
Резервуар ET в MET 113 был бы заполнен на 78,9%. Это также будет в гораздо более плотной атмосфере, чем номинальное разделение. Я просто предполагаю, что нижние слои атмосферы ограничат способность инопланетного бака возвращаться в орбитальный аппарат. Этот риск, как и риск столкновения SRB, является просто неизвестным непроверенным элементом, по которому я не могу найти известных данных.