Шаттл «Челленджер»: мог ли выжить экипаж?

Одной из основных ошибок в конструкции космической транспортной системы (STS) было отсутствие системы эвакуации экипажа, которую можно было бы использовать от запуска до посадки.

Системы эвакуации являются дорогостоящими, требуют массовых разрешений, которые можно использовать для полезной нагрузки, и сами по себе могут вызывать проблемы. У конструкторов STS была идея-фикс, что STS будет «авиалайнером в космос» и будет работать с уровнем безопасности авиалайнера. Они пришли к выводу, что система эвакуации не потребуется из-за того, что они считают полностью безопасной конструкцией.

Обратите внимание, что предложенный SpaceX Starship не имеет системы эвакуации, исходя из аналогичного обоснования.

После отказа STS-51L, который уничтожил орбитальный аппарат Challenger и убил его экипаж, пресса, общественность и правительство тщательно изучили причину отказа от такой системы спасения. Были проведены исследования по модернизации систем эвакуации в существующий орбитальный аппарат. Большая часть этой работы упоминается в отчете НАСА «ВЫПОЛНЕНИЕ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПРЕЗИДЕНТСКОЙ КОМИССИИ» , в котором резюмируется работа, проделанная после того, как STS-51L не смог вернуть STS к полетам.

Обратите внимание, что рекомендация Комиссии Роджерса относительно побега была только...

Приложить все усилия, чтобы обеспечить систему эвакуации экипажа для использования во время управляемого планирующего полета.

... который был «софтболом». Однако рекомендация предоставить систему эвакуации от запуска до посадки закрыла бы программу, которая в то время должна была быть единственной ракетой-носителем полезной нагрузки в США...

В исследовании, завершенном в сентябре 1986 года, рассматривались катапультируемые кресла, эвакуация реактивных снарядов из сидящих членов экипажа, катапультирование снизу и извлечение реактивных снарядов через боковой люк. Каждый вариант учитывал размер экипажа, необходимые модификации орбитального аппарата и график реализации. Эти варианты кратко изложены в следующих параграфах.

Была оценена концепция катапультируемого кресла, в котором можно было бы разместить до пяти космонавтов. Во время работы эта концепция будет сбрасывать верхнюю часть как модуля экипажа, так и носовой части фюзеляжа, прежде чем экипаж будет выброшен из проема на отдельных катапультных креслах. Добавление катапультируемых кресел потребует серьезной модификации конструкции потолочных консолей, пола кабины экипажа, конструкции модуля экипажа и конструкции носовой части фюзеляжа.

Потребуется новая конструкция катапультного кресла, потому что катапультные кресла, используемые во время программы испытаний орбитального полета, очень велики, а установка пяти кресел повлияет на использование станции полезной нагрузки в кормовой части кабины экипажа. Предполагаемая первая доступность концепции катапультного кресла - середина 1990-х годов. Эта концепция не реализуется из-за поздней доступности, обширных модификаций транспортных средств и ограничений по численности экипажа.

Другой исследованной концепцией извлечения была ракетная система тягача, которая могла извлекать до шести сидячих членов экипажа. После активации эта система будет сбрасывать верхнюю часть модуля экипажа и носовую часть фюзеляжа и выводить экипаж с помощью ракет-тягачей. Эта концепция потребует модификации модуля экипажа и конструкции передней части фюзеляжа, пола кабины экипажа и верхних консолей, а также повлияет на использование станции полезной нагрузки. Самая ранняя доступность этой модификации – середина 1990-х. Эта конфигурация больше не используется из-за поздней доступности, требований к модификации транспортного средства и ограничений по численности экипажа.

Также оценивалась концепция катапультирования снизу, которая обеспечивала бы безопасный выход до восьми членов экипажа. В этой концепции панель в нижней части орбитального аппарата будет открыта для развертывания направляющего желоба, что позволит астронавтам покинуть орбитальный аппарат через желоб. Эта концепция потребует значительных конструктивных изменений, включая установку выдвижной панели и пиротехнических устройств для открытия панели, проектирование и установку парашюта, а также перемещение некоторых компонентов подсистемы. Модификации потенциально могут быть завершены и сертифицированы к 1989 году, но эта концепция не рассматривается из-за необходимости внесения очень сложных изменений в транспортное средство.

Окончательная оценка концепции заключалась в побеге через боковой люк с использованием ракет-тягачей, чтобы вывести астронавтов из орбитального аппарата. Этот метод, который мог бы безопасно извлечь до восьми астронавтов, потребовал бы раннего вентилирования модуля экипажа, чтобы уравнять внутреннее давление модуля экипажа с внешним давлением. После завершения вентиляции боковой люк будет сброшен. Затем члены экипажа последовательно уходили, используя ракеты-тягачи. Требуемые изменения орбитального корабля включают добавление возможности вентиляции кабины, модификацию конструкции бокового люка, позволяющую сбрасывать люк, добавление пиротехнических устройств для сбрасывания люка и установку ракетной системы тягача.

Отчет CAIB, глава 10 , параграф 10.2 Спасение и выживание экипажа , также содержит полезное обсуждение ситуации, рекомендованное для дальнейшего чтения.

Я лично помню предложения включить спасательную капсулу, содержащую все боевое отделение; это не упоминается в отчете, хотя эта газетная статья намекает на них. Также обратите внимание, что упомянутые предложения, вероятно, будут неэффективными для восхождения.

Таким образом, система эвакуации от запуска до посадки должна была быть предусмотрена с самого начала; ИМХО, если бы дизайн не мог этого выдержать, то дизайн стоило бы пересмотреть. Модернизация системы эвакуации при взлете-посадке на существующую машину была нецелесообразной.

Подобные системы, безусловно, существуют , но не в таком масштабе.

Некоторые приближения сферической коровы - парашют для человека весом 70 кг весит 14 кг, что дает 0,2 кг парашюта на кг полезной нагрузки.

Сухая масса шаттла составляла около 165 000 кг, 1/4 от массы экипажа за вычетом крыльев и фюзеляжа 41 250 кг дает очень приблизительный вес парашюта 8 250 кг или 8 тонн.

Полезная нагрузка космического челнока составляет около 29 тонн, так что еще что-то останется, но эта система будет использовать где-то от одной трети до одной четверти грузоподъемности шаттла и будет работать только в том случае, если шаттл развалится в полете в условиях, когда парашют помогает.

Так что это не помогло бы Колумбии, не помогло бы в чрезвычайных ситуациях на площадке, вероятно, не помогло бы с катастрофическими событиями в начале полета и, вероятно, не помогло бы Челленджеру, поскольку весьма вероятно, что распад в полете не оставил бы структуру, которая плавала, если бы не дальнейшее Масса добавлена ​​в качестве подушек безопасности. Возможно, было бы больше места для маневра в «Возвращении на посадочную площадку».

И неправильная активация этой системы практически в любой момент нормального полета быстро приведет к летальному исходу, так что эта система безопасности мало что добавляет и приводит к захватывающим режимам отказа. Разработка системы для отделения кабины экипажа в полете и работы в качестве системы эвакуации экипажа позволяет ей работать в более широком диапазоне условий (преднамеренно разрушать орбитальный аппарат), но это еще больше увеличивает массу и добавляет больше действительно захватывающих режимов отказа, скажем, одного разрушения. заряд беспорядочно срабатывает.

Я подозреваю, что если бы астронавтам предложили 1/4 грузоподъемности для повышения безопасности, они бы с радостью использовали ее, но, вероятно, иначе, чем пытаясь восстановить всю кабину. В качестве отправной точки на ум приходит лось .

Одним из следствий истощения полезной нагрузки является то, что может быть выполнено больше рейсов - если только 2/3 нашей временной грузоподъемности будет доступно, потребуется на 50% больше полетов, что примерно означает, что программа столкнулась бы с тремя крупными неудачами. Если повышение безопасности за счет уменьшения полезной нагрузки не спасает хотя бы один из экипажей, то это фактически делает ситуацию более опасной в течение всего срока действия программы.

Проектирование для безопасного космического полета — трудная задача.