Программа «Спейс шаттл». Три дня в космосе

Если до этого (да и после) как в советской, так и в американской космических программах пилотируемым полетам предшествовали обширные беспилотные испытания, то в данном случае все было с чистого листа - первый же полет «Колумбии» был пилотируемым.

Экипаж шаттла

 

Первый экипаж «шаттла» состоял из двух человек - командира Джона Янга и второго пилота Роберта Криппена (дублеры - Джо Энгл и Ричард Трули). Для Джона Янга миссия SТS-1 стала пятым космическим полетом. В первый свой полет он отправился в марте 1965 года на корабле «Джемини-3». Затем была миссия на «Джемини-10» в 1966 году, а в мае 1969 года Янг был командиром командного модуля корабля «Апполон-10» - второго полета по лунной космической программе с выходом на окололунную орбиту. В четвертый раз в космос Джон Янг отправился в 1972 году. 20 мая он ступил на поверхность Луны. Этот опытнейший космонавт стал первым в мире человеком, совершившим пять (миссия 8Т8-1) и шесть (STS-9 в 1983 году) космических полетов.

 

Роберт Лорел Криппен, выпускник университета штата Техас со степенью бакалавра в области аэрокосмических технологий, в 1960-х годах служил на авианосце «Индепенденс», затем учился в школе летчиков-испытателей ВВС США на авиабазе Эдвардс, а в 1966 году был привлечен к программе пилотируемой орбитальной лаборатории. В 1969-м Роберт, пройдя соответствующую подготовку, официально стал астронавтом США, он состоял в так называемой группе поддержки полетов по программе «Скайлэб» и советско-американской космической экспедиции «Союз»-«Апполон». Роберт Криппен долго ждал своего часа, и он настал в 1981 году. После миссии 8Т8-1 он еще трижды летал в космос, и все три раза - на «Челленджере». Он руководил первым экипажем «шаттла» из пяти человек (SТS-7, июнь 1983-го), первой операцией по ремонту спутника (8Т8-41С, апрель 1984-го) и первым экипажем астронавтов из семи человек (SТS-4G, октябрь 1984-го). С 1992 по 1995 годы Роберт Криппен был директором Космического центра имени Кеннеди, под его руководством состоялись 22 полета по программе «Спейс шаттл».

 

«Колумбия» оторвалась от земли

 

12 апреля 1981 года примерно в 3 часа утра по местному времени (8.00 по Гринвичу) Янга и Криппена разбудили. После завтрака они надели скафандры, в 4 ч 20 мин астронавтов доставили на стартовую площадку 39А. Через двадцать минут Джон Янг и Роберт Криппен заняли свои места в кабине «Колумбии». В 5 ч 20 мин люк в кабину экипажа был закрыт.

 

В тот день в окрестности мыса Канаверал прибыли до 600 тысяч человек, не только со всей Америки, но и из других стран. В 7 ч утра все их взоры были обращены на «Колумбию». В этот момент было произведено зажигание основных двигателей «шаттла». Через три секунды, когда тяга двигателей достигла 90% от номинальной, включились твердотопливные ускорители. Через мгновения были отстрелены восемь крепежных болтов, которыми МКТС крепилась к стартовой платформе. «Колумбия» оторвалась от земли.

 

Первые минуты полета

 

Через 2 мин 12 с после запуска на высоте 44,4 км отделились твердотопливные ускорители, которые приводнились в 242 км от стартового комплекса. Полет проходил в штатном режиме, в полном соответствии с расчетами. На 160-й секунде полета «Колумбия» достигла высоты 77,2 км. Через 5 мин 15 с после старта «шаттл» был уже на высоте 139 км, а еще спустя 45 с - на 140,8 км, скорость полета в этот момент составила 3,96 км/с, удаление от стартового комплекса - 519 км.

 

На 450-й секунде полета перегрузка достигла максимального значения 3g. В этот момент тяга двигателей была уменьшена до 65% от номинальной, корабль снизился на высоту 124,2 км. Через 8 мин 34 с после взлета были выключены основные двигатели «Колумбии», скорость полета корабля составила 7,7 км/с. Еще через 12 с от «шаттла» отделился внешний топливный бак, обломки которого упали в Индийский океан в 19 тыс. км от места старта.

 

Когда основные двигатели сделали свою работу, пришло время включить двигатели системы орбитального маневрирования. Это было сделано через 10 с половиной минут после старта. Двигатели работали 87 с, было обеспечено приращение скорости 49,4 м/с, и корабль занял промежуточную орбиту с высотой 244,2 км и 105,4 км в перигее.

 

Одной из самых ответственных операций, предусмотренных программой первого полета «Спейс шаттл», было открытие створок люка отсека полезной нагрузки. Эта операция была начата через полтора часа после старта и проводилась в ручном режиме, для чего пилоты «шаттла» перешли к рабочим местам в задней части. Открытие створок на таком раннем этапе полета было связано с тем, что на них были установлены панели радиаторов, и если бы створки оставались в закрытом положении, система терморегуляции «шаттла» смогла бы нормально функционировать только на первых пяти-шести витках по орбите. Створки, сделанные из графит-эпоксидного материала, - весьма тонкие, и когда корабль находится на земле, в ангаре, для их открытия и удержания используется сложная система противовесов. В «боевых» условиях все механизмы функционировали нормально, никаких деформаций створок не наблюдалось.

В 13.39 (по Гринвичу) был проведен первый телевизионный сеанс связи между «Колумбией» и Центром имени Кеннеди. Янг и Криппен, используя ручную 70-мм телекамеру, показали в том числе и хвостовую часть корабля с открытым грузовым отсеком. Визуальный осмотр показал, что от поверхности гондол двигателей системы маневрирования отлетели 15 термоизолирующих плиток. Однако это не вызвало опасений у специалистов НАСА, поскольку эти плитки были рассчитаны на температуры 395-650°С и в этих зонах расчетные температуры на участке входа в атмосферу должны были достигнуть 371-399 °С и не превысили бы температур нагрева поверхности «шаттла» на участке выведения. На самых теплонагруженных участках термозащита не пострадала.

 

Через три с половиной часа после взлета астронавты сняли герметичные скафандры и остались в полетных комбинезонах. Вновь они надели скафандры за четыре часа до схода с орбиты и приземления.

 

В 14.20 был произведен двухимпульсный маневр перехода «Колумбии» на более высокую круговую орбиту. Для этого вначале был включен правый двигатель системы маневрирования, увеличивший скорость «шаттла» на 7,7 м/с, в результате чего высота орбиты в апогее составила 273,8 км и в перигее - 243,6 км. Через 45 мин был включен левый двигатель, скорость «Колумбии» увеличилась еще на 10 м/с, корабль перешел на почти круговую орбиту с параметрами 276,2 х 273,06 км.

Первый рабочий день экипажа «Колумбии» был закончен через 13 часов после старта. Астронавтам был дан отбой, но Янг и Криппен еще долго любовались из иллюминаторов на Землю. Они отдыхали в спальных мешках, привязанных прямо к рабочим креслам. Впоследствии, когда начались эксплуатационные полеты, на «шаттлах» были оборудованы стационарные спальные места. Также были установлены блоки для приготовления пищи (первые «шаттлы» оборудовались только устройствами для разогрева еды).

 

Второй день полета был в основном посвящен испытанию системы маневрирования «шаттла». В течение трех с четвертью часов экипаж проводил эксперимент по гравитационной стабилизации корабля. В ходе этого эксперимента была подтверждена возможность значительной экономии топлива для двигателей системы маневрирования. Кроме этого, в тот день Янг и Криппен проводили сеансы связи с Землей, в частности, разговаривали по телефону с вице-президентом Джорджем Бушем-старшим, занимались проверкой работы систем и приборов «Колумбии».

 

Посадка и приземление

 

Согласно плану третьего, последнего, дня полета миссии SТS-1, астронавты должны были проснуться без двадцати девять, но они бодрствовали задолго до этого времени. Весь этот день был посвящен подготовке к посадке и собственно приземлению - пожалуй, самой сложной части первого полета «Колумбии». В конце концов, до Янга и Криппена взлетали в космос уже многие, а вот садиться в корабле многоразового использования приходилось впервые. В 14.30 (по Гринвичу) был закрыт грузовой отсек, а через три часа, в 17.21, были в первый раз включены на торможение двигатели системы маневрирования. Двигатели работали две с половиной минуты и снизили орбитальную скорость на 82,5 м/с. Через 28 мин «Колумбия» на высоте 120 км и скорости 24 М начала входить в атмосферу. Еще через 4 мин «шаттл» вошел в зону «радиомолчания» - 15 минут между кораблем и Центром имени Кеннеди не было никакой связи. В этот момент с базы Эдвардс, куда должен был приземлиться «челнок», взлетели четыре самолета «Нортроп Т-38», которые должны были наблюдать и фиксировать посадку «Колумбии». Еще один самолет отслеживал на высоте метеоусловия возле авиабазы.

 

Чтобы погасить энергию полета, «шаттл» совершил несколько маневров, и на высоте 58 км вошел в воздушные пределы штата Калифорния со стороны Тихого океана. Через несколько мгновений, на высоте 56,4 км и при скорости корабля 10,8 М, была восстановлена связь с экипажем. На высоте 50,3 км и на расстоянии примерно 760 км от места посадки «Колумбия» была обнаружена наземными станциями слежения.

 

Когда «шаттл» снизился до высоты 34,5 км, на скорости 5 М Джон Янг перешел на ручное управление и выполнил левый разворот. На высоте 25,5 км, на скорости 2,8 М «Колумбия» развернулась направо. Этот участок снижения считался специалистами НАСА одним из самых непредсказуемых, поскольку определенные пилотажные характеристики «Колумбии» на этой фазе посадки считались недостаточно надежными. Когда «шаттл» прошел отметку 34,5 км, Джон Янг взял управление на себя - первоначальные планы этого не предусматривали, однако незадолго до старта «Колумбии» было принято именно такое решение.

 

На высоте 25 км управление перешло в автоматический режим, а вскоре, на высоте 16,2 км и на скорости 1,3 М, «шаттл» прошел над авиабазой Эдвардс. При прохождении звукового барьера раздались два хлопка, через несколько секунд, на высоте 9,9 км, «Колумбию» встретили два самолета Т-38, сопровождавшие корабль до посадки. Янг снова взял управление на себя и, выполнив левый разворот на 210°, направил «шаттл» на посадочную полосу № 23 на дне озера Роджерс.

 

До подхода к границе озера посадка «Колумбии» шла в точности с планом. Но на высоте 600 м возникла непредвиденная ситуация. В момент предварительного выравнивания корабля Янг медленно увеличивал угол тангажа для уменьшения скорости снижения и обеспечения требуемой индикаторной скорости. Но скорость неожиданно увеличилась до 564,2 км/ч, и для ее уменьшения до 340-350 км/ч командир «шаттла» был вынужден посадить его на 600-900 м дальше расчетной точки.

 

Впрочем, каких-либо серьезных трудностей эта ситуация экипажу и наземным службам не доставила.

На высоте 120 м было выпущено шасси. Скорость корабля при приземлении составляла 352 км/ч, вертикальная скорость - 0,23 м/с. Через 54 ч 20 мин 52 с после старта, в 18.20 по Гринвичу (в 10.20 по времени Тихоокеанского побережья США), «Колумбия» совершила посадку. Проехав 2750 м, через 58 с после касания шасси поверхности озера Роджерс, «шаттл» остановился.

 

Через 4 мин к «Колумбии» подъехали техники в специальных защитных костюмах и с датчиками, которые должны были определить возможную утечку взрывоопасных компонентов топлива двигателей системы ориентации и маневрирования. Затем, десять минут спустя, к «шаттлу» подогнали два грузовика с прицепами. Один был оборудован установкой для кондиционирования воздуха с двумя генераторами мощностью по 300 кВт. Охлажденный воздух по шлангам был закачан в кабину экипажа, отсек полезной нагрузки и другие части корабля, чтобы удалить пары взрывоопасных веществ. Мощная холодильная установка второго грузовика охлаждала поверхность корабля и его оборудование.

 

По регламенту пилоты должны были выйти из корабля через 20 минут после посадки, однако руководители полета решили не рисковать и выпустили Янга и Криппена «на волю» спустя час.

 

Анализ миссии SТS-1

 

Миссия SТS-1 была завершена. Пилоты прошли медицинский осмотр и прочие необходимые процедуры, получили награды и почести. Джон Янг, в частности, был удостоен Космической медали Конгресса - высшей награды США для астронавтов. Роберт Криппен был награжден Космической медалью в 2006 году, на данный момент он является последним, награжденным этой медалью.

 

Естественно, что тщательнейшим образом была исследована и «Колумбия». Уже 20 апреля специально оборудованный «Боинг-747» с водруженным на него первым «шаттлом» взлетел с авиабазы Эдвардс и через два дня, после промежуточной посадки и ночевки на базе Тинкер в штате Оклахома, прибыл в Космический центр имени Кеннеди во Флориде.

 

Было бы, наверное, странно, если бы в ходе первого полета по программе «Спейс шаттл» вообще не оказалось каких-либо недостатков или проблем. В своем выступлении на ежегодном аэрокосмическом конгрессе, проходившем 28 апреля - 1 мая 1981 года, начальник управления пилотируемых полетов НАСА Джон Ярдли сообщил, что в ходе миссии SТS-1 помимо утерянных 15, получили повреждения 414 теплозащитных плиток «Колумбии». Специалистов беспокоил как сам факт повреждений, так и то, откуда взялись предметы, оставившие на плитках глубокие вмятины и борозды. Впрочем, были и положительные моменты: температура нагрева поверхности «Колумбии» при входе в атмосферу оказалась ниже расчетной, что позволяло на некоторых участках уменьшить толщину покрытия и снизить вес корабля.

Было также зафиксировано нарушение работы системы подачи охлаждающего воздуха и повышение температуры в кабине экипажа до 27°С, отказ двух нагревателей одной из трех газотурбинных установок гидравлической системы, выход из строя самописца для регистрации показаний некоторых приборов, ошибочные показания ряда устройств. Серьезному разбору подверглась и ситуация с непредвиденным увеличением скорости «Колумбии» непосредственно перед посадкой. В заключении специалистов НАСА отмечалось, что в случае приземления «шаттла» на дне высохшего озера некоторое отклонение точки касания земли не имеет критического значения, поскольку полоса имеет большую протяженность, однако в случае аварийной посадки в Центре имени Кеннеди (длина полосы - 4,5 км) или другом месте такое отклонение может создать серьезные проблемы. Были и бытовые, но от того не менее важные затруднения - необорудованные спальные места и пищевые блоки и, наконец, нечеткая работа бортовых санузлов.

 

В целом же первый полет «Колумбии», в ходе которого корабль совершил 37 витков вокруг Земли и пролетел 1 млн 730 тыс. километров, был признан успешным.

 

Фактически одновременно с анализом и подведением итогов первого полета «шаттла» началась подготовка ко второму.

 

 

Статья была опубликована в апрельском номере "Наука и техника" за 2013 год.