Сегодня вы узнаете, пожалуй, о самой драматичной истории из раздела космонавтики. Три астронавта, хотевшие попасть на Луну, оказались в смертельной ловушке. Они были вынуждены пройти адские испытания для того, чтобы остаться в живых. Эта история о том, как небольшие неполадки могут привести к серьезным проблемам. История о том, как сотни людей, курирующие проект, сумели слаженно сработаться и спасти экипаж Аполлона-13.
Причина аварии и особенность конструкции, которая привела к ней
В космонавтике практически все причины катастроф были заложены еще за годы до полетов: Аполлон-13 не был исключением. Сложная цепочка неполадок привели к описанному ниже - отсутствие любого (хотя бы одного) звена не привело к аварии.
Для подробного описания проблемы стоит обратить внимание на конструкцию сервисного модуля Аполлона:
Для выработки электроэнергии и воды использовалась очень эффективная система, состоящая из двух баков водорода, двух баков кислорода и трех топливных элементов.
Бак кислорода у Аполлона был что надо - теплоизоляция позволяла хранить кислород в жидком состоянии годами. Но там он был в состоянии сверхкритической жидкости (включает в себя качества жидкости и газа). Для поддержания состояния сверхкритического вещества пришлось ставить специальный нагреватель, который поддерживал требуемую температуру и давление. Но была еще одна проблема: в невесомости жидкий кислород расслаивался на жидкость и газ, что приводило к неверным показаниям датчика уровня - для избежания неполадок установили специальную турбину для перемешивания кислорода. Перемешивание производилось чаще раза в сутки, что позволяло ЦУПу получать достоверные данные о количестве кислорода в баках.
В преддверии катастрофы
До Аполлона-13 еще пять лет, до первого беспилотного AS-201 еще год, только началась программа "Джемини": активно ведутся разработки Аполлона. Одни НАСА справиться не в силах, посему нанимают субподрядчиков: сервисный модуль «Аполлона» делала «North American Aviation», а баки для него делал «Beech Aircraft». Топливные элементы давали 28 вольт напряжения, однако в процессе разработки модуля приняли решение переделать спецификацию: изменить оборудование кислородного бака для работы с 65-ю вольтовым напряжением (для работы с наземными генераторами стартового комплекса еще до старта). Это поручили инженерам Beech Aircraft - все было сделано. Вот только они забыли заменить контакты термостата, предназначенные для размыкания цепи нагревателя. Никто не заметил этой неполадки.
1968 год. Баки Аполлона-13 ставят в сервисный модуль Аполлона-10. Спустя некоторое время было решено заменить баки на более новые, а установленные модифицировать и оставить на более новые версии: в процессе снятия баков, рабочие забыли открутить один болт. Лебедка, поднимавшая полку с баками, уронила баки обратно в стойку. Высота падения составляла всего 5 см, но для такой техники это было серьезное чп. Происшествие задокументировали, провели повторные испытания, посчитали бак исправным, модернизировали (модернизация не была связана с серьезной разборкой бака), после чего установили его в сервисный модуль Аполлона-13.
27.03.1970: за две недели до старта проводится тренировочный предстартовый отчет (все, вплоть до обратного отчета, кроме реальной команды "зажигание"). Испытания прошли успешно, кроме одного момента: бак с кислородом (именно тот) отказался опорожняться после окончания испытаний. Был поврежден сливной штуцер - требуется переносить старт и менять баки. В НАСА посчитали это ненужным: штуцер используется единожды - в тренировочном предстартовом отчете, т.е. лететь можно было с неисправным. Для стравливания кислорода предложили использовать нагреватель, которые газифицировал кислород с помощью верхнего штуцера. Решение согласовали с командиром Аполлона-13 Джимом Ловеллом, который подписал документы: данное решение является лучшим из предложенных. В ином случае пуск пришлось бы перенести минимум на месяц.
При включении нагревателя с наземным 65-ти вольтовым напряжением, контакты термостата приварились во включенном состоянии и нагреватель потерял возможность выключаться.
Внутри бака температура колебалась в границах от -207 до 27 градусов - единственными контролируемыми параметрами были: «нагреватель включен» и «температура не выше +27 градусов». В реальности нагреватель просто испарил кислород и продолжал работать при температуре 540 градусов: тефлоновая изоляция расплавилась - электропроводка превратилась в бомбу. Бак был так хорошо изолирован, что нештатный нагрев зафиксировать было невозможно. Такая высокая температура спала только на предстартовой заправке, когда холодный жидкий кислород охладил бак.
Авария
55 час 54 минута полета: включение системы перемешивания баков вызвало короткое замыкание в баке номер два. Тефлоновая изоляция загорелась, что вызвало повышение давления и срыв верхней крышки бака. Клапаны закрыли первый и третий топливный элементы, а также первый бак с кислородом. Через 130 минут давление в нем упало до нуля - в командном модуле не осталось ни воды, ни энергии. А находился он в 320 тысячах километрах от Земли.
Джим Ловелл обнаружил утечку газа и сервисного модуля. В данной ситуации мем «Houston, we've had a problem here» не был смешным - проблема была слишком серьезной. В это время в ЦУПе прозвучала ещё одна крылатая фраза — «Парни, давайте решать проблему. Давайте не будем ухудшать ситуацию догадками.» Для начала требовалось сохранить кислород в баке №1: место утечки не удалось изолировать, давление продолжало падать.
Выход был один: включение лунного модуля, выключение командного модуля, и использование первого в качестве "спасательной шлюпки". Задача прошла успешно - командный модуль отключился, лунный модуль взял на себя управление.
Траектория
Следующей проблемой было решение о том, как вернуть Аполлон-13. Аполлоны использовали траекторию свободного возвращения, но существовали и такие "запасные" варианты, которые предусматривали возвращение на Землю без облета Луны. После долгих дум было решено остановиться на траектории свободного возвращения.
Аргументы:
- Вариант с отстрелом лунного модуля для уменьшения массы, которую было бы необходимо тормозить, стал невозможен.
- Вариант с использованием двигателей лунного модуля, пока хватит горючего, не давал заметного выигрыша по времени. А сброс сервисного модуля мог нарушить тепловой режим теплозащитного экрана на дне командного модуля. Повреждение теплозащитного экрана делало посадку невозможной.
- Расходных материалов (воды, электричества) по расчетам хватало на свободное возвращение.
- Главный двигатель сервисного модуля, возможно, был поврежден и его использование было большим риском.
- Корабль находился уже близко к Луне и маневры аварийного возвращения становились всё менее выгодными
Однако, «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: гиростабилизированная платформа работала исправно, навигация сохранилась точной, и коррекция прошла успешно.
Требовался еще один маневр: "ПериСелений +2" требовался для смещения точки посадки из Индийского океана в Тихий. После 4 минут и 24-х секунд ВТОРОЙ работы лунного модуля, маневр был произведен, а время миссии продлилось еще на 10 часов.
(адские) Условия проживания на борту
Лунный модуль, в отличие от командного модуля, работал не на топливных элементах, а на батареях: кислорода было полным-полно, а вот электричества и воды не хватало. Модуль был рассчитан на полуторасуточное пребывание двух человек - в данном случае он обеспечивал трех членов экипажа в течение четырех суток. Для экономии выключили все возможные системы жизнеобеспечения. Стало невыносимо холодно, отчего вода оседала росой на стенах и панелях.
Еще одной проблемой было количество выдыхаемого СО2 на борту: 15% его содержания в воздухе приводили к отравлению и летальному исходу. В лунном модуле были круглые канистры гидроксида лития, нейтрализующего углекислоту. Их не хватало: много их было в командном модуле, но те были квадратными.
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.
В ЦУПе приняли скорейшие решения проблемы: команда довольно быстро собрала адаптер и написала инструкцию по сборке, по которой экипаж Аполлона-13 сумел собрать такой же адаптер и решить проблему избыточного количества углекислого газа в атмосфере.
Дальнейшая проблема с питанием
Для посадки требовался запуск командного модуля: заряда батарей не хватало для его включения. Пришлось развернуть шину питания от аварийной системы энергоснабжения лунного модуля. От этой процедуры удалось вытащить несколько нехватающих ампер: все было готово вовремя.
На 97 часу еще одно ЧП - взрыв аккумуляторной батареи лунного модуля. Контакт водорода и кислорода и искры привел к взрыву. К счастью, особых хлопот это не доставило: уровень трех остальных батарей был в норме.
Третье включение двигателя
Никто не следил за еще одной проблемой на борту: допустимый уровень входа в атмосферу был нарушен (слишком маленький угол - корабль отскочит от Земли, слишком большой - корабль сгорит): требовалась еще одна коррекция. Ее провели вручную, без контроля компьютера. Все прошло удовлетворительно. После полета выяснилось, что отклонение вызвала реактивная струя воды из системы охлаждения лунного модуля.
На 108 часу произошел разрыв предохранительной мембраны бака наддува. Гелий разогрелся, давление в баке повысилось и вызвало разрыв мембраны. Это означало то, что двигатель лунного модуля (рассчитанный на одно включение) работать уже не может. Прошлось использовать двигатели ориентации, от которых требовалось лишь 22 секунды работы. К счастью, все прошло успешно.
Посадка
Для успешной посадки требовалось перетащить балласт (т.к. рассчитывалось, что в командном модуле будет 45 кг лунного грунта): им стала всякая меловка.
Вторым волнующим моментом стало включение командного модуля: несколько дней простоя и конденсат на стенах - он мог не включиться. Модуль включили, сервисный модуль отстыковали. Он удалялся, медленно вращаясь, а астронавты с удивлением смотрели на то, какие большие повреждения были нанесены аварией — целая панель была сорвана:
Помимо вышеперечисленного, требовалось отстыковать лунный модуль. Его провожали с грустью, как обитель, как спасение.
А еще нужно было проверить ориентацию командного модуля. Она была верной. Осталось сесть.
Корабль вошел под более меньшим углом, из-за чего связь с ЦУПом прервалась на большее время, нежели рассчитывалось. Последним интригующим моментом был выпуск парашютов: все прошло успешно: они сели.
Аполлон-13 наглядно показал, к чему могут привести малейшие неполадки и халтура. Миссия также показала, как дружно и слаженно могут сработаться люди для спасения экипажа, как квалифицированные специалисты прилагают все усилия для решения проблемы.
«Провал — это недопустимый вариант» - провал Аполлона-13 - это не поражение, это триумф.