1 февраля 2003 года при возвращении с орбиты произошло крушение космического корабля «Колумбия», в результате которого погибли все семеро членов экипажа. Эта трагедия, случившаяся на глазах мирового сообщества, вынудила политических лидеров США пересмотреть своё отношение к многоразовым космическим системам. Что стало причиной катастрофы «Колумбии»? Могли бы астронавты спастись?
Суть космической миссии
16 января 2003 года многоразовый космический корабль «Колумбия» (Columbia) совершил свой двадцать восьмой полёт. Миссия с кодом STS-107 была первой за последние два года, когда шаттл системы «Спейс Шаттл» (Space Shuttle) отправлялся не к Международной космической станции, а на самостоятельную орбитальную экспедицию.
«Колумбия» не участвовала в строительстве станции, так как была самым старым и тяжёлым из всех шаттлов, что не позволяло ей перевозить необходимый груз для сближения и стыковки. Вместо этого её использовали в задачах нового века, таких как обслуживание Космического телескопа «Хаббл» (Hubble), запуск крупных научных аппаратов, испытания корабля-спасателя X-38, а также автономные полёты с исследовательским модулем «Спейсхаб» (Spacehab Research Double Module) для разного рода экспериментов.
Автономная миссия STS-107 была впервые изложена в расписании NASA в феврале 1998 года, с планируемым стартом весной 2000 года. Однако, она была перенесена на январь 2001 года. В рамках миссии планировалось запустить спутник «Триана» (Triana), проект которого продвигал вице-президент Альберт Гор, намереваясь продемонстрировать климатические изменения вследствие глобального потепления. Однако, к лету 2000 года стало ясно, что финансирование не будет выделено, и вместо спутника в программу включили эксперименты для израильского астронавта.
Сроки постоянно изменялись, и только в марте 2002 года «Колумбия» наконец-то совершила свой двадцать седьмой полёт под кодом STS-109, направившись к телескопу «Хаббл». После возвращения её начали готовить к миссии STS-107. В мае в грузовой отсек был установлен модуль «Спейсхаб», а в начале июня проведены все необходимые проверки. К 14 июня створки отсека были закрыты, и старт назначили на 19 июля. Тем не менее, вскоре были обнаружены микротрещины в ламинизаторе потока топливной системы основной двигательной установки, что вынудило остановить подготовку «Колумбии». Лишь 9 декабря шаттл покинул Здание сборки систем и направился к стартовому комплексу LC-39A.
Во время миссии STS-107 экипажу предстояло выполнить более ста экспериментов в различных областях, таких как космическая биология и медицина, космическая физика и геофизика, материаловедение и производство в условиях невесомости. Исследовательская программа миссии требовала круглосуточной активности, из-за чего команда была разделена на дневную «красную» смену и ночную «синюю». Программа по своей интенсивности заметно отличалась от работы на МКС, где на то время научная деятельность велась в меньшей степени.
Экипаж шаттла «Колумбия» состоял из следующих членов: командир Рик Хазбанд, пилот Уильям Маккул, специалисты миссии Дэвид Браун, Калпана Чаула, Майкл Андерсон и Лорел Кларк, а также специалист по полезной нагрузке Илан Рамон. Самыми опытными астронавтами в этом полете были Рик Хазбанд, служащий в звании полковника в военно-воздушных силах, Майкл Андерсон, подполковник ВВС, и Калпана Чаула, доктор философии в аэрокосмической технике, для которых это был уже второй космический полет. Полковник ВВС Илан Рамон впервые отправился в космос и стал первым астронавтом из Израиля, что вызвало большой интерес среди израильтян к миссии STS-107.
Запуск произошел 16 января 2003 года. «Колумбия» достигла орбиты высотой от 270,8 до 289,3 км с наклонением 39,02°. В системе Стратегического командования США шаттлу был присвоен номер 27647 и международное обозначение 2003-003A. В течение почти шестнадцати суток полета орбита оставалась неизменной, хотя её высота слегка уменьшилась из-за тормозящего воздействия верхних атмосферных слоев.
Удар по крылу
Как обычно, запуск шаттла снимали камеры, которые располагались прямо на стартовой площадке и рядом с ней. Видеозапись позволяет выявить разные отклонения от нормального режима запуска. Во время старта операторы не заметили ничего странного. Однако 17 января, при тщательном просмотре, был найден светлый объект, который возник на 81-й секунде в области передней опоры соединения орбитального аппарата с внешним топливным баком, упал и ударил по левому крылу «Колумбии» недалеко от переднего края, после чего разлетелся на части. Камера с другого ракурса удалось заснять нижнюю часть левого крыла, но её разрешение не позволило увидеть отдельные плитки теплозащитного слоя.
Сообщение о том, что некий объект упал на крыло «Колумбии», быстро распространилось, но инженеры не испытали большой тревоги. Был проведен разбор происшествия, и стало ясно, что, вероятно, крыло было повреждено куском пеноизоляции снаружи бака шаттла, вес которого составил около 1,2 кг. Моделирование показало, что самый негативный сценарий возврата приведет к локальным повреждениям структуры крыла под воздействием атмосферного тепла, но не будет пробития. Материал из углерода в передней кромке крыла будет только поцарапан. Это уже случалось ранее: в ноябре 1997 года во время пуска миссии STS-87 защитные плитки «Колумбии» тоже пострадали из-за падения фрагментов пены. Тогда выяснили причину: изначально в нанесении пенополиуретанового покрытия бака применяли фреон. Когда стало известно о вреде хлорфторуглеродов для озонового слоя, решили сменить технологию покрытия, но «экологически безопасный» метод оказался менее эффективным: покрытие вздувалось и отпадало. После произошедшего в STS-87 проблему решили дополнять технологию прорезями в металлической поверхности бака, что, казалось, исправило ситуацию.
Вечером 23 января об ударе по крылу сообщили Рику Хазбанду и Уильяму Маккулу, но не для того чтобы организовать осмотр места повреждения или какое-то другое осмысленное действие. Сменный руководитель полёта Стивен Стич в электронном послании на борт шаттла описал происшествие при запуске довольно точно и заверил астронавтов в отсутствии опасности:
«Об этом даже не стоило бы упоминать, но мы хотим быть уверены, что вопросы журналистов не застанут вас врасплох. <…> Угрозы для кромки или плиток нет. Мы видели такое в нескольких полётах, и нет абсолютно никакой тревоги за возвращение».
Другим письмом на борт отправили видеозапись удара. Хазбанд подтвердил, что получил оба, и тоже не встревожился. До назначения на миссию STS-107 он был шефом отделения безопасности Отдела астронавтов и вполне доверял выводам своих товарищей. В любом случае у экипажа «Колумбии» не было времени на осмотр теплозащиты: в этом полёте корабль не оснастили манипулятором, и астронавт, выйдя наружу, не мог без специальных приспособлений попасть под днище корабля. Хуже того, из окон кабины была видна только верхняя сторона дальней от фюзеляжа половины каждого крыла. Попытки заснять нижнюю часть шаттла с разведывательного спутника или наземными обсерваториями тоже не предпринимались.
31 января состоялся предпосадочный брифинг для журналистов в Космическом центре имени Линдона Джонсона. Руководитель посадочной смены Лерой Кейн сообщил, что проверка оборудования «Колумбии» прошла без замечаний. Единственная проблема — это незначительное повреждение левого крыла во время запуска. Он специально подчеркнул, что вопрос изучен очень тщательно:
«Никаких тревог у нас нет. Мы ничего не изменили в том, что касается типа траектории. Это будет стандартная траектория. <…> И это будет очень интересное зрелище для людей [в районе Сан-Франциско], которые никогда не видели полёта шаттла ночью. На это стоит посмотреть».
Опубликованные заметки о предпосадочном брифинге в дальнейшим стали важным свидетельством, потому что доказывали: Кейн и его подчинённые не считали аварию реальной. Если бы они допустили малейшую возможность развития катастрофической ситуации в результате повреждения крыла, то изменили бы траекторию таким образом, чтобы «смягчить» режим торможения в атмосфере на более щадящий для теплозащиты.
Смерть в небе
Полёт «Колумбии» прошёл почти безупречно и не вызывал особых замечаний. Из-за этого новостные издания уделяли ему немного внимания, за исключением новостей, касающихся Илана Рамона. Пресс-служба Космического центра Джонсона выпускала короткие вечерние пресс-релизы, в которых большую часть занимали новости с МКС.
1 февраля погодные условия во Флориде, куда должен был приземлиться шаттл, постоянно менялись: низкая облачность рассеялась, появился туман, но он тоже вскоре исчез, воспрянул сильный ветер, но позже утих. За шесть минут до назначенного времени Лерой Кейн дал разрешение на спуск с орбиты. В 13:15 по мировому времени (UTC) на высоте 283 км над Индийским океаном Рик Хазбанд и Уильям Маккул включили двигатели челнока для торможения.
В 13:44 «Колумбия» вошла в атмосферу. Космодром находился на расстоянии 8000 км от места схода с орбиты и практически совпадал с маршрутом полёта. Шаттл должен был пролететь над Сакраменто, Санта-Фе, Далласом, Новым Орлеаном и совершить посадку в 14:16. Почти весь маршрут «Колумбия» летела на автопилоте, и только за три минуты до приземления на высоте 15 км командир Хазбанд планировал взять управление в свои руки. В 13:53 датчики на левом крыле начали показывать резкое повышение температуры, а некоторые вышли из строя. Экипаж не был об этом осведомлён, а в Центре управления полётами спокойно отреагировали на пропадание сигнала, поскольку такое случалось ранее. Между 13:58:33 и 13:58:39 прекратилась подача информации с датчиков давления и температуры колёс левой стойки шасси, и пилоты получили аварийный сигнал. Хазбанд начал передавать информацию, но в 13:59:32, когда шаттл находился на высоте примерно 61 км, связь оборвалась. На тот момент левое крыло сгорело и разрушилось. Система управления не справилась с возросшим аэродинамическим сопротивлением, что привело к потере управления, и корабль разломился. Инверсионный след в небе над Техасом стал разделяться на части, появились яркие вспышки. «Колумбия» была уничтожена.
Несмотря на шок, охвативший всех, кто наблюдал катастрофу, практически сразу начались аварийно-спасательные работы. Обломки шаттла выпадали в полосе шириной до 50 км и длиной 400 км, от южных пригородов Далласа до Лисвилла в штате Луизиана. Мелкодисперсная пыль висела в воздухе несколько часов, а потом была унесена ветром на восток.
В первые часы усилия спасателей были направлены на поиски тел астронавтов: надежды на то, что кто-то из них выжил, не оставалось. Задача осложнялась наличием обширного леса и двух больших водохранилищ, поэтому к операции подключили полторы тысячи, а позднее — четыре тысячи человек. Штаб аварийно-спасательных работ разместился на авиабазе Барксдейл в Луизиане. Астронавт Джеймс Уэзерби возглавил операцию по обнаружению и эвакуации обломков, а Джерри Росс — по поиску погибших. Опознаваемые останки всех семерых были найдены 2 февраля, но работы продолжались ещё долго, ведь тела разорвало на части. Похороны Илана Рамона состоялись 10 февраля в Израиле; американских астронавтов предали земле в марте.
Как часто случается, вслед за отрядами спасателей в поход отправились мародёры. Вскоре на электронном аукционе eBay появились предложения о продаже фрагментов «Колумбии». Только 5 февраля, когда за присвоение обломков в Техасе были арестованы Мерри Хипп и Брэдли Годет, местные жители осознали: правительство настроено очень серьёзно.
Для изучения обстоятельств произошедшего руководство NASA назначило комиссию во главе с отставным адмиралом Харольдом Геманом. Хотя группа конгрессменов-демократов поставила под сомнение объективность комиссии, президент Джордж Буш-младший не последовал их совету создать специальную группу по аналогии с той, что расследовала катастрофу шаттла «Челленджер» (Challenger) в 80-е годы. Свою работу комиссия Гемана начала 4 февраля с посещения района падения обломков «Колумбии».
В то же самое время средства массовой информации обсуждали множество версий — одну причудливее другой. Прежде всего возникли подозрения о террористическом акте, ведь сторонники иракского диктатора Саддама Хусейна выразили неприкрытую радость при вести о гибели шаттла, называя её «актом возмездия». Впрочем, никаких фактов саботажа при подготовке миссии STS-107 не было выявлено ни тогда, ни теперь.
Куда более убедительными выглядели соображения о технической неисправности, вызванной возрастом «Колумбии», которая впервые отправилась на орбиту ещё в апреле 1981 года. Печальную роль могли сыграть усталость металла или отказ исполнительных органов управления. С другой стороны, корабли системы «Спейс Шаттл» создавались в расчёте на сто полётов, и даже старейший из них был далёк от выработки заложенного ресурса: «Колумбию» планировали использовать как минимум до 2015 года.
Ещё одна экзотическая версия — столкновение шаттла с метеоритом или объектом искусственного происхождения. Она появилась 8 февраля как реакция на слух о том, что будто бы Стратегическое командование США наблюдало отделение некоего объекта от «Колумбии» через сутки после старта — возможно, это был фрагмент корабля после удара? Военные получили запрос о возможности столкновения «Колумбии» с космическим мусором. В каталоге неидентифицированных околоземных объектов нашёлся «кандидат» размером 30×40 см, который сошёл с орбиты 20 января. Моделирование его движения показало, что за три дня до этого он мог находиться в окрестностях «Колумбии». И всё же эта версия была отвергнута, поскольку астронавты, работавшие круглосуточно, никакого удара не ощутили. Не зарегистрировали его и штатные средства навигационной системы корабля.
Разумеется, комиссия Гемана рассматривала все версии, но предпочтение явно отдавалось самой напрашивавшейся: катастрофа стала следствием повреждения левого крыла при старте «Колумбии».
В ходе расследования были затребованы отчёты специалистов по изучению возможных повреждений крыла от удара фрагментом пеноизоляции, выпущенных во время полёта «Колумбии». Всего их было три. При подготовке второго, от 23 января, использовалась «официальная» компьютерная программа Crater (по сути — эмпирическая формула, связывающая глубину повреждения плитки с размерами и плотностью ударившего её предмета, скоростью и направлением его движения), которая показала, что при падении куска массой 1,2 кг может образоваться полоса длиной до 82 см, шириной 18 см и глубиной в полтора раза больше, чем толщина плиток теплозащиты. Проще говоря, программа предсказывала неизбежный снос нескольких плиток, причём в самом теплонапряжённом месте! Однако, вместо того чтобы насторожиться, инженеры подняли результаты натурных испытаний, проведённых после STS-87, решили, что программа Crater «переоценила» размер повреждений, и пришли к заключению, что даже точечный прогар крыла невозможен.
Итоги расчётов продолжали обсуждаться в личной переписке, и среди прочих сохранилось электронное письмо Кевина Макклуни, инженера Космического центра Джонсона, от 31 января, в котором тот описывал гипотетический сценарий развития аварии. Оказалось, что он сумел предсказать катастрофу с точностью до порядка отключения датчиков, но к его мнению, к сожалению, не прислушались.
Варианты спасения
26 августа 2003 года руководству NASA и общественности был представлен первый том отчёта комиссии Гемана. В нём подтверждалось, что непосредственной причиной гибели «Колумбии» стал прогар переднего лонжерона левого крыла орбитального корабля на этапе спуска в атмосфере, что повлекло проникновение плазмы во внутренний объём крыла, потерю прочности элементов конструкции и её разрушение. Прогар произошёл из-за повреждения композитной передней кромки крыла куском пеноизолирующего покрытия массой 0,76 кг, упавшего с внешнего бака шаттла во время выведения на орбиту. Астронавты погибли в результате механических травм и удушья при разгерметизации кабины на большой высоте.
При расследовании теоретически было показано, что орбитальный корабль сможет пережить возвращение из космоса с отверстием размером до 25 мм в теплонапряжённой секции крыла из углерод-углеродного материала. Поэтому группа специалистов под руководством Скотта Хаббарда провела в Юго-Западном исследовательском институте Сан-Антонио (Техас) серию натурных экспериментов. Вначале состоялся опыт с макетными фибергласовыми секциями шаттла-прототипа «Энтерпрайз» (Enterprise). Выстрел куском пеноизоляции вызвал столь значительные повреждения, что было решено сразу перейти к испытаниям реальных секций передней кромки крыла, снятых с шаттлов «Дискавери» (Discovery) и «Атлантис» (Atlantis). Решающий эксперимент провели 7 июля, когда «снаряд», изготовленный из пеноизоляции и выпущенный из азотной пушки, пробил в секции полуметровую дыру.
Нашлось объяснение и объекту, отделившемуся от «Колумбии» на второй день полёта и зарегистрированному средствами Стратегического командования США. По уровню отражённого сигнала и скорости торможения объекта в верхних слоях атмосферы специалистам удалось доказать, что это мог быть только кусок секции из углерод-углеродного материала.
Причину отрыва пеноизоляции при выходе на орбиту достоверно установить не удалось. Предположительно, сработал комплекс причин. Конструкция узла крепления корабля к баку оптимизировалась под нагрузки, но не под тепловую защиту. Пеноизоляция имеет сложную форму и наносится вручную в несколько слоёв. В процессе возможно образование «воздушных карманов», а средства контроля качества покрытия не были предусмотрены. Комиссия не выявила доказательств небрежности при нанесении покрытия — тем не менее три рампы на готовых баках были тщательно изучены, и в них обнаружились похожие дефекты. Аэродинамические нагрузки, охлаждение и нагрев, вибрации и напряжения в конструкции внешнего бака на активном участке траектории могли вызвать рост повреждений вплоть до отрыва частей пеноизоляции.
Получается, что в течение двадцати пяти лет производства внешних баков их тепловая изоляция представляла собой угрозу для орбитальных кораблей. Комиссия установила, что из 79 запусков, для которых сохранились видеозаписи внешнего бака в полёте, отрывы пеноизоляции были отмечены в 65. В семи полётах было зафиксировано падение крупных кусков с рампы левой стойки: по одному разу с «Челленджером» и «Атлантисом», пять раз — с «Колумбией». И за все годы не было принято ни единой меры для устранения явного нарушения проектных требований к системе «Спейс Шаттл».
В выводах комиссия подчеркнула, что катастрофа «Колумбии» не является случайностью — она стала результатом практики игнорирования проблем с теплозащитой. Решения в ходе миссии принимались узким кругом лиц без учёта всех обстоятельств, а специалисты, которым эти обстоятельства были известны, не решились высказать своё мнение публично. Если «организационная культура» NASA не будет изменена, она приведёт к новым авариям.
Комиссия в порядке «мысленного эксперимента» рассмотрела варианты операции по спасению «Колумбии», которая могла быть организована, если бы руководство NASA серьёзнее отнеслось к проблеме повреждения теплозащиты. Для начала требовалось осмотреть шаттл на орбите с помощью средств ВВС США. Такой возможностью обладал спутник оптико-электронной разведки KH-12, фигурирующий в каталогах под обозначением USA 129 (1996-072A). Он шесть раз проходил рядом с кораблём на расстоянии от 221 до 429 км, имея условия наблюдения лучше, чем для земных объектов. В случае направления его камер на «Колумбию» наземные службы получили бы изображения с разрешением от 6 до 14 см.
Изучив последствия удара, специалисты могли принять один из двух вариантов спасения экипажа. Первый вариант — разработать специальную траекторию снижения и облегчить корабль. Расчёты показали, что массу «Колумбии» можно было уменьшить примерно на 14,2 т, «отстрелив» лабораторию «Спейсхаб» и другую аппаратуру в грузовом отсеке, а также слив топливо бортовой двигательной установки и вспомогательных силовых установок до минимума. Кроме того, за два выхода в открытый космос астронавты выбросили бы за борт всё лишнее из кабины, включая часть электронных блоков. Впрочем, риск разрушения корабля всё равно оставался, поэтому в качестве дополнительной меры рассматривался ремонт подручными средствами. Инженеры нашли способ добраться до места повреждения без использования манипулятора и предложили заткнуть дыру в крыле пакетом с водой, укрепив его тефлоновой плёнкой. Затем шаттл следовало развернуть днищем в тень, чтобы вода замёрзла. Какое время продержалась бы такая «заплатка» при входе в атмосферу, достоверно оценить не удалось.
Второй вариант предложили независимые эксперты. Они указывали, что если бы задача спасения была поставлена в первые сутки полёта, то появлялся шанс эвакуировать астронавтов. На момент схода с орбиты после полного выполнения программы «Колумбия» располагала небольшими запасами системы жизнеобеспечения, но, установив «режим выживания» с уменьшенным потреблением воды и повышенным порогом по углекислому газу, их можно было растянуть до 15 февраля.
Адмирал Геман заказал дополнительное исследование по изучению возможности использования для эвакуации астронавтов шаттла «Атлантис». Согласно утверждённым планам, 1 марта тот должен был стартовать к МКС. Ускорив подготовку и отказавшись от части наземных тестов, его могли бы запустить 10-11 февраля — при условии, что не будет технических сбоев и не подведёт погода. Через сутки после старта «Атлантис» с экипажем из четырёх спасателей сблизился бы с «Колумбией» до расстояния 15-20 м, после чего между шаттлами был бы переброшен трос, по которому астронавты «Колумбии» могли перебраться на «Атлантис». Хотя такой сценарий остаётся гипотетическим, Шон О’Киф, возглавлявший NASA, заявил 21 мая, что дал бы разрешение на экстренный запуск «Атлантиса», если бы знал, что «Колумбия» обречена.
В реальности после катастрофы полёты шаттлов были приостановлены. Следующая миссия под обозначением STS-114 состоялась только в июле 2005 года: в космос отправился корабль «Дискавери». На 33-й минуте полёта стало известно, что старт чуть снова не обернулся бедой: через несколько секунд после отделения твердотопливных ускорителей с внешнего бака сорвался довольно крупный кусок пеноизоляции. Установленная на баке видеокамера позволила увидеть, что он, к счастью, был унесён потоком в сторону и не врезался в корабль. Тем не менее получалось, что после всех модернизаций и проверок, которые обошлись в миллиард долларов, угроза серьёзного повреждения теплозащиты остаётся. Даже сторонникам сохранения шаттлов пришлось признать, что программа эксплуатации многоразовых крылатых кораблей должна быть закрыта.
Официальная группа сайта Альтернативная История ВКонтакте
Телеграмм канал Альтернативная История
Читайте также:
👉 Подписывайтесь на канал Альтернативная история ! Каждый день — много интересного из истории реальной и той которой не было! 😉