В поисках причины пожара на ракете-носителе Сатурн-5 рассматривал две версии. Одну из них, которую считал основной, безжалостно зарубил. Бывает и такое. У второй были особенности, вроде бы ставящие её под серьёзное сомнение. Но при рассмотрении противоречивых моментов, наоборот, раскрылась более детальная картина произошедшего. В этой статье назову причину «Фаер-шоу Сатурн-5», а затем, в других частях, опишу детали.
В ходе «Праздника огня» первая ступень хорошенько закоптилась.
Не бывает копоти, как и дыма, без огня. Сажа на борту ракеты появилась в результате процесса горения вокруг бака горючего и хвостового отсека.
1. Для осуществления любого процесса горения в область огня должны непрерывно подаваться:
- какое-либо горючее вещество
- и воздух, в качестве окислителя.
Воздуха вокруг Сатурн-5, летящего в атмосфере , было полно. А потоки вещества, способного пылать, поступали в зону огня из чрева этого гиганта.
Фонтанировали они, конечно же, из тех мест ракеты, к которым и подобрался фронт пламени, имеющий форму конусов. Своими острыми огненными вершинами они указывают именно те места в межбаковом отсеке первой ступени, из которых и производился выброс горючего вещества, питающего огонь.
Этот сброс осуществлялся по дренажному трубопроводу, выходящему на внешнюю поверхность межбакового отсека первой ступени,
посредством открытия дренажного клапана - fuel vent valve.
Этот клапан присутствует на схеме пневматического управления клапанами, приведённой в полётной инструкции на ракету-носитель Сатурн-5. Например в инструкции миссии Аполлон-9.
Часть клапанов на первой ступени срабатывает при подаче на них давления сжатого азота, путём открытия электромагнитных клапанов (обозначены на схеме - control valve) по команде управления.
Вот как описана работа системы пневматического управления клапанами в полётной инструкции:
"ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ Пневматическая система управления (рис. 4-10) обеспечивает подачу азота под давлением для управления различными пневматическими клапанами. Пневматическое управление клапанами подачи и слива горючего и жидкого кислорода, а также соединительным клапаном жидкого кислорода № 2 осуществляется непосредственно от GSE (Ground Support Equipment- наземное вспомогательное оборудование).
Соединительные клапаны жидкого кислорода № 1, 3 и 4 управляются бортовой пневматической системой.
Пневматическая система управления для тех клапанов, которыми необходимо управлять во время полета (клапаны подачи горючего и жидкого кислорода, дренажные клапаны жидкого кислорода и горючего), питается от источника азота GSE при давлении 3200 фунтов на квадратный дюйм.
Система заряжается через встроенные регулирующие клапаны и фильтры, баллон для хранения и регулятор давления, который снижает подаваемое давление до 750 фунтов на квадратный дюйм. Существуют прямые линии от GSE к электромагнитным клапанам, которые обеспечивают давление для аварийного отключения двигателя. Отверстия в магистрали подачи горючего и жидкого кислорода контролируют время закрытия клапанов."
Здесь имеется упоминание о том, что дренажные клапаны жидкого кислорода и горючего управляются во время полёта.
Во время полёта ракеты-носителя Сатурн-5, собственно, и наблюдался процесс горения вокруг бака с керосином и хвостового отсека.
В свободном объёме бака горючего возможно повышение давления наддува до верхнего допустимого предела.
Для поддержания давления наддува ниже этого уровня на американской лунной ракете происходит открытие дренажного клапана.
Если стравливание излишнего гелия не приводит к снижению давления наддува, и происходит его дальнейшее повышение, то во избежание разрушения бака, срабатывает предохранительный клапан - relief valve.
Судя по схеме, приведённой ниже, оба клапана изготовлены одним блоком в общем корпусе и расположены на одном дренажном трубопроводе, выходящем из верхнего днища бака горючего. Такой клапан называется дренажно-предохранительным.
При его срабатывании гелий, насыщенный горючими парами керосина, направляется в атмосферу.
Причиной "Фаер-шоу Сатурн-5" стало срабатывание дренажно-предохранительного клапана бака горючего для снижения давления наддува этого бака.
Сбрасываемая в атмосферу, смесь гелия с парами керосина воспламенилась от реактивных струй ракетных двигателей. Пламя прошло снизу-вверх по горючей смеси вдоль корпуса ракеты и охватило первую ступень в районе хвостового отсека и бака с горючим. При достижении ракетой некоторой скорости полёта, начался срыв пламени. После окончательного отрыва факела, сбрасываемая смесь керосина и гелия явила себя нашему взору в виде четырёх белых шлейфов, наблюдавшихся вплоть до момента отделения первой ступени.
На схемах и чертежах трубопровод дренажа горючего изображён в одном экземпляре. Но при просмотре кинохроники создаётся впечатление, что их четыре. Ну, очень похоже.
В принципе, наблюдаемая картина может реализоваться в обоих вариантах: как в случае четырёх, так и в случае одного дренажного трубопровода. Для сути происходящего это, в общем то, не важно.
P.S.
Знаете ли вы, что?
На первой ступени ракеты-носителя Сатурн-5, реализован интересный способ поддержания давления наддува бака горючего в заданных пределах.
При повышении давления до верхней границы допустимого диапазона, открываются клапаны, регулирующие давление наддува (5 штук), и тоже стравливают лишний гелий наружу. Давление наддува опускается до нижней границы и клапаны закрываются, и остаются закрытыми до следующего случая превышения верхнего порога срабатывания.
К сожалению, по вышеприведённым схемкам из отчётов и мануалов, невозможно установить: по каким трубопроводам происходит стравливание гелия при регулировании давления наддува? Возможно, что оно осуществляется через тот же дренажный трубопровод? Или нет? Узнать это можно было бы по чертежам, кабы не уборщица из НАСА... если бы они были опубликованы.