Приветствую вас мои космические друзья!
В 1970 году экипаж миссии "Аполлон-13" был спасен от неминуемой гибели благодаря сочетанию трех факторов: слаженной работе тысяч специалистов, исправному функционированию систем лунного модуля и простому везению. Миссия "Аполлон-13" стал худшим кошмаром Центра управления полетами в Хьюстоне, потому что авария с кислородным баком вывела из строя, хотя и косвенно, основное средство возвращения астронавтов на Землю - мощный маршевый двигатель (SPS) AJ10-137 космического корабля "Аполлон".
Многие этапы космической программы "Аполлон" были спланированы до мельчайших деталей. Они были проработаны очень тщательно, включая потенциальные проблемы, которые могли возникнуть во время каждой космической миссии. Поскольку было много критических фаз космического полета, которые могли пойти не так, все полеты имели несколько вариантов "плана Б", известных также как "резервные миссии".
Например, если, по какой-то причине, астронавты не могли бы покинуть околоземную орбиту, полет должен был продолжиться на низкой околоземной орбите. Если бы не возникло чрезвычайной ситуации, логичным было бы воспользоваться продолжением полета, чтобы узнать что-то новое. Например, если бы третья ступень S-IVB ракеты "Сатурн-5", во время лунной миссии вышла бы из строя во время запуска, командно-служебный модуль (CSM) отделился бы от третьей ступени и используя свой маршевый двигатель (Service Propulsion System - SPS), должен был достичь низкой околоземной орбиты с помощью маневра, называемого выходом на аварийную орбиту (Contingency Orbit Insertion - COI).
Если бы этот сценарий произошел во время миссии "Аполлона-11", и если бы все системы командно-служебного модуля работали исправно, Нилу Армстронгу, Майклу Коллинзу и Баззу Олдрину пришлось бы оставаться в космосе почти столько же времени, сколько и во время лунной миссии, но находясь при этом на низкой околоземной орбите. Они должны были запускать маршевый двигатель корабля SPS, чтобы имитировать маневр выхода на лунную орбиту (Lunar Orbit Insertion - LOI) и маневр вывода на траекторию полета к Земле (Trans Earth Injection - TEI).
Это, конечно, при условии, что было достаточно топлива для двигателей системы ориентации RCS (на низкой околоземной орбите двигатели системы ориентации RCS могли бы использоваться для возвращения на Землю в случае отказа маршевого двигателя корабля). Аналогично, если бы третья ступень S-IVB ракеты "Сатурн-5" отказала бы до или во время маневра транслунного выведения (Trans Lunar Injection - TLI), астронавтам пришлось бы извлечь лунный модуль из третьей ступени и перейти к миссии на низкой околоземной орбите. Причина использования лунного модуля заключалась, с одной стороны, в проверке его систем и получении дополнительных данных о них, а с другой — в наличии на его борту более важных ресурсов на случай возникновения других проблем. Подобным же образом образом, было запланировано несколько миссий на лунной орбите на случай, если у лунного модуля возникнут серьезные неполадки или командно-служебный модуль не сможет состыковаться с ним (что едва не произошло во время миссии "Аполлон-14").
Но что делать в случае действительно серьезной чрезвычайной ситуации? После аварии во время полета "Аполлона-13", существует широко распространено мнение, что если бы в течение трехдневного полета к Луне случилась бы серьезные неполадки, то космический корабль должен будет облететь Луну, следуя траектории свободного возвращения, чтобы вернуться обратно на Землю.
В действительности же, во время выполнения полета к Луне основной план возвращения на Землю, если полет должен был быть прерван, состоял в том, чтобы сбросить лунный модуль и использовать маршевый двигатель космического корабля "Аполлон" для выхода на траекторию возвращения к нашей планете без облета Луны.
Существовал широкий спектр возможностей при использовании маршевого двигателя для прерывания полета. Если основной целью было минимизировать время возвращения экипажа на Землю, то это требовало более длительного времени включения маршевого двигателя корабля. В зависимости от количества оставшегося в баках корабля топлива, можно было уменьшить время работы маршевого двигателя, тогда время возвращения экипажа на Землю увеличивалось. Если приводнение капсулы с экипажем было желательным в Тихом океане, то в течении суток было только одно временное окно для использования прерывания полета с использованием маршевого двигателя корабля. Однако, в зависимости от серьезности ситуации, капсула с экипажем могла также приводниться в Атлантическом и Индийском океанах, что давало три окна возможностей для прерывания полета в течении суток.
В ходе миссии "Аполлон-13" рассматривался вариант включения маршевого двигателя корабля примерно через 60 часов после старта, что позволило бы экипажу вернуться на Землю на день раньше, но для этого требовалась отстыковка корабля от лунного модуля, что было неприемлемым вариантом, поскольку экипаж зависел от ресурсов лунного модуля (кроме того инженеры НАСА опасались, что взорвавшийся баллон с кислородом повредил маршевый двигатель корабля).
Другой вариант, который серьезно рассматривался во время полета "Аполлон-13", заключался в использовании маршевого двигателя корабля SPS до тех пор, пока все топливо не будет израсходовано, при этом командно-служебный модуль должен был оставаться состыкованным с лунным модулем. Затем должно было произойти отделение служебного модуля, а затем экипаж должен был задействовать двигатель посадочной ступени лунного модуля (DPS). Работа двух двигателей могла бы вывести космический корабль на прямую траекторию аварийного возвращения к Земле без облета Луны, но в этом случае теплозащитный экран командного модуля был бы подвержен воздействию условий открытого космоса в течение длительного времени, чего опасались инженеры НАСА.
В конечном итоге было принято решение о траектории свободного возвращения, поскольку она позволяла служебному модулю оставаться прикрепленным к командному, и устраняла необходимость в использовании маршевого двигателя SPS (а также давала Хьюстону больше времени для анализа ситуации).
С другой стороны, важно помнить, что, в отличие от миссий "Аполлон-8", "10" и "11", "Аполлон-13" следовал не по траектории свободного возвращения, во время того когда на корабле произошла авария, а по так называемой гибридной траектории. Это была вторая лунная миссия, которая использовала такую траекторию, чтобы совершить посадку вдали от лунного экватора. Отсюда срочность Хьюстона в использовании двигателя DPS посадочной ступени лунного модуля, для скорейшего возвращения космического корабля на траекторию свободного возвращения. К счастью, инженеры воспользовались аварийными планами, разработанными годами ранее, а также опытом миссии "Аполлон-9" в ходе которой экипаж проверил работу двигателя лунного модуля, который оставался состыкованным с командно-служебным модулем.
Следующим аварийным сценарием, который не давал спокойно спать по ночам инженерам НАСА, была проблема, связанная с маневром выхода космического корабля на лунную орбиту (Lunar Orbit Insertion - LOI). Маршевый двигатель космического корабля "Аполлон" отвечал за вывод на лунную орбиту сборки командно-служебного и лунного модулей. В случае отказа маршевого двигателя аварийным вариантом было использование двигателя посадочной ступени DPS лунного модуля.
Было предусмотрено три возможных сценария. В первом варианте отказа, маршевый двигатель корабля отключился бы слишком рано, поэтому корабль следовал бы по гиперболической орбите выхода относительно Луны к Земле, хотя и не совсем точно. Двигатель посадочной ступени лунного модуля DPS служил бы для того, чтобы вернуть космический корабль на траекторию полета к Земле как можно быстрее.
Второй аварийный сценарий предусматривал отказ маршевого двигателя после того как ему удалось вывести космический корабль на сильно эксцентричную орбиту вокруг Луны. В этом случае для выхода с лунной орбиты потребовалось бы два включения DPS.
Если космический корабль оказался на слегка эксцентричной орбите, то был предусмотрен третий вариант. В этом случае для возвращения на Землю, требовалось одно включение DPS. В первых двух вариантах двигатель посадочной ступени должен был зажигаться относительно быстро, а в третьем имелся запас по времени до пятнадцати часов.
В зависимости от отказа и миссии к Луне, также изучался вариант использования двигателя APS взлетной ступени лунного модуля, хотя в целом было предпочтительнее не использовать его из-за невозможности управления вектором тяги и эффективного управления зажиганием, учитывая переменные центры масс обоих космических аппаратов.
Во время спуска на поверхность Луны лунный модуль мог вернуться на орбиту, используя двигатель посадочной ступени DPS на начальных этапах спуска или, позднее, отделив посадочную ступень и используя двигатель APS взлетной ступени. Однако во время подъема на лунную орбиту не было возможности прерывания полета. Двигатель взлетной ступени лунного модуля должен был работать в любом случае. По этой причине взлет с лунной поверхности был самой рискованной фазой лунной миссии программы "Аполлон".
Если лунный модуль, после взлета с поверхности Луны, находясь на лунной орбите не мог бы состыковаться с командно-служебным модулем, то последний мог снизить свою орбиту примерно до 15 километров над поверхностью Луны, чтобы состыковаться с лунным модулем и спасти астронавтов.
Но вероятность, которая напугала руководителей программы "Аполлон", заключалась в отказе маршевого двигателя корабля, когда он находился на круговой орбите вокруг Луны. В этом случае экипажу пришлось бы прервать спуск лунного модуля на поверхность Луны и использовать двигатели посадочной и взлетной ступени лунного модуля, чтобы покинуть лунную орбиту, или использовать только двигатель посадочной ступени после расстыковки со служебным модулем, хотя в этом случае для поддержания жизнедеятельности экипажа пришлось бы использовать ресурсы только лунного модуля.
Во время миссии "Аполлон-16" в командно-служебном модуле "Каспер" возникла проблема с маршевым двигателем вскоре после отделения от него лунного модуля "Орион". Хьюстон приказал экипажу отложить спуск на поверхность Луны до тех пор, пока проблема не будет решена. Если бы этого не произошло, астронавтам Джону Янгу и Чарльзу Дьюку пришлось бы повторно состыковаться с командно-служебным модулем, на борту которого находился Томас Мэттингли, и использовать лунный модуль "Орион", чтобы покинуть лунную орбиту. После того, как лунный модуль выполнил бы взлет с поверхности Луны, он больше не мог использоваться в качестве "спасательной шлюпки". В случае отказа маршевого двигателя командно-служебного модуля SPS, экипаж бы застрял на лунной орбите.
Хотя в НАСА и рассматривали вариант спасательной миссии, с использованием модифицированной версии корабля "Аполлон", из-за технических трудностей НАСА решило не готовиться к подобному варианту развития событий.
В декабре 1968 года, подрядчик НАСА компании Bellcomm рассмотрела проблемы выживания экипажа застрявшего на лунной орбите, вскоре после того, как "Аполлон-8" стал первым пилотируемым космическим кораблем, вернувшимся с лунной орбиты. Вывод к которому пришли исследователи заключался в том, что экипаж застрявшего на лунной орбите командно-служебного модуля вряд ли протянет больше трех недель. Более подробно этот вопрос был освещен в статье:
К большому счастью только одна миссия космической программы "Аполлон" столкнулась с серьезными проблемами на пути к Луне. Но, как мы видим, если бы случилась еще одна проблема, космическому агентству НАСА пришлось бы прибегнуть к одному из многих имевшихся резервных планов действий на случай непредвиденных обстоятельств.
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!