Невивчені уроки. Як NASA втратила шатл Columbia

1 лютого 2003 року шатл Columbia повертався на Землю після 15 днів перебування в космосі. До запланованої посадки на злітно-посадкову смугу Космічного центру імені Кеннеді залишалося менше 20 хвилин. Ніхто з астронавтів не підозрював, що вони приречені.

Руйнування корабля Columbia під час входу в земну атмосферу

У якийсь момент Центр управління польотом (ЦУП) утратив зв’язок із кораблем. Спочатку фахівці сподівалися, що це технічний збій, але незабаром стало зрозуміло, що сталося непоправне. Спостерігачі, які стежили за зниженням шаттла, повідомили про те, що він розпався на безліч фрагментів. За деякий час на землі пролунав гучний вибух, після чого з неба почали падати уламки. Через 17 років після катастрофи Challenger, NASA втратила ще один корабель і весь його екіпаж.

Корабель-першопроходець

Columbia заслужено отримала статус першопроходця. Це був перший екземпляр корабля системи Space Shuttle, що призначався для космічних польотів. Його будівництво почалося 1975 року, у розпорядження NASA його передали в 1979-му, а через два роки він, нарешті, вирушив на навколоземну орбіту. Цей політ увійшов в історію як перша місія шатла і як перший випадок, коли орбітальне випробування нового космічного корабля проводилося не в безпілотному режимі, а відразу з екіпажем. Попри підвищений ризик, експеримент завершився успішно, проклавши шлях для подальшого розвитку програми.

Оскільки Columbia була першим кораблем серії, вона відрізнялася від усіх наступних «човників». Зокрема, на її борту встановили різне експериментальне обладнання. Крім того, вона важила більше за інші шатли. Також у корабля не було власного стикувального вузла, що означало його неспроможність стикування з орбітальною станцією. Тому він не брав участі ані в програмі «Мир-Шаттл», ані у будівництві й постачанні МКС. Columbia використовувалася лише для окремих місій, що передбачали виведення супутників на орбіту, проведення експериментів і наукових досліджень, а також обслуговування телескопа Hubble.

Утім, у майбутньому ситуація мала би змінитися. NASA планувала провести модернізацію шаттла Columbia і все ж оснастити його стикувальним вузлом, що дозволило би йому приєднатися до програми МКС. Перша подібна місія була запланована на кінець 2003 року…

Незроблені висновки Challenger

У 1986 році програма кораблів багаторазового використання пережила серйозний удар, який мало не став для неї фатальним. Загибель шатла Challenger запустила цілу низку подій, що торкнулися практично всіх сфер американської космічної індустрії. Найбільш наочним наслідком катастрофи став перегляд стандартів безпеки та внесення змін у конструкцію космопланів, покликаних зробити їхню експлуатацію безпечнішою.

На жаль, жодні доопрацювання не могли змінити головного: кораблі мали дуже складну конструкцію, що складалася з тисяч різних компонентів. Відмова багатьох із них могла спричинити катастрофу. При цьому в «човників» так і не з’явилося повноцінної системи порятунку екіпажу в разі аварії. До того ж, попри всі зусилля щодо поліпшення організаційної структури та культури ухвалення рішень у NASA, багато правил і норм так і не прижилися. Все це створило передумови для наступної катастрофи. Питання полягало лише в тому, коли вона трапиться.

Пошкодження, отримане кораблем Atlantis під час старту від зіткнення зі шматком теплоізоляційної піни, мало не стало причиною катастрофи, але тоді все обійшлося…

Перший справді небезпечний інцидент стався 1988 року під час лише другого польоту після загибелі корабля Challenger. Шматок, відірваний від бокового прискорювача, врізався у теплозахисне покриття шатла Atlantis. Інцидент був зафіксований наземними камерами. Після виходу на орбіту екіпаж оглянув місце удару, виявивши зірвану плитку. Але, попри повідомлення про пошкодження, у ЦУП не поставилися до цього серйозно, вирішивши, що астронавтів увела в оману гра світла й тіні.

Кораблю пощастило здійснити посадку. Надалі з’ясувалося, що пошкодження й справді було, проте під зірваною плиткою виявилася додаткова алюмінієва пластина, й ця щаслива випадковість врятувала Atlantis. На жаль, NASA не зробила жодних довгострокових висновків і не розробила процедури контролю на випадок повторення подібної ситуації.

Інший інцидент стався 1999 року під час місії STS-93. Тоді на старті у шатла Columbia вийшли з ладу два з трьох блоків управління двигунами. Корабель урятували резервні контролери — якби не вони, довелося би приводнитися в океані.

Columbia вирушає у свою останню місію. Світлий трикутник на паливному баку біля основи верхнього кріплення орбітального апарата — той самий шматок теплоізоляції, що пізніше відірветься та пошкодить крило космоплана

Чотири роки по тому Columbia знову готувалася до космічного польоту. Метою місії STS-107 було проведення серії наукових експериментів. Після численних перенесень запуск призначили на 16 січня 2003 року. Корабель відірвався від стартового майданчика та почав набирати висоту. На 82-й секунді польоту від лівого обтічника кріплення шатла до паливного бака відокремився шматок теплоізоляційної піни, що призначалася для запобігання утворення криги. У цей час Columbia перебувала на висоті 20 км, рухаючись зі швидкістю 3013 км/год. Фрагмент розміром із валізу вдарив по краю лівого крила «човника» і завдав йому смертельного пошкодження.

Нормалізація відхилень

Фахівці NASA, які спостерігали за трансляцією запуску, не помітили удару. Але під час вивчення відеозапису старту наступного дня інженери зрозуміли, що влучення таки було. А далі сталося те, для чого розслідувачі катастрофи шатла Challenger придумали термін «нормалізація відхилень».

Фатальний удар по крилу корабля Columbia

Річ у тім, що це був уже не перший випадок, коли з паливного бака зривалися шматки піни та влучали у корабель. Такі інциденти траплялися як мінімум чотири рази. Й один із них стався буквально за три місяці до останнього польоту Columbia під час місії STS-112. За іронією долі, на паливному баку шатла тоді вперше встановили спеціальну камеру, що призначалася для відстежування стану його теплоізоляційного покриття. Завдяки цьому фахівцям удалося визначити характеристики відірваного фрагмента й місце його удару. Шматок піни розміром приблизно 100×125×300 мм потрапив у сполучне кільце в місці кріплення лівого твердопаливного прискорювача з паливним баком. Подальший огляд показав, що удар призвів до утворення в металі вм’ятини завширшки 100 мм і завглибшки 76 мм.

Інцидент із STS-112 не викликав проблем під час польоту. Тож, як і в інших подібних випадках, керівництво NASA вважало за краще закрити очі на проблему, керуючись уже згаданим принципом «нормалізації відхилень»: якщо все обійшлося — значить, система має достатній ресурс надійності й турбуватися немає про що.

Теплоізоляція зовнішнього паливного бака, сфотографована після його відділення під час старту місії STS-112. Елемент, зазначений стрілкою, відірвався та пробив крило шатла Columbia

Утім, не всі співробітники організації поділяли позицію керівництва. Удар піни об крило корабля Columbia стурбував багатьох фахівців. Вони кілька разів намагалися надіслати запит до Міністерства оборони США з проханням залучити військові супутники для пошуку слідів можливих пошкоджень. Добре, що Пентагон уже мав досвід подібної операції. Під час першого випробувального польоту цього корабля в 1981 році розвідувальні апарати сфотографували теплозахисне покриття, підтвердивши, що воно не постраждало під час запуску. І якби вищі чиновники NASA підтримали запит, швидше за все, військові знову надали би підтримку.

Але цього не сталося. Керівництво аерокосмічної адміністрації не тільки не допомогло, а й виступило проти такої активності. Каменем спотикання стала ступінь оцінки ризику. В розпорядженні фахівців NASA був спеціальний програмний інструмент, призначений для симуляції удару дрібних фрагментів об теплозахисне покриття шатлів. Перша проблема полягала в тому, що він в основному використовувався для оцінки пошкоджень, яких могли завдати шматки льоду, в той час як теплоізоляційна піна мала інші характеристики.

Іншою проблемою була відсутність інформації про точне місце удару. Річ у тім, що на корпусі шатла використовувався теплозахист із різних матеріалів. Більшу частину корабля вкривала силікатна плитка. Однак ніс фюзеляжу та передні краї крил, що найбільше нагрівалися під час входу в атмосферу, захищали панелі з укріпленого вуглепластику, який являв собою багатошарову конструкцію з вуглецевої тканини, просоченої фенольною смолою.

Оцінюючи ризики, фахівці були змушені вдатися до низки припущень. Але під час аналізу вони дійшли тривожного висновку: якщо удар припав на вуглепластикову панель, існує як мінімум 6,7-відсоткова ймовірність того, що піна пробила її наскрізь.

Останнє зображення шатла Columbia з накладеною на нього моделлю космоплана. Два виступи на нижній частині контуру — можливі викиди уламків зі зруйнованого крила

Але через ті ж умовності та припущення керівники польоту вирішили, що інженери надають дуже великого значення інциденту, переоцінюючи його небезпеку. Зрештою, теплоізоляційна піна мала дуже невелику густину та була практично невагомою. Навіть із урахуванням значної швидкості зіткнення було вкрай складно повірити, що вона могла завдати серйозного пошкодження. Тож, з одного боку, вищі чини аерокосмічної адміністрації впевнилися, що подібний сценарій дуже малоймовірний, а з іншого — інженери не змогли відстояти свою точку зору та вважали за краще погодитися з керівництвом. Тому NASA так і не надіслала запит у Пентагон.

Свою роль в оцінці ситуації могли зіграти не лише технічні фактори, а й поширена серед фахівців думка, що навіть якщо шатл і отримає пошкодження під час запуску, то з цим уже нічого не поробиш і простіше про це не знати.

Електронне листування між Центром управління та екіпажем місії STS-107 стосовно пошкоджень шатла

Варто зауважити, що екіпаж корабля Columbia повідомили про інцидент, але 23 січня астронавти отримали електронного листа від керівника польоту з таким змістом: «Експерти вивчили високошвидкісну зйомку та дійшли висновку, що у них немає побоювань з приводу можливого пошкодження теплозахисту. Ми вже спостерігали схожі інциденти під час деяких інших місій і не маємо жодних приводів для занепокоєння щодо входу в атмосферу».

А якщо?

Усі ми знаємо, що сталося потім. Під час входу в атмосферу розпечені гази проникли всередину отвору в лівому краю крила та почали поступово руйнувати його. Зрештою вони спалили гідравліку, і Columbia втратила керування, почавши безладно обертатися, після чого розпалася на безліч фрагментів. Вважається, що сім астронавтів загинули впродовж хвилини після втрати зв’язку з ЦУП. У наступні тижні пошукові групи виявили десятки тисяч уламків. Єдиними, хто вижив у катастрофі, були черви-нематоди. Їх знайшли у герметичному контейнері, знайденому серед залишків шатла.

78 760 уламків шатла Columbia, розкладені на підлозі у спеціальному ангарі NASA відповідно до їхнього місця в конструкції корабля. Загальна кількість його фрагментів, які вдалося знайти, перевищила 84 тис.

Але чи справді екіпаж STS-107 не мав жодних шансів і астронавтам «пощастило» померти раптовою смертю? І чи щось змінило би виявлення пошкодження на початку польоту в процесі супутникової зйомки?

Колективна світлина екіпажу місії STS‑107, зроблена з фотоплівки, яку вдалося знайти серед уламків корабля та проявити. Верхній ряд, зліва направо: Девід Браун, Вільям Маккул, Майкл Андерсон. Нижній ряд: Калпана Чавла, Рік Хазбенд (командир), Лорел Кларк, Ілан Рамон

Оскільки це була поодинока місія, Columbia не могла досягти МКС і використати її як притулок — шатл перебував на орбіті з іншим нахилом і мав недостатньо палива для виконання необхідного маневру. Але існували й інші варіанти. Наприклад, екіпаж міг вийти у відкритий космос і спробувати залагодити пошкодження за допомогою підручних засобів (скажімо, використовуючи металеві пластини з кабіни пілотів). Безумовно, астронавти не готувалися до такої ризикованої операції. Проте на кораблі не була встановлена рука-маніпулятор Canadarm (пристрій не знадобився для потреб місії STS-107), яка могла б доставити ремонтників одразу до пошкодженої ділянки, тож їм довелося би діставатися туди самостійно. Звичайно, навіть якби екіпаж і спробував відремонтувати крило, ефективність цих дій практично неможливо прогнозувати. Але все ж це був імовірний шанс на порятунок.

Загальний вигляд головного залу Центру управління польотами, розташованого в Космічному центрі ім. Джонсона в Г’юстоні (штат Техас). Світлина зроблена невдовзі після того, як був утрачений контакт із місією STS-107

Більш реальною можливістю була організація рятувальної експедиції з використанням іншого шатла. У звичайній ситуації NASA не мала такої опції. За максимальної економії ресурсів Columbia змогла б залишатися на орбіті впродовж 30 днів (до 15 лютого 2003 року). Цього терміну було недостатньо для підготовки з нуля рятувального корабля, тож екіпажу STS-107 довелося б обирати між смертю від задухи й смертю під час входу в атмосферу.

За збігом обставин, у той час інженери NASA вже щосили займалися підготовкою іншої місії за участю шатла Atlantis і вже встигли виконати значну частину необхідної роботи. Запуск був призначений на 1 березня, але проведені пізніше розрахунки показали, що за максимального прискорення процедур «човник» зміг би вирушити в космос 10 лютого. Таким чином, у рятувальників залишилося би п’ять днів на зближення з приреченим кораблем й евакуацію екіпажу STS-107.

Зображення шлейфа гарячих газів, що утворився після прольоту уламків корабля Columbia над Техасом і Луїзіаною, отримане радарами Національної метеослужби США

Після зближення астронавти-рятувальники здійснили би перехід на борт шатла Columbia з метою доставлення капсул із пероксидом літію (щоб знизити концентрацію вуглекислого газу на борту пошкодженого корабля та забезпечення його киснем) і додаткових скафандрів. Також їм необхідно було з’єднати два «човника» розсувним шестом, щоб полегшити процедуру переходу. Після цього екіпаж STS-107 поступово перейшов би на Atlantis і на ньому повернувся би на Землю. Щодо аварійного шатла, то його перевели б у режим дистанційного керування і звели з орбіти над Тихим океаном.

Розпад шатла Columbia 1 лютого 2003 року випадково потрапив у поле зору камери гелікоптера Apache, що брав участь у військових навчаннях над Центральним Техасом

Безумовно, ця місія увійшла би в історію як найскладніша та найсміливіша рятувальна операція всіх часів і народів. Практично напевно її назва стала би загальновідомою, всі причетні отримали б нагороди, написали мемуари, які згодом були б екранізовані… Але, на жаль, історія не знає умовного способу.

Наслідки катастрофи

Як і катастрофа Challenger, загибель шатла Columbia мала низку довгострокових наслідків. Найочевиднішим із них стала тривала перерва у польотах «човників», що призвела до припинення будівництва МКС. Наступна місія за участю крилатого корабля відбулася лише в липні 2005 року.

Одна з понад 20 тисяч теплозахисних плиток корабля Columbia, знайдених на землі після катастрофи

Зрозуміло, NASA знову переглянула стандарти безпеки. Зокрема, аерокосмічна адміністрація вирішила повністю відмовитися від усіх пілотованих місій, не пов’язаних із будівництвом МКС. Це обґрунтовувалося тим, що в разі повторення ситуації з пошкодженням теплозахисту екіпаж зможе використати орбітальний форпост як притулок. Також у програму всіх польотів був доданий обов’язковий пункт: підлетівши до МКС, корабель зупинявся на певній відстані від неї та здійснював розворот на 360°, що дозволяло екіпажу станції перевірити стан його теплозахисту.

Співробітник групи з розслідування катастрофи використовує повномасштабне креслення конструкції шатла для ідентифікації його деталей

Лише завдяки дуже великому тиску з боку наукової спільноти з часом NASA все ж санкціонувала «місію-виняток» — фінальну експедицію для обслуговування телескопа Hubble з використанням шатла Atlantis. При цьому організація вжила підвищених запобіжних заходів: під час запуску на сусідньому стартовому майданчику перебував Endeavour. У разі пошкодження теплозахисту першого корабля його б залучили для рятувальної експедиції.

Ще одним завданням групи розслідування було відтворення окремих вузлів і елементів конструкції шатла з їхніх уламків

Але головним наслідком катастрофи було ухвалення у 2004 році президентом Джорджем Бушем-молодшим принципового рішення про відмову від кораблів багаторазового використання. Після завершення будівництва МКС шатли йшли у відставку. Заміною їм мала стати нова пілотована програма Constellation, декларованими цілями якої були польоти на навколоземну орбіту, Місяць і Марс.

Та Constellation так і не змогла «злетіти». Великий розмах проєкту, помножений на небажання Конгресу виділяти необхідні для його фінансування кошти, призвели до того, що він, по суті, не зрушив із місця. В результаті в 2010 році вже адміністрація Барака Обами закрила програму. На той момент до припинення польотів шатлів лишалося менше року, а США все ще не мали іншого космічного корабля.

Після деяких роздумів було ухвалене рішення змінити підхід і зробити ставку на приватний сектор. У той час як NASA продовжила роботу зі створення пілотованої системи для міжпланетних місій, доставка астронавтів на МКС доручалася приватним компаніям. На час перерви між завершенням польотів шатлів і введенням у дію комерційних кораблів єдиним для американців способом потрапити на орбіту стала купівля місць на російських «Союзах». У підсумку ця перерва розтягнулася на довгих дев’ять років.

Щодо шатлів, то 21 липня 2011 року Atlantis здійснив свою останню посадку на злітно-посадковій смузі на мисі Канаверал, поставивши крапку в 30-річній історії програми. Незабаром усі крилаті кораблі були відправлені до музеїв. Атмосферний прототип Enterprise помістили в Морський і аерокосмічний музей Нью-Йорку, Discovery зайняв місце в музеї Смітсонівського інституту, Endeavour встав на вічну стоянку в Каліфорнійському науковому центрі в Лос-Анджелесі, а Atlantis тепер експонується у Космічному центрі імені Кеннеді.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!

Приєднуйтесь: https://t.me/ustmagazine

Місячну базу може захистити від уламків кам’яна стіна
Як виявити діпфейки: астрономи пропонують шукати відблиск зірок в очах
Космічний корабель Starliner розгледіли у телескоп під час стикування з МКС: фото
12 світлових років від Землі: James Webb зазнімкував екзопланету біля близької зорі
Наступний удар буде останнім: мікрометеороїд пробив корпус космічного телескопа вартістю 800 млн доларів
Китайський зонд знайшов воду на Місяці
Минула неділя виявилася найспекотнішим днем в історії Землі
Як від Землі до Місяця: астрофотограф зазнімкував величезний протуберанець
Зображення від українського аматора стало фото дня у NASA
«Зрізати шлях» до Венери: JUICE готується до історичного подвійного прольоту Місяця та Землі