Невыученные уроки. Как NASA потеряла шаттл Columbia

1 февраля 2003 года шаттл Columbia возвращался на Землю после 15 дней пребывания в космосе. Крылатый корабль находился в небе над Техасом, до его запланированной посадки на взлетно-посадочную полосу Космического центра имени Кеннеди оставалось менее 20 минут. Никто из находившихся на борту семи астронавтов не подозревал, что они обречены и ничто уже не изменит их судьбу.

Разрушение корабля Columbia при входе в земную атмосферу

В какой-то момент ЦУП потерял связь с кораблем. Вначале специалисты надеялись, что все дело в техническом сбое, но вскоре стало понятно, что произошло непоправимое. Следившие за снижением Columbia наблюдатели сообщили о том, что шаттл распался на множество фрагментов. Через некоторое время на земле услышали громкий взрыв, после чего с неба начали падать обломки. Через 17 лет после катастрофы космоплана Challenger NASA потеряла еще один «челнок» и весь его экипаж.

Корабль-первопроходец

Columbia по праву носила статус первопроходца. Это был первый экземпляр корабля системы Space Shuttle, предназначавшийся для космических полетов. Его строительство началось в 1975 году, в распоряжение NASA его передали в 1979-м, а спустя два года он, наконец, побывал на околоземной орбите. Тот полет вошел в историю сразу по нескольким причинам: и как первая миссия шаттла, и как первый случай, когда орбитальное испытание нового космического корабля проводилось не в беспилотном режиме, а с экипажем. Невзирая на повышенный риск, полет завершился успехом, проложив путь для дальнейшего развития программы.

Поскольку Columbia была первым кораблем серии, она имела ряд отличий от последующих «челноков». В частности, на ней было установлено различное экспериментальное оборудование. Кроме того, она весила больше других шаттлов. Также у нее не было собственного стыковочного узла, что означало, что она не может состыковаться с орбитальной станцией. Поэтому Columbia не участвовала в программе «Мир-Шаттл» и не принимала участие в сборке и снабжении МКС. Корабль использовался исключительно для одиночных миссий, предполагавших вывод спутников на орбиту, проведение экспериментов и научных исследований, а также обслуживание телескопа Hubble.

Впрочем, в будущем ситуация должна была измениться. NASA планировала провести модернизацию корабля и все же оснастить его стыковочным узлом, что позволило бы ему присоединиться к сборке МКС. Первая подобная миссия была запланирована на конец 2003 года…

Невыученные уроки Challenger

Вернемся немного назад. В 1986 году программа кораблей многоразового использования пережила серьезный удар, который чуть не стал для нее роковым. Гибель шаттла Challenger запустила целую цепочку событий, затронувших практически все области американской космической индустрии. Наиболее же наглядным следствием катастрофы стал пересмотр стандартов безопасности и внесения ряда изменений в конструкцию космопланов, призванных сделать их эксплуатацию более безопасной.

К сожалению, никакие доработки не могли изменить главного: шаттлы являлись очень сложной системой, состоящей из тысяч различных компонентов. Отказ многих из них мог вызвать катастрофу. При этом у «челноков» так и не появилось полноценной системы спасения экипажа на случай аварии, влекущей нарушение целостности корабля. К тому же, несмотря на все усилия по улучшению организационной структуры и культуры принятия решений в NASA, многие правила и нормы так и не смогли укорениться. Все это создало предпосылки для следующей катастрофы. Вопрос заключался в том, когда она случится.

Повреждение, полученное кораблем Atlantis при старте от столкновения с куском теплоизоляционной пены, едва не стало причиной крушения. Но тогда все обошлось…

Первый действительно опасный инцидент произошел уже в 1988 году во время всего лишь второго полета после гибели Challenger. Тогда отвалившийся от бокового ускорителя осколок ударил по теплозащитному покрытию шаттла Atlantis. Инцидент был зафиксирован наземными камерами. После выхода на орбиту экипаж осмотрел место удара, обнаружив сорванную плитку. Но, несмотря на сообщение о серьезном повреждении, ЦУП не отнесся к нему серьезно, решив, что астронавтов попросту обманула игра света и тени.

В итоге Atlantis совершил благополучную посадку. В дальнейшем выяснилось, что повреждение действительно было, но корабль спасла счастливая случайность: под сорванной плиткой находилась дополнительная алюминиевая пластина. К сожалению, NASA так и не сделала никаких долговременных выводов из случившегося и не разработала процедуры контроля на случай повторения подобной ситуации.

Другой инцидент произошел в 1999 году в ходе миссии STS-93. Тогда во время запуска у шаттла Columbia вышли из строя два из трех блоков управления двигателями. В тот раз корабль спасли резервные контроллеры — в случае их отказа ему бы пришлось приводняться в океан.

Columbia отправляется в свою последнюю миссию. Светлый треугольник на топливном баке у основания верхнего крепления орбитального аппарата — тот самый кусок теплоизоляции, который позже оторвется и повредит крыло космоплана.

Четыре года спустя Columbia вновь готовилась отправиться в космос. Целью миссии STS-107 являлось проведение серии научных экспериментов. После многочисленных переносов запуск назначили на 16 января 2003 года. По завершении предстартового отсчета корабль оторвался от стартовой площадки и приступил к набору высоты. На 82-й секунде полета от левого обтекателя крепления шаттла к топливному баку отделился кусок теплоизоляционной пены, предназначавшейся для предотвращения образования наледи. В этот момент Columbia находилась на высоте 20 км, двигаясь со скоростью 3013 км/ч. Фрагмент размером с чемодан ударил по кромке левого крыла челнока и, о чем тогда еще никто не подозревал, нанес смертельное повреждение кораблю.

Нормализация отклонений

Наблюдавшие за трансляцией запуска специалисты NASA не заметили удара. Но во время состоявшегося на следующий день изучения более качественной видеозаписи старта инженеры обратили внимание на инцидент, хоть им и не удалось определить точное место попадания. А далее произошло то, для чего расследовавшие 17 годами ранее катастрофу шаттла Challenger дознаватели придумали термин «нормализация отклонений».

Роковой удар по крылу корабля Columbia

Дело в том, что это был уже не первый случай, когда с топливного срывались куски пены и попадали по самому кораблю. Такие инциденты фиксировались как минимум четыре раза. И один из них произошел буквально за три месяца до рокового старта Columbia во время миссии STS-112. По иронии судьбы, это был первый полет, когда на топливном баке шаттла установили специальную камеру, как раз предназначавшуюся для отслеживания состояния его теплоизоляционного покрытия. Благодаря этому специалистам удалось определить характеристики оторвавшегося фрагмента и место его удара. Кусок пены размером примерно 100×125×300 мм попал в соединительное кольцо в месте крепления левого твердотопливного ускорителя к топливному баку. Последующий осмотр показал, что удар привел к образованию в металле вмятины шириной 100 мм и глубиной 76 мм.

Инцидент с STS-112 не привел к каким-либо проблемам во время полета. Так что, как и в случае с шаттлом Challenger, руководство NASA предпочло закрыть глаза на проблему, руководствуясь уже упомянутым принципом «нормализации отклонений»: раз в итоге все разрешилось благополучно — значит, система имеет достаточный ресурс надежности и беспокоиться не о чем.

Теплоизоляция наружного топливного бака, сфотографированная после его отделения во время старта миссии STS-112. Элемент, отмеченный стрелкой, оторвался и пробил крыло шаттла Columbia

Впрочем, не все сотрудники организации разделяли позицию руководства. Удар пены о крыло корабля Columbia обеспокоил многих специалистов. Они несколько раз пытались отправить запрос в Министерство обороны США с просьбой задействовать военные спутники для поиска следов возможных повреждений. Благо, у Пентагона уже имелся опыт подобной операции. Во время первого испытательного полета этого корабля в 1981 году разведывательные спутники сфотографировали его теплозащитное покрытие, подтвердив, что оно не пострадало во время запуска. Так что, если бы высшие чиновники NASA поддержали запрос, скорее всего, военные бы вновь оказали поддержку.

Однако этого не произошло. Руководство NASA не только не посодействовало, но и выступило против подобной активности. Камнем преткновения стала степень оценки риска. В распоряжении специалистов имелся специальный программный инструмент, предназначенный для симуляции удара мелких фрагментов о теплозащитное покрытие шаттлов. Первая проблема заключалась в том, что он в основном использовался для оценки повреждений, которые могли причинить куски льда, в то время как теплоизоляционная пена имела другие характеристики.

Другой проблемой было отсутствие сведений о точном месте удара. Дело в том, что на разных участках корпуса шаттла использовалась теплозащита из разных материалов. Большую часть корабля прикрывала силикатная плитка. Однако нос фюзеляжа и передние кромки крыльев, испытывавшие наибольший нагрев во время входа в атмосферу, защищали панели из укрепленного углепластика, представлявшего собой многослойную конструкцию из углеродной ткани, пропитанной фенольной смолой.

Из-за этого при оценке риска специалистам пришлось прибегнуть к ряду допущений. Но все равно в ходе анализа они пришли к тревожному выводу, что если удар пришелся на углепластиковую панель — существует как минимум 6,7-процентная вероятность того, что пена пробила ее насквозь.

Последнее изображение шаттла Columbia с наложенной на него моделью космоплана. Два выступа в нижней части контура предположительно являются выбросами обломков разрушающегося крыла

Но из-за этих же условностей и допущений руководители полета сочли, что инженеры придают слишком большое значение инциденту, переоценивая его опасность. В конце концов, теплоизоляционная пена обладала очень небольшой плотностью и была практически невесомой. Даже с учетом внушительной скорости столкновения было крайне сложно поверить, что она могла нанести серьезное повреждение. Так что, с одной стороны, высшие чины аэрокосмической администрации уверились, что подобный сценарий весьма маловероятен, а с другой — инженеры не смогли отстоять свою точку зрения и предпочли согласиться с руководством. Поэтому NASA так и не отправила запрос в Пентагон.

Свою роль в оценке ситуации могли сыграть не только технические факторы, но и весьма распространенное среди специалистов мнение, что даже если шаттл и получит повреждение во время запуска, то с этим уже ничего не поделаешь и проще об этом не знать.

Электронная переписка между Центром управления и экипажем миссии STS-107 относительно повреждений шаттла

Стоит упомянуть, что находившиеся на борту Columbia астронавты были уведомлены об инциденте. Но 23 января они получили электронное письмо от директора полета со следующим текстом: «Эксперты изучили высокоскоростную съемку и пришли к выводу, что у них нет опасений по поводу возможного повреждения теплозащиты. Мы уже наблюдали схожие инциденты во время некоторых других миссий и у нас нет абсолютно никаких поводов для беспокойства по поводу входа в атмосферу».

Что если?

Все мы знаем, что произошло потом. Во время входа в атмосферу раскаленные газы проникли внутрь отверстия в левой кромке крыла и начали постепенно разрушать его. В конце концов, они пережгли гидравлику и Columbia потеряла управление, начав беспорядочно вращаться, после чего распалась на множество фрагментов. Считается, что семь астронавтов погибли в течение минуты после потери связи с ЦУП. В последующие недели поисковые группы обнаружили десятки тысяч обломков корабля. Единственными выжившими в катастрофе оказались черви-нематоды, находившиеся в найденном среди остатков шаттла герметичном контейнере.

78 760 обломков шаттла Columbia, разложенных на полу в специальном ангаре NASA в соответствии с их местом в конструкции корабля. Общее количество его фрагментов, которые удалось обнаружить, превысило 84 тысячи

Но действительно ли у экипажа STS-107 не было никаких шансов и астронавтам «повезло» умереть внезапной смертью? Или же, будь повреждение обнаружено в самом начале полета в ходе спутниковой съемки, это бы что-то изменило?

Коллективное фото экипажа миссии STS‑107, сделанное с фотопленки, которую удалось найти среди обломков корабля и проявить. Верхний ряд, слева направо: Дэвид Браун, Уильям Маккул, Майкл Андерсон. Нижний ряд: Калпана Чавла, Рик Хазбэнд (командир), Лорел Кларк, Илан Рамон

Поскольку это была одиночная миссия, Columbia не могла достичь МКС и использовать ее в качестве убежища для экипажа — шаттл находился на орбите с иным наклонением, и запасов топлива на борту оставалось недостаточно для выполнения необходимого маневра. Но существовали и другие варианты. Например, экипаж мог выйти в открытый космос и попытаться заделать повреждение с помощью подручных средств (скажем, используя металлические пластины из кабины пилотов). Безусловно, астронавты не готовились к такой операции и она была бы очень рискованной. Дело в том, что на корабле не была установлена рука-манипулятор Canadarm (она не требовалась для нужд миссии STS-107), которая могла бы доставить астронавтов сразу к поврежденному участку. Так что им пришлось бы добираться до него самостоятельно. И конечно же, даже если бы экипаж и попытался провести ремонт крыла, прогнозировать его эффективность практически невозможно. Но все же он мог дать астронавтам шанс на спасение.

Куда более реальной возможностью была организация спасательной экспедиции с использованием другого космоплана. В обычной ситуации у NASA не имелось такой опции. При максимальной экономии ресурсов Columbia смогла бы оставаться на орбите в течение 30 дней (т. е. до 15 февраля 2003 года). Этого срока было недостаточно для подготовки с нуля спасательного шаттла, так что экипажу STS-107 пришлось бы выбирать между смертью от удушья и смертью во время входа в атмосферу.

Общий вид главного зала Центра управления полетами, расположенного в Космическом центре им. Джонсона в Хьюстоне (штат Техас). Фотография сделана вскоре после того, как был потерян контакт с миссией STS-107.

Но благодаря стечению обстоятельств именно в то время инженеры NASA уже вовсю занимались подготовкой другой миссии с участием шаттла Atlantis, успев проделать значительную часть необходимой работы. Запуск был намечен на 1 марта, но проведенные позже расчеты показали, что при максимальном ускорении процедур «челнок» смог бы отправиться в космос уже 10 февраля. Таким образом, у спасателей осталось бы пять дней на сближение с обреченным кораблем и эвакуацию экипажа STS-107.

Изображение шлейфа горячих газов, образовавшегося после пролета обломков корабля Columbia над Техасом и Луизианой, полученное радарами Национальной метеослужбы США.

После сближения астронавты-спасатели совершили бы переход на борт Columbia с целью доставки капсул с пероксидом лития (чтобы снизить концентрацию углекислого газа на борту поврежденного корабля и снабдить его кислородом) и дополнительных скафандров. Также им потребовалось бы соединить два «челнока» раздвижным шестом, чтобы облегчить процедуру перехода. После этого экипаж STS-107 постепенно бы перешел на Atlantis и на нем вернулся на Землю. Что касается Columbia, то она была бы переведена в режим дистанционного управления и сведена с орбиты над Тихим океаном.

Распад шаттла Columbia 1 февраля 2003 года случайно попал в поле зрения камеры вертолета Apache, участвовавшего в военных учениях над Центральным Техасом

Безусловно, эта миссия вошла бы в историю как самая сложная и смелая спасательная операция всех времен и народов. Практически наверняка ее название стало бы нарицательным, все причастные получили бы награды, написали мемуары, которые впоследствии были бы экранизированы… Но увы — история не знает сослагательного наклонения.

Последствия катастрофы

Как и катастрофа Challenger, гибель шаттла Columbia имела ряд долгосрочных последствий. Наиболее очевидным из них стал длительный перерыв в полетах «челноков», что привело к приостановке строительства МКС. Следующая миссия с участием крылатого корабля состоялась лишь в июле 2005 года.

Одна из более чем 20 тысяч теплозащитных плиток корабля Columbia, найденных на земле после катастрофы

Разумеется, NASA снова пересмотрела стандарты безопасности. В частности, аэрокосмическая администрация решила полностью отказаться от всех миссий, не связанных со строительством МКС. Это обосновывалось тем, что в случае повторения ситуации с повреждением теплозащиты экипаж шаттла сможет использовать орбитальный форпост в качестве убежища. Также в программу всех полетов был добавлен обязательный «кувырок». Теперь, достигнув МКС, корабль разворачивался и совершал переворот на 360°, позволяющий экипажу станции проверить состояние его теплозащиты.

Сотрудник группы по расследованию катастрофы использует полномасштабный чертеж конструкции шаттла для идентификации его деталей.

Лишь из-за очень большого давления со стороны научного сообщества со временем NASA все же санкционировала «миссию-исключение» — финальную экспедицию для обслуживания телескопа Hubble с использованием шаттла Atlantis. При этом организация предприняла повышенные меры предосторожности. Во время запуска на соседней стартовой площадке находился Endeavour. В случае повреждения теплозащиты первого корабля он был бы задействован для спасательной экспедиции.

Еще одной задачей группы расследования было воспроизведение отдельных узлов и элементов конструкции шаттла из их обломков.

Но главным последствием катастрофы стало принятие в 2004 году президентом Джоджем Бушем-младшим принципиального решения об отказе от кораблей многоразового использования. После завершения сборки МКС шаттлы уходили на покой. Заменой им должна была стать новая пилотируемая программа Constellation, декларируемыми целями которой являлись полеты на околоземную орбиту, Луну и Марс.

Однако Constellation так и не сумела «взлететь». Большой размах проекта, умноженный на нежелание Конгресса выделять необходимые для ее финансирования средства, привели к тому, что она, по сути, не сдвинулась с места. В результате в 2010 году уже администрация Барака Обамы закрыла программу. На тот момент до прекращения полетов шаттлов оставалось менее года — а США все еще не имели другого космического корабля.

После некоторых раздумий было принято решение изменить подход и сделать ставку на частный сектор. В то время как NASA должна была продолжить работу по созданию пилотируемой системы для межпланетных миссий, доставку астронавтов на МКС возложили на частные компании. На время перерыва между завершением полетов шаттлов и вводом в строй коммерческих кораблей единственным для американцев способом попасть на орбиту осталась покупка мест на российских «Союзах». В итоге этот перерыв растянулся на девять долгих лет.

Что же касается «челноков», то 21 июля 2011 года шаттл Atlantis совершил посадку на взлетно-посадочной полосе Космического центра имени Кеннеди, поставив точку в 30-летней истории программы. Вскоре все крылатые корабли были отправлены в музеи. Атмосферный прототип Enterprise поместили в Морской и аэрокосмический музей в Нью-Йорке. Discovery занял место в музее Смитсоновского института, Endeavour встал на вечную стоянку в Калифорнийском научном центре в Лос-Анджелесе, а Atlantis был выставлен в Космическом центре имени Кеннеди.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine

Выход в открытый космос остановили из-за утечки из скафандра
В собранных образцах Perseverance на Марсе содержится настоящий клад
Эпичный восход Клубничной Луны попал на фото
Пострадавшая от космического мусора семья подала против NASA иск в суд
Доставка за 53 дня: капсула с образцами грунта с обратной стороны Луны вернулась на Землю
«Чёртова отрава»: китайская ракета с токсичным топливом упала в населенной местности
В центре Млечного Пути найден «космический ботокс»
Рекордно удаленный квазар оказался удивительно нормальным
Сезонные капризы Сатурна: планета скрывала ключ к пониманию погоды газовых гигантов
Дополненная реальность помогает инженерам строить космические аппараты