Всем привет! Натолкнулся тут на одну статью, не смотря на то что обожаю космос и много читал и про наши и про миссии США - про эту ничего не знал и кажется про это не писали тут, да и в вики мало информации, решил записать перевод .
Оказывается печально известный Шаттл Коламбия, погибший 1 Февраля 2003 года , из-за разрушения левого крыла, вызванного потерей плитки теплозащиты при запуске, мог быть потерян еще в 1999 , 23 июля при запуске миссии STS-93.
У него возникли две серьезные проблемы, которые должны были привести к катастрофе, но чудесным образом они взаимно друг друга компенсировали, что спасло экипаж от гибели.
Тяжелая полезная нагрузка STS-93
Чтобы понять, почему этот полет был таким опасным, нам нужно заглянуть в грузовой отсек шаттла. Он перевозил телескоп Chandra X-ray Observatory , весом 23 тонны что является самым тяжелым предметом, когда-либо запущенным системой Space Shuttle.
Он был также настолько большим по габаритам, что влезал в отсек только одного шаттла - Columbia. Проблема была в том, что Columbia был также самым старым и тяжелым из космических шаттлов, и поэтому эта комбинация привела к перевесу.
3D модель телескопа и шатла
Пришлось сбросить несколько тонн перед полетом, поэтому экипаж был ограничен 5 Астронавтами, использовался более легкий внешний бак, а все 3 главных двигателя были заменены на более легкие. И все они были использованы повторно, что предполагается самой конструкцией шаттла(прим. Переводчика ) Одним из них был двигатель 2019, который уже летал в 18 миссиях, что сделало его одним из самых используемых двигателей Space Shuttle.
LOX в Space Shuttle
На шаттлах использовались двигатели RS-25 или SSME (Space Shuttle Main Engine — главный двигатель космического челнока) работавшие на смеси Жидкий Водород+Жидкий кислород (LOX) Кислород используется как окислитель и подается "сверху" в двигатель.
Со временем на нескольких кислородных трубках начали появляться трещины. Если бы одна из них вышла из строя в полете, это разорвало бы двигатель и уничтожило бы весь аппарат.
Вместо того, чтобы заменить их, NASA просто их дезактивировало, помещая небольшой металлический штифт наверху перед камерой сгорания, который останавливал поток жидкого кислорода. Это было обычной практикой для NASA, и это спасало двигатель от длительного ремонта.
Штифт перед камерой сгорания
Но в этот раз, когда космический челнок Columbia запустил свои двигатели, один из этих металлических штифтов вырвался и выстрелил в камеру сгорания со скоростью более 30 метров в секунду.
Золотая пуля
В мгновение ока он отскочил от стенок камеры и пробил дыру в хрупком сопле двигателя. Эта часть двигателя состоит из более чем 1000 тонких трубок, по которым циркулирует жидкий водород, (см схему двигателя выше) чтобы не дать соплу расплавиться. Пройдя там, охладив стенки и нагревшись водород попадает в камеру сгорания, где воспламеняется и создает тягу. Когда штифт столкнулся с соплом, он пробил дыру в трех трубках, и жидкий водород начал выливаться из стенки сопла двигателя. Позднее было рассчитано, что если бы были повреждены еще две из этих трубок, сопло расплавилось бы, вызвав цепную реакцию, которая полностью уничтожила бы двигатель и корабль.
Space Shuttle едва держался, но все это прошло совершенно незамеченным, поскольку ни один из датчиков не мог обнаружить утечку. Было отмечено более низкое давление в камере, поскольку в нее попадало меньше водорода, он вытекал в само сопло.
Чтобы вернуть двигатель к заданному уровню тяги, контроллер открыл клапаны кислорода (почему не самого водорода я не знаю... наверное так было задумано в программе. прим переводчика ) больше, чем обычно. Утечка водорода и повышенный расход окислителя привели к тому, что правый двигатель отклонился от желаемого соотношения смешивания кислорода и водорода 6,03 и стал больше нагреваться. А так же, это означало, что Шаттл теперь сжигал свой кислород слишком быстро — и если бы он так продолжил, окислитель бы закончился задолго до выхода на орбиту.
Но "к счастью" пока все это происходило, в шаттле возникла совершенно не связанная с этим проблема с электрикой.
Проблема с Проводами
Внутри грузового отсека находился ряд электрических проводов, которые подводили питание к приборам по всему кораблю.
Один из этих проводов проходил рядом с небольшим винтом, который был перетянут и имел очень острый край. В ходе многих полетов( а как мы помним это Коламбия - она летает уже 26 раз) этот провод терся о винт, и его изоляция медленно стиралась. Через 5 секунд полета оголенный провод образовал дугу на винте, что привело к короткому замыканию и отключению ряда приборов.
Это немедленно вызвало всевозможные предупреждения внутри кабины, одним из которых было предупреждение о топливных элементах. Топливные элементы на борту Shuttle использовали водород и кислород для производства всего электричества для корабля. Если бы они вышли из строя, результат был бы катастрофическим. К счастью, это были просто неверные показания, и с топливными элементами все было в порядке. Настоящая проблема таилась глубже.
Компьютеры управления двигателями космического челнока
Два компьютера, отвечающие за управление двигателями шаттла, были выведены из строя после короткого замыкания. У каждого двигателя был основной компьютер и резервный компьютер, который брал на себя управление, если что-то шло не так.
Правый двигатель, из которого вытекало топливо, только что потерял свой резервный компьютер, а центральный двигатель потерял свой основной компьютер.
Это вызвало уникальную проблему, которая на самом деле превратилась в решение.
При нормальных обстоятельствах оба компьютера работают одновременно. Данные с обоих компьютеров сравниваются и усредняются, и полученные значения используется для управления двигателями. Это означает, что если датчик на одном из компьютеров показывает ненормально высокие или низкие показания, это не окажет большого влияния на двигатель. Как позже выяснилось, датчик давления на резервном компьютере Центрального двигателя сразу работал некорректно и отправлял ненормально высокие показания давления. Первые 5 секунд, это не влияло на потребления топлива центральным двигателем ввиду усреднения показаний. Но сейчас после КЗ, поскольку основного компьютера не было, чтобы это отменить, резервный "обманывал" двигатель, заставив его думать, что давление слишком высокое.
Из-за этого в центральный двигатель стало закачиваться меньше жидкого кислорода, чтобы снизить давление.
Это означало, что хотя правый двигатель поглощал слишком много кислорода (как и водорода впрочем - так как часть утекала в сопло) , центральный двигатель использовал меньше кислорода, чем обычно, и поэтому проблемы компенсировали друг друга.
Если бы в центральном двигателе не было неисправного датчика или если бы не отказало электроснабжение, весь Шаттл исчерпал бы топливо гораздо раньше, и он бы не достиг орбиты. В этом случае экипажу пришлось бы прервать полет и совершить экстренную посадку, все еще неся огромный телескоп на "спине". Что конечно лучше чем разрушение двигателя непосредственно при взлете, но тоже рискованно.
По чистой случайности, возникли две совершенно независимые проблемы, которые идеально устранили друг друга, позволив Шаттл выйти на орбиту всего на 5 (4,6 м/с) метров в секунду ниже желаемой скорости. В конце концов, Шаттл смог компенсировать это, используя свои двигатели OMS, и телескоп Chandra был успешно развернут. А поскольку основные двигатели не были нужны для остальной части миссии, корабль и его команда благополучно вернулись на Землю без каких-либо проблем. После этого полета NASA внесло изменения в свою политику восстановления, и поврежденные трубки жидкого кислорода теперь должны были быть полностью заменены.
