Результаты послеполетного осмотра

Предварительные результаты послеполетного анализа МВКА "Space Shuttle"

В процессе первого орбитального полета ВКС "Колумбия" выявились некоторые незначительные проблемы, решить которые предстоит специалистам. В их число входят: нарушение нормальной работы системы подачи охлаждающего воздуха и повышение температуры в кабине экипажа до 27ºС, выход из строя самописца для регистрации показаний некоторых приборов, ошибочные показания ряда приборов, отказ двух нагревателей одной из трех газотурбинных установок гидравлической системы, некоторые отклонения от штатной последовательности операций при спуске ВКС в атмосфере, потеря или повреждение нескольких теплозащитных плиток.

Специалистами исследуется также непредвиденное увеличение скорости ВКС непосредственно перед посадкой. Следует отметить, что аэродинамические характеристики ВКС на предпосадочном участке исследовались в ходе проведения специальной программы по отработке захода на посадку и посадки, в которой использовался ВКС "Энтерпрайз", и в этих испытаниях не было зарегистрировано увеличения индикаторной скорости при .выравнивании ВКС перед его посадкой.

Величина отклонения ВКС от расчетной точки касания на посадочной полосе высохшего озера не является критической, поскольку полоса имеет большую протяженность. Однако при выполнении аварийной посадки ВКС на ВПП в космическом центре им. Кеннеди (длиной 4,5 км) промах в 0,6 км может привести к серьезным последствиям.

Сразу же после приземления ВКС "Колумбия" небольшой группой специалистов был проведен визуальный осмотр его системы теплозащиты и были обнаружены некоторые повреждения теплозащитного покрытия.

Во-первых, была деформирована сотовая конструкция нижней задней части правого обтекателя системы орбитального маневрирования. Поврежденный участок имел форму треугольника со сторонами длиной 0,3 м. Деформация сотовой конструкции привела к отслоению графитоэпоксидного материала от гибкого теплозащитного покрытия из волокна номекс. Предполагается, что это повреждение произошло или в результате воздействия горячего воздуха, поступавшего через зазор между элевонами и фюзеляжем ВКС, или вследствие воздействия теплового излучения от основной двигательной установки на участке выведения. Не исключается также совместное влияние этих факторов. Руководители программы заявили, что в космическом центре им. Кеннеди гондолы системы орбитального маневрирования подвергнутся более детальному анализу, поскольку окраска вокруг некоторой части отверстий на этих гондолах изменилась.

Во-вторых, в результате возможного воздействия набегающего потока на высокотемпературные плитки правой створки основного шасси прочность клеевого соединения некоторых плиток ослабла. Две смежные плитки на передних частях створок носовой стойки шасси подверглись сильному воздействию местного нагрева при входе в атмосферу. Это привело к их деформации или усадке. До момента доставки ВКС на мыс Канаверал ремонт данного участка теплозащиты не производился, однако эти плитки будут исследованы и доработаны для увеличения прочности их клеевого соединения с обшивкой ВКС.

В-третьих, были уточнены первоначальные данные о повреждении низкотемпературных теплозащитных плиток на гондолах системы орбитального маневрирования, полученные центром управления в ходе орбитального полета ВКС. Оказалось, что одна плитка площадью 51,6 кв.см потеряна целиком, а девять других повреждены частично. Потерянная и частично поврежденные плитки до установки на.гондолы были разрезаны на сегменты, что было сделано для их лучшей подгонки к поверхностям гондол. Некоторые из поврежденных плиток испытывались до старта МТКС "Спейс Шаттл" на отрыв, а часть плиток вообще не подвергалась таким испытаниям.

В-четвертых, на нижней поверхности подфюзеляжного щитка, пристыкованного к хвостовой части ВКС и защищающего основные ЖРД SSМЕ от нагрева при входе в атмосферу, обнаружена глубокая борозда шириной 50,8-76,2 мм. Это повреждение, вероятно, произошло при ударе какого-то предмета, что привело к деформации материала высокотемпературной плитки вследствие нагрева. Данная плитка, вместе с шестью другими сильно поврежденными плитками, была снята с ВКС и заменена пенопластом, а свободные участки частично разрушенных плиток были временно заполнены уплотнителем для обеспечения плавного аэродинамического обтекания в перегоночном полете на мыс Канаверал.

В-пятых, на высокотемпературном теплозащитном покрытии нижней части ВКС обнаружены многочисленные щербины. Первоначально предполагалось, что они появились в результате ударов различных предметов при посадке ВКС. Однако теперь руководители программы "Спейс Шаттл" считают, что эти повреждения получены на участке выведения МВКА от ударов кусков льда, отделявшихся от внешнего топливного бака. Это подтверждается и тем, что в местах повреждения плиток видно влияние теплового нагрева при входе ВКС в атмосферу.

В-шестых, на правой створке люка передней стойки шасси обнаружена борозда длиной 203 мм, шириной 25,4 мм и глубиной 25,4 мм. Предполагается, что это повреждение теплозащитного покрытия так же произошло от удара куска льда или теплоизоляции с внешнего топливного бака.

В-седьмых, обнаружен ряд низкотемпературных плиток, белый цвет которых, после полета потемнел. Существенное изменение цвета белых плиток обнаружено в некоторых зонах хвостовой части ВКС. Некоторые плитки с измененной окраской будут сняты с ВКС "Колумбия" для выяснения причин этого явления. Кроме того, на некоторых черных плитках обнаружены белые полосы, которые появились в результате налипания материала уплотнителя, введенного в зазоры между плитками. Однако данное явление не считается серьезной проблемой.

Помимо предварительного осмотра теплозащитного покрытия, после посадки ВКС "Колумбия" на авиабазе ВВС Эдварде были проведены следующие мероприятия: осмотр посадочной полосы группой специалистов по теплозащитному покрытию, более детальный анализ теплозащитных плиток в корпусе послеполетного обслуживания ВКС, испытание некоторых плиток на отрыв, анализ гладкости поверхности плиток и снятие нескольких плиток для анализа, фотографирование всей поверхности ВКС.

Выступая на 18-м ежегодном аэрокосмическом конгрессе, проходившем 28 апреля-1 мая 1981г. в Кокоа-Бич (шт. Флорида), помощник директора NАSА Ярдли сообщил, что в первом орбитальном полете МТКС "Спейс Шаттл" получили повреждения 414 теплозащитных плиток ВКС "Колумбия".

ВКС "Колумбия" на полосе авиабазы Эдвардс; на заднем плане - средства наземного обслуживания

Из этого числа 303 плитки слегка потрескались и получили небольшие щербины, на 98 плитках поврежден верхний защитный слой, а у 13 плиток уменьшилась прочность клеевого соединения с обшивкой ВКС. По заявлению Ярдли, потеряно 5 или 6 плиток. Ярдли положительно отозвался о всех бортовых системах МТКС "Спейс Шаттл", но выразил беспокойство о причинах появления тех предметов, которые повредили теплозащитные плитки.

По мнению руководителя отдела разработки ВКС в космическом центре им. Джонсона (Хьюстон, шт. Техас) Коухена, из общего числа поврежденных плиток потребуется заменить ~100 плиток. Остальные плитки можно будет отремонтировать непосредственно на ВКС "Колумбия" в космическом центре им. Кеннеди, где ведется его подготовка ко второму орбитальному полету.

Послеполетный анализ показал, что при входе ВКС в атмосферу температуры нагрева его поверхности были на несколько сотен градусов Фаренгейта ниже, чем предполагалось. В связи с этим Ярдли сообщил, что толщина теплозащитных плиток может быть уменьшена, что позволит снизить вес и стоимость ВКС.

В целом, по результатам предварительного анализа система теплозащиты ВКС "Колумбия" находится в хорошем состоянии. Этот анализ позволил специалистам дать ответы на многие вопросы, связанные с воздействием на теплозащитные плитки скоростного напора и теплового потока. Наряду с этим возникли некоторые новые вопросы, ответ на которые американские специалисты дадут только после тщательного анализа системы теплозащиты ВКС "Колумбия" в космическом центре им. Кеннеди.

По мнению одного из официальных представителей, ремонт теплозащитного покрытия ВКС в космическом центре им. Кеннеди будет небольшим. Непосредственно на ВКС потребуется отремонтировать 300-400 плиток, а космическому центру им. Кеннеди были выделены средства на полную замену 1800 плиток и ремонт 4000 плиток без снятия их с ВКС.

Однако, несмотря на хорошие результаты первого орбитального полета, американские специалисты продолжают работы по исследованию новых теплозащитных материалов для замены теплозащитных плиток на ВКС МТКС "Спейс Шаттл". По мнению специалистов НИЦ NАSА им. Лэнгли, теплозащитные плитки ВКС выбраны в основном из-за необходимости уменьшения стоимости эксплуатации и времени подготовки МТКС к повторным запускам. Эти плитки имеют хорошие тепловые характеристики, но очень низкую механическую прочность. Увеличение прочности клеевого соединения между плитками и обшивкой ВКС 102 "Колумбия" явилось главной причиной отсрочки первого орбитального полета МТКС.

На основании работ, проведенных по исследованию абляционных материалов для ВКС МТКС "Спейс Шаттл", NАSА приступило к замене некоторых теплозащитных плиток на ВКС абляционным материалом. Заменяются плитки на внутренних и внешних элевонах, а также в зонах стыковки некоторых других поверхностей. Было установлено, что из-за воздействия теплового потока в этих зонах температура может достигнуть 1648ºС, в то время как керамические высокотемпературные теплозащитные плитки рассчитаны на максимальную температуру 1260ºС. Толщина абляционного материала будет составлять 6,35-9,5 см.

NАSА планирует уменьшить вес теплозащиты ВКС "Колумбия" на 454 кгс, посредством замены теплозащитного покрытия НRSI с наибольшей плотностью ~ 352,4 кг/куб.м теплозащитным материалом FRSI (Fibrous Refractory Composite Insulation) с плотностью 192,2 кг/куб.м.

Наряду с анализом теплозащитного покрытия оценивались и другие компоненты ВКС "Колумбия" МТКС "Спейс Шаттл". Первоначальные данные показали, что основные ЖРД SSМЕ находятся в отличном состоянии для повторного использования. Руководители отдела разработки ЖРД SSМЕ в центре космических полетов им. Маршалла полагают, что двигатели могут пройти послеполетную проверку без демонтирования их с ВКС, что и планировалось вначале.

В ходе полета на турбонасосном агрегате (ТНА) высокого давления системы подачи горючего зарегистрированы температуры 616-671ºС, а на ТНА высокого давления системы подачи окислителя-температуры 477-532ºС, что считается нормальным для обоих агрегатов.

Послеполетное обслуживание ВКС "Колумбия" на полосе авиабазы Эдвардс

Стартовые РДТТ на участке выведения функционировали нормально. Зажигание ускорителей произошло в течение 1 мс, хотя допускается разброс по времени зажигания в 9,4 мс. Скорость горения твердотопливного заряда была на 0,076-0,1 мм/с выше, чем ожидалось. В связи с этим по уточненным данным предполагается, что МТКС сможет выводить на орбиту дополнительно 454 кгс полезной нагрузки.

Спад тяги в конце работы РДТТ является критическим параметром, влияющим на безопасность полета. Если бы уменьшение тяги происходило неравномерно, то на участке выведения могло возникнуть движение рыскания МТКС. Предварительные данные о работе основных ЖРД SSМЕ показали отсутствие у них управления по рысканию в процессе спада тяги стартовых РДТТ, характеристики которых были почти идентичными. При анализе последовательности отделения стартовых РДТТ было установлено почти полное отсутствие его влияния на аэродинамику МТКС на участке выведения.

Следует отметить, что специалисты ожидали небольших повреждений ускорителей в процессе их приводнения. В настоящее время ведется анализ вероятности повреждения хвостовой части каждого ускорителя в последующих полетах. Если будет установлена высокая вероятность повреждения ускорителей, то диаметр основного парашюта может быть легко увеличен с 34,5 м до 37,5-39,0 м, что позволит уменьшить скорость приводнения ускорителя.

Анализ абляционного теплозащитного покрытия на ускорителях показал, что на носовой и хвостовой частях это покрытие получило меньшие, чем ожидалось, повреждения от воздействия скоростного напора и реактивной струи на участке выведения. В связи с этим толщина теплозащитного покрытия на носовой и хвостовой частях может быть уменьшена, что позволит снизить вес теплозащитного покрытия каждого ускорителя на 227 кгс, уменьшить их стоимость и увеличить вес полезной нагрузки МТКС "Спейс Шаттл" на 454 кгс.

Анализ изображения внешнего топливного бака, полученного после его отделения от ВКС, показал, что характеристики теплового нагрева на участке выведения точно соответствовали расчетным данным.

Поскольку при первом полете МТКС "Спейс Шаттл" на участке выведения скоростной напор был меньше, чем ожидается в последующих запусках, величина нагрузок, воздействовавших на топливный бак, составила только 88% расчетного значения.

Все механические системы ВКС (створки отсека полезной нагрузки, аэродинамические поверхности управления, радиаторы бортовой системы терморегулирования, стойки шасси, двигатели в карданных подвесах) работали нормально на всем протяжении полета.

Теплозащита орбитального корабля "Буран" и ее состояние после первого полета