Подготовка МТКС "Спейс Шаттл" к первому орбитальному полету

В конце 1980 г. американским специалистам удалось решить проблемы, связанные с отказами основных ЖРД SSМЕ и недостатками системы теплозащиты ОК "Колумбия" (главные причины, приведшие к отсрочке более чем на два года первого орбитального полета МТКС "Спейс Шаттл").

Летом 1980 г. на ОК оставалось установить 5000 теплозащитных плиток, а в начале октября 1980 г. неустановленных плиток осталось еще 2400 шт. На работах, связанных с приклейкой и испытаниями теплозащитных плиток, было занято ~1000 чел., темп установки достиг 600 плиток в неделю. На основании результатов летных испытаний теплозащиты были сделаны необходимые конструктивные изменения системы теплозащиты ОК в нижней зоне передней кромки крыла, на наплыве крыла, вокруг остекления кабины экипажа и на носке киля. Внесенные изменения включали: усовершенствование метода приклейки теплозащитного покрытия для упрочнения клеевого соединения; модификацию уплотнителя, устанавливаемого между плитками для предотвращения его выпучивания под воздействием аэродинамических нагрузок, усовершенствование методов установки и испытаний плиток.
Секции теплозащитных плиток из шести различных зон поверхности ВКС испытывались в 60 полетах на самолетах F-15 и F-104 при воздействии аэродинамических нагрузок, в 1.4 раза превышающих нагрузки, которые ОК будет испытывать на участке выведения.
Первоначально в зазорах между плитками на ОК "Колумбия" планировалось установить 8500 уплотнителей для улучшения его обтекаемости на участках выведения и спуска в атмосфере. Однако затем на основании повторных оценок обтекаемости наружной поверхности ОК, когда были выявлены участки, где наличие зазоров между плитками могло привести к высоким температурам при спуске в атмосфере, было принято решение о дополнительной установке еще 5000 уплотнителей.

В конце ноября 1980 г. работы по установке теплозащитного покрытия были в основном завершены, и 24 ноября 1980г. ОК "Колумбия" был переведен из монтажно-испытательного корпуса в корпус вертикальной сборки VАВ (Vertiсal Assembly Building). 25 ноября 1980 г. ОК был подвешен на мостовом кране в вертикальном положении, а 26 ноября 1980 г. состыкован с внешним топливным баком (бак и два стартовых РДТТ были установлены на подвижной пусковой платформе 5 ноября 1980 г.).

Специалисты приступили к проверкам систем собранной МТКС "Спейс Шаттл", которые велись 4-6 месяцев до полной готовности МТКС к запуску. Из общего числа установленных на ОК теплозащитных плиток только ~28 плиток могли потребовать замены из-за недостаточной прочности клеевого соединения. Однако эти замены не представляли сложной проблемы, поскольку плитки находились в легкодоступных зонах.

В начале декабря 1980 г. оставалось установить 1500 уплотнителей, но работы с ними не помешали проведению различных испытаний бортовых систем МТКС. К этому времени основными проблемами подготовки МТКС "Спейс Шаттл" к первому запуску оставались завершающие испытания основных ЖРД SSМЕ, начальные испытания по заправке внешнего бака криогенными компонентами топлива и 20-секундная контрольная проверка готовности ЖРД ОК "Колумбия" на стартовой площадке.

22 января 1981 г. на стартовой площадке была произведена пробная заправка внешнего топливного бака МТКС жидким кислородом и жидким водородом, после чего началась проверка бака и магистралей на герметичность. 27 января 1981 г. после слива компонентов топлива из бака, на нем было обнаружено отклеивание теплоизоляционного покрытия общей площадью 8.4 кв.м. Причиной отклеивания явился слишком тонкий слой грунта, покрывающий алюминиевую обшивку топливного бака, и очень тонкий слой клеевого состава, крепящего теплоизоляционные панели. В результате этого покрытие не выдержало внутренних напряжений, возникающих при заполнении бака криогенными компонентами топлива. Необходимые ремонтные работы были завершены только в конце марта 1981 г.

Особое внимание в процессе предполетной подготовки экипажа МТКС "Спейс Шаттл" уделялось отработке способов аварийного спасения ОК при возникновении аварийной ситуации.
Одним из них является способ аварийного прекращения полета МТКС RTLS (Return-to-Launch) с возвращением ОК в зону стартового комплекса. При определенных аварийных ситуациях, возникших до 265-й секунды полета, этот способ является наиболее предпочтительным, а при отказе хотя бы одного из трех основных ЖРД SSМЕ он представляется единственно возможным.
Решение о необходимости аварийного прекращения полета МТКС и выбора наиболее предпочтительного способа аварийного спасения принимает центр управления полетом в Хьюстоне (шт.Техас). При нарушении связи с центром управления экипаж делает такой выбор самостоятельно.
При отказе хотя бы одного из трех основных ЖРД SSМЕ до отделения стартовых ускорителей выполнение операций по способу RTLS начинается только после их отделения. Угол наклона траектории выведения МТКС в этом случае увеличивается с целью более быстрого достижения высоты, необходимой для выполнения требуемых маневров. Сразу же после отделения стартовых РДТТ начинается сброс компонентов топлива ОК для обеспечения требуемого положения его центра масс при входе в атмосферу. Для этого в двух ЖРД ОМS сжигается 7.34 тc, а в двигателях реактивной системы управления - 0,51 т топлива.
На расстоянии 460 км от стартового комплекса и при скорости МТКС, соответствующей числу М=4.5-7.4, начинается выполнение маневра по тангажу с угловой скоростью 10 град/с, который производится с помощью двух исправных ЖРД SSМЕ. После завершения маневра и перехода ОК вместе с топливным баком на обратный курс, угол атаки ОК составляет 40º. Работа ЖРД SSМЕ продолжается, но их тяга дросселируется с таким расчетом, чтобы к моменту выключения двигателей в баке оставалось не более 2% топлива (для обеспечения оптимальной динамики отделения бака от ОК), а перегрузка не превышала 3.

За 20 с до выключения ЖРД SSМЕ угол атаки МТКС начинает уменьшаться, и в момент отделения внешнего топливного бака он должен составить 4º. Необходимая ориентация МТКС при отделении бака обеспечивается с помощью ЖРД ОМS в течение 12с. В момент разделения скоростной напор не должен превышать ~50 кгс/м2, а скорость полета - число М=7. Отход ОК от отделившегося бака обеспечивается включением на 10 с ЖРД ОМS.

После отхода ОК от бака на высоте ~70км угол атаки аппарата начинает увеличиваться до 50º для увеличения подъемной силы и последующего уменьшения скоростного напора. На высоте ~50 км при скорости полета, соответствующей числу М=6.7, угол атаки регулируется таким образом, чтобы перегрузка не превышала 2. На высоте 30км и скорости полета, соответствующей числу М=5, угол атаки уменьшается до 20º, а скоростной напор начинает резко возрастать с 340 до 1320 кгс/м2. При аварийном прекращении полета МТКС "Спейс Шаттл" с возвращением ОК к стартовому комплексу, он входит в зону рассеивания энергии со скоростью, превышающей на величину М=2 скорость входа в эту зону при номинальном возвращении ОК с орбиты. Рассеивание избыточной энергии обеспечивается попеременными разворотами ОК в обе стороны. Допустимое время спасения МТКС по способу RTSL составляет 22 мин после старта.

В случае отказа на участке выведения двух или трех ЖРД SSМЕ посадка ОК на основную или запасные ВПП становится невозможной и в этом случае предусматривается аварийное спасение экипажа без сохранения или с повреждением ОК. Здесь возможно катапультирование космонавтов, а также посадка ОК на воду или сушу с экипажем на борту. Катапультирование было возможно только в первых 4 полетах МТКС, когда для экипажа устанавливались катапультируемые кресла. Скафандры обеспечивали защиту при катапультировании на высоте до 30 км при скорости, соответствующей числу М=2. Немедленное катапультирование считалось наилучшим способом спасения экипажа при отказе более одного ЖРД SSМЕ, хотя не исключалась опасность попадания членов экипажа при катапультировании в реактивную струю ускорителей.

На высоте более 30 км возможно быстрое отделение ОК с последующим катапультированием экипажа на нисходящей ветви траектории, когда скорость и высота полета ОК станут безопасными для катапультирования. Однако в этом случае имеется опасность разрушения ОК вследствие высоких перегрузок, возникающих до момента достижения безопасных для катапультирования высоты и скорости полетa.

При отказе двух ЖРД SSМE после отделения стартовых ускорителей ОК с внешним топливным баком должен продолжать полет с одним работающим ЖРД до тех пор, пока величина скоростного напора не станет безопасной для отделения бака. После выключения ЖРД SSМЕ при полете ОК на нисходящей ветви траектории скоростной напор начнет резко возрастать. ОК будет планировать при перегрузках, близких к максимально допустимым (~ 3.3), с последующим катапультированием экипажа на высоте 3 км или вынужденной посадкой в акватории океана или в Африке.

В процессе подготовки МТКС "Спейс Шаттл" к первому орбитальному полету основной и дублирующий экипажи (Дж.Янг и Р.Криппен; Д.Энгл и Р.Трули) отрабатывали на самолете "Гольфстрим" и тренажерах операции по посадке ОК. Каждую неделю экипажами выполнялось по 14 заходов на посадку с высоты 11 км. Суммарное время тренировок каждого экипажа за год составило 900-1000ч, а Дж.Янг и Р.Криппен выполнили 1330 заходов на посадку. Тренировки велись на базе ВВС Эдварде и в космическом центре им.Кеннеди с использованием ВПП длиной 4.5 км и шириной 90 м, а также на полигоне Уайт-Сэндз (шт. Нью-Мексико).

После многочисленных отсрочек запуск МТКС "Спейс Шаттл" был запланирован на 6ч 30 мин 10 апреля 1981 г. Однако, когда за 19 мин до старта была обнаружена несинхронность работы бортовых ЭВМ, запуск был отменен и перенесен на 10 ч 20 мин. К этому времени возникшие неисправности устранить не удалось, и было принято решение о переносе запуска 1-2 апреля 1981 г.

При оформлении страницы использованы фотографии NASA и иллюстрации из книги  "SPACE SHUTTLE: The Hystory of Developing the National Space Transportation System", Dennis R.Jenkins, 1996;
иллюстрации раскрываются в увеличенный формат только с DVD-версии энциклопедии
Web-master: ©Вадим Лукашевич 1998-2005
E-mail: buran@buran.ru