РЕКВИЕМ ПО "КОЛУМБИИ"

Старейший американский транспортный корабль многоразового применения "Колумбия", начавший свою космическую карьеру еще 12 апреля 1981 года, отправился в свой последний полет ясным солнечным днем 16 января этого года. Полет под обозначением STS-107 был посвящен научным исследованиям в невесомости и венчал собой 113-й старт кораблей системы Space Shuttle. И ученые, и экипаж корабля из семи астронавтов очень долго и тщательно готовились к этому многообещающему 16-дневному полету в космос. На борту "Колумбии", наряду с опытными астронавтами Риком Хасбэндом, Мичелом Андерсоном и Келпана Чавлой, находились новички Уильям Маккул, Дэвид Браун, Лорэль Кларк и первый космонавт Израиля Илан Рамон.

А. Максимов,
к.ф.-м.н., старший научный сотрудник ИТПМ СО РАН

Фото с сайта www.wallpapers.bynet.ru

По первоначальным планам запуск STS-107 должен был состояться еще в июле 2001 г. Экипаж корабля был подобран уже к концу 2000 г., но намеченный старт несколько раз переносился по самым разным причинам. Все началось с того, что 23 июля 1999 г. при запуске этого же корабля с рентгеновской астрофизической обсерваторией AXAF "Чандра" через 5 секунд после старта произошло короткое замыкание, которое вывело из строя некоторые элементы ЭВМ, управлявшей работой основных двигателей, и едва не привело к аварийному прекращению полета.

Тщательное послеполетное обследование обнаружило многочисленные повреждения изоляции электропроводки не только на "Колумбии", но и на остальных трех кораблях серии Space Shuttle. Ремонтно-восстановительные работы "Колумбии", проведенные заводом-изготовителем фирмы "Boeing" в Палмдейле (ранее принадлежавшем фирме "Rockwell International"), вместо обычных 6—9 месяцев затянулись на полтора года и обошлись в два раза дороже запланированных 70 миллионов долларов. Была проверена и частично заменена электропроводка общей длиной 304 км (95% всей проводки за исключением участков, расположенных в недоступных местах). В ходе этих работ "Колумбия" подверглась коренной модернизации — с нее было снято все лишнее оборудование, сохранившееся еще с момента ее первых испытательных полетов в космос, а в кабине установили новую пилотажно-навигационную аппаратуру, полностью заменившую прежние 32 электромеханических индикатора 11-ю многофункциональными цветными дисплеями. Заодно удалось снизить общую массу корабля почти на полтонны, что значительно расширило возможности "Колумбии" для будущих полетов в космос.

Пока специалисты Космического центра имени Кеннеди доводили "Колумбию" до летной кондиции на мысе Канаверал, на передний план вышел другой, тоже давно уже запланированный полет STS-109 и 1 марта 2002 г. корабль отправился для очередного ремонта дорогостоящего космического телескопа Хаббла. В ходе этого полета за пять выходов в открытый космос общей продолжительностью 35 часов 55 минут астронавты завершили полное обновление аппаратуры телескопа и значительно улучшили его возможности для дальнейших исследований строения и развития Вселенной.

Когда в очередной раз почти все было готово к намеченному на 19 июля старту "Колумбии" с научной миссией STS-107, 17 июня 2002 г. у корабля "Атлантис" техники обнаружили мелкие трещины на внутренней металлической вставке одного из гибких топливопроводов жидкого водорода. Эти трещины были не очень опасны, но в принципе могли привести к выходу из строя двигательной установки корабля, в связи с чем, как и в случае с электропроводкой, на время были прекращены полеты всех кораблей Space Shuttle. В ходе тщательной проверки по 2—3 трещины обнаружились и у остальных трех космических челноков, в том числе и у "Колумбии". На устранение трещин путем их заварки и последующей полировки ушло несколько месяцев и 28-й космический старт "Колумбии" затянулся до середины января 2003 г.

За 16 дней пребывания в космосе экипаж "Колумбии" выполнил более 80 физических, технологических, медицинских и биологических экспериментов. 59 из них были проведены в новом научном модуле Spacehab длиной 6 м, шириной 4,2 м, высотой 3,3 м и стоимостью 100 миллионов долларов, установленном в грузовом отсеке корабля. Ради успешного выполнения исследований астронавты трудились круглосуточно в две смены. Эксперименты включали измерения полного солнечного излучения с целью выявления степени влияния его изменений на климат Земли, количества аэрозолей (мелких частиц пыли и дыма) над Средиземным морем и Атлантическим океаном по программе Израильского космического агентства, исследования озонового слоя планеты, образования сажи при ламинарном горении различных видов топлива и пространственной структуры пузырей пламени, образующихся в условиях отсутствия конвекции при горении тончайших струек водорода и метана. Много внимания было уделено влиянию невесомости на мускулатуру, кости и обмен веществ в человеческом организме, на развитие различных мелких животных, растений и бактерий, на рост раковых клеток простаты и т.д.

За исключением некоторых проблем с системой охлаждения научной аппаратуры, весь полет прошел практически без замечаний. Все намеченные эксперименты были выполнены в полном объеме и основная часть полученных научных данных была передана по радиоканалам на Землю. 1 февраля в 12 час. 12 мин. по Гринвичу Центр управления полетами в Хьюстоне дал астронавтам разрешение на приземление. В 13:15 были включены двигатели маневрирования, которые проработали 2,5 мин и снизили скорость "Колумбии" на 78 м/с. Ровно через час ожидалась привычная посадка корабля-самолета на специальную полосу Космического центра им. Кеннеди. Все шло как обычно: астронавты сверяли свои действия по заранее составленным на все случаи жизни инструкциям, вели переговоры с ЦУПом, изредка перекидывались между собой короткими фразами и даже шутили.

В 13:44 "Колумбия" снизилась до высоты 120 км и постепенно стала погружаться в плотные слои атмосферы. Мощный скачок уплотнения, возникший перед кораблем при скорости около 7,8 км/с (числе Маха М = 25), начал плавно разогревать его наружную поверхность, изготовленную из тысяч термостойких плиток композита углерод-углерод, выдерживающих температуру до 1650 градусов Цельсия.

Пока еще ничто не предвещало нависшей над кораблем угрозы, но ее первые признаки проявились уже в 13:53, когда неожиданно вышли из строя два датчика температуры гидравлической системы управления элеронами левого крыла. Затем повысилась температура в нише левого шасси и в 13:58 пропали показания еще трех датчиков. Спустя минуту отказали еще 8 датчиков, предназначенных для измерений температуры и давления в левом шасси. Телеметрические данные указывали на увеличение сопротивления со стороны левого крыла и появление момента рыскания. Реагируя на изменение сопротивления, бортовая ЭВМ корабля выдала команду на включение двух двигателей системы ориентации. Возникшие неполадки были замечены как в ЦУПе, так и на борту самого корабля. Примерно в 14:00, всего за 16 минут до приземления на мысе Канаверал, во время переговоров с экипажем прямо на полуслове прервалась связь Хьюстона с кораблем. В этот момент "Колумбия" находилась над штатом Техас на высоте 63 км и летела на скорости 5580 м/с (М = 18,3).

Пока специалисты ЦУПа пытались выяснить причины отсутствия связи, телеоператоры Техаса, ведущие прямую трансляцию, и многочисленные зрители уже наблюдали за огненным следом, остающимся за спускающейся "Колумбией". Постепенно от корабля начали отделяться какие-то фрагменты, тут же превращаясь в дополнительные огненные полосы. Вскоре "Колумбия" окончательно распалась на куски и на огромную территорию штатов Техас и Луизиана посыпались многочисленные обгоревшие обломки чуда науки и техники ХХ века стоимостью в два миллиарда долларов, названного в честь первого американского корабля, совершившего в 1792 г. кругосветное плавание. Эта картина была похожа на ту, что наблюдалась 23 марта 2001 г. при входе нашей научной станции "Мир" в плотные слои атмосферы, когда разлетевшиеся в разные стороны модули чертили по небу грустные для нас огненные следы...

Когда стало очевидно, что случилось непоправимое, администратор Национального управления по аэронавтике и космонавтике Шон О'Киф тут же позвонил президенту США и поставил его в известность о трагедии. В ЦУПе немедленно приняли меры для обеспечения полной сохранности всех материалов, связанных с посадкой "Колумбии", а на мысе Канаверал приспустили флаги. Вскоре последовали команды на приостановку всех работ по подготовке кораблей Space Shuttle к намеченным полетам и срочно были организованы поисковые работы в районах падения обломков "Колумбии". Для выяснения причин трагедии была создана Межведомственная аварийная комиссия.

С первых же минут расследования причин катастрофы многие вспомнили о том, что на 82-й секунде после старта "Колумбии" при скорости 850 м/с от гигантского внешнего топливного бака ракеты-носителя отделился кусок пенополиуретановой теплоизоляции и ударился около передней кромки левого крыла. Случаи отделения плиток теплоизоляции иногда наблюдались и раньше, но это никогда не приводило к каким-либо серьезным последствиям. По мнению специалистов фирм "Boeing" и "United Space Alliance LLC", обслуживающих корабли многоразового применения, кусок застывшей пены размерами 63 на 38 см, толщиной 10 см и массой около 1,2 кг не мог привести к значительным повреждениям теплозащитных плиток корабля и не представлял опасности для возвращения "Колумбии" на Землю. В связи с этим за время полета не было предпринято особых мер по уточнению истинных последствий случившегося.

Честно признаться, определить степень повреждений теплозащиты корабля прямо в ходе полета было почти невозможно. Как назло, для увеличения массы полезной нагрузки с "Колумбии" был снят манипулятор длиной 15 м и у экипажа не было возможности обследовать внешнюю поверхность челнока с помощью наружной видеокамеры. Почти безумием была бы и попытка проверки поверхности крыла при выходе астронавтов в открытый космос, поскольку они не были готовы к такой сложной операции и без специальных поручней не могли добраться до нужного места без риска улететь в бездну. Даже в том случае, если бы они доползли до передней кромки крыла и убедились в необходимости ее ремонта, на борту "Колумбии" все равно не было ни нужных материалов, ни подходящих для такой работы инструментов.

За два месяца тщательного прочесывания штатов Техас и Луизиана при участии около десятка вертолетов, нескольких самолетов и более 10 тысяч поисковиков и добровольцев, было собрано около 45 тысяч фрагментов "Колумбии" размерами от метра и более до копеечной величины. Общая масса собранного составила более 10 тонн, то есть почти 24% сухой массы корабля. Наиболее важная находка была обнаружена 19 марта в глухом лесу вблизи местечка Хэмфилл в штате Техас. Ею стало специальное записывающее устройство, установленное под кабиной экипажа еще перед первыми летными испытаниями. Этот магнитофон чуть-чуть обуглился с одной стороны, но был почти цел. Он вмещает 2400 м магнитной ленты и предназначен для записи показаний более 700 датчиков, регистрирующих температуру, давление и вибрацию в разных точках корабля при старте и посадке. Большинство из этих данных не передавались по каналам телеметрии и представляют большую ценность для выяснения причин аварии.

При трагедии с "Челленджером", случившейся 28 января 1986 г. и также унесшей жизни семи астронавтов, причины катастрофы стали известны почти сразу же, как только внимательно были просмотрены видеозаписи его старта. На снимках отчетливо просматривался прорыв пламени на стыке секций одного их твердотопливных ускорителей ракеты-носителя. Тем не менее, на завершение расследования и модернизацию систем Space Shuttle понадобилось целых 32 месяца. В случае с "Колумбией" два месяца поисков пока так и не дали четкого ответа, что же произошло с кораблем на самом деле. Не вызывает сомнений только одно, что в левое крыло прорвалась горячая плазма, которая прожгла алюминиевый остов крыла (или попала туда через какое-либо технологическое отверстие), вывела из строя близлежащие датчики, а затем привела к разрушению крыла и всего корабля под воздействием высоких температур и огромных аэродинамических нагрузок.

В какой именно последовательности развивались трагические события и в чем истинная первопричина их появления, все еще остается не ясным. Пока большая надежда возлагается на чудом сохранившийся магнитофон. Уже предварительный анализ его записей показал, что всплески температуры в левом крыле появились на 1 мин. 8 сек. раньше, чем считалось ранее. Новые данные вроде бы свидетельствуют в пользу главной версии, что причиной гибели "Колумбии" и ее экипажа все же стал ударивший по крылу кусок пенной теплоизоляции. С учетом того, что перед запуском ракета-носитель находилась на стартовой площадке 39 дней и за это время плитка теплоизоляции могла впитать в себя влагу, а после заливки бака жидким кислородом и водородом обледенеть и стать настоящим снарядом, приведшим к повреждению теплозащитных плиток крыла. Возможно, зафиксированный наземными радарами на второй день полета неизвестный фрагмент, удалившийся от корабля, действительно представлял собой металлическую подложку плиток, а сами плитки были утеряны еще при старте. В таком случае часть наиболее теплонапряженной передней кромки крыла оказалась совершенно обнаженной и не смогла выдержать воздействия высокотемпературной плазмы. С другой стороны, не исключается и другая неизвестная пока причина катастрофы.

Из-за начавшейся войны в Ираке трагедия с "Колумбией" как-то незаметно ушла в тень. На самом деле случившееся может сильно повлиять на дальнейшее развитие всей пилотируемой космонавтики, в том числе и российской. Без челноков Space Shuttle практически невозможны ни окончательная сборка Международной космической станции "Альфа", ни ее эффективная работа. Пока временно можно обойтись российскими кораблями "Союз" и "Прогресс", но для работы МКС в пилотируемом режиме ежегодно нужно запускать по два "Союза" и не менее 5—6 грузовых "Прогрессов". На изготовление такого количества кораблей у Росавиакосмоса и корпорации "Энергия" нет денег, а США не могут покупать у нас корабли за доллары из-за запрета Конгресса по поводу так называемых нарушений России закона о нераспространении ракетных технологий в отношении Ирана. Конечно, если полет "Шаттлов" задержится надолго, так или иначе этот запрет будет обойден и МКС продолжит свою работу, но с сокращенным экипажем всего из двух человек.

Очередная 7-я постоянная экспедиция МКС в составе Юрия Маленченко и Эдварда Лу отправится на "Союзе ТМА-2" из Байконура уже 26 апреля, а в начале мая их предшественники Кеннет Боуэрсокс, Николай Бударин и Дональд Петтит вернутся на Землю на "Союзе ТМА-1". Поздней осенью их сменит следующий экипаж в составе Александра Калери и Майкла Фоула. Вместе с ними на неделю отправится в космос испанец Педро Дуке, за полет которого Росавиакосмос уже получил от Европейского космического агентства первые денежные взносы. А вот дальнейшая судьба оставшихся трех челноков Space Shuttle пока остается в тумане — им вряд ли удастся быстро встать в строй и продержаться до 2015 или даже 2020 г., как намечали раньше специалисты NASA. Так или иначе, американским челнокам предстоит пройти серьезную модернизацию, на что потребуется довольно много времени, а во всем мире специалистам космической отрасли придется предпринять дополнительные меры, чтобы снизить риск повторения таких трагедий в будущем.

стр. 7