Ошибки мировой космонавтики - Яровитчук Александр Геннадьевич
Командный модуль после аварии. NASA
На помощь пришел лунный модуль. Так как на поверхности Луны он должен работать автономно, то все системы у него были свои, но и ресурса у него было значительно меньше. Надо было экономить. Астронавты все время, пока возвращались на Землю, боролись за жизнь, они почти ничего не пили, не спали, работали в холоде при температуре 5–6 °C и сырости. Возникла еще и проблема с очисткой воздуха от выдыхаемого углекислого газа. Он постепенно стал вытеснять кислород, без которого дышать невозможно. Лунный модуль рассчитан на двоих человек, а в случае «Аполлона-13» в нем ради выживания пришлось ютиться втроем. В командном модуле были запасные фильтры-поглотители, но они не подходили для использования в лунном модуле. Они были прямоугольными, а в лунном модуле использовались цилиндрические. Астронавты это отметили еще за три года до описываемых событий, когда готовилась миссия «Аполлон-8». Тогда большого значения унификации не придали, но теперь это стало проблемой. Тем не менее с помощью клейкой ленты и деталей скафандра астронавты сделали переходник, и эта ситуация нормализовалась.
В итоге Джеймс Ловелл, Джон Суайгерт и Фред Хейз вернулись на Землю, показав пример отваги, выдержки и смекалки.
В баках давление может достигать 10 атмосфер. А какова сила одной атмосферы? На самом деле огромна. На один квадратный метр атмосфера давит массой 10 тонн (силой 100 000 ньютонов).
Воздействие, которое может оказать атмосфера, наглядно наблюдать на баках, в которых создается вакуум или низкое давление. Такое, например, произошло на полигоне Капустин Яр с цистерной спирта. Горючий материал использовался в качестве топлива для ракет. Об интересном содержимом цистерны узнали военнослужащие испытательной площадки. Они проковыряли снизу дырочку, из которой спирт капля за каплей вытекал. Однажды отверстие забыли заделать, и через него вытекло почти все топливо. Так как цистерна была герметична, а отверстие было снизу под жидкостью, внутрь воздух не поступал. Под толстой металлической оболочкой возникла разреженная среда с низким давлением газа, а атмосферное давление никуда не делось и буквально смяло стальной цилиндр, как лист бумаги. Этому помогла еще и сложная погода космодрома. Днем там было очень жарко, +40… +50. Спирт активно испарялся в баке. Пары спирта создавали давление, которое помогало жидкому спирту вытекать. Ночью температура падала ниже нуля, и пары спирта оседали. От этого давление внутри цистерны резко падало.
Похожие истории приключались и с ракетами. На том же полигоне готовили к проведению испытательного пуска ракету Р-11. Однако из-за обнаруженной неисправности старт был отложен. Из ракеты сотрудники полигона стали сливать топливо, но забыли по халатности открыть дренажный клапан, который позволяет воздуху попасть внутрь и выровнять давление. В итоге ракета схлопнулась.
В США такие ситуации тоже были. Например, с ракетой Сатурн –1Б. На ней на станцию «Скайлаб» готовились отправиться Джералд Карр, Эдвард Гибсон и Уильям Поуг.
Первую ступень специалисты заправили керосином, а после этого пошел дождь. Чтобы в ракету не залилась вода, инженеры закрыли отверстия дренажных клапанов пластиковыми крышками и благополучно об этом забыли. Когда потребовалось слить излишек топлива, о перепаде давления никто не подумал, да и о крышках никто не вспомнил. Так как керосина из баков изъяли немного, последствия были не самыми страшными – образовалась вмятина глубиной 15 см и диаметром 2 м. Тем не менее в таком состоянии ракета-носитель полететь не могла, а замена влетела бы в крупную сумму.
Поэтому через день баки решено было выправить, используя тот же принцип перепада давления, который и привел к изначальной проблеме. В бак закачали гелий под избыточным давлением. Это сработало. Через несколько дней ракета-носитель успешно стартовала.
Очень большая проблема с давлением связана еще и с парашютом. Он должен раскрываться на высоте, где давление воздуха намного ниже, чем в корабле. По официальной версии именно это стало причиной гибели космонавта Владимира Комарова на корабле «Союз-1». Первый полет космического аппарата нового типа был сопряжен с огромным количеством проблем: не раскрылась солнечная батарея, не раскрылась дублирующая антенна радиотелеметрии (они зацепились за вакуумное теплоизоляционное покрытие), не работала солнечно-звездная система ориентации, так как датчик запотел, не удавалось управлять кораблем вручную из-за смещенного центра масс, еще и космонавт по инерции пролетел мимо точки включения двигателей. С такими проблемами о выполнении задачи речь идти не могла, тут бы вернуться домой. Комаров смог победить ломающуюся технику и направил корабль на Землю. Сначала все шло по инструкции, даже раскрылся вытяжной парашют, который вытягивает за собой из контейнера основной, но последний из контейнера не вышел. Тогда была дана команда на раскрытие запасного парашюта. Со вторым куполом повезло больше – из контейнера он вышел, но вытяжной стал ему мешать. Во-первых, стропы стали спутываться, во-вторых, поток набегающего воздуха обтекал вытяжной парашют и создавал область пониженного давления, так называемую аэродинамическую тень, в которой запасной парашют не смог как следует расправиться. В итоге с огромной скоростью (более 180 км/ч) спускаемый аппарат с космонавтом внутри ударился о поверхность Земли. От столкновения еще и баки с горючим лопнули, и их содержимое загорелось.
Основная причина катастрофы, согласно выводам официальной комиссии, заключалась в перепаде давления, от которого деформировались края контейнера с основным парашютом, вследствие чего его прижало к корпусу. Тогда же были внесены изменения – контейнер стал расширяющимся, а его стенки стали толще. Однако позже инженеры стали проводить эксперименты с точно таким же спускаемым аппаратом, который должен был стать «Союзом-2» (но не стал). В условиях равенства давления при нагрузке выше расчетной в два раза парашют все равно не выходил из контейнера. Появилось другое предположение, что в результате покраски или процесса нанесения теплостойкого покрытия на парашют попал материал, который сделал его липким. Сила трения резко выросла, и теперь набегающего потока воздуха было недостаточно, чтобы вытяжной парашют оказал нужное давление и высвободил основной. Скорее всего, обе версии имели место, и к катастрофе привела не одна ошибка.
Через несколько месяцев со спускаемым аппаратом «Зонд-6», который является копией спускаемого аппарата «Союза», тоже возникла проблема. На этот раз парашют раскрылся, но почти сразу отделился.
На участке спуска было зафиксировано резкое снижение давления в парашютном контейнере, а до этого произошла разгерметизация спускаемого аппарата. Все это привело к «коронному разряду». Он попал на высотомер, который в свою очередь дал ложную команду на отстрел стренг парашютной системы не на поверхности Земли, а на высоте 5300 м.
В США проблема с давлением из-за обтекания воздуха была у станции «Скайлэб». Ракету-носитель и ее содержимое инженеры всегда создают и устанавливают так, чтобы обеспечить максимальную обтекаемость воздухом в полете. Это необходимо, чтобы уменьшить сопротивление и нагрев из-за трения о слои атмосферы. На американской станции конструкторы оставили небольшой зазор между корпусом и специальным противометеоритным экраном. Это было ошибкой. Обычно во время старта все раскладывающиеся конструкции плотно прижаты к космическому аппарату, а раскрываются они уже в вакууме. Во время разгона на ракете-носителе этот экран стал подобен крылу самолета. Воздух обтекал его так, что под ним давление стало больше, чем над ним. Вот только крыло самолета очень прочное и делается специально, чтобы использовать эту особенность потоков воздуха для создания подъемной силы, а экран был создан совсем для других целей. Он попытался улететь от ракеты-носителя, то есть стал отваливаться от корпуса, да еще и решил взять с собой друга и начал отдирать сложенную рядом солнечную батарею. В итоге без экрана станция «Скайлэб» стала сильнее нагреваться, а из-за отсутствия одного сегмента и заклинившего второго сегмента солнечных батарей возник энергетический кризис.
