Modul de întrerupere a navetei spațiale

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Avortul Navetei Spațiale este proceduri de urgență adoptate de NASA pentru a fi aplicate în cazul unei defecțiuni a sistemelor Navetei Spațiale care duce la întreruperea bruscă a misiunii. Un exemplu tipic în care ar trebui aplicate aceste scenarii este cazul în care urma să fie înregistrată o defecțiune gravă a principalelor motoare ale navetei în timpul fazei de ascensiune. În ceea ce privește faza de reintrare și coborâre, există foarte puține posibilități de întrerupere. De exemplu, dezastrul Columbia a avut loc în timpul reintrării atmosferice și nu există alternative la defecțiuni în această fază a zborului.

Procedurile pot fi împărțite în proceduri de avort planificate, cu integritatea navetei sau evenimente neprevăzute care ar duce la pierderea vehiculului, dar la o încercare de salvare a echipajului. De exemplu, unele probleme care au apărut în faza de coborâre și care au fost în orice caz compatibile cu siguranța echipajului, nu sunt în general considerate ca întreruperi ale misiunii cu integritatea navetei. De fapt, o problemă cu sistemele de control al zborului sau o defecțiune multiplă a unităților de alimentare auxiliare ar putea face imposibilă aterizarea în siguranță și, prin urmare, ar putea solicita astronauților să părăsească naveta prin parașute .

Scenarii de întrerupere în creștere

Există cinci modalități programate de a anula misiunea în timpul fazei de ascensiune, inclusiv a anula de la platforma de lansare (RSLS). Acestea sunt clasificate ca avort intact și avort de urgență. [1] Alegerea tipului de întrerupere a misiunii depinde de cât de urgentă este situația și de modul în care se poate ajunge la pista de aterizare. Procedurile pot interveni într-o mare varietate de probleme potențiale, dar problema căreia i s-a acordat cea mai mare atenție este defecțiunea principalelor motoare (Space Shuttle Main Engine, SSME), care ar putea provoca incapacitatea de a traversa Atlanticul sau de a ajunge pe orbită în funcție de momentul în care apare problema și de numărul de defecțiuni ale motoarelor. Alte probleme posibile, cu excepția motoarelor, sunt, de exemplu, o defecțiune multiplă a unităților de alimentare auxiliare (APU), o pierdere de presiune în cabină, o scurgere din rezervorul extern .

Întreruperea secvenței de lansare (RSLS)

Motoarele principale (SSME) sunt pornite cu 6,6 secunde înainte de decolare. Din acest moment și până când Solid Rocket Boosters sunt pornite la T - 0 secunde, SSME-urile se pot opri și apoi procedura de decolare va fi blocată. Aceasta se numește Redundant Set Launch Sequencer Abort și s-a întâmplat de cinci ori, mai precis în timpul misiunilor STS-41-D , STS-51-F , STS-51 , STS-55 și STS-68 . Acest lucru se întâmplă sub controlul computerelor și nu prin intervenția umană, adică atunci când unul dintre senzori detectează o problemă cu SSME după ce au fost pornite, dar înainte de pornirea SRB-urilor. Odată pornit, acesta din urmă nu poate fi oprit și deci Shuttle trebuie să decoleze cu forța. Nici o întrerupere a misiunii nu poate fi pusă în practică până când SRB-urile nu își termină forța, ceea ce se întâmplă la 123 de secunde după decolare. [2]

Panouri programate cu integritate a navetei

Panoul de selectare a modului de întrerupere de pe Space Shuttle Challenger . Fotografie făcută în timpul STS-51-F .

Există patru moduri de întrerupere pentru naveta spațială în timpul fazei sale de ascensiune. Aceste scenarii au fost concepute pentru a permite reintrarea în siguranță la una dintre pistele de aterizare desemnate sau la o orbită mai mică decât cea planificată pentru misiune.

Reveniți la site-ul de lansare (RTLS)

În anularea site-ului Return To Launch (RTLS), Shuttle își continuă ascensiunea și ridicarea până când boostere solide de rachete sunt epuizate și apoi evacuate. Apoi, Naveta efectuează câteva manevre pentru a disipa energia și a trece la o traiectorie de întoarcere. În cele din urmă, motoarele principale sunt oprite și rezervorul extern este eliberat. Orbiterul coboară astfel către pista de aterizare Kennedy Space Center la aproximativ 25 de minute după decolare. În timpul fazei de ascensiune, controlul misiunii alertează echipajul navetei când RTLS nu mai este posibil, cu cuvintele „revenire negativă”, la aproximativ patru minute după decolare.

Anulare cu aterizare transoceanică (TAL)

O „Anulare a aterizării transoceanice de avort (TAL)” implică aterizarea într-o locație prestabilită din Africa sau Europa de Vest la aproximativ 25 până la 30 de minute [3] după decolare. Acest scenariu este utilizat atunci când viteza, altitudinea și distanța nu permit revenirea la baza de lansare în modul RTLS.

Un scenariu TAL trebuie declarat aproximativ între T + 2: 30 (mai mult de 2 minute și 30 de secunde după decolare) și oprirea motorului principal (MECO) la aproximativ T + 8: 30 minute. Naveta ar putea astfel ateriza pe piste predefinite din Europa. Cele trei site-uri TAL actuale sunt Baza Aeriană Istres din Franța , Baza Aeriană Zaragoza sau Baza Aeriană Morón din Spania . Înainte de lansarea Shuttle-ului, doi dintre ei sunt deciși pe baza planului de zbor și personalul este alertat în caz de utilizare. Lista site-urilor TAL s-a schimbat de-a lungul timpului; recent Baza Aeriană Ben Guerir din Maroc a fost eliminată din cauza unor posibile atacuri teroriste. Site-urile TAL din trecut au fost: Aeroportul Internațional Mallam Aminu Kano ( Kano , Nigeria ); Aeroportul Internațional Mataveri , ( Insula Paștelui , Chile ) (pentru zboruri din Vandenberg); Rota ( Spania ); Casablanca ( Maroc ); și Dakar ( Senegal ).

Anulare după lansare (AOA)

Procedura "Abort Once Around" (AOA) este utilizată atunci când naveta nu poate atinge o orbită stabilă din cauza vitezei reduse dobândite și, prin urmare, trebuie să finalizeze o singură orbită completă în jurul pământului și al uscatului, la aproximativ 90 de minute după decolare. . Fereastra de timp pentru utilizarea unui AOA este foarte scurtă, la doar câteva secunde între oportunitățile TAL și ATO. Prin urmare, alegerea acestei proceduri este extrem de redusă.

La o anulare a orbitei (ATO)

Procedura Abort To Orbit (ATO) este utilizată atunci când orbita dorită nu poate fi atinsă, dar poate fi atinsă o orbită stabilă mai mică. Acest lucru s-a întâmplat în timpul misiunii STS-51-F , care a continuat în ciuda poziționării, de fapt, pe o orbită mai mică decât cea prevăzută. De asemenea, în timpul misiunii STS-93 a existat o scurgere de hidrogen , utilizată ca combustibil, de la principalele motoare, ceea ce a condus la poziționarea pe o orbită ușor mai mică decât se aștepta, dar nu a existat niciun ATO real. Dacă scurgerea ar fi mai gravă, ar putea fi nevoie de un ATO sau un RTLS sau un TAL. Când devine posibil să alegeți un ATO, acesta este comunicat prin controlul misiunii către navetă cu cuvintele: „apăsați pe ATO”.

Dintre procedurile de întrerupere planificate anterior, doar ATO s-a întâmplat de fapt. În timpul misiunii STS-51-F , Houston Mission Control Center (situat la Lyndon B. Johnson Space Center ) a detectat o defecțiune a unui SSME și a raportat: "Challenger - Houston, Abort ATO. Abort ATO". Comandantul navetei a rotit cadranul de avort în poziția ATO și a apăsat butonul de avort. Astfel au început procedurile software de control al zborului pentru această situație. În cazul în care există o pierdere a comunicațiilor, comandantul de zbor poate lua în mod independent decizia de a efectua o procedură de anulare.

Site-uri de aterizare de urgență

Pistele de urgență pentru Orbiter includ: [4]

În cazul unei reveniri de urgență pe pământ, care ar duce Orbiterul într-o zonă în care nu este posibil să se ajungă la unul dintre locurile prevăzute pentru aterizări de urgență, Orbiterul ar putea teoretic să poată ateriza pe orice pistă lungă pavată. cel puțin trei kilometri. Această caracteristică include majoritatea aeroporturilor comerciale (în practică, aeroporturile militare americane ar fi de preferat din motive de siguranță și pentru a minimiza inconvenientele pentru traficul aerian comercial normal.)

Există o ordine de preferință pentru metodele de anulare:

  • ATO este opțiunea preferată atunci când este posibil.
  • TAL se alege atunci când vehiculul nu a atins o viteză suficientă pentru a permite alegerea ATO.
  • AOA ar putea fi utilizat doar într-o perioadă scurtă de timp între opțiunile TAL și ATO.
  • RTLS ar implica o aterizare mai rapidă decât celelalte opțiuni, dar este considerată o procedură riscantă. Acesta va fi ales numai dacă viteza maximă pe care Orbiter o poate atinge nu va fi suficientă pentru a permite celelalte scenarii.

Spre deosebire de celelalte zboruri cu pilot din programul spațial american, Shuttle nu a efectuat niciodată teste cu astronauți la bord. Cu toate acestea, NASA s-a gândit să mai facă un test non-orbital echipat pentru a testa modul de întrerupere RTLS. Comandantul STS-1 John Young , însă, a refuzat, spunând că: „să nu practicăm ruleta rusă” („Nu voi practica ruleta rusă ”), pentru a înțelege pericolul acestei operațiuni [5] .

Anulări posibile

Procedurile de anulare a oricărei misiuni (avortul de urgență) au fost concepute pentru a permite echipajului să supraviețuiască în cazul în care apar numeroase și grave disfuncționalități și nu este posibil să se recurgă la metodele de întrerupere programate. Cu toate acestea, aceste proceduri ar duce uneori la încercări disperate de salvare a echipajului.

Dacă Orbiterul nu este în măsură să ajungă la pistă, poate încerca să renunțe sau să încerce o aterizare pe uscat. Cu toate acestea, ar fi dificil ca echipajul de la bord să supraviețuiască. Cu toate acestea, dacă s-ar produce anomalii grave în timpul fazei de coborâre, dar în orice caz a fost posibil să se mențină un zbor nivelat datorită pilotului automat, abandonarea navetei ar fi realizabilă. Pentru mai multe detalii, consultați Opțiunile de anulare post-provocator de mai jos.

În cele două dezastre care au avut loc navetei spațiale, lucrurile s-au înrăutățit atât de repede încât au fost foarte puțin de făcut. În cazul Challenger-ului , navetele spațiale Solid Rocket Boosters erau în funcțiune când a avut loc eșecul. Orbiterul s-a dezintegrat instant datorită forțelor aerodinamice considerabile pe care trebuia să le susțină. Dezastrul Columbia , pe de altă parte, a avut loc în zona superioară a atmosferei, în timpul fazelor de reintrare. Chiar dacă echipajul ar fi putut să abandoneze nava spațială, tot ar fi murit din cauza temperaturilor foarte ridicate generate de viteza hipersonică .

Opțiuni de anulare post- Challenger

Înainte de dezastrul Challenger , STS-51-L , existau un număr foarte limitat de opțiuni pentru oprirea fazei de ascensiune. Doar eșecul unui singur SSME ar fi putut asigura supraviețuirea echipajului în primele 350 de secunde de urcare. Două sau trei defecțiuni ale SSME ar fi condus la pierderea vehiculului și a echipajului fără posibilitatea abandonării navetei. De fapt, două sau trei defecțiuni ale SSME-urilor în timp ce SRB-urile erau în funcțiune ar fi cauzat probabil ruperea vehiculului prin aducerea de stres structural excesiv la conexiunile dintre Orbiter și rezervorul extern. Chiar dacă eșecul a două sau trei SSME ar fi avut loc după detașarea sistemelor de siguranță pentru copii, ar fi existat o șansă. De fapt, Naveta nu ar fi avut suficientă putere pentru a ajunge la pista de aterizare, iar studiile au arătat că șanțurile din ocean nu ar lăsa supraviețuitori. În cele din urmă, pierderea unui al doilea sau al treilea SSME în orice moment în timpul unui scenariu RTLS ar fi dus la pierderea vehiculului și a echipajului.

După STS-51-L , au fost prevăzute numeroase posibilități de întrerupere. De acum înainte, cu două motoare SSME inoperante, echipajul și vehiculul ar putea încă să poată supraviețui unei porțiuni mari din zborul de ascensiune făcând o întoarcere și aterizând la baza de lansare. Dacă s-ar pierde toate cele trei SSME, ar exista totuși o șansă de mântuire, mai ales după primele 90 de secunde de lansare. Acest lucru se datorează faptului că structura de fixare dintre Orbiter și rezervorul extern a fost consolidată și, prin urmare, poate rezista la solicitări din cauza lipsei de tracțiune a celor trei motoare principale.

O nouă opțiune semnificativă introdusă a fost abilitatea de a abandona naveta. Acestea nu sunt scaune de ejectare ca în aeronavele militare, ci un sistem ICES de evacuare a echipajului de zbor. Vehiculul se poziționează într-un traseu stabil, datorită pilotului automat, iar echipajul coboară prin intermediul unui stâlp spre o ieșire plasată sub aripa stângă, iar apoi parașute pe uscat sau pe mare. Există mai multe posibilități în care banda de aterizare de urgență nu este accesibilă și naveta este încă intactă și sub control. Înainte de dezastrul „Challenger” s-a întâmplat ca acesta din urmă, în timpul misiunii STS-51-F , să fi găsit pierderea unui motor la aproximativ 345 de secunde după decolare. Un al doilea SSME a citit temperaturi excesiv de ridicate și a fost oprit imediat de centrul de control. Dacă pierderea celui de-al doilea SSME s-ar fi produs în primele 20 de secunde de la pierderea primului, naveta nu ar fi avut suficientă energie pentru a traversa Atlanticul pentru a ajunge la o pistă de aterizare și, fără a fi capabil să o abandoneze, echipajul ar fi probabil au plecat. pierdut. Pentru a permite abandonarea Shuttle-ului la altitudini mari, echipajul poartă acum un nou costum spațial , denumit Advanced Crew Escape Suit , în fazele de urcare și coborâre. Înainte de dezastrul „Challenger”, astronauții purtau costume normale, cu excepția primelor zboruri de testare.

O altă soluție post- Challenger este așa-numitul „East Coast Abort Landings” (ECAL). Lansările cu mare înclinație (de exemplu, toate lansările pentru ISS ) pot conta acum și pe o pistă de urgență pe Costul de Est.

O întrerupere ECAL este similară cu RTLS, dar în loc să aterizeze Orbiter la Centrul Spațial Kennedy, s-ar încerca să aterizeze într-o locație de-a lungul coastei de est a Americii de Nord. Sunt luate în considerare numeroase situri și variază de la Carolina de Sud și Bermuda până la Newfoundland , Canada . ECAL este considerată o întrerupere neașteptată și este mai puțin preferabilă unei întreruperi programate, în principal pentru că există puțin timp pentru a alege locul de aterizare și pentru a vă pregăti pentru sosirea Orbiterului. De fapt, locurile pentru un ECAL nu sunt configurate pentru a primi o aterizare Orbiter. [1]

Au fost implementate numeroase alte îmbunătățiri ale procedurilor de oprire, dintre care multe includ proceduri software pentru gestionarea energiei vehiculului în diferitele scenarii care pot apărea. Acestea oferă posibilități excelente de a ajunge la o bandă de aterizare de urgență în diferitele cazuri de funcționare defectuoasă a motoarelor principale.

Sistem de ejecție

Ipoteza unui sistem de ejecție, adesea numit Launch Escape System (LES), a fost propusă și discutată de mai multe ori pentru Shuttle. După pierderile de „Challenger“ Columbia „ un interes considerabil a fost plasat pe acest sistem. Toate zborurile cu echipaj uman din programul american, înainte de Shuttle, au fost echipate cu sistemul de lansare de evacuare, dar nu a fost folosit. Un scaun de ejecție , derivat din modelul folosit pe Lockheed SR-71 , fusese instalat pe primele patru zboruri ale navetei (toate misiunile cu doar doi membri ai echipajului, efectuate cu Naveta Spațială Columbia ), și apoi îndepărtate mai târziu. nu au fost propuse mai târziu. din următoarele motive:

  • Este foarte dificil să scoateți șapte membri ai echipajului atunci când trei sau patru sunt așezați pe puntea din mijloc (situată în partea din față și în centrul fuselajului ), fără a aduce modificări grele structurii vehiculului.
  • Limite ale posibilității de ejecție. Scaunele cu evacuare pot funcționa doar la o viteză maximă de aproximativ 2.692 de noduri și o înălțime minimă de 39.624m. Aceste valori reprezintă o porțiune limitată a zborului Shuttle, aproximativ primele 100 de secunde din 8,5 minute de urcare.
  • Nu ar fi fost de niciun ajutor în timpul unui accident de revenire ca cel de la Columbia. Ejectarea în timpul returului ar fi fost fatală din cauza temperaturilor ridicate și a forței vântului la viteze foarte mari (diferite mach ).

O alternativă la scaunele de ejectare este capsula echipajului de evacuare sau sistemul de ejectare a cabinei, unde echipajul ejectează într-o capsulă de protecție. Aceste sisteme au fost deja utilizate în unele avioane militare. B-58 Hustler și XB-70 Valkyrie folosesc ejecția capsulei. Unele versiuni ale bombardierului General Dynamics F-111 și Rockwell B-1 utilizează în schimb ejecția completă a cabinei.

La fel ca scaunele de ejectare, ejectarea capsulei nu este un sistem ușor de implementat pentru ieșirea rapidă din naveta spațială. De fapt, unii membri ai echipajului sunt așezați pe puntea din mijloc, sub o structură importantă a vehiculului.

Cu toate acestea, evacuarea cabinei ar putea fi utilă pentru o mare parte din zborul Shuttle. Spre deosebire de scaunele cu ejectie, acesta asigură protecția echipajului împotriva temperaturilor ridicate, a presiunii vântului, a scurgerilor de oxigen sau a vaporilor. În teorie, cabina de ejecție ar putea rezista, de asemenea, la o reintrare atmosferică, ducând însă la o creștere a costurilor și la o creștere a complexității și greutății proiectării. Ejectarea cabinei nu a fost implementată din următoarele motive:

  • Ar fi fost necesare schimbări majore ale structurii navetei, care ar dura câțiva ani pentru a fi realizate. În acest timp, vehiculul ar fi fost inoperabil.
  • Sistemul de ejecție al cabinei ar fi fost foarte greu, afectând negativ posibilitățile de încărcare ale navetei.
  • Ejectarea cabinei este mult mai complexă decât scaunele de ejectare. Necesită tăierea cablurilor și conductelor dintre cabină și fuselaj. Cabina trebuie să fie echipată cu stabilizatori aerodinamici pentru a fi verificată după detașare. O cabină mare ar necesita, de asemenea, parașute mari, cu un sistem de extracție foarte complex. Pentru a realiza o ejecție pe platforma de lansare, cabina ar trebui să fie, de asemenea, echipată cu motoare rachete pentru ao scoate din complex. Mai mult, trebuie considerat că ejectarea cabinei ar avea loc în urma unor probleme majore, poate cu puțin timp înainte de a avea loc dezintegrarea navetei. De asemenea, ar fi probabil ca chiar și cabina expulzată să sufere unele daune grave, cum ar fi parașutele sau suprafețele de control, făcându-l astfel inutil.
  • S-ar adăuga riscul de a avea o cantitate mare de material exploziv la bord pentru a permite detașarea cabinei. Prin urmare, ar exista posibilitatea unei explozii premature sau nedorite.
  • Ejectarea cabinei este un sistem foarte costisitor și riscant de implementat într-un sistem, cum ar fi Shuttle, în care nu a fost prevăzut în faza de proiectare. Dacă în proiectul inițial ar exista această cerere imediat, ar fi fost mai ușor să o îndepliniți.
  • Sistemul de ejecție a cabinei / capsulei a avut puțin succes în istoria aeronauticii, tocmai datorită complexității sale.

Notă

  1. ^ Shuttle Abort Modes , în Shuttle Reference and Data , NASA . Adus 26.05.2010 .
  2. ^ NASA - Profilul misiunii
  3. ^ Proceduri TAL Arhivat 10 iunie 2011 la Internet Archive .
  4. ^ Informații despre World Shuttle Landing Site
  5. ^ Astronauții în pericol , în Mecanica populară , decembrie 2000. Accesat 2006-12-09 .

Elemente conexe

linkuri externe

Astronautică Portalul astronauticii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronautică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Space_Shuttle_abort_mode&oldid=114696049 ”