В нашей оригинальной серии 5 лет назад «13 вещей, которые спасли Аполлона-13», первым вопросом, который мы обсуждали, было время взрыва. Как сказал нам инженер НАСА Джерри Вудфилл, если бы танк разорвался, а экипаж пережил испытание, взрыв не мог бы произойти в более подходящее время.
Взрыв в начале миссии (предполагая, что он произошел бы после того, как Аполлон-13 покинул Земную орбиту) означал бы, что расстояние и время возвращения на Землю было бы настолько велико, что не было бы достаточно энергии, воды и кислорода для Экипаж выжить. Взрыв произошел позже, возможно, после того, как астронавты Джим Ловелл и Фред Хейз уже спустились на лунную поверхность, и все три члена экипажа не смогли бы использовать лунную посадочную шлюпку в качестве спасательной шлюпки. Кроме того, два космических корабля, вероятно, не могли бы пристыковаться друг к другу, и без расходных материалов на стадии спуска, оставленных на Луне (батареи, кислород и т. Д.), Это было бы бесплодным делом.
Теперь, для нашей первой статьи в нашей последующей серии «13 вещей, которые спасли Apollo 13», мы собираемся вернуться к тому времени, но рассмотрим более подробно, ПОЧЕМУ взрыв произошел, когда это произошло, и как это повлияло на спасение экипажа. Ответ заключается в неисправности датчика давления в кислородном баллоне 2, проблема, не связанная с неизолированными проводами в баллоне, которые вызвали взрыв.
Большинство из тех, кто знаком с историей Аполлона-13, знакомы с причиной взрыва, который впоследствии определил комитет по расследованию авиационных происшествий во главе с Эдгаром Кортрайтом, директором исследовательского центра Лэнгли.
Танк был сброшен за пять лет до полета Аполлона-13, и никто не понял, что вентиляционная трубка на кислородном баллоне была нарушена. После демонстрационного испытания с обратным отсчетом (CDDT), проведенного 16 марта 1970 года, когда все системы были испытаны, в то время как космический аппарат Apollo 13 располагался над ракетой Saturn V на стартовой площадке, холодный жидкий кислород не будет выходить из кислородного бака 2 через эта дефектная вентиляционная труба.
Обычный подход заключался в использовании газообразного кислорода для выталкивания жидкого кислорода из резервуара через вентиляционную трубу. Поскольку это не сработало, технические специалисты решили, что самый простой и быстрый способ слить жидкий кислород - это выпарить его с помощью нагревателей в резервуаре.
«В каждом кислородном баллоне были обогреватели и лопастной вентилятор», - объяснил Вудфилл. «Устройство нагревателя и вентилятора (мешалки) побуждает часть холодной жидкости 02 превращаться в газ с более высоким давлением 02 и течь в топливные элементы. Вентилятор, также известный как крио-мешалка, включался каждый раз при включении нагревателя. Вентилятор служил для перемешивания жидкости 02, чтобы обеспечить ее однородную плотность. »
Чтобы защитить нагреватель от чрезмерного нагрева, переключающее устройство, называемое реле, отключало питание нагревателя в любое время, когда температура превышала 80 градусов по Фаренгейту. Кроме того, был датчик температуры, который технические специалисты на земле могли контролировать, если температура превышала 80 градусов по Фаренгейту.
Оригинальный космический корабль Apollo работал на 28 вольт электричества, но после пожара 1967 года на Launchpad для Apollo 1, электрические системы космического корабля Apollo были модифицированы, чтобы выдерживать 65 вольт от внешнего наземного испытательного оборудования. К сожалению, бук, производитель бака, не смог заменить этот бак, и защитный выключатель нагревателя все еще был установлен на 28 вольт.
«Когда нагреватель был включен для вентиляции резервуара, более высокое напряжение« перегорело »контакты реле, так что выключатель не мог отключить питание, когда температура резервуара превысила 80 градусов по Фаренгейту (27 ° C)», - сказал Вудфилл.
Кроме того, датчик температуры на наземной испытательной панели поднялся только до 88 градусов F (29,5 C), поэтому никто не знал об этом чрезмерном нагревании.
«В результате, - сказал Вудфилл, - нагреватель и провода, которые его питали, достигли расчетной температуры около 1000 градусов по Фаренгейту (538 ° C), достаточно горячей, чтобы расплавить тефлоновую изоляцию на проводах нагревателя и оставить их части открытыми. , Голые провода означали возможность короткого замыкания и взрыва, так как эти провода были погружены в жидкий кислород ».
По словам Вудфилла, из-за того, что бак был уронен, а конструкция его нагревателя не была обновлена для работы с напряжением 65 В, этот бак был виртуальной бомбой. Каждый раз, когда к этим нагревателям подавали энергию, чтобы размешать жидкий кислород в баке, взрыв был возможен.
В 55:54:53 Миссия истекла (MET), экипаж попросили провести движение кислородных баллонов. Именно тогда поврежденные провода в кислородном баллоне 2 закорачивались и загорелась изоляция. Возникший в результате пожара быстро увеличил давление выше своего номинального предела в 1000 фунтов на квадратный дюйм (7 МПа), и резервуар или купол резервуара вышли из строя.
Но вернемся к датчику количества на кислородном баллоне 2. По причине, которую еще предстоит выяснить, в начале полета Apollo 13 датчик вышел из строя. До запуска датчик количества танков 2 контролировался бортовой системой телеметрии, и он, очевидно, работал отлично.
«Отказ этого зонда в космосе, пожалуй, самая важная причина, по которой экипаж« Аполлона-13 »жил», - сказал Вудфилл.
Вот объяснение того, почему Woodfill делает это заявление.
Исследование Аполлона-13, проведенное Вудфиллом, показало, что стандартная операционная процедура (СОП) требовала, чтобы Управление полетами запрашивало перемешивание крио примерно каждые 24 часа. Для миссии «Аполлон-13» первое движение началось примерно через 24 часа (23:20:23 МЕТ). Обычно следующий крио шевелится не раньше, чем через 24 часа. Процедура нагревания и криогенного перемешивания была проведена для обеспечения точности количественного измерителя и правильной работы системы путем устранения расслоения O2. Датчик считывал более точно, потому что движение делало жидкий кислород более однородным и менее стратифицированным. После первого перемешивания было указано 87% оставшегося количества кислорода, что немного превзошло ожидания. Следующее движение произошло примерно через день, около 46:40 МЕТ.
Во время этого второго криогенного перемешивания датчик количества кислородного бака 2 вышел из строя. Анализ миссии после расследования показал, что отказ не был связан с оголенными проводами нагревателя.
Потеря способности контролировать количество кислорода в резервуаре 2 привела к тому, что экипаж начал управлять радиостанцией: «(потому что датчик количества вышел из строя), мы будем просить вас размешивать крио каждые шесть часов, чтобы помочь определить, сколько 02 находится в танк 2 "
Тем не менее, Mission Control решил провести некоторый анализ ситуации в Танке 2, призвав еще разок, не в 53 часа MET, а в 47:54:50 MET и еще один в 51:07:41. Поскольку другой резервуар с кислородом, резервуар 1, показывал низкое давление, оба резервуара перемешивали в 55:53.
«Подсчитайте количество движений с момента запуска», - сказал Вудфилл. «1. в 23:20:23, 2. в 46:40, 3. в 47:54:50, 4. в 51:07:44 и 5. в 55:53. Было пять применений тока к этим голым проводам нагревателя. Последние три произошли в течение всего 8 часов, а не 72 часов. Если бы не беспроблемный отказ датчика количества в резервуаре 2 и низкое давление в резервуаре O2, это было бы не так ».
Вудфилл объяснил, что любой, кто анализировал сбои оборудования, понимает, что более частый и более короткий период между операциями с дефектным компонентом ускоряет окончательный отказ. НАСА проводит стресс-тестирование сотен электрических систем, используя этот подход. Более частые включения питания с более короткими интервалами побуждают дефектные системы быстрее выходить из строя.
Короткое замыкание в кислородном баллоне 2 после пятого криогенного перемешивания нагревателя привело к взрыву кислородного баллона Аполлона-13. Если бы выполнялась нормальная последовательность перемешиваний с 24-часовыми интервалами, и отказ произошел после пятого перемешивания, взрыва произошло бы после того, как лунный модуль, спасательный катер, был больше недоступен.
«Я утверждаю, что неисправность датчика количества была случайной и гарантировала, что посадочный модуль будет присутствовать и полностью заправиться во время катастрофы», - сказал Вудфилл.
5 включений нагревателя в 24-часовые периоды составляют НДПИ в 120 часов.
«Лунный десант отправился бы на Луну через 103,5 часа после начала миссии», - сказал Вудфилл. «Через 120 часов после начала миссии команда Ловелла и Хейза проснулась бы от периода сна, совершив свою первую лунную прогулку за восемь часов до этого. Они получат срочный звонок от Джека Свигерта и / или Управления полетами о том, что что-то не так с кораблем Матери, вращающимся вокруг Луны ».
Кроме того, предположил Вудфилл, анализ проблем корабля Свигерта, вероятно, будет затуманен отсутствием двух его членов экипажа на поверхности Луны. Дополнительными проблемами для управления полетами было бы прерывание связи каждый раз, когда командный корабль шел за Луной, прерывая телеметрию, столь важную для анализа сбоя. Когда стало очевидно, что криогенная система больше не будет производить кислород, воду и электроэнергию, эти аварийные батареи командного модуля были бы активированы. Скорее всего, Управление полетом приказало бы раньше прервать работу лунного корабля, но, конечно, это было бы бесполезно. Если бы стадия восхождения крошечного посадочного аппарата была рандевузована и состыкована с истощенным КМ, все расходные материалы для жизнеобеспечивающей стадии спуска остались бы на Луне.
«В этом кошмаре экипаж« Аполлона-13 »будет прощаться со своими семьями и друзьями», - сказал Вудфилл. «Можно только догадываться, как мог прийти конец».
И, вероятно, не было бы Аполлона 14, 15, 16 и 17 - по крайней мере, в течение очень долгого времени.
Еще один аспект времени взрыва, который рассматривал Вудфилл, заключается в том, почему танк не взорвался на панели запуска?
После CDDT от 16 марта никаких дополнительных «включений» или испытаний не планировалось. Тем не менее, нередко выполняется повторная проверка перед запуском.
«Одной из таких повторных проверок могли быть легко эти нагревательные контуры, так как они использовались нестандартным способом для слива кислорода из криобаков после нескольких недель назад демонстрационного теста (CDDT)», - сказал Вудфилл. «Такие повторные действия часто происходят по бесчисленным причинам. Для Аполлона-13, несмотря на скомпрометированную систему, ничего не произошло до тех пор, пока корабль не благополучно направился на Луну ».
Однако такое обычное повторное испытание, включающее криогенное перемешивание, неосознанно поставило бы под угрозу запуск ракеты-носителя, обслуживающего персонала или экипажа астронавта.
Или, если бы датчик количества вышел из строя на земле, вероятно, наземная команда KSC выполнила бы такую же диагностику неисправностей, которую выполняли Mission Control и команда Apollo 13.
Если бы датчик в тот момент вышел из строя, была бы проведена серия включений / перемешиваний нагревателя, чтобы устранить неисправность устройства.
«Конечно, результатом был бы такой же взрыв почти через 55 часов 55 минут после запуска», - сказал Вудфилл. «На месте взрыв« Аполлона-13 »мог бы унести жизни Ловелла и его команды, если бы устранение неполадок было сделано, пока команда ожидала запуска».
По словам Вудфилла, если бы устранение неисправностей было сделано ранее, с несколькими активациями / перемешиванием нагревателей в течение нескольких дней перед запуском, «ужасная гибель людей могла бы привести к тому, что десятки преданных аэрокосмических работников космического центра Кеннеди смело пытались решить проблему. И величественная тридцатипятиэтажная Сатурн-5 рухнула бы на землю в огненном шаре, напоминающем об упадке американской ракеты Авангард в декабре 1957 года ».
«Да, тот факт, что датчик количества кислородного бака 2 не вышел из строя на стартовой площадке, но вышел из строя в начале полета, был одной из дополнительных вещей, которые спасли Apollo 13».
Дополнительные статьи в этой серии, которые уже опубликованы:
Часть 4: Ранний въезд на Землю
