На волосок от смерти: Почти случившиеся космические катастрофы

Читать про произошедшие космические катастрофы, прямо скажем, печально. Очень жалко людей, а понимание, что старания конструкторов с резервированием важных систем, работа ЦУПа по контролю и управлению ситуацией, подготовка и героизм самих космонавтов — всё это не смогло предотвратить катастрофу, портит настроение. В этом смысле гораздо позитивнее катастрофы, которые могли произойти, но были предотвращены талантом конструкторов, трудом ЦУПа, решительными и умелыми действиями экипажей или простой удачей.

Восток-1

Да, это Гагарин, 1950 год. Memento mori.

Вряд ли удивительно, что происшествия, поставившие миссию на грань катастрофы, начались уже в первом полёте.
Отказ резервной системы схода с орбиты. Корабли «Восток» имели недублированную тормозную установку однократного включения. То есть, её отказ в единственной попытке запуска означал невозможность штатного возвращения. Поэтому в качестве резервной меры безопасности «Востоки» выводились на орбиты, с которых они примерно через неделю сошли бы сами, за счет пассивного торможения об атмосферу. И вот эта резервная система отказала. Для того, чтобы оказаться на нужной орбите, необходимо было выключить двигатели ракеты по достижении нужной скорости с очень высокой точностью. Сначала отказала система радиокоррекции, которая измеряла скорость ракеты по данным радиосвязи с наземными пунктами. Резервной стояла автономная система, которая допустила ошибку в ~25 м/с. И эта четверть метра в секунду поднимала апогей на ~80 км и продлевала существование «Востока-1» на орбите с 5-7 дней до неприемлемых 15-20, на которые уже не хватало ресурсов системы жизнеобеспечения.
Отказ штатной системы разделения. Корабль «Восток» состоял из двух частей — спускаемого аппарата и агрегатного отсека, которые разделялись после торможения. Из-за залипания клапана горючее кончилось на 0,5-1 секунду раньше необходимого. Недобор тормозного импульса нарушил штатную логику разделения отсеков. Однако спустя 10 минут сработала резервная система, разделившая отсеки по срабатыванию термодатчиков, фиксирующих нагрев от начинающегося торможения об атмосферу. Если бы и эта система отказала, то спускаемый аппарат не смог бы занять правильную ориентацию на торможение в атмосфере из-за помех от болтающегося на кабелях агрегатного отсека. Впрочем, даже это не привело бы к серьезной опасности — кабели бы сгорели, агрегатный отсек отвалился, а спускаемый аппарат занял бы правильное положение самостоятельно, по принципу «ваньки-встаньки». Полный отказ системы разделения был на «Востоке-2» у Титова и закончился благополучно.
Но самые большие опасности начались уже в конце посадки. Некоторые несознательные люди сомневаются в героизме и высокой подготовке Гагарина из-за того, что он не управлял космическим кораблем в полёте. Действительно, система управления корабля «Восток» при штатной работе не подразумевала активного пилотирования. Но если бы Гагарин, уже спускаясь на парашюте, не действовал вовремя и правильно, несмотря на пережитый стресс космического полёта, «карусели» после торможения и задержки с разделением отсеков, то он бы с большой вероятностью погиб.
Отказ дыхательного клапана. После раскрытия парашюта отказался открываться дыхательный клапан скафандра (в некоторых источниках пишут, что его захлестнули ремни подвесной системы парашюта), через который в скафандр должен был поступать наружный воздух для дыхания космонавта. Гагарин заметил проблему и сумел освободить клапан (по другим данным, открыл скафандр не трогая клапан) и избежал гибели от удушья.
Риск утонуть. Через район посадки протекала Волга, и Гагарин вполне мог бы приводниться туда, если бы ничего не делал. В скафандре тяжело плыть, к тому же есть риск быть накрытым парашютом с практически верной смертью от удушья. Гагарин проходил парашютную подготовку, и, умело управляя стропами, совершил посадку в 1,5-2 км от реки, несмотря на помехи от самовольно раскрывшегося запасного парашюта.

Mercury-Redstone 4

Второй космический суборбитальный полёт США 21 июля 1961 года подходил к концу. Астронавт Гас Гриссом успешно приводнился и ждал вертолёта, который должен был поднять капсулу и доставить её на авианосец. В ожидании он записывал показания приборов, по инструкции снял предохранитель системы аварийного отстрела люка, а также снял шлем и расстегнул привязные ремни кресла (эта случайность наверняка спасла ему жизнь). Прошло примерно десять минут после посадки, вертолёт уже готовился подцепить капсулу для подъема, как раздался глухой взрыв. Это самовольно сработала система аварийного сброса люка. Капсулу стала заливать вода, Гриссом со всей возможной скоростью выбирается наружу. Пилоты вертолёта первым делом начинают спасать капсулу — они неоднократно работали с астронавтами и знают, что в скафандре можно плавать довольно долго без риска утонуть. Но Гриссом замечает, что ему все труднее удерживаться на воде — в спешке эвакуации из капсулы он забыл закрыть один из клапанов скафандра, через который скафандр теперь набирает воду! Клапан закрыт, но в скафандре уже много воды, Гриссом с трудом держится на плаву. Тем временем пилот вертолёта, успевший подцепить капсулу, понимает, что не может её вытащить — она стала слишком тяжелой от налившейся внутрь воды. Капсулу сбрасывают, но вертолёт не летит подбирать Гриссома. Наоборот, он разворачивается и уходит в сторону авианосца! Дело в том, что пилот видит на приборной панели сигнал «перегрев двигателя», что на этой модели вертолёта означает примерно пять минут полёта до отказа двигателя. Подбирать Гриссома в таких условиях нет смысла. В итоге, астронавта подбирает второй вертолёт, спустя несколько минут, которые, наверняка, показались Гриссому очень длинными. После того, как астронавта подняли на борт второго вертолёта, первым делом он надел на себя спасательный жилет. Последующее расследование показало, что наиболее вероятная причина самовольного срабатывания системы аварийного сброса люка — плохое крепление внешнего шнура активации. Систему аварийного сброса люка можно было активировать как изнутри, так и снаружи капсулы. Снаружи был установлен шнур, который крепился всего на одном винте. Плохое крепление могло привести к тому, что шнур освободился, а волнение на море могло создать случайный рывок шнура, который и активировал систему.


Видео происшествия

Mercury-Atlas 6

20 февраля 1962 года. Первый американский астронавт (Джон Гленн) вышел на орбиту Земли. По плану полёт должен был длиться семь витков. Но уже в начале второго витка телеметрия с борта корабля заставила сердца группы руководства полётами похолодеть: загоревшийся индикатор «сегмент 51» говорил о том, что посадочный амортизатор и тепловой щит не закреплены.

Это означало, что после торможения тепловой щит сойдет со своего места, а посадочный амортизатор развернется ещё в космосе. Тепловой щит не сможет защитить корабль от нагрева при вхождении в атмосферу, а астронавт обречен на гибель. ЦУП Мыса Канаверал, не называя причин своего беспокойства, спросил Гленна, не слышал ли он каких-либо необычных звуков. Гленн ответил, что не слышал. Команда ЦУПа разослала на станции связи требование к операторам следить за «сегментом 51» и стала искать способ справиться с проблемой. Единственное, что смогли придумать — заблокировать отстрел тормозных двигателей в программе спуска. Железные ленты, которыми тормозные двигатели крепились к кораблю, могли удержать тепловой щит в начале спуска, а когда они сгорят, щит уже будет удерживаться напором набегающего воздуха. На третьем витке, всё ещё не говоря Гленну о причинах такого решения, сообщили о том, что его полёт сократился до трех витков и рекомендовали не сбрасывать тормозные двигатели. Гленн попытался было переспросить о причине такого решения, но получил ответ «Не сейчас. Таково решение ЦУПа». Полёт прекратили после трех витков, посадка прошла штатно. Последующее расследование показало, что сигнал «сегмент 51» был ошибочным из-за неисправности датчика, реальной опасности не было.

Mercury-Atlas 7

Этот полёт стал первым, в котором астронавт сам создал себе опасные для жизни проблемы, с которыми героически справился. Дело в том, что баки топлива для систем ориентации «Меркурия» были очень маленькими, и, если не экономить топливо специально, то их хватило бы очень ненадолго. А астронавт Скотт Карпентер, работая по очень загруженной программе экспериментов и находясь в некомфортных условиях (температура в кабине из-за плохой работы системы терморегулирования достигала 42°), постоянно разворачивал корабль в разные стороны, не особо следя за расходом топлива. Уже на первом витке Карпентер потратил почти все топливо из бака автоматической ориентации, а, когда ЦУП попросил его переключиться на бак ручной ориентации, за второй виток потратил большую часть топлива и оттуда. В результате третий виток пришлось проводить в дрейфе, отключив автоматическую систему поддержания ориентации. Перед торможением, увлекшись фотографированием и «охотой за снежинками», Карпентер не обратил внимания на то, что капсула имела ошибку ориентации в 20° по тангажу и 27° по рысканию. Автоматика заблокировала торможение, Карпентер включил тормозные двигатели вручную. Из-за ошибки ориентации торможение произошло частично «вбок», что уменьшило суммарный тормозной импульс. Корабль перелетел точку посадки на 450 км. К тому же, Карпентер забыл отключить использование бака ручной ориентации, и топливо в нем кончилось сразу после окончания работы тормозных двигателей! У астронавта оставались считанные проценты топлива в баке автоматической ориентации. Если оно кончится — капсула потеряет ориентацию теплозащитным щитом вперед и сгорит. Карпентеру повезло — топливо кончилось на высоте 24 км, когда потеря ориентации уже была не страшна. Но перелет на четыре сотни километров означал, что корабли и самолёты, выделенные для поиска и эвакуации астронавта, находились в другом районе. Карпентера искали почти сорок минут, а, учитывая, что операция поиска происходила в прямом эфире, пресса уже начала спекуляции о том, что США понесли первую потерю в космической программе. Что любопытно, Карпентер, похоже, до конца жизни был уверен, что с честью вышел из сложной ситуации, не осознав, что сам её и создал.

Mercury-Atlas 9

Целью миссии был длительный космический полёт — целых 34 часа. Полёт проходил по программе до 19 витка (из плановых 22), на котором начали появляться технические проблемы. Сначала загорелся индикатор «0,05g», который при штатной работе сигнализировал о начале вхождения в атмосферу. Это была явная неисправность, потому что предметы в кабине оставались невесомы. Судя по всему, датчик работал неверно из-за короткого замыкания (у Купера были проблемы с разливами воды и мочи, жидкость могла замкнуть провода). Двадцатый виток ушел на борьбу с автоматом системы ориентации, который воспринял неверный сигнал «0,05g» как руководство к построению посадочной ориентации. Отказ автоматической программы спуска означал, что тормозить надо было вручную. Куперу зачитали с Земли модифицированную последовательность операций для ручного торможения. К тому же, на двадцатом витке отказал авиагоризонт — определять положение корабля стало возможно только визуально. На 21 витке был обнаружен рост парциального давления углекислого газа — отказал поглотитель. Спустя двадцать минут в кабине зазвучал сигнал тревоги — произошли сразу два коротких замыкания в системе автоматической ориентации. На 22, последнем, витке отказался включаться запасной инвертер автомата ориентации — пилотировать корабль при возвращении с орбиты можно было только вручную. Купер вручную сориентировал корабль на торможение по звездам и ночному Шанхаю и включил двигатели по команде с Земли. Астронавт вручную удерживал корабль на верном курсе, отслеживая работу тормозных двигателей по часам, вручную отстрелил блок тормозных двигателей, вручную же сориентировал корабль для торможения в плотных слоях атмосферы и вручную пилотировал корабль весь путь к Земле, выдерживая правильную ориентацию и парируя колебания. Несмотря на полностью ручное управление Купер умудрился приводниться с наименьшей ошибкой — всего в 1,8 км от расчетной точки.

Восход-2

Слева — Беляев, справа — Леонов

Богатым на смертельно опасные ситуации оказался полёт «Восхода-2».
Раздутие скафандра. Шлюзовая камера была спроектирована с минимальным зазором относительно скафандра Леонова — всего по 20 мм с каждого плеча. Тестирование в наземной барокамере прошло успешно. Но в ней нельзя было создать давление ниже условных 60 км. В реальном выходе в космос скафандр раздуло сильнее, чем ожидалось, и Леонов обнаружил, что не может попасть обратно в шлюзовую камеру. Пришлось рисковать — переводить скафандр в режим пониженного давления. Опасность была в том, что, в случае, если в крови Леонова ещё оставалось много азота, то такое решение вело к кессонной болезни, с риском потери сознания и смерти. Леонов помнил, что дышал чистым кислородом уже час, азота в крови должно было почти не остаться. Риск оправдался, «похудевший» скафандр влез в шлюзовую камеру. Нарушая следующий пункт инструкции, Леонов влез в шлюз головой вперед (так было легче влезть) и развернулся ногами вперед уже в шлюзовой камере. Вернувшись в корабль, Леонов пытался вытереть глаза и никак не мог — лицо было буквально залито потом.
Нарушение состава атмосферы. Во время выхода Леонова в открытый космос корабль не вращался. Это привело к тому, что люк обогревался Солнцем неравномерно. Неравномерный нагрев привел к неравномерному расширению люка, и, после закрытия, между люком и корпусом осталась небольшая щель. Небольшая утечка воздуха привела к тому, что система поддержания состава атмосферы начала подавать в кабину кислород. Кислорода становилось больше, атмосфера корабля превратилась в гремучий газ. Малейшая искра — и вся атмосфера взорвется. Действия экипажа по исправлению ситуации — установка температуры и влажности на минимум и перекрытие крана подачи кислорода не исправляли положения. Проблема усугублялась тем, что повышенное парциальное давление кислорода привело к кислородному опьянению космонавтов. Спустя несколько часов от стресса и кислородного опьянения космонавты заснули. Спасла случайность — Леонов шлангом перебросил тумблер подачи воздуха из резервных баллонов, избыточное давление дожало люк, и атмосфера стала нормализовываться.
Отказ системы автоматической посадки. В нужный момент не включились тормозные двигатели. Впервые в истории советской космонавтики космонавтам пришлось выполнять ручную посадку. Дело осложнялось тем, что органы управления были размещены так же, как и на «Востоке», а сиденья экипажа — повернуты. Леонову пришлось держать Беляева за ноги, пока тот ориентировал корабль на торможение. Затем космонавты быстро заняли места в ложементах и запустили двигатели. Задержка из-за необходимости сесть в ложементы привела к ошибке относительно запланированного места посадки на ~80 км.
Последним приключением для экипажа «Восхода-2» стала холодная ночевка. Это не было смертельно опасно, но неприятностей доставило. Дело в том, что корабль приземлился в густом лесу, куда не могли сесть вертолеты. С вертолета сбросили теплые вещи и еду, достаточно быстро подошли спасатели, но космонавты покинули район посадки (ранняя весна, -25° С, снег, лес) только на третий день. А нездоровая секретность, окружавшая космическую программу СССР, привела к тому, что, пока космонавты сидели в тайге, пресса писала о том, что они отдыхают на даче обкома партии.


Фильм про Леонова


Научно-популярный сериал «Открытый космос». Про «Восход-2» с 45 минуты.

Gemini-6A

12 декабря 1965 года. К старту готовится корабль «Джемини-6» с экипажем в составе Уолтера Ширры и Томаса Стаффорда. Начинается отсчет последних десяти секунд перед стартом, начинают запускаться двигатели, но, вдруг, с каким-то необычным визгом, двигатели останавливаются:



По инструкции, астронавтам надо было катапультироваться. Но, во-первых, они не почувствовали какого-либо движения, что говорило о том, что ракета не собирается падать или взрываться. А во-вторых, им очень не хотелось катапультироваться. Даже не учитывая перенос миссии на восстановление корабля после катапультирования, очень мощная катапульта делала это мероприятие весьма рискованным. К тому же астронавты видели неудачное испытание катапульты с манекеном — совсем небольшая задержка в отстреле люка привела к тому, что кресло с манекеном вышибло люк самостоятельно. В некоторых источниках писали, что манекену при этом оторвало голову. Да, потом, наверняка, были и успешные испытания, но в любом случае, риск был велик. Рискнув не катапультироваться (а вдруг ракета все-таки бы взорвалась?), астронавты приняли верное решение.
Расследование показало, что причиной отмены старта стал кабель, отошедший от ракеты раньше времени. Параллельно по телеметрии было обнаружено падение тяги одного из двигателей. Двигатель перебрали и нашли забытую на входе в газогенератор пластиковую пробку. По иронии судьбы, отвалившийся кабель спас миссию — падение тяги одного из двигателей означало невозможность нормального старта, но если бы ракета хоть на сантиметр успела бы оторваться от стартового стола, её падение обратно однозначно означало взрыв ракеты-носителя, разрушение корабля и необходимость катапультироваться астронавтам (а если бы они катапультировались слишком поздно?).

Gemini-8

16 марта 1966 года. «Джемини-8» с экипажем в составе Нила Армстронга и Дэвида Скотта успешно проводит первую в истории стыковку в космосе. Но через 27 минут после неё соединенные «Джемини» и мишень «Аджена» начинают вращаться. Армстронг маневровыми двигателями гасит вращение, но, как только он прекращает управлять, вращение начинается снова. Подумав, что виновата «Аджена», экипаж производит аварийную расстыковку:



Однако вращение не только не останавливается, но начинает ещё быстрее ускоряться. Вращение становится опасным для жизни — от перегрузки экипаж может потерять сознание и умереть. Имея в запасе считанные секунды, Армстронг верно определяет причину аварии (нештатно работает какой-то из двигателей системы ориентации), отключает двигатели основной системы ориентации OAMS, включает посадочную систему ориентации RCS и гасит вращение уже ей. На стабилизацию корабля уходят долгие десять минут и бОльшая часть топлива системы RCS. Миссию пришлось досрочно прерывать, а посадку производить в резервном районе. Нештатный район посадки означал трехчасовое ожидание спасателей, и, вместо комфортного подъема на авианосец, Армстронгу и Скотту пришлось влезать на эсминец по штормтрапу. Но это были уже мелочи — миссия в целом оказалось успешной (стыковку-то успели произвести), а смертельно опасной ситуации удалось избежать.

А дальше?

Объем публикации означает деление на несколько частей — о почти случившихся катастрофах после 1966 года будет следующая часть. Ориентировочно через неделю — на следующей неделе я планирую провести интернет-трансляцию лекции «история космонавтики», которая будет в субботу 27 сентября, в 17:00 МСК.

Немного рассуждений

Об инструкциях. Любопытно, но, несмотря на то, что инструкции обычно пишут кровью, в этих историях мы видим не такое уж и редкое их нарушение. У Леонова была инструкция «всё докладывать». Но в то же время он четко понимал риск и необходимость своих действий: «возникла критическая ситуация, а советоваться с Землей было некогда. Пока бы я им доложил… пока бы они совещались...». Астронавты «Джемини-6» тоже имели веские причины нарушить инструкцию о катапультировании — они не чувствовали движения ракеты, риск падения и взрыва был невелик.
О самостоятельных действиях. В случае, когда времени нет, а решать надо, квалифицированный экипаж вполне может справиться с нештатной ситуацией — Леонов и Армстронг тому примером.
О важности риск-менеджмента. Большинство этих историй наглядно показывает, как полезно думать заранее о возможных авариях и принимать меры по обеспечению безопасности.
О ложных тревогах. Хорошо иметь в наличии достаточно информации, чтобы определить, настоящая тревога или ложная.

Список использованных источников:

Кроме Википедии (там есть отличный список) использовались:

1. Черток Борис Евсеевич, «Ракеты и люди» в 4 книгах.
2. Каманин Николай Петрович, «Скрытый космос», дневники в 4 книгах.
3. «When We Left Earth», Discovery Channel, сериал, 2008.
4. Энциклопедия «Мировая пилотируемая космонавтика: История. Техника. Люди» под ред. Ю.М. Батурина.

Для навигации: серия «космические катастрофы и происшествия».

Источник: habrahabr.ru/post/237533/