Уроки від космічних пригод: Поразка і триумф Аполлона 13

Габаритний зображення


У той же день квітня 1970 року, мабуть, найбільш драматична історія всього, що відбулося в космосі. Три астронавти, які пішли на місяць, були в мортальній небезпекі і змушені були повернутися додому протягом трьох днів, подолання різних труднощів. Це дуже красива історія про те, як невеликі зміни в специфікації можуть привести до великих проблем, про координовану роботу сотень людей в МКК в режимі надзвичайних ситуацій, про сміливість і професіоналізм.

Як відбувається регулярно в складних технічних системах і великих проектах, причина нещасного випадку була покладена роками до польоту Аполлона 13, а сам ДТП складається з комплексного ланцюжка подій, а відсутність будь-яких посилань призведе до відсутності нещасного випадку.

Для того, щоб зрозуміти, що сталося, потрібно поговорити про дизайн модуля сервісу Apollo:
р.

Підсистема роботи Аполлона складається з двох водних резервуарів, двох кисневих танків і трьох паливних елементів. Паливні клітини, споживають водню і киснем, виробляють електрику і воду, які споживали екіпажем для питного і охолоджуючого обладнання. Дуже ефективна система, краще, ніж сонячні панелі, за умови, що рейс не більше 2-3 тижнів.


Це кисневий бак модуля сервісу Аполлона. Дуже добре ізольовано, що він може зберігати рідкий кисень протягом років. Рідкий кисень зберігається в ньому в стані надкритичної рідини, а тому виявляє властивості як рідини, так і газу. Як ви знаєте, з розширенням температури газу знижується. Теплоізоляція так добре, що рідкий кисень буде охолоджувати і втратити свої надкритичні властивості, просто розширюється при нормальному споживанні паливних елементів. Тому необхідно встановити спеціальний обігрівач для підтримки необхідної температури і тиску. У нульовій гравітації рідкий кисень у надкритичному стані мав погану звичку стратифікації в рідкі і газоподібні шари, що призвело до неправильного читання датчика рівня. Таким чином, необхідно було поставити спеціальну турбіну для змішування кисню, а для екіпажу додано процедуру змішування кисню в резервуари, щоб після цього Houston MCC міг отримати правильні дані про кількість кисню на борту.

незначна зміна специфікації, 1965. Перед польотом «Аполло 13» ще п'ять років, перед першим безпілотним рейсом «АС-201» ще рік, навіть програма «Геміні» тільки в цьому році зробила свій перший маніфестований рейс. Ведуться роботи на кораблі Аполлона. У зв'язку з масштабом роботи, субпідрядники НАСА, які найняти частини, необхідні. Модуль послуг Аполлона був виконаний Північноамериканською авіацією, а резервуари для нього були зроблені субпідрядником Beech Aircraft. Оскільки паливні елементи виробляють 28 вольт напруги, специфікація бака вказана робочою напругою 28 вольт. Однак вже в процесі розробки сервісного модуля виявилося, що при підготовці до запуску Аполлон отримає електроенергію з наземних генераторів стартового комплексу, і у них є робоча напруга 65 вольт (це абсолютно нормально, коли багато кваліфікованих людей роблять великий проект, без жартів). Так специфікація повинна бути перероблена. Інженери «Бека літальних апаратів» змінили обладнання кисневого бака, але забули змінити нову напругу тільки одне - контакти термостату. Вони призначені для відкриття теплової схеми при необхідності. Контроль якості на всіх рівнях — Beech Aircraft, North American Aviation, і НАСА — не вдалося помітити цю помилку.

Релокація резервуарів 1968. Танки, які закінчилися на Аполлоні 13, встановлюються в сервісному модулі, який стане частиною Аполлона 10. Оскільки зміни були внесені до резервуарів, після того, як було прийнято рішення встановити нову версію на танкі Аполлон 10, а вже встановлені вже для видалення, оновлення та встановлення іншого модуля сервісу. У процесі зняття танків працівники забули розірвати один болт, а лебідки, які вже почали піднімати полицю з резервуарами, закріпивши і знизили резервуари назад в стійку. Висота падіння була безглуздо, тільки 5 см, але для космічної техніки це серйозна екстрена. Задокументовано інцидент, танк був протестований, він був визнаний сервісним і відправленим для модернізації. Очевидно, що оновлення не було про серйозне розбирання резервуара (це важливо для розуміння наступної фази). Після модернізації танки надягали в сервісний модуль Аполлона 13.


Цей бак No два в передмісті, фотографований після монтажу.

27 березня 1970 року два тижні до Аполлона 13. Виконується так звана підготовка попередньо відліку - повне моделювання старту з заправкою корабля з робочими рідинами, перехід на атмосферу польоту, коротко, все крім команди реального запалювання. Симулятор був успішним з одним виключенням – номер два баки відмовилися від порожнього після закінчення тесту. У процесі вирішення проблеми інженери запропонували, що нижнє зливне з'єднання було пошкоджено восени 1968 року. Теоретично, це надзвичайна ситуація, нам потрібно відкласти початок і змінити ємності. Але, з іншого боку, нижня зливна фурнітура використовується тільки один раз - під час підготовки попередньо відліку. У польоті не потрібно, і ви можете літати з розбитим фітингом. Тому для травлення кисню було запропоновано використовувати нагрівач, газувати кисень, який спонтанно випаровується через верхнє з'єднання. Рішення було погоджено з командувачем суднового астронату Джим Люблем. Джим підписано документи на основі доступних даних: запропоноване рішення є кращим з винайдених, не знайдено інших несправностей, нижнє з'єднання не потрібно в польоті, а зміна танків займе сорок-п'ять годин, не підрахувавши перевірку нових танків, які порушать розклад попередньої підготовки і відкласти запуск на місяць.
Коли опалювач з напругою 65 вольт був включений, зв'язки термостату, призначені для 28 вольт, були зварені в "на" положенні, нагрівач втратив здатність відключатися:
Р

Закритий контакт, фото повномасштабного експерименту для відтворення нещасного випадку.

Датчик температури всередині резервуара, призначений для вимірювання робочої температури в області -207 градусів, мала верхній ліміт вимірювань +27 градусів. Інженер, який контролює роботу, може отримати тільки два параметри - "тепло на" і "температурний не вище +27 градусів". В реальності постійно нагрівач швидко випаровується киснем і, продовжуючи працювати в порожньому резервуарі, нагрівається до +540 градусів. Десь в величезному комплексі будівель стартового майданчика був рекордером, закріпивши постійний струм обігрівача замість циклів «на-включ», але ніхто не виглядав на його стрічці перед ДТП. Нагрівається до +540 градусів, нагрівач розтоплюється трубопровід, а дроти перетворилися в детонатор.
Ненормальний нагрів не може бути закріплений безпосередньо - резервуар був добре ізольований, тому вогонь в модулі сервісу не може виникати, а аномальна температура тривала до заправки передпокою, коли новий рідкий кисень охолоджується всередині бака.

Акценти
Аполлон 13 Крю

Зліво праворуч: Lovell, Swigert, Hayes. Вони фотографувалися в поспіху через заміну екіпажу.

Джим Lovell, командир програми ветеранів, вилетів двох місій Gemini і орбітував місяць на Аполлоні 8.
John Swigert - це пілот командного модуля. Першим рейсом в космос, був в резервному екіпажі, переведений в основну екіпажу кілька днів до рейсу через те, що основна бригада астронаут - Кен Маттично був контакт з астронаутом Чарльзом Дюк, який контрактував рубель, і не був імунітетом до рубелі. Перший байкер серед астрономів.
Fred Hayes є місячним пілотом модуля. Перший космічного польоту.

Х'юстон МКС

Ген Кранц - голова Білої команди, головний перехід рейсу (в цілому були чотири зсуви), а також головний менеджер польоту.



Біла команда. Місія невідомого.

Випадковий 55 годин 54 хвилин. Ще одна активація системи змішування бака (вимкнено регулярно, частіше ніж раз на добу) викликала коротку схему в баку No два. Теплоізоляція спійманий вогонь:


Пиття тефлону в кисневому кольорі, фото польового експерименту для відтворення нещасного випадку.

Пиття тефлону в кисневому стані викликало різке нагрівання бака і збільшення тиску, що перевищує межі міцності резервуара. Зайдіть верхню кришку бака:


Розрив кришки, фото повномасштабного експерименту для відтворення нещасного випадку.

З різким збільшенням тиску, щоб вийти на шкіру аркуша розділу модуля послуги:


Відхилення панелі, фото повномасштабного експерименту для відтворення нещасного випадку.

Крім того, удар від провалу кришки бака викликало ненормальне закриття клапанів паливних клітин 1 і 3, що призводять до їх відключення через три хвилини і призвело до порушення герметичності трубопроводів кисневого бака No1. Після 130 хвилин тиск в кисневому баку номер один скинув до нуля - модуль команди втраченої води і енергії. Від Землі на відстані 320,000 кілометрів.


Фото з наземного телескопа.

"Хустон, у нас була проблема тут"

Схема польоту.

«Хустонь, ми маємо проблему тут.» Астронавти і МКС, звичайно, не мають повного знання ситуації, описаного в попередньому пункті, тому перші хвилини люди намагалися розібратися в тому, що сталося. У будь-якому космічному інциденті спочатку необхідно встановити, чи є це реальна проблема або відмова датчиків / telemetry. По-перше, екіпаж перезавантажив комп'ютер, повідомляє про показання індикаторів, підключені паливні елементи до різних силових автобусів, щоб дізнатися, що сталося. Через 20 хвилин Джим Lovell повідомив, що він побачив деякі витоки газу з модуля сервісу - проблема була чітко дуже серйозною, і вона була далеко від.
У цей час ще один ловфрасовий звучав на МКК - "Гуїс, давайте вирішення проблеми". Не робіть речі гірше, здогадуючи. ?
Початкове завдання було намагатися зберегти решту кисню в резервуарі No1. Незважаючи на всі спроби, сайт витоку не може бути ізольований, тиск продовжував падіння. Єдина можливість стала включенням місячного модуля, що стала життям. Робота повинна здійснюватися дуже швидко, одночасно відключаючи модуль команд і в тому числі місячний. Увімкнення на місячний модуль відповідно до інструкцій три години. При збільшенні швидкості витоку палива, і коли стало зрозуміло, що паливна клітинка тривала менше п'ятнадцять хвилин, необхідно змінити процедуру перемикання на ходу. Навігація окремої проблеми. Необхідно переписати дані гіросстабілізованої платформи модуля командного модуля, перерахувати (знімання кутів командного модуля і місячного модуля були не строго 180 градусів) і ввести отримані дані в гіростабілізовану платформу місячного модуля. Проведено комплексну процедуру. Модуль командний вимкнений, модуль місячної дії.

Вибір диффикулта і перша виправлення траєкторії Наступне завдання було вибрати режим повернення. Всі Аполлони летять на траєкторії (так звані безперешкодні траєкторії), які дозволили їм літати по місяцях і землі на Землі. У зв'язку з цим всі посадки Аполлона були біля місячного еквататора. У той же час були режими аварійного повернення, коли досить довгий пульс двигунів повернув судно до Землі без літаючих по місяцях:
Після того, як на траєкторії безкоштовної повернення було ще одне ловфрассе - «Неприпустимо варіант»), було прийнято рішення про перебування на траєкторії безкоштовного повернення. Акументи:

1. Варіант зйомки місячного модуля для зменшення маси, яка повинна бути гальмована, стала неможливою.
2. Опція за допомогою двигунів місячного модуля, при цьому досить палива, не дала помітного збільшення часу. А скидання модуля сервісу може порушити тепловий режим теплового щита внизу командного модуля. Пошкодження теплового щита неможливим.
3. Витратні матеріали (вода, електрика) вистачало безкоштовно.
4. Головний двигун модуля сервісу може бути пошкоджений і його використання був великим ризиком.
5. У салоні вже близько місяця і аварійно-повернулися маневри стали менш вигідними.

Проте, Аполлон 13 вже залишив безперешкодну траєкторію. Для висадки в обрану область необхідно невелике відхилення. Таким чином, потрібно було зробити корекцію з двигуном посадки місячного модуля, перетворюючи його на 30 секунд. Ще одна проблема була навігація. Шматочки теплоізоляції, розірвані руйнуванням кисневого бака, тушковані в кількості навколо корабля, стають помилковими зірками. Ми повинні використовувати сонце, щоб перевірити точність орієнтації. На щастя, дані були передані правильно, а гіростабілізовані платформи працювали належним чином, навігація залишалася точною, а корекція була успішною.

У ПК+2 траєкторії не потрібно нічого маневру. Пройшов два години після пері-сеttlement (перідент орбіти навколо місяця), тому його просто називали «ПериСеленіум +2» (PC+2). Завдяки йому, точка посадки зрушила з індіанців до Тихоокеанського океану, де зазвичай розташовувалися основні посадочні кораблі, а час висадки перемістили на 10 годин. Приземний двигун місячного модуля, призначений для одного повороту на перед посадкою, був перетворений на другий раз, і він працював протягом 4 хвилин 24 секунд.

Модуль місячний на акумуляторах, не паливних клітинах. Тому з одного боку кисневий був рясним, бо його використовували для заповнення місячного модуля після досягнення поверхні місяця. З іншого боку, електрика і вода були в сильному дефіциті. Модуль призначений для роботи двох людей на добу і половину, але зараз передбачається надання трьох осіб на чотири дні. Таким чином, після виходу корабля з-за диска місяця всі можливі заходи були прийняті для економії електроенергії і води. Вода споживана людьми і витрачається на охолоджувальне обладнання. Так все в місячному модулі було вимкнено, і люди змушені витримати спрагу. При підготовці до сну в командному модулі з'являється на вікнах, він швидко охолоджується і ніколи не прогрівається до посадки. У місячному модулі ситуація була трохи краще, але навіть там було так холодно, що вода оселилася на стінах і панелях.

На англійській мові є ідіом - "швидкий шпилька в круглому отворі" - "крапка в круглому отворі". Це означає людину в неправильному місці. І в польоті Аполлона 13, ідіома стала реальністю. Незважаючи на велику кількість кисню, екіпаж мав проблему дихання. Справа в тому, що видихлений вуглекислий газ необхідно вбирати чимось. Більше 15% вуглекислого газу в заспокійливому повітрі призводить до порушення зору, потім свідомості і в кінцевому підсумку смерті. У місячному модулі були круглі каністри гідрасу літію, які поглинали вуглекислий газ. Але вони були відсутні. У модулі командного модуля вистачало літієві гідроки, але вони були квадрати:


Фото з фільму "Аполло 13", але сенс дуже вірний.

Отже, завдання було швидко створити спосіб приклеїти квадратний шпильку в круглий отвір. Особлива команда, що приймає такі ж матеріали, як на Аполлоні 13, швидко змонтувала адаптер і написав інструкції з монтажу. Ідея була досить проста - в пакеті, в якому подається повітря з насоса повітряної системи. Пакет був прийнятий з пакету польотних костюмів, шланга - від космічних костюмів, закріпивши його стрічкою, кладуть зігнуту кришку польотного плану як стружка для рівномірного розподілу повітря, а звичайний отвір в каністру закривається носком і скотився з однаковою стрічкою.


Перехідник і робочий пристрій. Запахає лушпиння. . .

В космосі було відправлено інструкції по Аполлону 13 та аналогічний адаптер. Вирішена проблема вуглекислого газу.

Паралельно всі ці випадки були надзвичайно важко працювати, щоб створити процедуру запуску модуля команди. Без включення модуля команди, посадка неможлива. І включення було ускладнено тим, що його акумулятори вже частково розрядилися, а порядок перевороту на повністю відключений модуль командного модуля не тільки розвивався заздалегідь, не думав про те, що тренажер не був перевірений. Джон Аарон, сталевий ракетний апарат, який врятував Аполлон 12, під керівництвом команди для створення процедури. У часовій обмеженій обстановці (модульний модуль, який недорогий до Землі), вони приходили до ідеї розгортання силового автобуса, який був розроблений для аварійної влади місячного модуля. Від модулю великогабаритних амперів, які були відсутні для запуску командних модульних систем, були отримані з місячного модуля, а процедуру було готово вчасно.

На 97 годин часу польоту вибух стався в одному з батарейок місячного модуля. Нормально виділяється при експлуатації батарей, водню і киснем, накопичених в відсіку одного з батарей і випадкової іскри привели до вибуху. На щастя, цей вибух не приніс ніяких проблем, три батареї працювали, четвертий трохи зменшився його заряд.

Весь час, що повертається з місяця, судно накопичило проблему, причина якого ніхто не може встановити. Для нормальної посадки судно повинно бути в досить вузькому діапазоні кутів входу в атмосферу. Занадто невеликий кут і корабель буде відхиляти атмосферу, як плоска скеля з води, занадто великий кут, і корабель буде спалювати через занадто багато тепла під час гальмування. І невідома сила при польоті викликала кут в'їзду до повільно, але невпинно зменшується. Здається, що всі сили, що діють на судно, були враховані. Навіть викиди сечі перенаправлення заборонено так, щоб реактивна сила не зіпсувала траєкторію, але все в варті - кут виходився за допустимими лімітами. Потрібна інша корекція. Щоб зберегти електрику, це було здійснено вручну, не включаючи комп'ютер. Приземний двигун місячного модуля перетворився на 14 секунд на 10% тяги, протягом третього часу. Час був також виміряний вручну за допомогою зап'ястя. Корекція була задовільною, кут в'їзду в атмосферу була в межах прийнятних лімітів, але пізніше буде потрібна інша корекція.
Вже після польоту було встановлено, що реактивна сила була створена водовідведенням з системи охолодження місячного модуля. Перед тим, як модуль мастила ніколи не був у вільному рейсі досить довго для цієї невеликої сили, щоб стати помітним.

На 108 годин польоту був розрив запобіжної мембрани прискорювача. Хелій, призначений для однієї операції перед посадкою на місяць, нагрівався перед першою корекцією після аварії. Тиск в резервуарі постійно зростає, а розрив у мембрані безпеки був неминучим. Втрата газу надала, що двигун місячного модуля не може бути запущений. Але потрібна інша корекція. Ми повинні використовувати орієнтаційні двигуни місячного модуля. На щастя, імпульс був невеликий, тільки 22 секунди значно менш потужних орієнтаційних двигунів, а корекція на 137 годин польоту була успішним.

Перед висадкою багато операцій повинні виконуватися. Спочатку необхідно перенести баласт до модуля команди - непотрібні речі, які замінили 45 кілограмів місячних скель. Такий баласт став камерами, іншими тріфлами, і планшетами, які планували залишити на місяць – Любов вирішив взяти його як сувенір.
По-друге, потрібно було ввімкнути на командний модуль, і дати кілька днів від часу і кількості вологи на стінах, це був захоплюючий момент. На щастя, процедура була розроблена правильно і модуль повертається до служби для короткого терміну служби батареї. Після чого модуль сервісу був знімний. Він був відкидний, повільно обертається, а астрономи були здивовані, щоб побачити, скільки шкоди було викликано ДТП - вся панель була розірвана:


По-третє, необхідно відмовитися від місячного модуля. Астронавти сумно розпилювали модуль, який не взяв їх до місяця, але врятував життя.
І четвертий, необхідно перевірити правильність орієнтації модуля команди. З моменту фінальної частини рейсу відбувався в тіні Землі, вимірюється час висвітлення Землі місяця. Час збігався з розрахунками МКК, орієнтація була правильною, а потім працювали комп'ютери.

Охолодження місячного модуля знову вдалося зменшити кут в'їзду в атмосферу, тому корабель був довше звичайною без зв'язку щільних шарів атмосфери, які обов'язково зробили людей, які турбується. І після відновлення зв'язку, останній інтриг залишився - вийде парашути? На щастя, вони працювали, і вся планета може радіти жити для успішного повернення будинку астрономаутів.


Уроки

• Аполлон 13 продемонстрував великі проблеми, які мали зміни специфікацій, проблеми з невеликою документацією, а також недоліки малих випробувань.
• Другий урок, який ми можемо дізнатися з цієї історії, полягає в тому, що кваліфікована, добре налагоджена, мотивована команда, з кваліфікованим лідером, зробить все можливе, і навіть трохи більше, щоб досягти успіху в проекті, подолання різноманітних проблем.
• Але фраза «Неприпустимий варіант» тепер іноді небезпечна неправомірна. Аполлон 13 повернувся успішно тільки тому, що величезні ресурси були проведені сценарії аварійних ситуацій, задні критичні системи та інші заходи безпеки. Ви можете сказати, що “неприпустимо” при виникненні проблеми, щоб заохочувати команду. Намагатися відреагувати себе, кажучи «без збою» при порушенні ризик-менеджменту та інших заходів безпеки є кримінальною недбалістю.
• І останній урок, не з поля управління проектами, але загальний філософський. Аполлон 13 не висаджував на місяць, і здається, бути перемогою. Але кількість викликів, які були подолані, професіоналізм, що люди показали, і якість, яку показали технології, є справжнім тріумфом місії.

Епілог і ноти Це повідомлення від серії "Космічні уроки від нещасних випадків". Перший пост цієї серії для тих, хто цікавиться.
Я розумію, що є багато про технології в цій пошті, дуже мало про людей, і багато залишається позаду. Припустимо, для цього необґрунтування, переглядаючи фільм Аполлон 13, варто дивитися, навіть якщо ви не особливо любите простір.

Джерела:

1. Вікіпедія та джерела, що містяться у своїх статтях.
2. Lovell Jim і Kluger Джеффрі, Lost Moon: Периліозний Voyage of Apollo 13 Є переклад Хартикова, але це дуже нерівномірно, часто важко місця передається правильно, а потім деякі розмиття перекладу. Якщо немає інших перекладів, рекомендується читати. Аудіокнига англійською мовою.
3. "Машини Моон", Науковий канал, 2008 епізод "Люнарний модуль".
4. "Коли ми вліво Землі", "Відкриваємо канал, 2008, епізод чотири.
5. Земля на Місяць, ХБО, 1998
6. Колекція цифрових зображень в Україні – фото.
7. Аполлон вилучення до місяця.
8. "Повага з переліку можливостей для виключення! - NK, 2006.

Джерело: habrahabr.ru/post/220049/