Подождите...Каталог
Только сейчас выяснилось, насколько серьезные проблемы возникли во время первого испытательного полета космического корабля Boeing CST-100 Starliner с экипажем на борту. Об этом стало известно из рассказов астронавтов Барри Уилмора и Суниты Уильямс, которые вернулись на Землю после 9,5-месячного «плена» на МКС.
Их злосчастный полет начался 5 июня 2024 года. Планировалось, что он продлится 8 дней. Вместо этого астронавтам пришлось задержаться на борту Международной космической станции (МКС) на 9,5 месяцев и вернуться на Землю на «попутке». Согласно официальным сообщениям, проблема состояла в том, что несколько двигателей ориентации во время стыковки барахлили. Но поскольку различных двигателей на борту «Старлайнера» аж 64 то, казалось, ничего страшного в этом не было. Во всяком случае представители «Боинга» бодро выражали уверенность в том, что корабль сможет безопасно доставить астронавтов на Землю, и тот факт, что в конце концов NASA решило сажать корабль без экипажа, в автоматическом режиме, выглядел как простая бюрократическая перестраховка. И только сейчас выяснилось, что произошло на самом деле.
Начиналось все хорошо. Старт, впрочем, несколько раз откладывался, но для испытательного полета это обычное дело. На орбиту корабль выводила, кстати говоря, ракета-носитель Atlas V (это был ее 100-й полет) с российским двигателем РД-180 на первой ступени. Это двигатель семейства легендарного РД-170, до сих пор самого мощного жидкостного ракетного двигателя в мире, который в 1988 году отправил в свой первый (и последний) полет многоразовый «Буран», правда без людей на борту. Таким образом, американцы первыми сертифицировали наши замечательные двигатели для пилотируемых полетов. Отечественной космонавтике, наверное, можно было бы этим гордиться, если бы сама она до сих пор не отправляла в космос людей с помощью модификаций ракеты-носителя Р-7, разработанного почти 70 лет назад.
Первые проблемы начались вскоре после выхода «Старлайнера» на орбиту. Поначалу, впрочем, они не выходили за рамки бытовых неудобств.
Уильямс: «Ночь, которую мы провели в корабле, была довольно холодной. Мы пожертвовали частью своей одежды, чтобы доставить больше оборудования на станцию. У меня осталась только тонкая футболка с длинным рукавом, и я подумала: "Боже, как холодно!" Батч ответил: "Мне тоже". В итоге мы надели ботинки, а потом я и вовсе залезла в скафандр. Затем он сказал: "Может, и мне стоит надеть свой". В итоге мы оба оказались в скафандрах. Возможно, это из-за того, что нас было только двое».
Уильямс имела в виду, что стандартный экипаж «Старлайнера» должен состоять из 4 человек, поэтому система жизнеобеспечения была рассчитана на отвод тепла от как минимум вдвое большего числа людей, чем находилось на борту. Что касается отсутствия теплых вещей, то оно было связано с необходимостью срочно доставить на МКС новый насос для вышедшего из строя туалета. Насос, между прочим, весил 64 кг, из-за чего экипажу пришлось лететь без личного багажа.
Уилмор: «Было точно не больше 10°С, если не холоднее. Пока мы суетились и были заняты работой и тестами после старта, мы не замечали холода. Но как только успокоились – сразу почувствовали. Мы специально не взяли спальные мешки. Я собирался просто пристегнуться к переборке, думая, что свитера и штанов хватит. Но нет, было очень холодно. Я даже залез в скафандр, натянул на себя всё – ботинки, перчатки. И всё равно было холодно».
Между тем начали возникать проблемы посущественнее: утечка гелия. Гелий на борту необходим для вытеснительной (давлением наддува) подачи топлива из баков. Первая утечка обнаружилась еще до старта, но ее посчитали незначительной. Однако уже на орбите телеметрия обнаружила еще две утечки, а в ходе полета образовались еще две. Специалисты «Боинг» боролись с этой напастью, отключая «сифонящие» участки системы наддува на период, когда двигатели не работали, и подключая их только на время динамических операций. Утечки были небольшие и срывом полета не грозили. Интересно другое. Ровно пять утечек гелия были зафиксированы и в предыдущем, беспилотном испытательном полете. И инженеры «Боинга», очевидно, так и не смогли с ними справиться. Или не захотели. Неизвестно, что хуже.
Но все это мелочи по сравнению с тем, что началось на следующее утро. Прежде чем описывать эти события в подробностях, необходимо разобраться в устройстве «Старлайнера». См. схему ниже.
A) Модуль экипажа (многоразовый, в данном полете использовался модуль с собственными именем Calypso)
B) Служебный модуль (одноразовый).
Всего на корабле 64 двигателя. Все – производства компании Aerojet Rocketdyne (в 2022 году была куплена компанией L3Harris Technologies). Все работают на долгохранимых, хотя и токсичных компонентах топлива. Но не все одинаковы.
12 двигателей MR-104J тягой по 45 кгс размещены непосредственно на спускаемом аппарате и служат для управления его ориентацией при входе в атмосферу. Остальные размещены на служебном модуле.
4 самых мощных RS-88 тягой по 18 тс каждый предназначены для работы в составе системы аварийного спасения при аварии ракеты-носителя. Они способны спасти экипаж даже при взрыве на стартовом комплексе. На фото ниже – испытания системы аварийного спасения, уводящей корабль с уровня земли.
На «Союзах», например, такие двигатели располагаются в «башенке» на вершине ракеты-носителя. При достижении определенной высоты эта «башенка» отстреливается и избавляет корабль от лишнего груза. Американцы зачем-то тянут дополнительную массу в космос.
20 двигателей OMAC (orbital maneuvering and attitude control – орбитального маневрирования и ориентации) тягой по 680 кгс используются для изменения орбиты, а также для поддержания ориентации корабля во время работы системы аварийного спасения.
Но для причаливания к МКС они не годятся. Слишком резкими и неточными получаются маневры, что может привести к соударению со станцией. Тут нужна филигранная работа, поэтому для стыковки применяют 28 двигателей RCS (reaction control system – реактивная система управления) тягой по 40 кгс, которые работают сериями коротких импульсов.
Двигатели OMAC и RCS на командном модуле сгруппированы в четырех двигательных отсеках, которые конструкторы обозвали «конурами». На фото ниже видны внутренности такой «конуры».
Можно различить более крупные сопла OMAC-двигателей и сопла RCS-двигателей меньшего размера.
Именно с ними и возникли проблемы.
Уилмор: «Перед полетом у нас было совещание с топ-менеджерами Boeing, включая главного инженера (речь о главном инженере дивизиона оборонной и космической продукции Boeing Навиде Хуссейне. Да, вы не ослышались. Главный инженер Boeing носит фамилию Хуссейн, – прим. НИКСа). Навид спросил, что меня беспокоит больше всего. Я ответил: "Двигатели и клапаны", потому что у нас уже были отказы в беспилотных миссиях. Аппаратуру ведь не вернешь. (Служебный модуль с двигателями сгорает при возвращении, – прим. НИКСа). Мы можем лишь анализировать данные и предполагать: "Наверное, это был какой-то мусор" или что-то подобное. И я сказал, что это беспокоит меня больше всего. Про себя я думал: "Если мы потеряем двигатели, то можем оказаться в ситуации, когда корабль станет неуправляемым". И что же произошло? Мы потеряли первый двигатель».
Когда «Старлайнер» приблизился к вертикальной оси станции на 260 метров, Уилмору из-за проблем с двигателем пришлось перейти на ручное управление.
Уилмор: «Подойдя еще ближе, мы потеряли второй двигатель. Теперь у нас оставался запас надежности лишь на единичный отказ для сохранения управляемости по всем шести степеням свободы. Понимаете, что это значит?»
Это значит, что отказ еще двух двигателей может сделать корабль неуправляемым. Шесть степеней свободы – это перемещения вперед-назад, вправо-влево, вверх-вниз, тангаж, рыскание и крен.
Уилмор: «Мы были на грани, и я думал: "Нам, наверное, придется уйти от станции". Я знал правила полета, но не знал, что руководители уже обсуждали их отмену. Мы потеряли два двигателя, и никто не понимал почему. Они просто отключились».
По правилам NASA, если двигатель отказывает во время стыковки, ее необходимо прервать и отвести корабль для оценки ситуации.
Уилмор: «Мы вышли на вертикальную ось станции, я перешел на ручное управление – и тут отказал третий двигатель. Причем все они выходили из строя в одном направлении. Я представлял себе эту картину: два нижних двигателя потеряны. Теоретически можно потерять четыре, если они сверху и снизу, но если откажут разнонаправленные – например, нижний и левый, – то управление станет невозможным. А мы потеряли два нижних и один боковой. Теперь у нас ноль запаса. Мы уже должны были прекратить стыковку, но вместо этого я продолжал управлять вручную. И корабль реагировал более вяло, чем в первый день. Это был уже не тот аппарат. Я еще мог управлять, но всё было иначе».
Чтобы разобрать во всех эти «сверху-снизу» и «справа-слева», обратимся к схеме с видом «Старлайнера» сзади. Именно ее «чертил» в голове Уилмор, рассказывая о происшествии.
Прежде всего, отметим, что выбивало только двигатели ориентации (RCS-двигатели), расположенные на днище служебного отсека и предназначенные для перемещения корабля вперед. Именно это имел в виду Уилмор, говоря, что «все они выходили из строя в одном направлении». Видимо, причина в том, что при стыковке на них легла основная нагрузка. Именно они должны «подталкивать» корабль к станции.
Далее нужно учесть, что, говоря про верх и низ, астронавт имел в виду не передние и задние RCS-двигатели, а те, что расположены выше и ниже относительно него, как если бы он в качестве пилота сидел в кабине самолета. То есть двигатели 1 и 2 на схеме выше он называл нижними, 3 и 4 – боковыми правыми, 5 и 6 – верхними, 7 и 8 – боковыми левыми. Теперь разберем подробнее «картину», которую он нарисовал.
Уилмор говорит, что выбило нижние двигатели, то есть номер 1 и 2. Далее он объясняет, что теоретически движение вперед будет возможно, даже если отключатся четыре двигателя, но только если это будут только верхние и нижние двигатели. И это понятно. Ведь даже при выходе из строя двигателей 1, 2, 5 и 6 для создания поступательного движения вперед останутся пары правых и левых двигателей – 3, 4, 7 и 8.
Иное дело, если при вышедших из строя нижних двигателях 1 и 2 начнут барахлить боковые движки. Если, к примеру, вдобавок к нижним сломаются два правых – 3 и 4, то двигаться вперед станет невозможно, потому что при включении любой комбинации оставшихся двигателей 5, 6, 7 и 8 суммарный вектор их тяги окажется несимметричным относительно центра тяжести корабля, из-за чего он начнет вращаться. Конечно, это вращение можно остановить с помощью RSC-двигателей, расположенных в передней части служебного модуля и работающих на торможение, но вперед корабль не полетит, поскольку такое воздействие сразу же нейтрализует составляющую вектора тяги двигателей 5, 6, 7 и 8 вдоль продольной оси корабля.
Именно поэтому Уилмор говорит, что после того, как выбило два нижних и один боковой двигатель, следующая поломка могла лишить корабль управляемости. Астронавт не уточняет, с какого борта вышел из строя третий двигатель, но предположим, что это был номер 3. Даже после этого еще можно было потихоньку двигаться вперед, используя симметричные относительно центра тяжести двигатели 4 и 8. Но выход из строя одного из них делал стыковку физически невозможной, поскольку корабль полностью терял управление по одной из шести степеней свободы (вперед-назад).
В отличие от компании SpaceX, которая сама управляет своими кораблями Crew Dragon из собственного центра управления в Калифорнии, «Боинг» решил доверить управление своими кораблями ЦУПу NASA, тому самому легендарному «Хьюстону», которому астронавты жалуются на свои проблемы. А по правилам агентства рандеву со станцией надо было отменять после выхода из строя первого же двигателя, поскольку это произошло непосредственно перед стыковкой. Однако дежурный руководитель полета Эд Ван Сайз решил продолжать стыковку.
Уилмор: «И вот часть, которую вы точно не слышали: мы потеряли четвертый двигатель. Теперь у нас не было полного контроля по 6 степеням свободы. Мы не могли двигаться вперед. Теоретически, остальные оси еще работали. Но я думал: "F-18 управляется через дистанционную систему управления – ты даешь команды, а компьютер распределяет их по рулям. А как это работает в Starliner?" Я даже не задумывался об этом раньше».
Судя по словам астронавта, был потерян еще один боковой RCS-двигатель, причем соседний выбывшему ранее. При таком раскладе, какой бы хитроумной системой управления ни обладал «Старлайнер», двигаться вперед он больше не мог физически. Разумеется, оставались еще 20 OMAC-двигателей орбитального маневрирования и в лихом космическом блокбастере отважный Брюс Уиллис непременно воспользовался бы ими для разудалой стыковки. Думаю, в кино для пущего эффекта легко запалили бы и двигатели аварийного спасения с тягой по 18 тонн каждый. Ведь всем понятно, что Брюс не подведет. Но в реальной ситуации об этом даже не думали. Никто не хотел протаранить станцию.
Фактически, Уилмор больше не мог полностью контролировать корабль. Но самое худшее, что и отмена стыковки не была выходом – те же RCS-двигатели, оказывается, нужны и для возвращения на Землю. Именно они точно ориентируют корабль перед и во время выдачи тормозного импульса. Ситуация складывалась безвыходная.
Уильямс: «Мы многое не проговаривали вслух, но понимали: "Мы в очень опасной ситуации". Оба чувствовали, что лучше бы нам пристыковаться к станции, которая прямо перед нами».
Уилмор: «Я не был уверен, что мы вообще сможем вернуться на Землю. Скорее всего, нет. Вот мы здесь: четыре двигателя потеряны, управление нарушено. Я представлял себе орбитальную механику: станция направлена носом вниз, а мы ниже нее. Если ты ниже – ты движешься быстрее и пролетаешь мимо. Я всё это просчитывал в голове. Что, если откажет еще один двигатель? Что, если мы потеряем связь? Что тогда делать?»
В этой ситуации руководитель полета принял решение, к которому в первую очередь прибегает любой пользователь внезапно «зависшего» электронного устройства — перезагрузка. Было понятно, что двигатели не взорвались и не сгорели. Скорее всего, их один за другим отключала система управления из-за того, что какие-то параметры выходили за допустимые пределы. Решено было просто перезагрузить систему управления. И это сработало: два из четырех отказавших RCS-двигателей заработали.
Уилмор: «Теперь у нас снова был один запасной. Но затем отказал пятый двигатель. Что если бы он вышел из строя раньше? Не знаю, что бы случилось. Думаю, это была воля Божья, что два восстановились до этого. Теперь мы опять оказались на нулевом запасе. Управление было вялым. Мы не только видели разницу в реакции, но и слышали ее: клапаны трещали, как пулемет».
ЦУП решил еще раз перезагрузить двигатели. После этого все, кроме одного, восстановились. Теперь корабль мог лететь автоматически. Когда Уилмора попросили передать управление для финального подхода, он колебался.
Уилмор: «Я очень переживал. Раньше я даже говорил руководителям: "Если придется отдать управление автоматике, я могу отказаться". Но теперь, когда двигатели восстановились, я решил рискнуть. И в итоге мы состыковались».
Уильямс: «Я была счастлива. Если видели запись, я даже станцевала от радости. Во-первых, потому что обожаю космос. Во-вторых, потому что Starliner долетел. Я думала: "Фу, теперь можно перевести дух и разобраться, что случилось"».
Уилмор: «Я думал: "Возможно, мы не вернемся на этом корабле"… Я был настроен скептически. После того, что произошло, я не верил, что мы сможем вернуться. Хотел верить, но это было бы крайне сложно».
Пока Уильямс в космосе плясала от радости, что выбралась из «Старлайнера» живой, на Земле были проведены дополнительные тесты, которые, к удивлению специалистов «Боинга», показали, что RCS-двигатели перегреваются при интенсивной работе, из-за чего происходит деформация тефлоновых уплотнителей, которые вздуваются и затрудняют подачу топлива. Почему этого не обнаружили раньше?
Оказывается, специалисты «Боинга» ограничивались стандартными приемо-сдаточными испытаниями летных экземпляров двигателей и не проверяли их на полный полетный цикл (1000 импульсов от старта до стыковки и 500 от расстыковки до приземления). Кроме того, выяснилось, что теплоизоляция «конуры» (двигательного отсека) не дает двигателям правильно охлаждаться. Видимо, двигатели испытывали отдельно, а не в сборке. И без учета факторов влияния космического пространства. Потому что не был учтен нагрев от солнца, которое светило на заднюю часть корабля в течение стыковки.
При этом напомним, что речь идет не о каких-то квантовых технологиях, а о тривиальных гидразиновых двигателях, которые с начала космической эры применяются практически на всех КА и работают на них годами без малейших проблем. Именно такие двигатели на российских кораблях «Прогресс», например, используются для подъема орбиты МКС. Во время такой операции они работают по 15 минут – и ничуть не перегреваются. А американские – деградируют. До какой же степени должны были деградировать инженеры «Боинга», чтобы поиметь проблемы с такой системой.
Но самое интересное, что даже после этих тестов представители «Боинга» продолжали настаивать, что корабль может безопасно спустить экипаж с орбиты. Помешала их планам завершить полет и отчитаться о полном успехе достаточно странная коллизия.
Как мы помним, после перезагрузки компьютера восстановились все неисправные двигатели, кроме одного. И последующие проверки на пристыкованном к МКС корабле показали, что 7 из 8 RCS-двигателей на задней части служебного модуля нормально работают. Если дело было в уплотнителях, то непонятно было, каким образом они вдруг избавились от деформации и стали нормально пропускать топливо. Как ни странно, если бы двигатели во время проверок на орбите показали сниженные характеристики, то экипажу, скорее всего, приказали бы садиться на «Старлайнере», поскольку наземные испытания «Боинга» показали, что даже с деформированными уплотнителями двигатели смогут выполнить свою работу, причем с 5-кратным запасом. Но RCS-двигатели на орбите работали нормально. А это значило, что причина их выхода из строя во время стыковки остается неизвестной. Поэтому NASA, несмотря на уверения специалистов «Боинга», решило не рисковать.
Уилмор и Уильямс остались на МКС, а «Старлайнер» спустился на Землю в автономном режиме. При этом возникла еще одна проблема. У каждого члена экипажа МКС должно быть место в одном из кораблей на случай аварийной эвакуации со станции. Но прислать Crew Dragon с двумя пустыми креслами нельзя было до тех пор, пока «Старлайнер» не освободит стыковочный узел. В результате с 7 по 30 сентября 2024 года два астронавта остались без мест в «спасательных шлюпках». В качестве альтернативы им приготовили два импровизированных кресла на борту пристыкованного к МКС Crew Dragon (корабль 4-местный, но в нем есть отсек для грузов). Места им соорудили в «багажнике» из привязных ремней и каких-то упаковок (на фото ниже).
Во время автоматической посадки «Старлайнера» телеметрия показала перегрев двух RCS-двигателей, но 27 из 28 (один так и не заработал) нормально работали. Возможно, потому что нагрузка на них была ниже, чем при стыковке. Или Солнце не светило в спину. Зато после разделения вышел из строя один из 12 расположенный на модуле экипажа двигателей MR-104J для управления ориентацией капсулы при входе в атмосферу. В «Боинге» поспешили заверить, что это совсем другая проблема, не связанная с предыдущей, как будто появление новой проблемы чем-то лучше, чем повторение старой.
Напоследок перечислим все казусы «Боинга» при создании «Старлайнера», чтобы не показалось, будто описанный выше случай стал каким-то исключением в череде блестящих достижений.
В заключение хочется еще раз подчеркнуть, что неудачи преследуют «Боинг» не только в космосе. Достаточно напомнить о том, как в 2018 и 2019 годах неожиданно спикировали в землю два Boeing 737 МАХ, оборвав 346 жизней. Постарались нанятые в Индии программисты. И то флагман американского аэрокосмического бизнеса ничуть не смутился, требуя уменьшения выплат родственникам погибших на том основании, что жертвы тех авиакатастроф умерли так быстро, что не испытали страданий. А тут речь шла всего о парочке астронавтов. Стоит ли беспокоиться.
