Wstydliwa choroba Sojuza- problem z separacją modułów (1969-2008 r.)
12 stycznia 2015 1 komentarz
Poniższy artykuł po zmianach redakcyjnych został opublikowany w czasopiśmie Astronautilus Z racji zamknięcia wydawania magazynu a chęci zapoznania Was z tą niesamowitą historią postanowiłem zamieścić go na swojej stronie w oryginalnej wersji w jakiej przesłałem tekst do redakcji.
autor: Orland Krzyżanowski
Ostatnie sekundy odliczania do startu rakiety to atmosfera pełna napięcia. Zainteresowani dzięki przekazowi internetowemu od kilku lat mogą śledzić na żywo tego typu wydarzenia (najczęściej za pośrednictwem NASA TV). Emocje są większe, gdy w kłębach pary i huku silników na orbitę udają się ludzie. Jeżeli wszystko pójdzie dobrze w ciągu kilku minut osiągną bezpieczną orbitę. Jeżeli nie, to najprawdopodobniej program lotów załogowych pechowego państwa zostanie wstrzymany na dłuższy czas.i
Po wykonanej misji przychodzi czas powrotu na Ziemię. Jest to tak samo jak nie bardziej niebezpieczne dla powodzenia lotu co start. Poświęca się temu etapowi mniej uwagi (wyjątek stanowiły loty wahadłowców) ograniczonej najczęściej do krótkiej informacji o udanym powrocie kapsuły na Ziemię. Media głównego nurtu często pomijają sprawę, chyba że pojawi się jakaś nieprawidłowość. Statystykaii pokazuje, że mniejsze zainteresowanie tą fazą lotu jest nieuzasadnione. Powroty na Ziemię ocierały się częściej niż mogłoby się wydawać o doświadczenia bliskie śmierci. Co więcej lądowanie to często dopiero początek przygody po misji o rutynowym przebiegu.
Ciekawostka- na zdjęciu powyżej możemy zobaczyć jak wygląda lot w przestrzeni kosmicznej. Klimaty przypominają „Odyseję Kosmiczną 2001”- zdjęcie przedstawia uśmiechniętego kosmonautę w Sojuzie.
Ciekawostka- tak wygląda powrót kosmonautów z przestrzeni kosmicznej w XXI wieku- klimaty zupełnie inne niż te w „Odysei Kosmicznej 2001”
„Konie robocze” Rosyjskiego Programu Kosmicznego- Sojuzy od chwili powstania pod koniec lat sześćdziesiątych (pierwszy załogowy lot 1967 r.iii) do dnia dzisiejszego zawiodły z tragicznym skutkiem „tylko” dwa razy. W czasie pierwszego lotu Sojuz 1, ulegając kolejnym awariom w czasie lotu uśmiercił swojego pilota nie wypuszczając spadochronu po udanym wejściu w atmosferę. Drugim przypadkiem tragicznego finału była misja Sojuza 11 z trójką kosmonautów na pokładzie. Po udanym pobycie na pierwszej w historii stacji kosmicznej Salut 1, kosmonauci oddokowali od niej kierując się z powrotem na Ziemię. Po wejściu w atmosferę statek wypuścił spadochrony i wylądował. Kontrolerzy zdziwieni byli ciszą panującą w eterze. Po przyziemieniu ekipy poszukiwawcze otworzyły właz kapsuły. W środku znaleźli trzy ciała. O ile lot Komarowa nie powinien się odbyć, gdyż stan statku był dobrze znanyiv, to wypadek Sojuza 11 przez pewien czas był zagadką, która stawiała pytanie czy kosmonauci bijąc rekord długości przebywania w kosmosie nie przekroczyli nieznanej barieryv. Czyżby czas spędzony w stanie nieważkości był dla człowieka ograniczony? W wyniku dochodzenia stwierdzono jednak, że przyczyna była mniej skomplikowana, aczkolwiek tragiczna w skutkach. Gdy kosmonauci jeszcze znajdowali się w przestrzeni kosmicznej nastąpił moment odrzucenia modułów serwisowego i orbitalnego. Powstałe podczas separacji siły spowodowały awarię niewielkiego zaworu, który miał wyrównać ciśnienie tuż przed przyziemieniem kapsuły. Zawór otworzył się w przestrzeni kosmicznej i w ciągu kilkudziesięciu sekund całe powietrze zostało wyssane na zewnątrz. Kosmonauci nie mając na sobie skafandrów nie mieli szans na przeżycie.
Obydwa wypadki wydarzyły się we wczesnych latach rutynowych lotów orbitalnych. Od tamtej pory, aż do dzisiaj w programie rosyjskim nie zdarzył się śmiertelny wypadek, którego bezpośrednią przyczyną byłby sam Sojuz (oczywiście występowały mniejsze awarie). Czy zatem pojazd ten po latach kolejnych lotów zakończonych powodzeniem można określić mianem bezpiecznego? W 2008 roku wyszło na jaw, że ma on pewną ukrytą przypadłość. Symptomy pojawiały się bez żadnego określonego wzoru od 1969 roku do ostatniego ujawnionego incydentu w misji TMA-11. Był to problem z separacją modułów. Wszystkie incydenty zakończyły się dla astronautów szczęśliwie, gdyż przeżyli, ale od tragedii dzielił ich włos. Cała historia ujrzała światło dzienne w 1996 rokuvi na etapie planowania i organizacji pracy przy mającej powstać Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, dla której Sojuzy miały pełnić rolę kapsuł ewakuacyjnych. Rosyjskie oficjalne deklaracje na temat bezawaryjności ich rozwiązań zaczęły konfrontować się z rzeczywistością przy współpracy z Amerykanami w programie Shuttle – Mir oraz wychodzącymi różnymi drogami informacjami z przeszłości do tej pory trzymanymi w tajemnicyvii. Okazało się, że w 1969 roku, podczas misji Sojuz 4 i Sojuz 5, które przeprowadziły operację dokowania na orbicie, drugi z tych pojazdów miał nieujawniony przez kilkadziesiąt lat pełen przygód powrót na ziemię.
Powyżej: fotografia przedstawiająca Sojuza z lat 60tych oraz artystyczna wizja pokazująca połączone statki Sojuz 4 i 5 na orbicie z kosmonautą przechodzącym z jednego do drugiego.
Sojuz 5 pilotowany wyjątkowo tylko przez jednego kosmonautę Borysa Wołynowa właśnie deorbitował. Procedura zwyczajowo obejmowała separację modułu orbitalnego i serwisowego, żeby kapsuła powrotna mogła ustawić się pod dobrym kątem do wejścia w atmosferę. Tym razem zdarzyło się inaczej. Sworznie pirotechniczne łączące moduły odpaliły planowo, jednak moduł serwisowy wciąż tkwił przyłączony do kapsuły. Sytuacja okazała się być dramatyczna gdy kosmonauta próbował ręcznie obrócić statek. Niestety rosnący opór atmosfery i „nowy” kształt powracającego pojazdu powodowały, że ustawił się swoją najdelikatniejszą częścią- włazem na szczycie kapsuły, w kierunku gęstniejącej atmosfery.
Konfiguracja statku Sojuz 5 w jakiej wpadł on w atmosferę ziemską w roku 1969 (symulacja: Orbiter Flight Simulator)
Taka pozycja zapewniała całkowite zniszczenie Sojuza i śmierć kosmonauty. Minęły dopiero dwa lata od śmieci Komarowa i tragedia najwyraźniej miała się powtórzyć. Wraz z upływającymi minutami rosło przeciążenie i działające siły. Na wskutek tarcia nagrzane zbiorniki paliwa w module serwisowym nie wytrzymały rosnącej temperatury i wybuchły, a elementy kapsuły zaczęły się odkształcać w wyniku coraz głębszego zanurzania się w atmosferę. Całości obrazu dopełniał zapach topiących się gumowych uszczelek przy włazie, oraz widok dymu za oknem od spalającej się izolacji, którą pokryty był pojazd. Sytuacja wydawała się być beznadziejna. Oczekiwany koniec jednak nie nastąpił. Niespodziewanie pod wpływem działających sił moduł serwisowy oddzielił się od kapsuły. Ta ostatnia w ułamku sekundy zajęła najkorzystniejszą aerodynamiczną pozycję do jakiej została zaprojektowana- osłoną termiczną do przodu. Dzięki temu Wołynow miał przeżyć wejście w atmosferę. Pytanie brzmiało czy inne krytyczne wyposażenie nie spaliło się podczas ostatnich minut. Głównie chodziło o spadochron. Kolejne wyczekiwanie w czasie którego nie można było nic zrobić. Po pewnym czasie swobodnego spadku silne szarpnięcie rozwiało te dylematy. Kapsuła wypuściła spadochron i wytracała prędkość zbliżając się powoli do ziemi. Niespodziewany powrót miał jednak swoje konsekwencje. Lądowanie odbyło się 2000 km od wyznaczonego miejsca w ośnieżonych górach Uralu. Obracająca się kapsuła splątała częściowo linki spadochronu przez co ten ostatni nie mógł się w pełni otworzyć. Dodatkowym problemem było to, że uszkodzeniu uległ rakietowy system miękkiego lądowania. W rezultacie statek uderzył twardo o podłoże. Siła upadku była tak duża, że Wołynow stracił większość przednich zębów… ale przeżył.
Po gorącym przejściu przez atmosferę kapsuła tkwiła zanurzona w śniegu gwałtownie stygnąc. Na zewnątrz panowała temperatura – 38 stopni Celsjusza. Kosmonauta od którego, aż do tej chwili nic nie zależało, musiał podjąć decyzję o swoim losie. Ryzykować zamarznięcie czekając na ekipę ratunkową, która mogła go długo nie znaleźć, czy poszukać schronienia oddalając się od statku? Po wielu godzinach śmigłowce grupy poszukiwawczej dotarły na miejsce lądowania. Właz był otwarty a w środku nikogo nie było. Wołynow zdał sobie sprawę, że przy tak niskiej temperaturze długo nie przeżyje. Wydostał się na zewnątrz i na własną rękę zaczął szukać ratunku. Po kilku kilometrach natrafił na okolicznego mieszkańca, który zabrał go do siebie. Tam też znaleźli go ratownicy.
Wypadki jak te, które były udziałem Wołonowa ukształtowały obecny system treningowy dla kosmonautów lecących Sojuzami. Powyżej obowiązkowy trening survivalowy dla wszystkich korzystających z usług rosyjskiego przewoźnika- bez wyjątku… wylądować można wszędzie.
Problem dał o sobie zapomnieć na kilkadziesiąt lat (w czym pomogło utajenie sprawy przez władze ZSRR). Przez ten czas Sojuzy pracowały na swoją dobrą opinię nie licząc kilku incydentów zasługujących na oddzielne opracowanie.
Jest rok 2007. Od budowanej Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oddokował Sojuz TMA-10. Jest to rutynowa misja dziesiątego z nowej serii TMA pojazdu. Rozpoczyna się procedura deorbitacji. Jakiś czas później, gdy zostaje przywrócona łączność po przerwie spowodowanej najgwałtowniejszym momentem wejścia w atmosferę, załoga melduje kontroli lotów, że kapsuła zeszła z orbity w po trajektorii balistycznej. Lądowanie odbyło się 340 km od wyznaczonego miejsca. Coś poszło nie tak.
Możliwe trajektorie deorbitacji Sojuza. Balistyczna (awaryjna) charakteryzuje się morderczymi przeciążeniami.
Warto wspomnieć, że rosyjskie statki maja możliwość powrotu według trzech programów. Rutynowe zejście automatyczne AUS (Avtomaticheskii Upravlyaemyi Spusk), ręczne, podczas którego przełącza się na tryb RUS (Ruchnoe Upravlenie Spuskom), oraz awaryjne po trajektorii balistycznej BS (Ballisticheskii Spusk). Ten ostatni skraca czas wchodzenia w atmosferę do minimum, ale załoga poddawana jest ekstremalnym przeciążeniom i często odnosi urazy lub kontuzje.viii Komisja dochodzeniowa początkowo stwierdziła, że przyczyną usterki był kabel znajdujący się w panelu sterowania kapsuły. Taka sama awaria miała miejsce w pierwszym statku serii TMA. Informacja o wadliwym kablu została podana mediom i sprawa wydawała się być zakończona. Wkrótce okazało się, że prawdziwą przyczyną był problem z separacją modułów. Część serwisowa nie odłączyła się od kapsuły powrotnej. Tym razem sworznie łączące segmenty statku szczęśliwie się stopiły pod wpływem tarcia uwalniając w ten sposób kapsułę.
Po poprawnie dokonanej separacji modułów to co powinno być widoczne z okien kapsuły powrotnej to moduł serwisowy szczęśliwie odlatujący w przestrzeń. Problem pojawia się gdy mamy go dalej przyczepionego do pleców.
W październiku 2007 roku startuje na ISS Sojuz TMA-11. Dokuje do stacji na 191 dni jako statek ewakuacyjny. W kwietniu 2008 roku planowo odłącza się od niej i kieruje się w stronę Ziemi. Lądowanie odbywa się 500 km od wyznaczonego punktu- po trajektorii balistycznej identycznie jak poprzedni TMA-10. Południowo Koreańska astronautka ma uraz szyi i po powrocie do kraju jest hospitalizowana. Problem z separacją się powtórzył. Dwa lądowania po trajektorii balistycznej z rzędu, w załogowym statku kosmicznym skupiły na sobie uwagę i wymusiły zajęcie jakiegoś stanowiska. Rosjanie starali się załagodzić sytuację przez ostrożne i zwodnicze komunikaty w tym nietypową wypowiedź dyrektora Roskosmosu informującą, że przyczyną anomalii była obecność kobiet na pokładzie, co miało przynieść pechaix. Tego typu wystąpienia obce krajom zachodnim, które muszą się liczyć z opinią publiczną, cechowały się jednak pewną logiką. Pieniądze płynące od partnerów zagranicznych korzystających z miejsc w Sojuzach i ich rola były i są stawką zbyt wysoką, żeby ryzykować przerwę w ich dopływie. Niemniej w końcu przyznano się do problemu z separacją modułu serwisowego ujawniając, że we wcześniejszym Sojuzie też był on powodem awaryjnego lądowania, co zaskoczyło śledzących sprawę dziennikarzyx.
Statek tak długo opadał przodem w kierunku atmosfery, że spłonęła antena oraz uszkodzeniu uległ właz (jednak nie stracił szczelności). Szczęściem w nieszczęściu i prowokowaniem losu był fakt, że trzecia usterka tego typu nie uszkodziła kontenera ze spadochronem.
Pechowa i trochę zbyt przypalona kapsuła powrotna.
Od tamtej pory podobna sytuacja się nie wydarzyła. Przeprowadzone śledztwo jako przyczynę incydentów wskazało awarię sworzni pirotechnicznych, spowodowaną przez długoczasową ekspozycję na promieniowanie elektromagnetyczne w otwartej przestrzeni kosmicznej. Te ustalenia stały się możliwe po wymontowaniu na orbicie jednego ze sworzni z Sojuza TMA-12 w czasie specjalnego spaceru kosmicznego EVA 20A, gdy był on zadokowany do ISS. Sworzeń wrócił na pokładzie TMA-12 na Ziemię, gdzie został poddany analizie i badaniom. W trakcie powrotu separacja modułów przebiegła pomyślnie i lądowanie odbyło się w planowanym miejscuxi.
Spacer kosmiczny EVA 20A. Kosmonauta rosyjski na wysięgniku stacji ISS demontuje jeden ze sworzni.
Rezultatem tych przedsięwzięć są modyfikacje dokonane w konstrukcji elementów łączących moduły jednak najciekawszą zmianą jest dodatkowe polecenie w oprogramowaniu statku. W przypadku wystąpienia problemów z separacją, komputer wyda komendę silnikom manewrowym, żeby starały się ustawić statek bokiem do kierunku lotu. W ten sposób siły działające na łączenia modułów będą na tyle duże, że powinny je zerwać odpowiednio wcześnie, przed narażeniem krytycznych części kapsuły na tarcie atmosferyczne.xii Czy zmiany te zakończyły niebezpieczną przypadłość dojrzałej i dopracowanej konstrukcji, jaką przez kilkadziesiąt lat stał się Sojuz? Należy trzymać kciuki, że tak gdyż pomimo kilkudziesięcioletniej historii, przed statkiem jeszcze sporo lat aktywnej służby. Prace nad następcą (PTK-NP) ciągle są w bardzo wczesnej fazie i nie wiadomo czy nie podzielą losów Klipera, gdyż w 2011 roku pojawiły się wypowiedzi obecnego dyrektora Roskosmosu- Popowkina, który w sierpniu dosyć krytycznie przedstawił swój stosunek do sprawy lotów załogowychxiii, a w październiku 2011 r. wstrzymał opracowywanie rodziny rakiet Ruś–M, które miały PTK-NP wynosić na orbitę.
Na koniec widok podchodzącego do dokowania Sojuza wykonany niedawno z ISS. Bardzo ładne fotki.
Bibliografia:
Soyuz 5 (http://www.astronautix.com/flights/soyuz5.htm )
William Harwood. Possible Soyuz separation problem under scrutiny. Space Flight Now, 2008r
(http://spaceflightnow.com/station/exp16/080422descent.html )
Anatoly Zak. The mission of the Soyuz TMA-10 spacecraft . RussianSpaceWeb
http://www.russianspaceweb.com/iss_soyuztma10.html
Anatoly Zak. The mission of the Soyuz TMA-11 spacecraft . RussianSpaceWeb (http://www.russianspaceweb.com/iss_soyuztma11.html )
Soyuz investigation findings backed by nominal Soyuz TMA-13 return
iZawieszenie lotów po katastrofie Sojuza 11 w 1971 (następny poleciał 2 lata późnie)j, promów Challanger (32 miesiące przerwy) i Columbia (29 miesięcy)
viSoyuz: A Universal Spacecraft by Rex Hall, David J. Shayler (July 2003) s. 156 (dostępna w google books)
viiDwa artykuły Jamsa Olberga na temat awaryjności Sojuzów w kontekście nie ujawniania tych informacji przez stronę rosyjską:
http://www.nasaspaceflight.com/2008/04/the-real-soyuz-problem-looking-past-the-smoke-and-flames/
xihttp://www.nasaspaceflight.com/2009/04/soyuz-investigation-findings-backed-by-nominal-soyuz-tma-13-return/
-Undocking confirm! SpaceSite 