Space Shuttle - afbrydelsestilstande er specielle nødprocedurer , der giver dig mulighed for at redde den amerikanske rumfærge og dens besætning i tilfælde af en kritisk udstyrsfejl, normalt under opsendelsen af skibet . Et typisk ulykkesscenarie er svigt af den primære shuttlemotor (SSME) under start. Evnen til at afværge trusler mod besætningens liv er ret lille, og der er kun nogle få muligheder for handlinger, der kun kan udføres på bestemte stadier af start, såvel som før eller efter at have passeret gennem de tætte lag af atmosfæren. For eksempel styrtede rumfærgen Columbia under genindsejling, og besætningen havde ingen mulighed for at forhindre ødelæggelsen af skibet eller undslippe.
Nedstyrtninger, der sker, efter at rumfærgen har passeret gennem de tætte lag af atmosfæren, er relativt sikre for besætningen og klassificeres normalt ikke som en abort. For eksempel kan problemer med flyvekontrolsystemet eller flere APU-fejl gøre det umuligt at flyve til en landingsbane og tvinge astronauter til at forlade skibet over havet.
Der er fem tilgængelige nødtilstande under takeoff. Ud over dem er der også prelaunch-nødtilstande. Alle tilstande er opdelt i to typer - let ( eng. intakt aborts ), hvis udstyrsfejlen tillader kontrolleret flyvning i atmosfæren og tung ( eng. contingency aborts ), med en alvorlig udstyrsfejl, for eksempel to eller tre motorer på én gang . [1] Valget af nødtilstand afhænger af sværhedsgraden af nødsituationen og skibets tilgængelighed af reservelandingsstriben. Nødtilstande kan afværge et stort antal nye problemer, men det mest forventede er fejlen i hovedfærgemotoren (SSME), som fører til skibets manglende evne til at opnå kredsløb eller transatlantisk flyvning, afhængigt af tidspunktet for ulykken og antallet af defekte motorer. Andre mulige problemer, der fører til behovet for en afbrydelse, omfatter flere APU-fejl (Auxiliary Power Unit) , trykaflastning i cockpittet og lækager i ekstern brændstoftank .
Rumfærgens hovedthrustere kan lukkes ned, hvis de blev startet, mens de solide sideboostere (SRB'er) endnu ikke skød. Dette kaldes en pad-abort og er sket fem gange under lanceringen af STS-41-D , STS-51-F , STS-51 , STS-55 og STS-68 missionerne . Hver gang skete dette på kommando af en computer, der opdagede problemer med hovedmotorerne, efter at de blev lanceret, men før SRB-boosterne affyrede. Når først de er udløst, kan SRB'erne ikke længere deaktiveres, og derfor vil rumfærgen lette, selvom hovedmotorerne svigter.
Der er fire lysafbrydelsestilstande, hvoraf kun én er blevet anvendt i praksis. Lystilstande er designet til med succes at nå en given landingsbane for et nødfartøj.
En flyaflysning initieres normalt ved et opkald fra flyvekontrolcentret med kommandoen "abort" ("return"), efterfulgt af en forkortelse for den anvendte tilstand (RTLS, TAL, AOA, ATO). For eksempel, under flyvningen af STS-51-F, efter at have opdaget en fejl i driften af hovedmotoren, sendte kontrolcentret til tavlen: "Challenger Houston, Abort ATO. Afbryd ATO" ("Houston Challenger, ATO-retur. ATO-retur"). Efter at have modtaget en sådan kommando om at annullere, drejer skibets chef nødtilstandskontakten til ATO-positionen og trykker på nødtilstandsstartknappen. Dette starter de nødvendige programmer til flyvekontrolsystemet, og det begynder automatisk at udføre de nødvendige procedurer. I tilfælde af kommunikationstab har skibets chef ret til selvstændigt at træffe beslutning om nødafbrydelse af flyvningen og handle selvstændigt.
TAL-tilstanden kan aktiveres cirka mellem T+2:30 minutter (tid for start plus 2 minutter og 30 sekunder) og den planlagte nedlukning af hovedmotorerne (Main Engine Cutoff, MECO), omkring T+8:30 minutter. Rumfærgen kan lande på forudbestemte baner i venlige lande i Afrika og Vesteuropa. Mulige landingssteder omfatter Air Force Base i Istres ( Frankrig ); Banjul International Airport i Gambia og luftvåbens baser i Zaragoza og Moron ( Spanien ). Inden shuttlens lancering vælges to baner fra denne liste afhængigt af flyveplanen, og forberedelsen af de valgte landingszoner begynder. Listen over steder for TAL har ændret sig over tid: For eksempel var Ben Guerir Air Force Base i Marokko udelukket fra frygt for et muligt angreb. Tidligere har listen inkluderet Mallam Aminu Kano International Airport , Kano , Nigeria ; Østøen[ klargør ] (for opsendelser fra Vandenberg Base); Rota, Spanien ; Casablanca , Marokko ; og Dakar , Senegal .
Nødlandingsstrimler for skibet omfatter også Lages , Beja , ( Portugal ), Keflavik ( Island ), Shannon International Airport ( Irland ), Fairford RAF Base ( UK ) [2] , Köln-Bonn Lufthavn ( Tyskland ), lufthavnen Manching nær München ( Tyskland ), Ankara ( Tyrkiet ), Riyadh ( Saudi-Arabien ), Diego Garcia ( det britiske territorium i Det Indiske Ocean ), Gander International Airport, Gander, Newfoundland ( Canada ), Mirable Lufthavn, Mirable ( Canada ). I tilfælde af at rumfærgen ikke når frem til nogen af de udpegede steder under en nødindsejling, kan den teoretisk lande på en hvilken som helst passende landingsbane, der er mindst 3.000 m lang, og som er tilgængelig i de fleste større civile lufthavne (i praksis amerikanske militærflyvepladser) ville være at foretrække af hensyn til sikkerheden og fraværet af afbrydelser i driften af civile lufttjenester).
I tilfældet med TAL-tilstanden vil den enorme opsendelseshastighed føre til, at den samlede tid fra opsendelsen fra Kennedy Space Center-stedet til landing i Europa vil være, ifølge en af astronauterne, "mindre end 20 minutter."
Der er en præferencerækkefølge for nødtilstande. ATO foretrækkes at blive brugt, når det er muligt - dette er den bedste tilstand. TAL foretrækkes i tilfælde af, at rumfærgen ikke var i stand til at nå den hastighed, der kræves for ATO. AOA kan kun bruges i det meget korte vindue mellem TAL og ATO. RTLS-tilstand giver den hurtigste tilbagevenden af alle tilstande, men anses for at være den mest risikable. Derfor bruges den kun, når der ikke er tid og hastighed nok til at bruge andre, mindre farlige afbrydelsestilstande.
I modsætning til alle tidligere amerikanske bemandede rumfartøjer har rumfærgen aldrig foretaget en ubemandet testflyvning. For at udføre foreløbige suborbitale tests foreslog NASA at fuldføre den første mission i RTLS-tilstand. Dog nægtede Shuttle Columbia (STS-1) kommandant John Young og sagde "ingen grund til at spille russisk roulette." [3]
Alvorlige nødtilstande er designet til at redde skibets besætning i tilfælde af, at rumfærgen bliver så alvorligt beskadiget, at lystilstande ikke kan bruges. En kraftig tilbagevenden resulterer normalt i en vandlanding, selvom hvis det sker i de tidlige faser af start, er der mulighed for en landing på den amerikanske østkyst. Dette er den såkaldte "East Coast Abort Landing" (ECAL).
Listen over websteder beregnet til ECAL inkluderer: USA - Bangor International Airport; Wilmington International Airport; USMC Air Station Cherry Point ( North Carolina ); NAS Oceana and Aviation Center på ca. Wallops ( Virginia ); Dover Air Force Base i Delaware ; Atlantic City International Airport ( New Jersey ); lufthavn dem. Francis S. Jabraski på Long Island , New York ; Otis ANGB i Massachusetts ; Peace International Airport i Portsmouth ( New Hampshire ); Canada - Halifax (provinsen Nova Scotia ); Stephenville , St. John's, Gander, Goose Bay Newfoundland .
Hvis skibet ikke er i stand til at nå landingsbanen, kan det lande på vand eller andet passende terræn. Dette kan være ret farligt for skibets besætning. Men for nødtilstande på startstadiet, når rumfærgen ikke kan udføre kontrolleret svæveflyvning, er en nødudslip af rumfartøjet ved hjælp af faldskærme mulig (se: #Ændringer efter Challenger-katastrofen ).
I de to shuttlestyrt, der skete, udviklede nødsituationerne sig for hurtigt og kunne ikke afværges. I tilfældet med Challenger brændte en flammestrøm, der brød gennem en iskold forsegling i kroppen af boosteren til fast brændstof, gennem dens montering, hvilket fik den til at dreje ukontrolleret, brød igennem den eksterne brændstoftank og antændte brændstoffet i den. Skibet kollapsede under påvirkning af de stærkeste aerodynamiske belastninger under brud på systemets fælles ledbånd. Shuttle Columbia-katastrofen opstod, da skibet kom ind i de tætte lag af atmosfæren. Selvom besætningen forsøgte at forlade skibet med den hastighed, ville de øjeblikkeligt brænde ud på grund af varmen, der blev genereret fra friktion mod luften.
Før Challenger-katastrofen var der et meget begrænset antal mulige startfejl under STS-51-L- missionen. Procedurer blev kun udviklet til at håndtere svigt af en af SSME's motorer inden for 350 sekunder efter opstart. To eller tre defekte hovedmotorer førte til tab af besætning og skibet (Loss Of Crew and Vehicle, LOCV), da det ikke var muligt at forlade skibet med faldskærme. Defekte motorer med fastbrændstof-boostere i gang kunne føre til en uacceptabel høj belastning af fastgørelsen af den eksterne tank til skibet, hvilket forårsagede den uundgåelige ødelæggelse af hele bundtet. Af denne grund var RTLS-tilstand ikke mulig. Undersøgelser har vist, at landing i havet under sådanne forhold er dødelig. Som følge heraf resulterede tabet af en anden eller tredje SSME-motor under RTLS-regimet i tab af besætning og skibet.
Siden STS-51-L er der blevet udført talrige arbejde for at forbedre nødsituationer. Med et dobbelt svigt af SSME-motorerne blev besætningen reddet under hele starten, og skibet kunne overleve og lande i det meste af starttiden. Med et tredobbelt svigt af motorerne var besætningens overlevelse sikret på de fleste trin af starten, selvom der ikke er nogen garanti for frelse med et tredobbelt svigt af hovedmotorerne op til T + 90 sekunder. Det kan dog antages, at selv med en tredobbelt SSME-fejl umiddelbart efter opsendelsen, kunne besætningen overleve, da boosterne ville give nok skub til at fortsætte opstigningen, hvilket giver besætningen tid til at forlade skibet eller udføre en RTLS-manøvre. Beslagene, der forbinder skibet med den eksterne tank, er blevet væsentligt forstærket for at give den nødvendige styrke i tilfælde af flere fejl i hovedfremdrivningssystemet.
En væsentlig ændring var evnen til at forlade nødskibet. Udkastningssæder , der bruges i militær luftfart, kan ikke bruges på en shuttle, så et særligt besætningsnødredningssystem (Inflight Crew Escape System, ICES) blev udviklet. Skibet går i stabil glidetilstand på autopilot, lugen skyder tilbage og besætningen glider ud langs specielle guider - pæle, der fører dem mod skibets venstre vinge. Så lander de eller plasker ned med faldskærme. Selvom det ser ud til, at dette kun kan gøres i sjældne tilfælde, er der i virkeligheden mange muligheder for udvikling af nødscenarier, når det er umuligt at nå den alternative landingsbane, men skibet forbliver intakt og under kontrol. Før Challenger-katastrofen skete dette næsten med den samme shuttle under STS-51-F- missionen , da en SSME-motor svigtede 345 sekunder efter afgang. Den anden motor lukkede næsten ned på grund af en defekt temperatursensor, hvis aflæsninger kun blev ignoreret på grund af flyvekontrolspecialistens hurtige reaktion. Hvis den anden motor havde svigtet 20 sekunder efter den første, ville rumfærgen ikke have haft tid til at få fart nok til at krydse Atlanterhavet. Uden evnen til at skubbe ud, ville hele besætningen være død. Efter Challenger-katastrofen var besætningen i stand til at overleve sådanne ulykker. For at kunne udholde rumfartøjets flugt i stor højde bar skyttebesætningen specielle redningsdragter (Advance Crew Escape System Pressure Suit) under start og nedstigning. Før katastrofen var besætningen kun klædt i almindelige flyverdragter.
En anden nyskabelse var muligheden for at lande på den amerikanske østkyst (ECAL). Flyvninger med en høj kredsløbshældning (for eksempel alle pendulflyvninger til den internationale rumstation ) kan under visse betingelser afbrydes ved hjælp af denne type nødlanding.
Der blev også foretaget talrige andre ændringer, især forbedret software til styring af skibets acceleration under forskellige nødforhold. Dette øgede rumfærgens chancer for at nå den alternative bane i tilfælde af fejl i hovedfremdriftssystemet.
Muligheden for at skabe et besætningsevakueringssystem, nogle gange kaldet et nødredningssystem (CAS), til rumfærgen blev diskuteret mange gange. Efter katastroferne med Challenger- og Columbia-færgerne blev behovet for et sådant system tydeligt, især i lyset af, at alle tidligere amerikanske bemandede rumfartøjer havde SAS, selvom behovet for dets brug aldrig opstod. Modificerede udkastningssæder fra et Lockheed SR-71 højhastighedsrekognosceringsfly blev brugt på de første fire shuttleflyvninger med en to-mands besætning og blev efterfølgende fjernet. Afvisningen af at bruge og udvikle udkastningssæder til shuttle skyldtes følgende årsager:
Et alternativ til udkastersæder kan være udkastningskapsler eller et system til at skyde og redde hele skibets kahyt. Lignende systemer blev brugt på nogle militærfly. B-58 og XB-70 Valkyrie havde udstødningsbeholdere. Nogle versioner af F-111 jager-interceptor og B-1 bombefly brugte et bjærgningscockpit.
Ligesom udkastningssæder er brugen af escape pods for midtdækkets shuttlebesætning for vanskelig på grund af de kritiske strukturer af skibet omkring.
Udstødningen af bjærgningskabinen kan bruges over et meget større område af shuttleflyvningen end udkastningssæder, da besætningen vil være beskyttet mod høj temperatur, aerodynamisk stød og lavt tryk. Teoretisk set kunne en redningskabine være designet til at modstå genindtræden fra kredsløb, selvom dette i høj grad ville øge dens kompleksitet, omkostninger og vægt. Bjærgningskabinen blev afvist af følgende grunde:
| Rumfærgen program | ||
|---|---|---|
| Komponenter | ||
| Orbitere | ||
| lanceringskomplekser | ||
| Udvikling | ||
| Layouts | ||
| Andet | ||