Гибель «Колумбии» в небе над Техасом: могла ли миссия закончиться иначе?
23 года назад, 16 января 2003 года, с космодрома на мысе Канаверал в свой очередной полёт отправился американский многоразовый космический корабль «Колумбия». Это был его 28-й полёт в космос — и, к сожалению, последний. Этот полёт стал финальным не только для самого корабля, но и для всех семи членов его экипажа...
Орбитальный корабль многоразового использования «Колумбия». Фото: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons
Шаттл «Колумбия» стал первым представителем американской программы Space Transportation System. Его сборка началась в 1975 году. В 1979 году корабль был доставлен на космодром Космического центра имени Кеннеди, где до апреля 1981 года проходила финальная подготовка к запуску, первоначально намеченному на 10 апреля. Однако старт был отложен ещё на два дня, и в результате «Колумбия» совершила свой первый космический полёт 12 апреля 1981 года.
Обреченная «Колумбия»
Запуск миссии STS‑107 шаттла "Колумбия" был значительно отложен — первоначально старт планировался на 11 января 2001 года, однако он состоялся лишь 16 января 2003 года. На борту корабля находились семь членов экипажа.
Перед запуском шаттл провёл на стартовой площадке 39 дней, что на две недели превышает стандартный срок подготовки. В течение 23 дней из этого периода шли интенсивные дожди. Проникновение влаги в теплоизоляцию или возможные трещины могло привести к образованию большого количества льда после заправки топливного бака сверххолодным жидким водородом и кислородом, которая была выполнена за сутки до старта.
Экипаж «Колумбии»:
- Командир экипажа – Ричард «Рик» Д. Хасбанд. Полковник ВВС США, астронавт NASA.
- Второй пилот – Уильям «Уилли» К. МакКул. Лётчик-испытатель, астронавт NASA.
- Бортинженер – Калпана Чавла. Научный сотрудник, первая женщина-астронавт NASA индийского происхождения.
- Специалист по полезной нагрузке – Майкл Ф. Андерсон. Учёный, астронавт NASA.
- Специалист по зоологии – Лорел Б. С. Кларк. Капитан ВМС США, астронавт NASA.
- Научный специалист (врач) – Дэвид Макдауэлл Браун. Лётчик-испытатель, астронавт NASA.
- Научный специалист – Илан Рамон. Первый израильский астронавт NASA.
Судьба космического челнока и всех членов его команды была определена в первые мгновения после старта! На 82-й секунде полета от внешнего топливного резервуара оторвались фрагменты теплоизоляционного покрытия, вероятно, с наледью, которые на колоссальной скорости врезались в левое крыло шаттла.
Во время запуска этого происшествия никто не зафиксировал. Даже при анализе видеоматериалов спустя два часа сотрудники наземного комплекса не выявили никаких аномалий. Лишь на следующие сутки, при детальном изучении записи в улучшенном качестве, эксперты Центра управления полетами смогли разглядеть события старта. Увиденное вызвало у них серьезные опасения... По всей видимости, этот скоротечный удар нарушил целостность теплозащитных панелей на передней части левого крыла "Колумбии", которые оберегают конструкцию аппарата от экстремальных температур.
Трагическое утро февраля
Утром 1 февраля 2003 года, после успешного завершения 16-дневной орбитальной миссии, экипаж шаттла «Колумбия» получил разрешение на возвращение и начал процедуру посадки.
Спустя десять минут после входа корабля в плотные слои атмосферы, на высоте около 71 километра и при скорости, в 23 раза превышающей скорость звука, были зафиксированы первые тревожные сигналы. Телеметрия показала внезапное падение давления в шинах левого шасси.
Примерно в двухстах километрах к западу от Далласа связь с «Колумбией» была потеряна. За несколько минут до запланированного приземления, на высоте 61 километра над территорией Техаса, шаттл разрушился. От момента потери управления до полного распада конструкции прошло немногим более 40 секунд.
Впоследствии Следственная комиссия установила, что катастрофа была вызвана оторвавшимися во время старта фрагментами теплоизоляционной пены с внешнего топливного бака, которые повредили левое крыло. Удар привёл к срыву части термозащитных плиток с передней кромки, образовав пробоину площадью не менее 15 на 20 сантиметров. Через это отверстие раскалённый при спуске воздух проник внутрь левого крыла, достиг средней части фюзеляжа и левого колеса основной стойки шасси. Взрыв колеса и последующее воздействие высокотемпературного газа привели к разрушению алюминиевой конструкции крыла...
Цепочка роковых случайностей, или закономерный результат?
Падение фрагментов изоляционной пены на корпус шаттлов во время запуска не считалось редким явлением — подобные инциденты происходили неоднократно. Конструкторы «челноков» были осведомлены о риске: отваливающиеся куски пены могли повредить хрупкие термозащитные плитки. Исходя из этого, первоначальные технические требования предписывали, чтобы с топливного бака не отрывались крупные фрагменты изоляции; однако допускалось отделение мельчайших частиц, не способных нанести существенный ущерб тепловой защите корабля. Но практика показала, что реальность значительно отличалась от планов.
Уже после первого полёта шаттла в 1981 году стало очевидно, что во время подъёма корпус подвергался настоящему «огню» из осколков пены, отлетавших с топливного бака. В результате пришлось заменить более трёхсот термоплиток. Инженеры позже признали, что если бы заранее предвидели такой масштаб отслоения изоляции, то, скорее всего, не дали бы разрешения на старт.
«Колумбия» перед стартом. Красным цветом выделена область на топливном баке, с которой сошли фрагменты теплоизоляционной пены, и секция на крыле, подвергшаяся удару. Фото: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons.
Согласно последующим выводам расследования, столкновение оторвавшихся сегментов пены с корпусом корабля случалось во время многих полётов шаттлов. Однако, судя по всему, эта ситуация не вызывала серьёзных опасений у инженерного состава и руководства программы. В NASA, хотя и изучали возможность создания более устойчивых к ударам теплозащитных плиток, заключили, что риск потери шаттла из-за отслоения пены минимален.
В 1990 году появились данные исследования, предостерегавшего о повышенной уязвимости защитных плиток в зоне ниш шасси шаттла к повреждениям. Именно в левой нише шасси при снижении «Колумбии» было отмечено первоначальное возрастание температуры.
«Запрещённая съёмка»
18 января 2003 года, спустя сутки после старта шаттла "Колумбия", специалисты фотогруппы NASA (IPWG) провели детальный анализ видеоматериалов высокой четкости, зафиксировавших момент запуска. В ходе изучения записи было установлено, что левое крыло корабля столкнулось с аномально большим фрагментом отслоившейся теплоизоляционной пены.
Руководитель группы Боб Пейдж, предположив вероятность значительных повреждений теплозащитного покрытия, немедленно инициировал обращение к высшему руководству с целью запросить у Министерства обороны США дополнительные спутниковые снимки "Колумбии" на орбите. Параллельно с этим IPWG официально уведомила руководителей программы о произошедшем инциденте, что привело к формированию специальной рабочей группы (DAT) для проведения оценки возможных повреждений.
Момент столкновения фрагмента теплоизоляционной пены с крылом шаттла.
Спустя трое суток после инаугурационного собрания группы DAT её участник Роберт Уайт и сопредседатель Родни Роч инициировали самостоятельный запрос в NASA на предоставление снимков левого крыла "Колумбии". Тем не менее, эти обращения были отклонены сотрудницей ведомства Линдой Хэм. Узнав о запросах, она, проконсультировавшись с членами группы управления миссией, решила, что дополнительные фотографии повреждённого крыла не нужны.
Кроме того, Хэм высказала обеспокоенность относительно лишнего времени, которое понадобилось бы для изменения положения "Колумбии" с целью оптимальной съёмки её левого крыла. Ещё одним аргументом против фотографирования стало распространённое в высшем руководстве NASA убеждение, что в случае серьёзных повреждений предпринять какие-либо меры всё равно уже невозможно.
«Не стоит беспокоиться»?
У специалистов группы по оценке повреждений отсутствовали визуальные данные о левом крыле «Колумбии», что существенно ограничивало возможности для детального анализа. Несмотря на это, они воспользовались компьютерной программой Crater, изначально не предназначенной для прогнозирования повреждений термозащитных плиток, чтобы приблизительно оценить потенциальный ущерб, вызванный ударом пенополиуретана.
На основе проведённого моделирования команда сделала вывод, что при входе в атмосферу шаттл, вероятно, столкнётся с «некоторыми тепловыми повреждениями». Однако точную степень этих повреждений определить не удалось, а также оставался неясным вопрос — способны ли они привести к нарушению целостности структуры орбитального корабля.
Последствия повреждения системы термозащиты крыла. Фото: Иллюстрация из отчета Следственной комиссии по аварии «Колумбии».
Несколько дней после старта миссии «Колумбии» NASA направило командиру корабля Рику Хасбанду и пилоту Уильяму Маккулу уведомление о том, что во время запуска на корпусе произошло столкновение с куском пены, оторвавшейся от топливного бака. Однако характер этого инцидента был минимизирован: в сообщении утверждалось, что «никаких опасений по поводу повреждения тепловых плиток не возникает», а также добавлялось, что подобные случаи «неоднократно фиксировались в предыдущих миссиях». При этом этот вывод был передан экипажу задолго до завершения анализа возможного ущерба — оценка с использованием программы Crater ещё не была завершена, и её результаты ещё не были рассмотрены экспертами.
Экипажу было передано, что удар пены — это несущественная деталь, не требующая внимания или действий, и сообщение о нём отправлено исключительно для того, чтобы астронавты не были ошарашены, если журналисты зададут им вопросы об этом после возвращения на Землю.
На следующий день командир «Колумбии» Рик Хасбанд ответил начальнику полётов Стивену Стичу простым, но ироничным сообщением: «Огромное спасибо, Стив!»
Огненный след в небе Техаса
1 февраля 2003 года космический шаттл «Колумбия» должен был завершить миссию и вернуться на Землю. В 8:53 по восточному стандартному времени, когда корабль пролетал над Калифорнией, свидетели на земле зафиксировали несколько ярких вспышек света, освещающих его траекторию.
В 8:59 с борта шаттла было передано последнее, искажённое радиосообщение. Уже в 9:00 сотни наблюдателей на земле увидели, как «Колумбия» разваливается на множество фрагментов. Горящие обломки и останки астронавтов начали падать с неба, вызвав панику и массовый хаос на земле.
Согласно официальному отчёту NASA, опубликованному в 2008 году, первый сигнал тревоги внутри шаттла был зарегистрирован всего за четыре секунды до потери управления. Тем не менее, командир Рик Хасбанд или бортинженер Уильям Маккул, вероятно, оставались в сознании ещё 26 секунд, отчаянно пытаясь спасти экипаж и восстановить контроль над кораблём.
«Смерть» на продажу
Сразу после катастрофы шаттла "Колумбия" множество его фрагментов разлетелось над территориями Техаса и Луизианы. Хотя полиция пыталась ограничить доступ к местам падения обломков, уже через несколько часов на интернет-аукционе eBay стали появляться объявления о продаже предметов, заявленных как части "Колумбии". Через два дня количество таких предложений превысило 1 500, что вызвало резкую негативную реакцию со стороны NASA.
Агентство подчеркнуло, что все обломки погибшего шаттла являются собственностью правительства США. Люди, у которых будут обнаружены эти фрагменты, могут столкнуться с обвинениями не только в краже государственного имущества, но и в создании препятствий для официального расследования инцидента.
В итоге eBay принял решение удалить все аукционы, связанные с обломками «Колумбии», вновь подтвердив запрет на подобные продажи. Тем не менее, это не остановило появление новых лотов с памятными предметами, связанными с последней миссией шаттла — таких как нашивки, фотографии экипажа и другие реликвии.
Сбор обломков и новая трагедия
Для сбора максимального количества фрагментов космического корабля «Колумбия» правительство США 5 февраля объявил трехдневный амнистийный период, в течение которого любое лицо могло сдать обломки без каких-либо правовых последствий.
Разбросанные по обширной территории остатки «Колумбии» потребовали проведения масштабных поисковых операций, в которых участвовали как воздушные, так и наземные поисковые команды.
Область, где были обнаружены обломки шаттла "Колумбия", простирается над территориями Техаса и Луизианы. Изображение: Национальная метеорологическая служба, офис в Шривпорте (Луизиана). Общественное достояние, через Wikimedia Commons.
В процессе поисковых работ и сбора фрагментов корабля в Техасе произошла авиакатастрофа с участием вертолета. В этом инциденте погибли два человека: пилот Жюль Фрэнсис "Базз" Миер и специалист по авиации из Лесной службы Техаса Чарльз Кренек. Еще трое сотрудников Космического центра Кеннеди — Ричард Ланге, Ронни Дейл и Мэтт Чачер — получили серьезные травмы.
Работы по обнаружению частей космического челнока заняли несколько месяцев. К марту было найдено приблизительно 84 тысячи фрагментов, что соответствовало около 38% от общей массы шаттла.
Сценарии спасения, которые так и не были реализованы
После трагического инцидента множество исследователей неизменно задавались вопросом, который можно назвать «миллионодолларовым»: существовала ли хоть малейшая возможность спасти корабль — или, по крайней мере, его экипаж?
Некоторые специалисты полагали, что при условии своевременного выявления и корректной оценки повреждений левого крыла, спасение членов экипажа могло бы стать реальностью.
Были рассмотрены три гипотетических сценария, в рамках которых могла бы быть реализована попытка спасения экипажа:
Облегчить корабль и снизить траекторию снижения корабля. Расчёты показывали, что это может уменьшить его скорость при входе в плотные слои атмосферы и тем самым снизить тепловую нагрузку на конструктивные элементы корабля. Для снижения массы предлагалось слить до минимума топливо, «избавиться» от лаборатории «Спейсхаб» и части другого оборудования – это бы позволило уменьшить массу корабля примерно на 14 тонн.
Астронавты «Колумбии» самостоятельно устраняют повреждение корабля. Но этот вариант был совсем утопическим. На борту не было ни оборудования, ни материалов для такого ремонта. Да к тому же, по некоторым данным, не было и скафандров, в которых можно было бы проводить такие работы в открытом космосе. Предлагали даже совсем экзотический вариант – пробоину в теплозащите заткнуть пакетом с водой и закрепить его на крыле тефлоновой лентой.
Эвакуация экипажа с помощью шаттла «Атлантис». Для этого он должен был бы стартовать на 20 дней раньше запланированной даты. Были расчеты, которые показывали, что если бы экипаж аварийного корабля с первых дней полёта экономно использовал расходные материалы (включая поглотители углекислого газа), он мог бы оставаться на орбите на 2 недели дольше, чем было запланировано – вплоть до 15 февраля – до того момента, пока не прилетит спасательный шаттл «Атлантис».
Запуск шаттла «Атлантис» изначально был запланирован на 1 марта. Однако, если бы подготовительные работы начались 16–17 января и проводились в более ускоренном темпе, корабль можно было бы безопасно отправить в космос уже 10 февраля — за пять суток до предельного срока, установленного для экипажа «Колумбии». Метеоусловия в период с 10 по 15 февраля были благоприятными для такого старта. В случае реализации этого плана, после стыковки двух шаттлов на орбите, астронавты с «Колумбии» должны были бы перебраться на «Атлантис» через открытый космос... Данный сценарий также не обеспечивал стопроцентного успеха, но, как заявил глава NASA Шон О’Киф, он бы одобрил экстренный запуск спасательного корабля, если бы знал, что команда «Колумбии» обречена.
Моделирование эвакуации экипажа «Колумбии» на борт космического корабля «Атлантис». Фото: Иллюстрация из отчета Следственной комиссии по аварии «Колумбии».
Но история не терпит сослагательного наклонения, поэтому все случилось так, как случилось.
Отставки, реформы и конец эры Space shuttle
Гибель шаттла «Колумбия» стала одной из наиболее тяжёлых трагедий в истории NASA и повлекла за собой значительные последствия для космического агентства. По масштабу катастрофа сравнима с гибелью «Челленджера», случившейся за 17 лет до этого, и ускорила процесс сворачивания программы многоразовых космических кораблей.
После этого происшествия у NASA оставались ещё три шаттла — «Дискавери», «Атлантис» и «Эндевор», однако их полёты были временно прекращены до завершения расследования и внесения необходимых изменений в системы безопасности. В 2011 году программа Space Shuttle была окончательно завершена.
Катастрофа «Колумбии» нанесла серьёзный ущерб репутации NASA. Агентство столкнулось с жёсткой критикой за небрежность и недостатки в управлении. Следственная комиссия обнаружила существенные проблемы в организационной культуре и руководстве. В отчёте указывалось, что космическое агентство игнорировало давно известные неполадки с теплозащитой — случаи повреждения теплоизоляции при старте шаттлов происходили и ранее (в 1983, 1990, 1992 и 2002 годах), но им не уделялось должного внимания.
Собранные обломки шаттла. Фото: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons
Комиссия отметила, что в NASA сложилась организационная среда, где профессиональные тревоги сотрудников зачастую игнорировались, а взаимодействие между различными отделами было серьёзно затруднено. Система управления также была подвергнута разбору — так, администрация проигнорировала обращения инженеров о необходимости дополнительной проверки возможных дефектов и не предприняла шагов для получения детальных снимков шаттла «Колумбия» с целью точной оценки нанесённого ущерба.
Эта катастрофа заставила NASA кардинально изменить принципы обеспечения безопасности космических миссий. Шаттлы начали оборудовать специальным набором приспособлений и расходных материалов для устранения подобных повреждений непосредственно в космическом пространстве. Кроме того, при последующих запусках «челноков» на дежурстве стал находиться резервный корабль с минимальным экипажем — для осуществления операции по спасению в случае возникновения нештатной ситуации.
В ходе преобразований, следуя рекомендациям следственной комиссии, были учреждены автономные органы, ответственные за контроль над соблюдением мер безопасности. Также подверглись пересмотру методики подготовки астронавтов и организации предстартовых процедур.
Ряд высокопоставленных сотрудников агентства, курировавших программу Space Shuttle, были сняты со своих постов или переведены на иные должности. В результате, на протяжении последующих двух лет Соединённые Штаты для отправки своих экипажей на Международную космическую станцию могли полагаться только на российские пилотируемые корабли.