STS-1 ( Космическая транспортная система -1) был первым орбитальным космическим полетом программы NASA Space Shuttle . Первый орбитальный корабль , Columbia , был запущен 12 апреля 1981 года [1] и вернулся 14 апреля 1981 года, 54,5 часа спустя, совершив 37 оборотов вокруг Земли. Columbia перевозила экипаж из двух человек — командира Джона У. Янга и пилота Роберта Л. Криппена . Это был первый американский пилотируемый космический полет со времен испытательного проекта «Аполлон-Союз» (ASTP) в 1975 году. STS-1 также был первым испытательным полетом нового американского космического корабля с экипажем на борту, хотя ему предшествовали атмосферные испытания (ALT) орбитального корабля и наземные испытания системы Space Shuttle.
Запуск состоялся в 20-ю годовщину полета человека в космос на корабле «Восток-1» , совершённого Юрием Гагариным для СССР . Это было скорее совпадением, чем празднованием годовщины; техническая проблема помешала запуску STS-1 на два дня раньше, как планировалось.
Командир Джон Янг и пилот Роберт Криппен были выбраны в качестве экипажа STS-1 в начале 1978 года. Янг заявил, что как начальник Управления астронавтов он рекомендовал себя для командования миссией. [2] Янг, с четырьмя предыдущими миссиями, был самым опытным астронавтом в НАСА на тот момент, а также единственным членом Группы астронавтов НАСА 2, все еще находящимся в строю. Он дважды летал в рамках проекта «Джемини» и дважды в рамках программы «Аполлон» , ходил по Луне в 1972 году в качестве командира Аполлона 16 и стал начальником Управления астронавтов в 1974 году. Криппен, входивший в Группу астронавтов НАСА 7 после отмены пилотируемой орбитальной лаборатории (MOL), был новичком и стал первым из своей группы астронавтов, полетевшим в космос. До своего отбора на STS-1 Криппен принимал участие в испытательном полете на медицинском эксперименте «Скайлэб» (SMEAT), а также выполнял функции оператора связи на всех трех миссиях «Скайлэб» и испытательном проекте «Аполлон-Союз» (ASTP).
Columbia несла внекорабельные мобильные модули (EMU) для Янга и Криппена на случай экстренного выхода в открытый космос. Если бы такое произошло, Криппен вышел бы за пределы орбитального корабля, а Янг был бы рядом на случай, если бы Криппену потребовалась помощь. [3]
По состоянию на апрель 1981 года [обновлять]Янг и Криппен тренировались для космической миссии дольше всех в истории НАСА. Если бы STS-1 стартовал в марте 1979 года, как изначально планировалось, «мы бы стартовали примерно полуподготовленными», сказал Янг. Поскольку никто до этого не летал на шаттле, они помогли разработать элементы управления корабля, включая 2214 переключателей и дисплеев в кабине — примерно в три раза больше, чем на командном модуле «Аполлона» , — и множество процедур на случай непредвиденных обстоятельств. STS-1 нес 22 руководства, каждое толщиной три дюйма и общим весом 29 кг (64 фунта); процедура отказа электроники из-за неисправности системы охлаждения состояла из 255 шагов. [2]
На первоначальных этапах планирования ранних миссий Space Shuttle руководство NASA при администрации Картера сочло необходимым провести первоначальные испытания системы перед первым орбитальным полетом. С этой целью вице-президент Уолтер Ф. Мондейл в качестве председателя Национального космического совета предложил провести суборбитальный полет с посадкой на аварийной площадке в Дакаре, Сенегал . NASA также предложило, чтобы STS-1, вместо орбитального полета, использовался для проверки сценария отмены возврата на стартовую площадку (RTLS) . Это включало в себя отмену, вызываемую в первые несколько минут после запуска, и использование его основных двигателей после того, как SRB были сброшены, для возвращения на стартовую площадку. Этот сценарий, хотя и потенциально необходимый в случае раннего вызова отмены, считался чрезвычайно опасным. Янг отклонил оба предложения, и STS-1 был продолжен в качестве первой орбитальной миссии. [6] Менеджеры НАСА были склонны сомневаться в необходимости испытания, и вес его мнения был особенно силен, поскольку он был человеком, который не только дважды побывал на Луне, но и ходил по ней. [6] Он снова полетит на космическом челноке в миссии STS-9 , десятидневном полете в 1983 году.
Давайте не будем играть в русскую рулетку, ведь там может оказаться заряженный пистолет.
— Джон У. Янг об испытании системы аварийного прекращения полета при возвращении на стартовую площадку. [6]
Первый запуск космического челнока состоялся 12 апреля 1981 года, ровно через 20 лет после первого пилотируемого космического полета , когда орбитальный корабль Columbia стартовал с площадки A стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди . Запуск состоялся в 12:00:04 UTC . Попытка запуска двумя днями ранее была отменена, поскольку четыре основных компьютера общего назначения IBM System/4 Pi (GPC) Columbia не смогли обеспечить правильное время для резервной системы полета (BFS), когда GPC должны были перейти из режима проверки корабля в режим конфигурации полета.
Это был не только первый запуск космического челнока, но и первый случай использования твердотопливных ракет для пилотируемого запуска NASA (хотя предыдущие системы использовали твердотопливные двигатели для своих аварийных вышек или ретро-ракет). STS-1 также был первым американским пилотируемым космическим аппаратом, запущенным без беспилотного испытательного полета с питанием. Орбитальный аппарат STS-1, Columbia , также является рекордсменом по времени, проведенному в Центре обработки орбитального аппарата (OPF) перед запуском — 610 дней, время, необходимое для замены многих его теплозащитных плиток .
Целью миссии NASA для первого полета было безопасное восхождение на орбиту и возвращение на Землю для безопасной посадки орбитального аппарата и экипажа. Единственной полезной нагрузкой, перевозимой в ходе миссии, был пакет Development Flight Instrumentation (DFI), который содержал датчики и измерительные приборы для регистрации характеристик орбитального аппарата и напряжений, возникавших во время запуска, подъема, орбитального полета, спуска и посадки. Все 113 целей летных испытаний были достигнуты, и космическая пригодность орбитального аппарата была проверена.
Во время последнего периода ожидания T−9 минут директор по запуску Джордж Пейдж зачитал послание с добрыми пожеланиями экипажу от президента Рональда Рейгана , закончив его словами: «Джон, мы не можем сделать большего от имени команды запуска, чем сказать, что желаем вам огромной удачи. Мы с вами на тысячу процентов и очень гордимся тем, что были частью этого. Удачи, джентльмены».
Зажигание трех главных двигателей RS-25 ощущалось как резкое увеличение шума. Стопка качнулась «вниз» (к ногам экипажа), затем снова поднялась в вертикальное положение, и в этот момент загорелись оба твердотопливных ракетных ускорителя (SRB). Криппен сравнил взлет с «выстрелом паровой катапульты» (например, когда самолет запускается с авианосца). Объединенный перенос стопки на север и подъем над громоотводом стартовой башни были легко очевидны Янгу. После пролета башни стопка начала правый крен (пока ось +Z или вертикальный плавник не указывали) на азимут запуска 067° True [8] (чтобы достичь наклона орбиты 40,30°), и перешла в положение «головой вниз» (чтобы уменьшить нагрузку на крылья [9] ). Одновременно управление было передано от команды запуска во Флориде команде руководителя полета Нила Хатчинсона из Silver в Центре управления полетами 1 (FCR 1) в Техасе, а в качестве оператора связи выступил астронавт Дэн Бранденстайн .
Главные двигатели Columbia были снижены до 65% тяги для прохождения области Max Q , точки во время подъема, когда шаттл подвергается максимальному аэродинамическому напряжению. Это произошло на 56-й секунде полета на скорости 1,06 Маха . [10] Значение с поправкой на ветер составило 29 кПа (4,2 фунта на квадратный дюйм) (прогнозируемое значение 28 кПа (4,1 фунта на квадратный дюйм), ограничение 30 кПа (4,4 фунта на квадратный дюйм)). Два SRB сработали лучше, чем ожидалось, вызвав возвышенную траекторию , и были сброшены после выгорания через 2 минуты и 12 секунд (на высоте 53 000 м (174 000 футов), на 2800 м (9200 футов) выше запланированного). Через 8 минут и 34 секунды после окончания миссии (MET) основные двигатели были выключены (MECO, на высоте 118 000 м (387 000 футов)), а внешний бак был сброшен через 18 секунд, чтобы в конечном итоге развалиться и упасть в Индийский океан . Два двухмоторных двигателя системы орбитального маневрирования (OMS) продолжительностью 86 секунд, начавшиеся на 10 минуте и 34 секунде MET, и продолжительностью 75 секунд на 44 минуте 2 секунды MET вывели Columbia на орбиту 246 × 248 км (153 × 154 мили). Это тонкое отклонение от первоначального плана [11] в 240 км (150 миль) круговой осталось в значительной степени незамеченным. Фактически, он скорректировал орбитальный период космического корабля, чтобы учесть падение 10 апреля 1981 года, так что все еще можно было попытаться использовать разведывательные спутники KH-11 для получения изображений Колумбии на орбите. [12] В целом Янг прокомментировал, что во время запуска было намного меньше вибрации и шума, чем они ожидали. Однако ощущения, сопровождавшие первый запуск больших реактивных двигателей системы управления (RCS), удивили экипаж. Криппен прокомментировал: «Это как будто только что выстрелила большая пушка... вам они не нравятся, когда вы слышите их в первый раз». Янг сообщил, что «вся кабина вибрирует... было такое ощущение, будто нос сгибается».
На орбите оба члена экипажа закрепили свои катапультные кресла и отстегнули ремни. Следующим критическим событием стало открытие двери грузового отсека. Это было необходимо для отвода тепла от систем Колумбии через космические радиаторы дверей. Если бы их не открыли к концу второго витка, то пришлось бы вернуться на Землю в конце пятого витка, прежде чем будет превышена ограниченная мощность системы охлаждения испарителя. Когда они открыли двери, экипаж заметил, что они получили повреждения плиток системы тепловой защиты (TPS) на отсеках OMS. Это транслировалось по телевидению на землю. Вскоре после этого Янг, а затем Криппен сняли свои аварийные катапультные костюмы.
Большая часть из приблизительно 53 часов, проведенных экипажем на низкой околоземной орбите, была потрачена на проведение системных испытаний. Несмотря на влияние планирования усилий по созданию изображения TPS Columbia с использованием внешних активов, все они были выполнены. Они включали: калибровку оптического прицела экипажа (COAS), работу звездного трекера, работу инерциального измерительного блока (IMU), ручное и автоматическое тестирование RCS, измерение радиации, перекрестную подачу топлива, работу гидравлики, продувку топливных элементов и фотографирование. Включение OMS-3 и OMS-4 в 006:20:46 и 007:05:32 MET соответственно подняло эту орбиту до 273,9 × 274,1 км (170,2 × 170,3 миль) (по сравнению с запланированной круговой 280 км (174 мили)). Эти два включения были однодвигательными с использованием системы перекрестной подачи. [13] Экипаж сообщил о холодной первой ночи на борту, несмотря на приемлемые температурные показатели. Вторую ночь они обнаружили комфортной после того, как настройки были скорректированы.
Во второй день миссии астронавтам позвонил вице-президент Джордж Буш-старший . Президент Рональд Рейган изначально намеревался посетить Центр управления полетами во время миссии, но в то время он все еще восстанавливался после покушения , которое произошло за две недели до запуска (Рейган вернулся домой в Белый дом только за день до запуска).
Экипаж проснулся после второго периода сна раньше, чем планировалось. Подготовка к возвращению на Землю началась с завтрака. Затем последовала укладка предметов в кабине, проверка системы управления полетом, перенастройка системы обработки данных и надевание катапультного костюма. В Хьюстоне команда Crimson во главе с руководителем полета Доном Падди заступила на дежурство в FCR 1 для последней смены миссии. Его CAPCOM был астронавт Джозеф П. Аллен, а ему помогал Фредерик Хаук . Закрытие двери грузового отсека было критически важным этапом для обеспечения структурной и тепловой целостности корабля для возвращения в атмосферу. Если бы не удалось закрыть питание, Криппен был обучен проводить выход в открытый космос (EVA) в одиночку, чтобы вручную закрыть их лебедкой. После проверки положений переключателей в кабине экипаж пристегнулся в своих катапультных креслах. Тем временем пилоты Космического центра имени Джонсона (JSC) Чарли Хейс и Тед Менденхолл находились в воздухе над территорией базы ВВС Эдвардс в Калифорнии на учебном самолете-шаттле (STA), выполняя последнюю проверку погодных условий приземления.
Были запущены вспомогательные силовые установки (ВСУ) 2 и 3 (для обеспечения гидравлического давления управления полетом). 160-секундный двухдвигательный двигатель OMS для схода с орбиты произошёл во время 36-го витка над южной частью Индийского океана и изменил параметры орбиты с 270 × 274 км (168 × 170 миль) до 270 × 0 км (168 × 0 миль). Это обеспечило захват атмосферы космического корабля достаточно близко к запланированному месту посадки, чтобы иметь достаточно энергии для управляемой планирующей посадки, но не настолько близко, чтобы энергия должна была рассеиваться со скоростью, превышающей его структурные возможности. Затем Янг медленно поднял Columbia до положения входа носом вверх на уровне крыльев. Оба члена экипажа включили свои катапультные кресла во время этого поворота. Почти полчаса спустя ВСУ 1 была запущена, как и планировалось. Вскоре после этого Columbia вошла в примерно 21-минутное отключение связи. Это произошло из-за комбинации ионизации (16 минут) и отсутствия покрытия наземной станции между Гуамом и станцией слежения Buckhorn в исследовательском центре Dryden Flight. [14] Интерфейс входа (EI) был достигнут над восточной частью Тихого океана в 8110 км (5040 миль) от места посадки на скорости около 28 240 км/ч (17 550 миль/ч). EI — это просто произвольно определенная геодезическая высота 120 000 м (390 000 футов), используемая NASA для целей расчета траектории и планирования миссии. Выше этой высоты космический корабль считается находящимся за пределами «чувствительной атмосферы». [15]
Большая часть этого первого входа в атмосферу была выполнена автоматически. Начальный угол атаки 40° должен был поддерживаться до самого сильного аэродинамического нагрева, после чего он был постепенно уменьшен. На высоте около 100 000 м (330 000 футов) стало видно светло-розовое свечение воздуха, вызванное нагревом входа, и оба члена экипажа опустили забрала. Колумбии пришлось маневрировать 583 км (362 мили) «поперечного диапазона» своей орбитальной наземной траектории, чтобы достичь запланированного места посадки во время входа. Следовательно, вращение в правый крен было выполнено, когда плотность воздуха увеличилась достаточно, чтобы поднять динамическое давление до 570 Па (0,083 фунта на квадратный дюйм) (при скорости, все еще превышающей 24 Маха , и высоте около 78 000 м (256 000 футов)). Автоматические реверсы крена для управления скоростью рассеивания энергии и поперечным рулевым управлением были выполнены на скоростях около 18,5 Маха и 9,8 Маха. [16] Экипаж ясно видел побережье Калифорнии , когда Columbia пересекла его около Биг-Сура на скорости 7 Махов и высоте 41 000 м (135 000 футов). Оба разворота крена на скорости 4,8 Махов и 2,8 Махов были автоматически инициированы и вручную завершены Джоном Янгом. Последнее включение реактивной струи RCS произошло на высоте 17 000 м (56 000 футов) — на 4300 м (14 100 футов) ниже желаемой (из-за прогнозируемого риска взрыва камеры сгорания).
Янг снова взял ручное управление на оставшуюся часть полета, поскольку они приближались к дозвуковой скорости к кругу выравнивания курса (HAC). Был выполнен широкий левый разворот, чтобы выровняться с полосой 23 на дне озера, в то время как T-38 «Chase 1» с экипажем из астронавтов Джона Макбрайда и «Пинки» Нельсона присоединился к строю. Приземление основного шасси произошло на полосе 23 на авиабазе Эдвардс на эквивалентной воздушной скорости 339 км/ч (211 миль/ч) , немного медленнее и примерно на 800 м (2600 футов) дальше по взлетно-посадочной полосе, чем планировалось. Это стало результатом сочетания лучшего, чем прогнозировалось, аэродинамического качества Orbiter и попутного ветра. Время приземления — 18:21 UTC 14 апреля 1981 года. [17] Когда они подъезжали к остановке, Янг заметил по радио: «Это величайший в мире полностью электрический летательный аппарат. Я вам скажу. Это было супер!»
Columbia была возвращена в Космический центр Кеннеди из Калифорнии 28 апреля 1981 года на борту шаттла-носителя . Полет с 36 витками и протяженностью 1 729 348 км (1 074 567 миль) продолжался 2 дня, 6 часов, 20 минут и 53 секунды. [17]
STS-1 был первым орбитальным испытательным полетом того, что НАСА утверждает, было, на тот момент, самым сложным летательным аппаратом из когда-либо построенных. [18] Около 70 аномалий были обнаружены во время и после полета из-за множества компонентов и систем, которые не могли быть надлежащим образом протестированы. К ним относятся:
Несмотря на эти проблемы, миссия STS-1 была успешно завершена, и во многих отношениях Columbia показала себя оптимально. После некоторых модификаций Shuttle и процедур запуска и возвращения [29] Columbia выполнила следующие четыре миссии Shuttle.
Художественное оформление официальной эмблемы миссии было разработано художником Робертом Макколлом . [30] Это символическое изображение космического челнока. На изображении не изображены черные корни крыльев, присутствующие на настоящем челноке.
Окончательная дата запуска STS-1 пришлась на 20-ю годовщину полета Юрия Гагарина на корабле «Восток-1», первого космического полета с экипажем из людей. В 2001 году была учреждена «Ночь Юрия» в ознаменование обоих событий. В честь 25-й годовщины первого полета космического челнока, зал Firing Room 1 в Центре управления запуском в Космическом центре Кеннеди, где был запущен STS-1, был переименован в зал Firing Room Янга-Криппена. NASA описало миссию как «самый смелый испытательный полет в истории». [31]
STS-1 и STS-2 были единственными двумя полетами шаттла, в которых внешний бак был окрашен в белый цвет. Чтобы уменьшить общий вес шаттла, во всех полетах, начиная с STS-3 , использовался неокрашенный бак. Использование неокрашенного бака обеспечило экономию веса примерно на 272 кг (600 фунтов) [32] и придало внешнему баку отличительный оранжевый цвет, который позже стал ассоциироваться со космическим челноком.
Песня « Countdown » группы Rush из альбома 1982 года Signals была написана о STS-1 и первом полете Columbia . [33] Песня была «посвящена астронавтам Янгу и Криппену, а также всем сотрудникам NASA за их вдохновение и сотрудничество».
Кадры запуска часто транслировались на MTV в 1980-х и 1990-х годах и были первыми, показанными на канале, наряду с кадрами Нила Армстронга на Луне и запуска «Аполлона-11» .
Камеры IMAX снимали запуск, посадку и управление полетом во время полета для документального фильма под названием Hail Columbia , который дебютировал в 1982 году и позже стал доступен на DVD . Название фильма взято из неофициального американского национального гимна до 1930-х годов « Hail, Columbia ».
В начале песни «Hello Earth» из альбома Кейт Буш 1985 года Hounds of Love содержится короткий отрывок диалога между «Колумбией» и Центром управления полетами в последние несколько минут ее снижения, начинающийся словами «Колумбия сейчас движется со скоростью, в девять раз превышающей скорость звука...»
В 2006 году в эпизоде «Сопутствующий ущерб», 12-м эпизоде девятого сезона многолетнего канадско-американского военно-фантастического телесериала «Звёздные врата: SG-1» , показан детский флэшбек, в котором показано, как персонаж подполковник Кэмерон Митчелл в возрасте десяти лет стал свидетелем запуска ракеты вместе со своим отцом в прямом эфире по телевизору. Это событие стало одним из тех, что привели его к тому, что он стал пилотом ВВС США .
НАСА начало традицию проигрывать музыку для астронавтов во время проекта «Джемини» и впервые использовало музыку для пробуждения экипажа во время миссии «Аполлон-15» . [34] Для каждого дня в космосе выбирается специальная музыкальная композиция, часто семьями астронавтов, чтобы она имела особое значение для отдельного члена экипажа или в связи с запланированными на день мероприятиями. [35]
Я думаю, будет правильно упомянуть пару ребят, которые отдали свои жизни несколько недель назад в нашем демонстрационном тесте обратного отсчета: Джон Бьорнстад и Форрест Коул. Они верили в космическую программу, и она много для них значила. Я уверен, что они были бы в восторге, увидев, где сейчас находится наш корабль.
Пилот STS-1 Роберт Криппен отдает дань памяти жертвам аварии на орбите. [12] [36] [37]
19 марта 1981 года произошел несчастный случай, в результате которого погибли три человека. Во время обратного отсчета для STS-1 в кормовой отсек двигателя космического челнока Columbia была введена атмосфера чистого азота , чтобы снизить опасность взрыва от многих других потенциально опасных газов на борту орбитального корабля. [37] [38] По завершении испытания работникам площадки было дано разрешение вернуться к работе на орбитальном корабле, хотя азот еще не был удален из-за недавнего изменения процедуры. Три техника, Джон Бьорнстад, Форрест Коул и Ник Маллон, вошли в отсек без воздушных пакетов, не подозревая об опасности, поскольку азот не имеет запаха и цвета, и потеряли сознание из-за недостатка кислорода . [39] Несколько минут спустя другой работник увидел их и попытался помочь, но сам потерял сознание. [12] Четвертый никого не предупредил, но его самого увидели двое других людей. [12] Из этих двоих один предупредил охранника, а другой пошел помогать потерявшей сознание группе. [12] Охранник вошел в отсек с воздушным ранцем и вытащил пятерых мужчин из отсека. [39]
Из-за мер безопасности машины скорой помощи задержались на несколько минут, прежде чем прибыть на место происшествия. [39] Бьорнстад скончался на месте происшествия; Коул умер 1 апреля, так и не придя в сознание, а Маллон получил необратимое повреждение мозга и умер 11 апреля 1995 года от осложнений, вызванных полученными травмами. [40] [41] [42] [43] [44] Это были первые случаи смерти на стартовой площадке мыса Канаверал после пожара «Аполлона-1» , в результате которого погибли три астронавта во время подготовки к пилотируемой высадке на Луну . [38]
Инцидент не задержал запуск STS-1 менее чем через месяц, но пилот Роберт Криппен отдал дань уважения Бьорнстаду и Коулу на орбите. [37] Трехмесячное расследование определило, что причиной аварии стало сочетание недавнего изменения процедур безопасности и недопонимания во время операций. [39] Отчет под названием LC-39A Mishap Investigation Board Final Report был опубликован с результатами. [37] Имена Джона Бьорнстада, Форреста Коула и Николаса Маллона выгравированы на памятнике на Космической аллее славы США во Флориде. [37]
После полета командиру миссии Джону Янгу показали эти видео. Его реакция была серьезной. "Если бы я знал, что закрылок корпуса был отклонен так далеко от положения", - сказал он коллегам, "я бы пришел к выводу, что гидравлические линии были разорваны и система вышла из строя". Без работающего закрылка корпуса контролируемый спуск и посадка были бы чрезвычайно трудными, если не невозможными. Двигатели управления тангажем могли быть или не быть достаточными для обеспечения управления. Шаттл мог выйти из-под контроля и развалиться на очень большой скорости и высоте... «Я бы поднял корабль на безопасную высоту, — заявил он позже, — и, находясь в зоне катапультирования [диапазон скорости и высоты, при которых безопасно срабатывают катапультные кресла], я бы потянул за кольцо».
А еще одна фатальная авария произошла в марте 1981 г., как раз перед самым первым запуском шаттла Columbia в апреле 1981 г. Техник Rockwell Джон Бьорнстад умер на площадке после воздействия газообразного азота внутри кормового отсека Columbia, сказал Перлман. Двое его коллег, Форрест Коул и Ник Маллон, позже умерли от осложнений, связанных с тем же воздействием.