1997 жылғы сәтсіз ғарыш сапары: STS-83 миссиясы

Кіріспе

1997 жылы сәтсіз америкалық экипажды ғарыш сапары.

STS-83 – «Колумбия» ғарыш шаттлымен НАСА жүзеге асырған ғарыш миссиясы. Бұл ғылыми зерттеулерге арналған миссия болды және орбитаға сәтті шықты, бірақ отын жасушасындағы техникалық мәселе салдарынан жоспарланған 15 күндік ұшу мерзімі тоқтатылды. «Колумбия» шаттлы төрт күннен кейін Жерге қайтып оралды. Аталған миссия сол жылдың соңында сол экипажбен STS-94 ретінде қайтадан орындалды.

Миссияның басты оқиғалары

Бұл миссия 1997 жылғы 4 сәуірде ұшырылды және орбитада 15 күн 16 сағат болуы жоспарланған. Отын жасу жүйесіндегі мәселеге байланысты миссия қысқартылып, 3 күн 23 сағаттан кейін 8 сәуірде жерге қонды. NASA миссияны 1997 жылғы 1 шілдеде ұшырылған STS-94 ретінде қайта іске қосуды шешті. STS-83 миссиясының негізгі жүгі – Микрогравитация ғылыми зертханасы (MSL) болды. MSL – Еуропалық ғарыш зертханасының Ұзын модулінде (LM) орналасқан микрогравитациялық эксперименттер жиынтығы. Ол Халықаралық микрогравитациялық зертхана миссияларының (IML-1 – STS-42 және IML-2 – STS-65), АҚШ микрогравитациялық зертхана миссияларының (USML-1 – STS-50 және USML-2 – STS-73), Жапон Spacelab миссиясының (Spacelab J – STS-47), Spacelab өмір және микрогравитация ғылымы миссиясының (LMS – STS-78) және Германия Spacelab миссияларының (D-1 – STS-61A және D-2 – STS-55) ғылыми және ынтымақтастық негізін жалғастырды. MSL төрт негізгі құралда 19 материалтану зерттеуін жүргізді. Бұл құралдар: Үлкен изотермиялық пеш, эксперименттерді ғарыш станциясына жеткізуді (EXPRESS) жеделдету құрылғысы, электромагниттік контейнерсіз өңдеу құрылғысы (TEMPUS), қатты-сұйық қоспалардағы қалыңдау құрылғысы (CSLM), тамшы жану эксперименті (DCE) және жану модулі 1 құрылғысы. Маршалл ғарыш ұшу орталығы (MSFC) әзірлеген Middeck Glovebox (MGBX) құрылғысында қосымша технологиялық эксперименттер жүргізілуі тиіс болды, ал жоғары сапалы цифрлық теледидар (HI PAC DTV) жүйесі көп арналы, нақты уақыттық аналогты ғылыми бейнесін беру үшін пайдаланылды. Үлкен изотермиялық пешті Жапон ғарыш агенттігі (NASDA) STS-47 Spacelab J миссиясы үшін әзірледі және STS-65 IML-2 миссиясында да қолданылды. Онда қиғаш жасуша әдісімен диффузия коэффициентін өлшеу, сұйық металдар мен қорытпалардың диффузиясы, сұйық қалайы-қорғасын қорытпасындағы диффузия, ионды балқымалардағы қосымша заттардың диффузиясы, сұйық фазадағы синтездеу II эксперименті (LIF) және балқыған жартылай өткізгіштердегі диффузия процестері (DPIMS) эксперименттері жүргізілді. NASA Льюис ғылыми-зерттеу орталығының жану модулі 1 (CM 1) құрылғысында ламинарлық саз процестері эксперименті және төмен Льюис санындағы жалын шарларының құрылымы (SOFBALL) эксперименттері жүргізілді. Тамшы жану эксперименті (DCE) әр түрлі қысым мен қоршаған ортадағы оттегі концентрациясы кезінде әртүрлі өлшемдегі тамшылардың жану сипаттамаларын зерттеу үшін жасалған. EXPRESS сөресі Spacelab қос сөресін алмастырады, ал арнайы аппараттық құралдар ғарыш станциясындағы осы сөренің құрылымдық және ресурстық байланыстарын қамтамасыз етеді. Онда "Қатты сфералар физикасы" (PHaSE) және "Астро/PGBA" эксперименттері жүргізіледі. Электромагниттік контейнерсіз өңдеу құрылғысы (TEMPUS) әртүрлі ағын режимдеріндегі нуклеация зерттеулеріне, суытылған сұйық күйдегі озық материалдардың термофизикалық қасиеттеріне, осцилляциялық тамшы әдісімен сұйық және суытылған металл қорытпаларының беткі кернеуін өлшеуге, қорытпаларды суыту эксперименттеріне, жер және ғарыш зертханасындағы таза Ni және сұйық Ni-C қорытпаларындағы салыстырмалы дендрит жылдамдықтарын өлшеу арқылы өсіп келе жатқан дендриттердің морфологиялық тұрақтылығын зерттеуге, полиэдралық қысқа аралыққа ие қорытпалардың суытылған балқымасына, суытылған күйдегі металл қорытпаларын құрайтын шынының жылулық кеңеюіне, сұйық күйдегі суытылған металл қорытпаларын құрайтын шынының термофизикалық қасиеттері мен AC калориметриясына және сұйық металл сұйықтықтарының беткі кернеуін және тұтқырлығын өлшеуге арналған эксперименттерге қолданылады. Сонымен қатар, микрогравитацияны өлшеу бойынша эксперименттер жүргізілді. Олардың ішінде ғарыш үдеуін өлшеу жүйесі (SAMS), микрогравитациялық өлшеу құралы (MMA), квази тұрақты үдеуді өлшеу жүйесі және орбиталық үдеуді зерттеу эксперименті (OARE) бар. Ортаңғы палубадағы қолғап қорабы (MGBX) құрылғысы көпіршік пен тамшы сызықтық емес динамикасын (BDND) экспериментін, микрогравитацияда капиллярлық қозғалатын жылу беру (CHT) құрылғысының негізгі жұмысын зерттеу экспериментін, еркін құлаудағы ішкі ағымдар (IFFD) экспериментін және талшықты қолдаумен тамшы жану эксперименті (FSDC 2) жүргізілді.

This mission was originally launched on April 4, 1997, and was intended to be on orbit for 15 days, 16 hours. The mission was cut short due to a problem with Fuel Cell #2 and it landed on April 8, after 3 days 23 hours. NASA decided to fly the mission again as STS 94, which launched July 1, 1997. The primary payload on STS 83 was the Microgravity Science Laboratory (MSL). MSL was a collection of microgravity experiments housed inside a European Spacelab Long Module (LM). It built on the cooperative and scientific foundation of the International Microgravity Laboratory missions (IML 1 on STS 42 and IML 2 on STS 65), the United States Microgravity Laboratory missions (USML 1 on STS 50 and USML 2 on STS 73), the Japanese Spacelab mission (Spacelab J on STS 47), the Spacelab Life and Microgravity Science Mission (LMS on STS 78) and the German Spacelab missions (D 1 on STS 61 A and D 2 on STS 55). MSL featured 19 materials science investigations in four major facilities. These facilities were the Large Isothermal Furnace, the EXpedite the Processing of Experiments to the Space Station (EXPRESS) Rack, the Electromagnetic Containerless Processing Facility (TEMPUS) and the Coarsening in Solid–Liquid Mixtures (CSLM) facility, the Droplet Combustion Experiment (DCE) and the Combustion Module 1 Facility. Additional technology experiments were to be performed in the Middeck Glovebox (MGBX) developed by the Marshall Space Flight Center (MSFC) and the High Packed Digital Television (HI PAC DTV) system was used to provide multi channel real time analog science video. The Large Isothermal Furnace was developed by the Japanese Space Agency (NASDA) for the STS 47 Spacelab J mission and was also flown on STS 65 IML 2 mission. It housed the measurement of diffusion coefficient by shear cell method experiment, the diffusion of liquid metals and alloys experiment, the diffusion in liquid led tin telluride experiment, the impurity diffusion in ionic melts experiment, the liquid phase sintering II experiment (LIF), and the diffusion processes in molten semiconductors experiment (DPIMS). The Combustion Module 1 (CM 1) facility from the NASA Lewis Research Center housed experiments on Laminar Soot Processes Experiment and the Structure of Flame Balls at Low Lewis number Experiment (SOFBALL). The Droplet Combustion Experiment (DCE) is designed to investigate the fundamental combustion aspects of single, isolated droplets under different pressures and ambient oxygen concentrations for a range of droplet sizes varying between and The DCE apparatus is integrated into a single width MSL Spacelab rack in the cargo bay. The EXPRESS rack replaces a Spacelab Double rack and special hardware will provide the same structural and resource connections the rack will have on the Space Station. It will house the Physics of Hard Spheres (PHaSE) experiment and the Astro/PGBA Experiment. The Electromagnetic Containerless Processing Facility (TEMPUS) is used for the experiments on nucleation in different flow regimes, thermophysical properties of advanced materials in the undercooled liquid state experiment, measurements of the surface tension of liquid and undercooled metallic alloys by oscillating drop technique experiment, alloy undercooling experiments, the study of the morphological stability of growing dendrites by comparative dendrite velocity measurements on pure ni and dilute Ni–C alloy in the Earth and space laboratory experiment, the undercooled melts of alloys with polytetrahedral short range order experiment, the thermal expansion of glass forming metallic alloys in the undercooled state experiment, the AC calorimetry and thermophysical properties of bulk glass forming metallic liquids experiment and the measurement of surface tension and viscosity of undercooled liquid metals experiment. There were also experiments on measuring microgravity. They included the space acceleration measurement system (SAMS), the microgravity measurement assembly (MMA), the quasi steady acceleration measurement system and the orbital acceleration research experiment (OARE). The middeck glovebox (MGBX) facility supported the bubble and drop nonlinear dynamics (BDND) experiment, the study of the fundamental operation of a capillary driven heat transfer (CHT) device in microgravity experiment, the internal flows in a free drop (IFFD) experiment and the fiber supported droplet combustion experiment (FSDC 2).

Қайта ұшу

Ұшыру алдында және миссияның басындағы кезеңде, жердегі ұшуды басқарушылар электр қуатын өндіретін #2 отын жасушасында (барлығы үштің бірі) аномалияны байқады, бұл оттегі мен сутегінің бақылаусыз араласа бастағанын көрсетеді, бұл жарылысқа алып келуі мүмкін (Аполлон-13-те болған жарылысқа ұқсас жағдай). Ақауларды жоюға тырысқандарына қарамастан, аномалия сақталып, нашарлауын жалғастырды. Миссияның ұшу ережелері отын жасушасы белгілі бір кернеу шегінен асқан жағдайда өшірілуін талап етті. Үш отын жасушасының екеуі ғана жұмыс істегендіктен, бұл миссияны ертерек аяқтауды талап ететін тағы бір ұшу ережесін күшке енгізді (екінші отын жасушасының тоқтауы қауіпті және ауыр қуатты өшіруді қажет етеді, бірақ шаттл әдетте екі жасушамен жұмыс істейді). Пайдалы жүк маманы доктор Линтерис бұл миссияны «дағдарысты басқару оқуы» деп сипаттады. «Басты тізбек дабылы үздіксіз соғып тұрды». Астронавт Крис Хэдфилд STS-83 миссиясы үшін CAPCOM рөлін атқарды. Ол НАСА-ның миссияны тоқтату туралы шешімін, ғарышкерлердің қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін ұшу ережелері білімін қолданудың жақсы мысалы ретінде атап көрсетті: «Ұшу ережелерінің артықшылығы – қиын шешімдер қабылдауға тура келгенде олар нақтылықты қамтамасыз етеді. Шын мәнінде, тәуекелге баруға деген құштарлық жоғарырақ болады. Алайда, ұшу ережелері бұл ретте нақты болды: Шаттл Жерге оралуы керек еді». Жерге қонғаннан кейін миссия басшылары Колумбияны әдеттегі миссия соңындағы техникалық қызмет көрсету процедурасынан өткізудің қажеті жоқ деп шешті. Оның орнына, олар әдеттегі процедуралар аяқталғаннан кейін (жануар майы резервуарларын және оттегі, сутегі, азот және су сияқты басқа да материалдарды толтыру, негізгі қозғалтқыштарды ауыстыру және т.б.) сол миссияны қайтадан ұшыруды бұрынғыдан да көп қалады. Сол экипаж үш айдан кейін, 1997 жылдың шілдесінде STS-94 (сол кезде қолданылмаған келесі шаттл миссиясының нөмірі) болып тағайындалған қайта ұшуды орындады. Экипаж таңбасы қайта ұшуға сәйкес жаңартылды, сыртқы шекарасы қызылдан көк түске өзгертілді және рейс нөмірі 83-тен 94-ке ауыстырылды.

Prior to launch, and continuing through the early part of the mission, flight controllers on the ground were monitoring an anomaly within the electrical power generating Fuel Cell #2 (of three), making it appear that oxygen and hydrogen might be starting to uncontrollably mix, which could lead to detonation (a similar scenario that caused the explosion on Apollo 13). Despite troubleshooting, the anomaly persisted and appeared to worsen. Mission Flight Rules required that the fuel cell be shut down once a certain voltage threshold had been crossed, and with only two of three fuel cells working, that invoked another Flight Rule which required the mission be terminated early (loss of a second fuel cell would require severe and dangerous powerdowns, though the shuttle operates normally on two). Payload Specialist Dr. Linteris described the mission as "an exercise in crisis management. The main bus alarm was going off continually." Astronaut Chris Hadfield served as CAPCOM for STS 83. He cited NASA's decision to terminate the mission as a positive example of applying the Flight Rules body of knowledge to ensure astronaut safety: "The beauty of Flight Rules is that they create certainty when we have to make tough calls In real time, the temptation to take a chance is always higher. However, the flight rules were unequivocal: the Shuttle had to return to Earth." Upon landing, mission managers decided that Columbia did not need to be processed per a typical end of mission maintenance flow. Instead, they called for an unprecedented reflight of the same mission, once the normal processing could be completed (refill the propellant tanks and other consumables like oxygen, hydrogen, nitrogen, and water, change out the main engines, etc.). The same crew flew the reflight, which was designated STS 94 (the next available unused shuttle mission number at the time), three months later, in July 1997. The crew patch was updated with the reflight, changing the outer border from red to blue and changing the flight number from 83 to 94.