Полет STS-35: Астрономическая обсерватория ASTRO-1 на Колумбии

Введение

1990 Американский пилотируемый космический полет

STS-35 был десятым полетом космического шаттла «Колумбия» и 38-й миссией программы «Спейс Шаттл». Полет был посвящен астрономическим наблюдениям с использованием АСТРО-1 – обсерватории Spacelab, включавшей в себя четыре телескопа. Запуск миссии был осуществлен с космодрома имени Кеннеди во Флориде 2 декабря 1990 года.

Устройство мест для экипажа

Место запуска и посадки. Места 1–4 расположены на лётной палубе. Места 5–7 расположены на средней палубе. S1 Бренд Бренд S2 Гарднер Гарднер S3 Хоффман Паркер S4 Лаунж Лаунж S5 Паркер Хоффман S6 Дурранс Дурранс S7 Паризе Паризе

Заметки экипажа

До катастрофы "Челленджера" эта миссия планировалась к запуску в марте 1986 года под обозначением STS-61E. Джон А. Макбрайд был изначально назначен командиром этой миссии, которая стала бы его вторым космическим полётом. Он принял решение уйти из НАСА в мае 1989 года, и его на посту командира миссии сменил Ванс Д. Брэнд. Кроме того, Ричард Н. Ричардс (в качестве пилота) и Дэвид С. Листма (в качестве специалиста по полезной нагрузке) были заменены соответственно Гаем С. Гарднером и Джоном М. Лаунжем. 59-летний Брэнд был самым пожилым астронавтом, совершившим полёт в космос, до Ф. Стори Масгрейва, которому было 61 год во время STS-80 в 1996 году, и сенатора США Джона Г. Гленна-младшего, которому было 77 лет, когда он летал на STS-95 в 1998 году.

Подготовка и запуск

Сильно задержанный ASTRO 1 изначально планировался к запуску в следующей миссии шаттла после трагического STS 51-L "Челленджер" как STS 61-E в марте 1986 года. Миссия была переназначена как STS-35 во время длительного простоя после аварии, с добавлением широкополосного рентгеновского телескопа (BBXRT 01), а оригинальный полезный груз ASTRO 1 был извлечен из хранилища и повторно сертифицирован для полета. "Колумбия" была вывезена на стартовую площадку 39A в конце апреля 1990 года с запланированной датой запуска 16 мая 1990 года. После обзора готовности к полету (FRR) объявление о точной дате запуска было отложено для замены неисправного пропорционального клапана контура фреонового охлаждения в системе охлаждения орбитального аппарата. На последующем Delta FRR дата была установлена на 30 мая 1990 года. Запуск 30 мая был отменен во время заправки из-за незначительной утечки водорода в хвостовой мачте на мобильной стартовой платформе и серьезной утечки в быстроразъемном соединении внешнего бака и орбитального аппарата. Водород также был обнаружен в заднем отсеке орбитального аппарата, предположительно связанный с утечкой в пуповинном соединении. Утечка в пуповинном соединении была подтверждена мини-тестом 6 июня 1990 года. Устранить утечку на стартовой площадке не удалось, и 12 июня 1990 года аппарат был возвращен в здание сборки транспортных средств (VAB), разъединен и перевезен в комплекс обработки орбитальных аппаратов (OPF). Пуповинный узел орбитального аппарата был заменен на аналогичный, взятый с "Эндевора", который все еще находился в стадии строительства. Затем на внешний бак (ET) было установлено новое пуповинное оборудование. Полезный груз ASTRO 1 регулярно проходил повторную проверку и оставался в грузовом отсеке "Колумбии" во время ремонта и переработки орбитального аппарата. "Колумбия" была вывезена на стартовую площадку A во второй раз 9 августа 1990 года для поддержки даты запуска 1 сентября 1990 года. За два дня до запуска в блоке авионики части BBXRT 01 полезного груза ASTRO 1 произошла неисправность, потребовавшая его замены и повторного тестирования. Запуск был перенесен на 6 сентября 1990 года. Во время заправки в заднем отсеке орбитального аппарата вновь была обнаружена высокая концентрация водорода, что потребовало еще одной отсрочки. Руководство NASA пришло к выводу, что "Колумбия" с самого начала испытывала отдельные утечки водорода: одну в пуповинном соединении (теперь замененном) и одну или несколько, которые вновь появились в заднем отсеке. Подозрение пало на блок из трех рециркуляционных насосов водорода в заднем отсеке. Они были заменены и повторно протестированы. Поврежденное тефлоновое уплотнение в предварительном клапане водорода главного двигателя №3 было заменено. Запуск был перенесен на 18 сентября 1990 года. Утечка топлива в кормовом отсеке вновь появилась во время заправки, и запуск был отменен еще раз. Миссия STS-35 была приостановлена до устранения проблемы специальной целевой группой, назначенной директором программы "Спейс Шаттл". 8 октября 1990 года "Колумбия" была переведена на стартовую площадку B, чтобы освободить место для "Атлантиса" в миссии STS-38. Тропический шторм "Клаус" вынудил еще один возврат в VAB 9 октября 1990 года. 14 октября 1990 года аппарат был переведен на стартовую площадку B. Еще один мини-тест на заправку был проведен 30 октября 1990 года с использованием специальных датчиков и видеокамер, а также прозрачной двери заднего отсека из плексигласа. Чрезмерной утечки водорода обнаружено не было. После устранения проблемы, полету оставалось только дождаться завершения STS-38, что привело к еще четырехнедельной задержке. Запланированная дата запуска 30 ноября 1990 года была перенесена на несколько дней из-за опасений, что наблюдения за астрономическими объектами могут быть негативно затронуты. Старт 2 декабря 1990 года был отложен на 21 минуту, чтобы дать ВВС США время наблюдать за низкими облаками, которые могли бы помешать отслеживанию подъема шаттла. Старт наконец состоялся 2 декабря 1990 года в 1:49:01 по восточному времени, девятый ночной запуск в истории шаттлов и второй для "Колумбии". За этим последовал штатный выход на орбиту. Это был один из самых отложенных запусков в программе "Спейс Шаттл".

The much delayed ASTRO 1 had originally been manifested to fly on what would have been the next shuttle mission after Challenger's ill fated STS 51 L as STS 61 E in March 1986. The mission was remanifested as STS 35 during the long stand down after the accident with the addition of the Broad Band X ray Telescope (BBXRT 01), and the original ASTRO 1 payload was brought out of storage and recertified for flight. Columbia rolled out to Pad 39A in late April 1990 for a scheduled launch date of May 16, 1990. Following the Flight Readiness Review (FRR), announcement of a firm launch date was delayed to change a faulty freon coolant loop proportional valve in the orbiter's coolant system. At the subsequent Delta FRR, the date was set for May 30, 1990. Launch on May 30 was scrubbed during tanking due to a minor hydrogen leak in the tail service mast on the mobile launcher platform and a major leak in the external tank/orbiter quick disconnect assembly. Hydrogen was also detected in the orbiter's aft compartment and believed to be associated with a leak involving the umbilical assembly. Leakage at the umbilical was confirmed by a mini tanking test on June 6, 1990. The leakage could not be repaired at the pad, and the vehicle was rolled back to the Vehicle Assembly Building (VAB) June 12, 1990, demated, and transferred to the Orbiter Processing Facility (OPF). The orbiter side umbilical assembly was replaced with one borrowed from Endeavour, then still under construction. The external tank (ET) was then fitted with new umbilical hardware. The ASTRO 1 payload was reserviced regularly and remained in Columbias cargo bay during orbiter repairs and reprocessing. Columbia was rolled out to Pad A for the second time on August 9, 1990, to support a September 1, 1990, launch date. Two days before launch, the avionics box on the BBXRT 01 portion of the ASTRO 1 payload malfunctioned and had to be changed and retested. Launch was rescheduled for September 6, 1990. During tanking, high concentrations of hydrogen were again detected in the orbiter's aft compartment, forcing another postponement. NASA managers concluded that Columbia had experienced separate hydrogen leaks from the beginning: one of the umbilical assembly (now replaced) and one or more which had resurfaced in the aft compartment. Suspicion focused on the package of three hydrogen recirculation pumps in the aft compartment. These were replaced and retested. A damaged Teflon cover seal in the main engine number three hydrogen prevalve was replaced. Launch was rescheduled for September 18, 1990. The fuel leak in the aft compartment resurfaced during tanking, and the launch was scrubbed again. The STS 35 mission was put on hold until problem resolved by a special tiger team assigned by the Space Shuttle director. Columbia was transferred to Pad B on October 8, 1990, to make room for Atlantis on Mission STS 38. Tropical storm Klaus forced another rollback to the VAB on October 9, 1990. The vehicle was transferred to Pad B again on October 14, 1990. Another mini tanking test was conducted on October 30, 1990, using special sensors and video cameras and employing a see through Plexiglas aft compartment door. No excessive hydrogen leakage was detected. With the problem resolved, the flight had only to wait for the completion of STS 38, imparting another four week delay. A scheduled launch date of November 30, 1990, was moved by several days due to concerns that observations of astronomical targets would be adversely affected. Liftoff on December 2, 1990, was delayed by 21 minutes to allow the U. S. Air Force time to observe low level clouds that might impede the tracking of the Shuttle's ascent. Liftoff finally occurred on December 2, 1990, 1:49:01 a. m. EST, the ninth night launch in shuttle history and the second for Columbia. A nominal ascent to orbit followed. This was one of the most delayed launches of the Space Shuttle program.

Основные моменты миссии

Основной полезной нагрузкой миссии STS 35 был ASTRO 1, пятый полет системы Spacelab и второй с конфигурацией «Игло» и двух поддонов. Основными задачами были круглосуточные наблюдения небесной сферы в ультрафиолетовом и рентгеновском спектральных диапазонах с помощью обсерватории ASTRO 1, состоящей из четырех телескопов: Ультрафиолетового телескопа Хопкинса (HUT); Ультрафиолетового фотополяриметрического эксперимента Висконсина (WUPPE); Ультрафиолетового телескопа изображений (UIT), установленного на системе наведения приборов (IPS). Система наведения приборов состояла из трехосной гимбальной системы, установленной на опорной структуре гимбала, соединенной с поддоном Spacelab с одного конца и кормовой частью полезной нагрузки с другого, системы фиксации для поддержки установленного эксперимента во время запуска и посадки, и системы управления, основанной на инерциальной привязке трехосной гироскопической установки и управляемой микрокомпьютером, установленным на гимбале. Широкополосный рентгеновский телескоп (BBXRT) и его двухосевая система наведения (TAPS) дополнили инструментальный комплекс в заднем грузовом отсеке. После выхода на орбиту экипаж разделился на смены: Гарднер, Паркер и Парис составили «Красную команду», а Хоффман, Дурранс и Лаунж – «Синюю команду». Командир Брэнд не был приписан ни к одной команде и помогал координировать деятельность миссии. Телескопы были включены и подняты из транспортного положения «Красной командой» через 11 часов после начала полета. Наблюдения начались под руководством «Синей команды» через 16 часов после миссии, после проверки работоспособности приборов. Во время типичного ультрафиолетового наблюдения ASTRO 1 член экипажа на дежурстве маневрировал шаттлом, чтобы направить грузовой отсек в общем направлении наблюдаемого астрономического объекта. Специалист миссии давал команду системе наведения направить телескопы на цель. Они также фиксировались на направляющих звездах, чтобы помочь системе оставаться стабильной, несмотря на включение двигателей орбитального аппарата. Специалист по полезной нагрузке настраивал каждый прибор для предстоящего наблюдения, идентифицировал небесную цель на экране телевизионного указателя и вносил необходимые поправки на наведение для точного размещения объекта в поле зрения телескопа. Затем он запускал последовательность наблюдений прибором и контролировал записываемые данные. Поскольку многочисленные наблюдения создавали большую нагрузку, специалисты по полезной нагрузке и миссии работали вместе, чтобы выполнять эти сложные операции и оценивать качество наблюдений. Каждое наблюдение занимало от 10 минут до чуть более часа. Проблемы с точностью наведения IPS и последовательные перегревы обоих блоков отображения данных (используемых для наведения телескопов и проведения экспериментов) во время миссии повлияли на процедуры наведения экипажа и вынудили наземные группы в Центре космических полетов Маршалла (MSFC) выполнять тонкую настройку наведения телескопов с помощью экипажа. BBXRT 01 с самого начала управлялся наземными операторами в Центре космических полетов Годдарда (GSFC) и не пострадал. Рентгеновский телескоп требовал минимального внимания со стороны экипажа. Член экипажа включал BBXRT и TAPS в начале работы и выключал их по окончании. После активации телескопа исследователи в Годдарде могли «общаться» с телескопом через компьютер. Перед началом научных операций в компьютерную систему BBXRT были загружены сохраненные команды. Затем, когда астронавты ориентировали шаттл в общем направлении источника, TAPS автоматически наводил BBXRT на объект. Поскольку шаттл мог быть ориентирован только в одном направлении одновременно, рентгеновские наблюдения требовали тщательной координации с ультрафиолетовыми наблюдениями. Несмотря на проблемы с наведением, полный набор телескопов получил 231 наблюдение за 130 небесными объектами за суммарное время 143 часа. Научные группы в Маршалле и Годдарде оценили, что 70% задач миссии были выполнены. ASTRO 1 была первой миссией шаттла, частично управляемой из Центра управления операциями миссии Spacelab в MSFC в Хантсвилле, штат Алабама. Во время полета экипаж столкнулся с проблемой сброса сточных вод из-за засорения канализационной линии, но сумел компенсировать это, используя запасные контейнеры. Проблемы также затронули один двигатель RCC и бортовой текстовый и графический телепринтер, используемый для получения обновлений плана полета.

The primary payload of mission STS 35 was ASTRO 1, the fifth flight of the Spacelab system and the second with the Igloo and two pallets train configuration. The primary objectives were round the clock observations of the celestial sphere in ultraviolet and X ray spectral wavelengths with the ASTRO 1 observatory, consisting of four telescopes: Hopkins Ultraviolet Telescope (HUT); Wisconsin Ultraviolet Photo Polarimeter Experiment (WUPPE); Ultraviolet Imaging Telescope (UIT), mounted on the Instrument Pointing System (IPS). The Instrument Pointing System consisted of a three axis gimbal system mounted on a gimbal support structure connected to a Spacelab pallet at one end and the aft end of the payload at the other, a payload clamping system for support of the mounted experiment during launch and landing, and a control system based on the inertial reference of a three axis gyro package and operated by a gimbal mounted microcomputer. The Broad Band X Ray Telescope (BBXRT) and its Two Axis Pointing System (TAPS) rounded out the instrument complement in the aft payload bay. The crew split into shifts after reaching orbit, with Gardner, Parker, and Parise comprising the Red Team; the Blue Team consisted of Hoffman, Durrance, and Lounge. Commander Brand was unassigned to either team and helped coordinate mission activities. The telescopes were powered up and raised from their stowed position by the Red Team 11 hours into the flight. Observations began under the Blue Team 16 hours into the mission after the instruments were checked out. In a typical ASTRO 1 ultraviolet observation, the flight crew member on duty maneuvered the Shuttle to point the cargo bay in the general direction of the astronomical object to be observed. The mission specialist commanded the pointing system to aim the telescopes toward the target. They also locked on to guide stars to help the pointing system remain stable despite orbiter thruster firings. The payload specialist set up each instrument for the upcoming observation, identified the celestial target on the guide television, and provided the necessary pointing corrections for placing the object precisely in the telescope's field of view. He then started the instrument observation sequences and monitored the data being recorded. Because the many observations created a heavy workload, the payload and mission specialists worked together to perform these complicated operations and evaluate the quality of observations. Each observation took between 10 minutes to a little over an hour. Issues with the pointing precision of the IPS and the sequential overheating failures of both data display units (used for pointing telescopes and operating experiments) during the mission impacted crew aiming procedures and forced ground teams at Marshall Space Flight Center (MSFC) to aim the telescopes with fine tuning by the flight crew. BBXRT 01 was directed from the outset by ground based operators at Goddard Space Flight Center (GSFC) and was not affected. The X ray telescope required little attention from the crew. A crew member would turn on the BBXRT and the TAPS at the beginning of operations and then turn them off when the operations concluded. After the telescope was activated, researchers at Goddard could "talk" to the telescope via computer. Before science operations began, stored commands were loaded into the BBXRT computer system. Then, when the astronauts positioned the Shuttle in the general direction of the source, the TAPS automatically pointed the BBXRT at the object. Since the Shuttle could be oriented in only one direction at a time, X ray observations had to be coordinated carefully with ultraviolet observations. Despite the pointing problems, the full suite of telescopes obtained 231 observations of 130 celestial objects over a combined span of 143 hours. Science teams at Marshall and Goddard estimated that 70% of the mission objectives were completed. ASTRO 1 was the first shuttle mission controlled in part from the Spacelab Mission Operations Control facility at MSFC in Huntsville, Alabama. During the flight, the crew experienced trouble dumping waste water due to a blocked waste water line, but managed to compensate using spare containers. Problems also affected one RCC thruster and an onboard text and graphics teleprinter used for receiving flight plan updates.

Дополнительные полезные нагрузки и эксперименты

Проведение коротковолновых радиопередач между наземными радиолюбителями и радиолюбителями, находившимися на борту шаттла, легло в основу эксперимента SAREX II (Shuttle Amateur Radio Experiment). SAREX осуществлял связь с любительскими радиостанциями, находящимися в зоне прямой видимости орбитального аппарата, в одном из четырех режимов передачи: голосовая связь, медленная сканирующая телевизионная передача (SSTV), передача данных или (только восходящий канал) быстрая сканирующая телевизионная передача (FSTV). Голосовой режим работал в режиме реального времени, в то время как SSTV, передача данных или FSTV могли работать как в режиме реального времени, так и в автоматическом режиме. В ходе миссии SAREX обслуживал специалист по полезной нагрузке Рон Париз, лицензированный оператор (WA4SIR), в периоды, когда он не был занят работой с орбитальным аппаратом или другими полезными нагрузками. Также в ходе миссии был проведен наземный эксперимент по калибровке электрооптических датчиков на оптическом комплексе ВВС Мауи (AMOS) на Гавайях. В рамках программы "Космический класс" был реализован проект "Звезды", направленный на пробуждение интереса учащихся к науке, математике и технологиям. Специалист миссии Хоффман провел первый урок, транслируемый из космоса 7 декабря 1990 года, в поддержку этой цели, охватив материал по электромагнитному спектру и обсерватории ASTRO 1. Дополнительный урок был проведен из центра управления ASTRO 1 в Хантсвилле.

Посадка

Миссия была сокращена на один день из-за надвигающейся неблагоприятной погоды на основной площадке посадки – авиабазе Эдвардс, Калифорния. Двигатели орбитальной маневренной системы (ОМС) были включены в 20:48 по тихоокеанскому времени (PST) над Индийским океаном для вывода космического аппарата с орбиты. Он совершил посадку на взлетно-посадочную полосу 22 авиабазы Эдвардс, Калифорния, в 21:54 по тихоокеанскому времени (PST) 10 декабря 1990 года, после миссии длительностью 8 дней, 23 часа, 5 минут и 8 секунд. Это была четвертая ночная посадка в программе Space Shuttle. Длина пробега при посадке: . Время пробега при посадке: 58 секунд. 20 декабря 1990 года "Колумбия" вернулась на KSC на борту самолета-носителя Space Shuttle Carrier Aircraft (SCA). Вес при посадке: .