Полет STS-51: Запуск ACTS и испытания в космосе (Polet STS-51: Zapusk ACTS i ispytaniya v kosmose)

Введение

1993 Американский пилотируемый космический полет

STS-51 — миссия NASA, выполненная шаттлом Discovery, в ходе которой в сентябре 1993 года был запущен спутник передовых коммуникационных технологий (ACTS). В рамках полета также были развернуты и возвращены спутник SPAS ORFEUS и его камера IMAX, которые сняли впечатляющие кадры Discovery в космосе. Во время миссии был выполнен выход в открытый космос для оценки инструментов и технологий, необходимых для предстоящей миссии STS-61 по обслуживанию космического телескопа Hubble (HST) позднее в том же году. STS-51 стала первой миссией шаттла, оснащенной приемником глобальной системы позиционирования (GPS) – Trimble TANS Quadrex. Он был установлен в верхнем иллюминаторе, где ограниченное поле зрения (FoV) и ослабление сигнала стеклом существенно снизили эффективность приемника. Полностью тройное резервирование GPS с тремя каналами стало возможным только через 14 лет, в ходе миссии STS-118 в 2007 году.

Спутниковые технологии передовых коммуникаций (ACTS)

Спутник передовых коммуникационных технологий был выведен на орбиту в первый день полета. Этот спутник служил испытательным стендом для передовых экспериментальных концепций и технологий спутниковой связи. Верхняя ступень передающей орбиты (TOS) включилась вовремя, через 45 минут после отделения, и вывела спутник на геосинхронную орбиту в первый день миссии. Первая попытка развернуть ACTS была отложена экипажем из-за потери двусторонней связи с Центром управления полетами (MCC) примерно за 30 минут до запланированного времени развертывания. Специалисты центра управления полетами могли принимать телеметрию и голосовую связь от Discovery, однако экипаж не мог принимать сигналы с Земли. Экипаж отменил развертывание в 14:43 по центральному времени (CDT), не получив от MCC подтверждения, как это было предусмотрено в предполётных планах для подобной ситуации. После отмены развертывания экипаж переключил систему связи шаттла в диапазоне S на более низкую частоту и восстановил двустороннюю связь с Землей. Двусторонняя связь была потеряна в общей сложности на 45 минут. После консультаций с экипажем специалисты центра управления полетами немедленно приступили к планированию второй, и в конечном итоге успешной, попытки развертывания. Во время развертывания 12 сентября 1993 года одновременно сработали два взрывчатых шнура Super*Zip в колыбели воздушного бортового оборудования (ASE), предназначенные для освобождения космического аппарата – основной и резервный. Это привело к незначительным повреждениям двух десятков теплоизоляционных покрытий, установленных на переборке между отсеком полезной нагрузки и AFT в районе APU №3. Кольцо ASE, удерживающее TOS, также было повреждено, и обломки были видны при отделении спутника от орбитального аппарата. Спутник передовых коммуникационных технологий (ACTS), являясь важным проектом Космической программы связи NASA, обеспечивал разработку и летные испытания передовых, высокорисковых технологий спутниковой связи. Используя множество антенн с узким лучом и передовые бортовые системы коммутации и обработки, ACTS стал пионером в новых направлениях развития спутниковой связи. Исследовательский центр NASA Glenn отвечал за разработку, управление и эксплуатацию ACTS, продолжая давнюю традицию создания экспериментальных спутников связи. После выполнения своей первоначальной миссии в рамках гигабитной спутниковой сети ACTS, космический аппарат продолжил работу в рамках партнерства между космическим агентством и некоммерческим консорциумом. Он был выведен из эксплуатации 28 апреля 2004 года после прекращения финансирования. Спутник был переведен в режим плоского вращения, ориентируя края солнечных батарей на Солнце, что теоретически должно исключить возможность его повторного запуска. Космический аппарат был перемещен на свою окончательную орбиту захоронения на 105,2° западной долготы, где он представляет минимальную угрозу для других спутников, после того как NASA пришла к выводу в 2000 году, что у него, вероятно, недостаточно топлива для перехода на более высокую орбиту захоронения. Тем не менее, по словам Ричарда Краучика, операционного менеджера ACTS в исследовательском центре Гленна, ACTS не должен войти в атмосферу Земли в течение тысяч лет.

The Advanced Communications Technology Satellite was deployed on flight day 1. This satellite served as a test bed for advanced experimental communications satellite concepts and technology. Its Transfer Orbit Stage (TOS) upper stage fired on time 45 minutes after deployment and boosted the satellite to geosynchronous orbit on the first day of the mission. The first attempt to deploy ACTS was delayed by the crew when two way communications were lost with Mission Control Center (MCC) about 30 minutes before the deploy time. Flight controllers could receive telemetry and voice communications from Discovery, however the crew could not receive communications from the ground. The crew waived off the 2:43 p. m. CDT deploy when they did not receive a "go" from MCC as called for in preflight plans made for just such an occurrence. After the waive off of deploy, the crew changed the shuttle's S Band communications system to a lower frequency and restored two way communications with the ground. The two way communications had been lost for a total of about 45 minutes. After consulting the crew, flight controllers began immediately planning for the second, and ultimately successful deploy. During the deployment on September 12, 1993, two Super*Zip explosive cords in the Airborne Support Equipment cradle (ASE) designed to release the spacecraft, one primary and the other a backup, simultaneously detonated. This caused minor tears in two dozen insulation blankets mounted on the bulkhead between the payload bay and the AFT near the #3 APU. The ASE ring holding the TOS was damaged as well, and ejected debris was visible as the stack moved away from the orbiter. The Advanced Communications Technology Satellite (ACTS), a significant activity of the NASA Space Communications Program, provided for the development and flight test of high risk advanced communications satellite technology. Using multiple spot beam antennas and advanced on board switching and processing systems, ACTS pioneered new initiatives in communications satellite technology. NASA Glenn Research Center was responsible for the development, management, and operation of ACTS as part of a long legacy of experimental communications satellites. After fulfilling its original mission as a key part of the ACTS Gigabit Satellite Network, the spacecraft continued operations through a partnership between the space agency and a nonprofit consortium. It was shut down April 28, 2004, after funding dried up. The satellite was put into a flat spin with its solar array edges facing the Sun, which should theoretically prevent it from ever being restarted. The spacecraft was moved to its final graveyard orbit at 105.2° west longitude – where it poses minimal risk to other satellites – after NASA concluded in 2000 that it probably lacked the fuel to move to a higher graveyard orbit. Nevertheless, ACTS should not re enter the atmosphere for thousands of years, according to Richard Krawczyk, the ACTS operations manager at Glenn Research Center.

Спас-орфеус

Еще одной полезной нагрузкой этой миссии был орбитальный извлекаемый спектрометр дальнего и экстремального ультрафиолетового диапазона (ORFEUS), установленный на платформе полезной нагрузки Shuttle Pallet Satellite (SPAS). ORFEUS был разработан для получения информации о рождении и смерти звезд, а также для изучения газообразных межзвездных облаков. В грузовом отсеке также находился эксперимент по исследованию влияния космической среды ограниченной продолжительности на перспективные материалы (LDCE). Компания Messerschmitt Bölkow Blohm (MBB) начала разработку платформы SPAS (которая ранее использовалась в миссиях STS 7, STS 41 B и STS 39) в 1986 году, превратив ее в свободно летающую астрономическую платформу. Соглашение между DARA и NASA предусматривало четыре совместных научных миссии, в рамках которых Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten (DARA) предоставляла спутник, NASA – услуги запуска, вывода на орбиту и возвращения, а обе стороны совместно использовали научные приборы. NASA предоставляло шаттл бесплатно в обмен на доступ к данным и возможность включения американских экспериментов. ORFEUS, орбитальный извлекаемый спектрометр дальнего и экстремального ультрафиолетового диапазона, предназначенный для измерения излучения в диапазоне от 400 до 1280 ангстрем, был выпущен в 14:06 UTC 13 сентября 1993 года и возвращен в 11:50 UTC 19 сентября 1993 года. Вклад в научную программу внесли Университет Тюбингена, обсерватория Штернварте в Гейдельберге, Калифорнийский университет в Беркли и Принстонский университет (IMPAS). Телескоп ORFEUS был изготовлен компанией Kayser Threde в Германии, а зеркало f/2,5 – французской компанией REOSC. Отдельный спектрограф профилей поглощения межзвездной среды в диапазоне 950–1150 Å (IMAPS) позволил получить наблюдения горячих галактических объектов и межзвездной среды с высоким спектральным разрешением (240 000). Среди других полезных нагрузок были монитор эффективности поверхностных образцов, разработанный Немецким центром воздушно-космических исследований (DLR), и камера грузового отсека IMAX из Канады, которая использовалась для съемок шаттла «Дискавери» на орбите для фильма IMAX «Судьба в космосе». Часть этих кадров также вошла в фильм «Космическая станция 3D». Это был четвертый полет платформы SPAS из семи, выполненных в рамках программы космических шаттлов. Платформа SPAS с ORFEUS была повторно использована в миссии STS 80 в 1996 году.

Another payload on this mission was the Orbiting Retrievable Far and Extreme Ultraviolet Spectrometer (ORFEUS) telescope mounted on the Shuttle Pallet Satellite (SPAS) payload carrier. ORFEUS was designed to provide information on how stars are born and how they die, while studying gaseous interstellar clouds. Also in the cargo bay was the Limited Duration space environment Candidate materials Exposure (LDCE). Messerschmitt Bölkow Blohm (MBB) began development of the SPAS carrier (flown previously on STS 7, STS 41 B, and STS 39) in 1986 into a free flying astronomical platform. The DARA/NASA agreement called for four co operative science missions, with Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten (DARA) providing the satellite, NASA the Shuttle launch and deployment/retrieval services, and the two parties sharing the science instruments. NASA provided the Shuttle free of charge, in return for access to data and the inclusion of U. S. experiments. ORFEUS, the Orbiting Retrievable Far and Extreme Ultraviolet Spectrometer, designed to measure radiation between 400 and 1280 angstroms, was released at 14:06 UTC, on September 13, 1993, and was retrieved at 11:50 UTC, on September 19, 1993. Science contributions came from the University of Tübingen, Sternwarte Heidelberg, University of California, Berkeley and Princeton University (IMPAS). ORFEUS' telescope was fabricated by Kayser Threde in Germany; France's REOSC provided the f/2.5 mirror. The separate 950–1150 Å Interstellar Medium Absorption Profile Spectrograph (IMAPS) added to the observations of hot galactic objects and the interstellar medium at high spectral resolution (240,000). Other payloads were Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR's) Surface Effective Sample Monitor and Canada's IMAX Cargo Bay Camera, which was used to film Discovery in orbit for the IMAX film Destiny in Space. A portion of this footage was also included in Space Station 3D. This was the fourth flight of the SPAS platform, of a total of seven during the space shuttle program. The SPAS ORFEUS version was reflown on mission STS 80 in 1996.

Экстравиклярная активность (EVA)

16 сентября 1993 года космонавты Джеймс Ньюман и Карл Уолц провели внекорабельную деятельность (EVA), предназначенную для оценки инструментов, тросов и платформы для фиксации ног. Их результаты убедили разработчиков и планировщиков миссии обслуживания космического телескопа Хаббл (HST), что их подготовка была надежной. Это была третья и заключительная миссия шаттла, включавшая подготовительную EVA в ответ на недостатки в подготовке к EVA, выявленные в ходе миссии STS-49. Новое оборудование, испытанное во время этой продолжительной EVA, впоследствии потребовалось для миссии обслуживания космического телескопа Хаббл в декабре 1993 года. Однако это было лишь частью целей EVA, и Ньюман и Уолц выполнили другие задачи, подробно объясняя Центру управления полетами различия между работой на орбите и наземной подготовкой. На протяжении большей части дня два члена экипажа EVA работали с опережением графика и выполнили больше задач, чем планировалось. Когда астронавты приводили вещи в порядок, заедающая крышка ящика с инструментами задержала их, потребовав усилий для открытия и закрытия перед возвращением шаттла Discovery на Землю. Из-за крышки ящика с инструментами EVA была продлена примерно на 45 минут сверх запланированного времени, в результате чего Ньюман и Уолц провели в открытом космосе в общей сложности семь часов, пять минут и двадцать восемь секунд. Это была 112-я EVA, выполненная в истории пилотируемой космонавтики.

Вторичные эксперименты

В кабине полезная нагрузка включала оптический объект ВВС Мауи (AMOS), эксперимент по фотографированию полярных сияний (APE B), коммерческий рост кристаллов белка (CPCG), разделение хромосом и растительных клеток в космосе (CHROMEX), высокоразрешающую спектроскопию свечения шаттла (HRSGS A), IMAX, исследования обработки полимерных мембран (IPMP) и эксперимент по мониторингу радиационной обстановки (RME III). Исследование обработки полимерных мембран (IPMP) предназначено для изучения смешивания различных растворителей в отсутствие конвекции, наблюдаемой на Земле, с целью контроля пористости различных полимерных мембран. RME измеряет уровни гамма-излучения, электронов, нейтронов и протонов в кабине экипажа на протяжении всего полета. На борту специалист миссии Джеймс Ньюман надел специальный визор для проведения медицинского эксперимента, проверяющего зрение в невесомости, в рамках исследований того, как зрение компенсирует отсутствие чувства равновесия, связанного с работой внутреннего уха в космосе. Ньюман также успешно протестировал приемник системы глобального позиционирования (GPS), находившийся на борту "Дискавери", для оценки возможности использования подобного оборудования в качестве дополнения к навигационной системе шаттла. Кроме того, в качестве подготовки к работе космической станции, один из топливных элементов "Дискавери" был выключен и перезапущен. В ходе другой медицинской оценки командир Фрэнк Калбертсон и специалист миссии Дэниел Бурш крутили педали на велотренажере на нижней палубе "Дискавери" в рамках продолжающегося исследования использования физических упражнений для смягчения последствий невесомости на организм. Экипаж также активировал эксперимент, направленный на улучшение мембранных фильтров в невесомости, и проверил другой эксперимент, успешно изучающий влияние микрогравитации на растительные клетки. Астронавты Карл Уолц и Джим Ньюман проводили эксперименты, предназначенные для изучения эффекта свечения: один – спектрометр, фиксирующий эффект на пленке с высокой детализацией, а другой – эффект на неподвижных фотографиях. Ожидается, что эксперименты предоставят информацию о том, какие именно газы, помимо атомарного кислорода, создают это свечение. Данные о составе газов в верхних слоях атмосферы могут быть сопоставлены с результатами эксперимента по воздействию материалов в грузовом отсеке, чтобы помочь в проектировании и строительстве будущих космических аппаратов.

In cabin payloads included the Air Force Maui Optical Site (AMOS), the Auroral Photography Experiment (APE B), the Commercial Protein Crystal Growth (CPCG), Chromosome and Plant Cell Division in Space (CHROMEX), High Resolution Shuttle Glow Spectroscopy (HRSGS A), IMAX, Investigations into Polymer Membrane Processing (IPMP) and the Radiation Monitoring Equipment (RME III) experiment. The Investigation into Polymer Membrane Processing (IPMP), is designed to research the mixing of various solvent systems in the absence of convection found on Earth in hopes of controlling the porosity of various polymer membranes. RME measures gamma ray, electron, neutron and proton radiation levels in the crew cabin throughout the flight. On board, Mission specialist James Newman donned a special visor to perform a medical experiment testing vision in weightlessness as part of investigations into how vision compensates for the inner ear's lack of balance in space. Newman also successfully tested a Global Positioning System receiver flying aboard Discovery as an evaluation of using such equipment to supplement the shuttle's navigation. Also, in a precursor of space station operations, one of Discoverys fuel cells was turned off and restarted. In another medical evaluation, Commander Frank Culbertson and Mission specialist Daniel Bursch rode a stationary bike on Discoverys lower deck as part of a continuing study of using exercise to counteract the effects of weightlessness on the body. The crew also powered up an experiment that looks at improving membrane filters in weightlessness and checked on another experiment that has been running well studying the effects of microgravity on plant cells. Astronauts Carl Walz and Jim Newman operated the experiments designed to study the glowing effect, one a spectrometer that records the effect on film in fine detail and another that records the effect on still photographs. The experiments are hoped to provide information about just what types of gases – in addition to atomic oxygen – create the glow. The information on kinds of gases in the extreme reaches of the atmosphere may be coupled with the materials exposure experiment in the cargo bay to assist with the design and construction of future spacecraft.

Знак миссии

Пять белых звезд и одна желтая звезда символизируют порядковый номер полета в последовательности миссий Космической транспортной системы. На знаке также изображен треугольный модуль СПАС-ОРФЕУС справа.

Документальный фильм

Экипаж STS-51 сопровождала съемочная группа телеканала Channel 4 из Соединенного Королевства с момента их назначения на полет, в ходе подготовки и, наконец, во время самой миссии. Документальный фильм, снятый этой съемочной группой, называется "Космический шаттл "Дискавери", а повествовала в нем Хизер Купер. Он был выпущен в 1993 году.