Первый суборбитальный испытательный полет Mercury-Redstone 1

Введение

Испытательный полет ракеты "Редстоун" и космического корабля "Меркурий"

"Меркурий Редстоун 1" (MR 1) был первым беспилотным испытательным полетом "Меркурий Редстоун" в рамках проекта "Меркурий" и первой попыткой запуска космического корабля "Меркурий" с ракетой-носителем "Меркурий Редстоун". Предполагалось, что это будет беспилотный суборбитальный космический полет, который был осуществлен 21 ноября 1960 года с базы ВВС Кейп-Канаверал, штат Флорида. Запуск завершился неудачей: сразу после начала движения ракета "Меркурий Редстоун" самопроизвольно выключилась и вернулась на стартовую площадку, после чего капсула отделила спасательную ракету и выпустила парашюты. Эта неудача получила название "полет на четыре дюйма", по приблизительному расстоянию, которое пролетела ракета-носитель.

Фон испытаний и неудачный запуск

Целью полета MR 1 была квалификация космического аппарата Mercury и ракеты-носителя Mercury Redstone для суборбитальной миссии Mercury. Он также должен был подтвердить работоспособность автоматических систем управления полетом и восстановления космического корабля, а также операций по запуску, слежению и восстановлению на земле. Полет также должен был протестировать автоматическую систему аварийного прекращения полета Mercury Redstone, которая работала бы в режиме "открытого контура". Это означало, что система обнаружения аварии могла сообщать о состоянии, требующем прекращения полета, но сама не могла его инициировать. Поскольку на борту не было живого пассажира, это не представляло угрозы безопасности и предотвратило бы преждевременное завершение полета из-за ложного сигнала об аварии. Некоторые более поздние источники используют префикс "MRLV" для обозначения номеров ракет-носителей, но, по-видимому, NASA не использовала такую форму. Местом запуска был стартовый комплекс 5 на авиабазе Кейп-Канаверал. Первая попытка запуска 7 ноября была отменена из-за возникших в последнюю минуту проблем с капсулой, поэтому запуск был перенесен на 21 ноября. В этот день, после стандартного отсчета, двигатель Mercury Redstone запустился по расписанию в 9:00 утра по восточному стандартному времени (14:00 по Гринвичу). Однако двигатель выключился сразу после взлета со стартовой площадки. Ракета поднялась лишь на небольшую высоту, прежде чем опуститься обратно на площадку. На стартовой площадке LC 5 немедленно сработала сигнализация, но Redstone не взорвался. Он просто остался стоять на стартовой площадке, после чего произошла необычная последовательность событий. Сразу после выключения двигателя Redstone, спасательная ракета капсулы Mercury самопроизвольно отделилась, оставив капсулу прикрепленной к ракете-носителю Redstone. Спасательная ракета поднялась на высоту 4000 футов (1219 м) и приземлилась примерно в от стартовой площадки. Через три секунды после запуска спасательной ракеты капсула выпустила тормозной парашют, а затем основной и запасной парашюты, при этом сбросив обтекатель радиоантенны. Эта ранняя неудача испытаний и последовавшая за ней паника заставили Крафта заявить: "Это первое правило управления полетом. Если ты не знаешь, что делать, ничего не делай".

The purpose of the MR 1 flight was to qualify the Mercury spacecraft and the Mercury Redstone launch vehicle for the sub orbital Mercury mission. It would also qualify the spacecraft's automated flight control and recovery systems, as well as the launch, tracking, and recovery operations on the ground. The flight would also test the Mercury Redstone's automatic inflight abort sensing system, which would be operating in "open loop" mode. This meant that the abort sensing system could report a condition requiring an abort, but it would be unable to actually trigger an abort itself. Since the flight did not have a living passenger, this would not pose a safety problem, and it would prevent a faulty abort signal from prematurely ending the flight. Some later sources use the prefix "MRLV " for launch vehicle numbers, but this form does not seem to have been used by NASA. |group="note" its launch location was Cape Canaveral Air Force Station's Launch Complex 5. An early launch attempt on November 7 was canceled due to last minute problems with the capsule, so launching was rescheduled for November 21. On that day, following a normal countdown, the Mercury Redstone's engine ignited on schedule at 9:00 a. m. Eastern Standard Time (14:00 GMT). However, the engine shut down immediately after lift off from the launch pad. The rocket only rose about before settling back onto the pad. Alarms were immediately sounded at LC 5, but the Redstone didn't explode. Instead it merely sat in place on the launch pad, after which an unusual sequence of events happened. Immediately after the Redstone's engine shut down, the Mercury capsule's escape rocket jettisoned itself, leaving the capsule attached to the Redstone booster. The escape rocket rose to an altitude of 4000 feet (1219 m) and landed about away. Three seconds after the escape rocket fired, the capsule deployed its drogue parachute; it then deployed the main and reserve parachutes, ejecting the radio antenna fairing in the process. This early test failure and subsequent panic led Kraft to declare "That is the first rule of flight control. If you don't know what to do, don't do anything."

Причины неисправности

Расследование показало, что отключение двигателя "Редстоуна" было вызвано разъединением двух электрических кабелей в неправильной последовательности. Сначала должен был разъединиться кабель управления, а затем – кабель питания. Однако для этого запуска кабель управления оказался длиннее ожидаемого – он был предназначен для военной ракеты PGM 11 Redstone, а не для более короткого кабеля, разработанного для Mercury Redstone. Этот кабель управления был зафиксирован для компенсации большей длины, но при взлете фиксация не сработала должным образом, и разъединение кабеля управления было задержано, произойдя примерно через 29 миллисекунд после разъединения кабеля питания. В течение этого короткого интервала отсутствие электрического заземления привело к протеканию значительного тока через электрическое реле, которое должно было вызвать нормальное отключение двигателя в конце активного участка полета. Это реле сработало, что привело к отключению двигателя "Редстоуна" и отправке в капсулу сигнала "нормального отключения". В обычных условиях, получив этот сигнал во время полета, капсула должна была выполнить две операции: сбросить спасательную ракету, которая больше не требовалась, и после того, как спасательная ракета удалилась на безопасное расстояние, активировать взрывные болты, удерживающие капсулу на ракете-носителе для разделения. В случае MR 1 капсула действительно сбросила спасательную ракету, как и было предусмотрено, но последовательность разделения не началась. Конструкция капсулы предусматривала приостановку этого разделения до тех пор, пока ускорение ракеты почти не прекратится, чтобы избежать столкновения капсулы со все еще ускоряющимся носителем. Это должно было произойти, когда датчики ускорения капсулы зарегистрируют приближение ускорения к 0 g, что обычно происходит после отключения двигателя "Редстоуна" и перехода в свободное падение. Однако в случае MR 1 "Редстоун" не находился в свободном падении, а оставался на земле, опираясь на опоры. Таким образом, датчики капсулы зафиксировали эффект собственного веса, восприняв его как постоянное "ускорение" в 1 g. Из-за этого кажущегося ускорения разделение капсулы было заблокировано. Сброс спасательной ракеты активировал систему парашютного спасения капсулы. Поскольку высота была ниже 10000 футов (3048 м), система была активирована датчиками атмосферного давления и последовательно развернула сначала тормозной парашют, а затем основной парашют. Однако, поскольку основной парашют не поддерживал вес капсулы, система не зафиксировала нагрузки на него и сработала так, как если бы парашют вышел из строя, развернув запасной парашют.

Investigation revealed that the Redstone's engine shutdown was caused by two of its electrical cables separating in the wrong order. The control cable was supposed to separate first, followed by the power cable. However, for this launch, the control cable was longer than expected—it was one designed for the military PGM 11 Redstone missile rather than the shorter cable designed for Mercury Redstone. This control cable had been clamped to compensate for its greater length, but when the vehicle lifted off, the clamping did not work as planned and the control cable separation was delayed, eventually occurring about 29 milliseconds after the power cable had separated. During this brief interval, the lack of electrical grounding caused a substantial current to flow through an electrical relay which was supposed to trigger normal engine cut off at the end of powered flight. This relay tripped, causing the Redstone to shut off its engine and send a "normal cut off" signal to the capsule. Under normal circumstances, when the capsule received this signal during a flight, it would do two things: it would jettison its escape rocket, which was no longer of any use, and after the escape rocket had flown clear, fire the explosive bolts holding it to the booster for separation. In the case of MR 1, the capsule did jettison the escape rocket as it was designed to, but the separation sequence did not occur. The capsule was designed to suspend this separation until the vehicle's acceleration had almost ceased, so that the capsule would not be hit by a still accelerating launch vehicle. This would happen when the capsule's acceleration sensors detected an acceleration approaching 0 g, which it would normally experience after the Redstone had shut down and was entering free fall. However, in MR 1, the Redstone was not in free fall but rather sitting supported on the ground. Thus the capsule sensors detected the effect of their own supported weight, which they read as a constant "acceleration" of 1 g. Because of this apparent acceleration, capsule separation was disabled. The jettison of the escape rocket activated the capsule's parachute recovery system. Since the altitude was below 10000 feet (3048 m), this system was triggered by its atmospheric pressure sensors and followed its usual sequence, with the drogue parachute deploying first, followed by the main parachute. But because the main parachute was not supporting the capsule's weight, the parachute system did not detect any load on this chute, so it acted as if the chute had failed and deployed the reserve parachute.

Последствия

Редстоун получил незначительные повреждения при посадке на площадку, но после восстановления мог быть использован повторно, поэтому он был возвращен в Центр космических полетов Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, и оставлен в резерве. Был запланирован новый испытательный полет Mercury Redstone 1A (MR 1A), для которого использовали новую ракету Mercury Redstone под номером MR 3. Космический корабль №2 "Меркурий" не пострадал, поэтому его повторно использовали для MR 1A вместе с аварийной ракетой от корабля №8 и антенным обтекателем от корабля №10. Чтобы предотвратить повторение подобных сбоев, как у MR 1, на последующих ракетах Mercury Redstone установили заземляющую полосу длиной около, чтобы обеспечить электрическое соединение ракеты со стартовой площадкой. Эта полоса была спроектирована так, чтобы отделиться от ракеты после разрыва всех остальных электрических соединений с землей. После возвращения в Хантсвилл MR 1 больше не использовался для полетов. В конечном итоге он был выставлен в Центре космической ориентации Центра космических полетов Маршалла. По состоянию на 13 июля 2022 года он экспонируется в Музее авиации Cradle of Aviation в Гарден-Сити, штат Нью-Йорк. Другие ракеты Mercury Redstone выставлены в Космическом и ракетном центре США в Хантсвилле и в других местах.