Введение

1961 Американский пилотируемый суборбитальный космический полет

Mercury Redstone 4 был вторым пилотируемым космическим полетом в Соединенных Штатах, состоявшимся 21 июля 1961 года. Суборбитальный полет в рамках программы Mercury был осуществлен с помощью ракеты-носителя Mercury Redstone Launch Vehicle, MRLV 8. Космический корабль, капсула Mercury № 11, получил прозвище Liberty Bell 7. Пилотом был астронавт Вирджил "Гас" Гриссом. Полет продолжался 15 минут 30 секунд, достиг высоты более чем [укажите высоту в метрах или километрах, если она известна] и пролетел по баллистической траектории, совершив посадку в Атлантическом океане. Полет проходил штатно, пока сразу после приводнения случайно не сработал взрывной механизм люка, предназначенный для аварийного открытия. Гриссом оказался под угрозой утопления, но был благополучно спасен спасательным вертолетом ВМС США. Космический корабль затонул в Атлантическом океане и был поднят только в 1999 году.

Космический корабль

Космический аппарат MR-4, капсула "Меркурий" № 11, была предназначена для выполнения второго пилотируемого суборбитального полета в октябре 1960 года. Она сошла с производственной линии McDonnell в Сент-Луисе в мае 1960 года. Капсула № 11 стала первым серийным аппаратом "Меркурий", оснащенным центральным иллюминатором вместо двух смотровых окон. Она была ближе к окончательной орбитальной версии, чем "Freedom 7" Алана Шепарда. Пилот дал ей название "Liberty Bell 7", и она была окрашена в белый цвет с диагональной, неровной полосой, начинающейся у основания капсулы и простирающейся примерно на две трети к носу, имитируя трещину знаменитого Колокола Свободы в Филадельфии, штат Пенсильвания.

Взрывчатый люк

У Liberty Bell 7 также был новый взрывной люк. Это позволяло астронавту быстро покинуть космический корабль в случае чрезвычайной ситуации. Аварийные службы также могли дистанционно открыть взрывной люк, потянув за внешний тросик. И выскочивающий люк, и тросик являлись стандартными элементами кресел катапульты, используемых в военных самолетах, но в конструкции Mercury пилоту все равно приходилось покидать корабль самостоятельно или быть извлеченным аварийными службами. Первоначальная процедура выхода заключалась в том, чтобы выбраться через отсек антенны после снятия небольшой герметичной переборки. Это была сложная и медленная процедура. Извлечь раненого или потерявшего сознание астронавта через верхний люк было бы практически невозможно. Изначальный боковой люк был закрыт 70 болтами и покрыт несколькими обшивками корпуса, что делало его открытие длительным процессом. Инженеры компании McDonnell Aircraft разработали два типа люков быстрого открытия для космического корабля Mercury. Первый был оснащен защелкой и использовался в миссиях Хэма (шимпанзе) MR-2 и MR-3 Шепарда. Второй тип представлял собой взрывной люк. Люк с защелкой весил 69 фунтов (31 кг), что было слишком большим весом для использования в орбитальной версии корабля. В конструкции взрывного люка использовались 70 болтов оригинальной конструкции, но в каждом титановом болте диаметром в четверть дюйма (6,35 мм) было просверлено отверстие, создающее слабое место. В канале между внутренним и внешним уплотнениями по периметру люка был установлен легковоспламеняющийся детонирующий шнур (MDF). При воспламенении MDF, возникшее давление газа между внутренним и внешним уплотнениями приводило к разрушению болтов на растяжение. Существовали два способа открыть взрывной люк во время посадки. На внутренней стороне люка находился плунжер с ручкой. Пилот мог вынуть штифт и нажать на плунжер с усилием в 5-6 фунтов силы (25 Н). Это приводило к детонации взрывного заряда, который срезал 70 болтов и выбрасывал люк на расстояние 25 футов (8 м) за одну секунду. Если штифт оставался на месте, для детонации болтов требовалось усилие в 40 фунтов силы (180 Н). Спасатель снаружи мог открыть люк, сняв небольшую панель рядом с люком и потянув за тросик. Вес взрывного люка составлял…

Окно

Новое трапециевидное окно на Liberty Bell 7 заменило два боковых иллюминатора, которые были на Freedom 7. Компания Corning Glass Works из Корнинга, штат Нью-Йорк, спроектировала и разработала многослойные стекла, из которых состояло новое окно. Внешняя панель была выполнена из толстого стекла Викор. Внутренняя панель состояла из трех внутренних стеклянных панелей, склеенных вместе для формирования единой внутренней панели. Одна панель была толстым листом Викора, а остальные – из закаленного стекла. Эта новая оконная конструкция была такой же прочной, как любая часть герметичного корпуса космического корабля.

Контроль

Ручное управление Liberty Bell 7 включало новую систему стабилизации угловой скорости. Это обеспечивало точный контроль движений космического аппарата небольшими поворотами ручного контроллера. Ранее для поддержания необходимой ориентации требовалось множество корректирующих маневров. Эта система демпфирования угловой скорости, или система усиления угловой скорости, обеспечивала более плавное и легкое управление, а также резервный способ включения двигателей тангажа, рыскания и крена. Перед миссией Mercury Redstone 4 инженеры Исследовательского центра Льюиса и Космической оперативной группы установили, что запуск двигателей позиционного маневрирования в адаптер к ракете-носителю, а не в открытое пространство, обеспечивает на 78 процентов большую тягу. Это позволило добиться более эффективного разделения космического аппарата и ракеты-носителя за счет эффекта, подобного выстрелу из трубки. При использовании этой методики космический аппарат отделялся со скоростью около, а не, как при использовании старой процедуры. Миссия Mercury Redstone 4/Liberty Bell 7 использовала эту новую методику. Другие изменения в конструкции Liberty Bell 7 включали переработанный обтекатель для кольцевого зажима адаптера космического корабля Redstone и дополнительную пенопластовую прокладку, добавленную в головную часть контурного кресла. Изменения в обтекателе и дополнительная пенопластовая прокладка были предназначены для снижения вибраций, испытываемых пилотом во время этапа разгона. Панель приборов космического корабля была перекомпонована для оптимизации последовательности обзора приборов.

Именование

Капитан Гриссом назвал свою капсулу "Колокол Свободы 7", число семь в честь семи первоначальных астронавтов, отобранных для программы "Меркурий". Эта традиция была непреднамеренно начата Аланом Шепардом, предыдущим пилотом "Меркурия", который включил число семь в название своего корабля "Свобода 7", так как это был заводской образец под номером семь. Другим астронавтам понравилась эта символика, и они тоже стали добавлять цифру 7 к названиям своих кораблей. Гриссом выбрал название "Колокол Свободы" из-за сходства формы капсулы с колоколом, а также потому, что оно вызывало ассоциации с известным Колоколом Свободы. Гриссом даже разместил изображение Колокола Свободы на корпусе корабля, включая характерную трещину. Эта деталь стала поводом для подшучиваний над Гриссомом после того, как корабль затонул в океане по окончании миссии.

Описание миссии

В январе 1961 года директор Космической рабочей группы НАСА Роберт Гилрут сообщил Гасу Гриссому, что он будет основным пилотом для Mercury Redstone 4. Джоном Гленном был назначен дублером для этой миссии. Ракета-носитель Redstone MRLV 8 прибыла на мыс Канаверал 8 июня 1961 года. В ходе проверки миссии 15 июля 1961 года было объявлено, что ракета-носитель Redstone MRLV 8 и космический корабль Mercury No. 11 готовы к выполнению миссии Mercury Redstone 4. Миссия Mercury 4 планировалась как повторение миссии MR 3. Предполагалось, что корабль достигнет апогея в 187 километров. Планируемый радиус полета составлял 481 километр. Гриссом должен был испытать максимальное ускорение 6,33 g (62 м/с) и замедление 10,96 g (107 м/с). Первоначально запуск Liberty Bell 7 был запланирован на 16 июля. Однако из-за плотной облачности запуск был перенесен на 18 июля. 18 июля запуск был отложен еще раз из-за погодных условий. В обоих случаях пилот еще не находился на борту космического корабля. 19 июля 1961 года Гриссом уже был на борту, когда по причине неблагоприятной погоды полет был отложен в очередной раз. К этому моменту до запуска оставалось всего 10 минут 30 секунд. Утром 21 июля 1961 года Гас Гриссом вошел в Liberty Bell 7 в 8:58 UTC, после чего были установлены 70 болтов люка. За 45 минут до запланированного старта техник обнаружил, что один из болтов люка был установлен с отклонением. В ходе последовавшей 30-минутной задержки инженеры компании McDonnell и Космической рабочей группы НАСА решили, что оставшихся 69 болтов будет достаточно для удержания люка на месте и его отстрела в нужный момент. Дефектный болт заменен не был. Liberty Bell 7 был запущен в 12:20:36 UTC 21 июля 1961 года.

Запуск

Позже Гриссом признался на послеполётном брифинге, что он "немного испугался" при взлёте, но добавил, что вскоре почувствовал уверенность по мере нарастания ускорения. Услышав рев двигателя у основания стартовой мачты, он подумал, что его секундомер начал отсчёт с задержкой. Как и Шепард, он был поражён плавностью взлёта, но затем заметил постепенно усиливающиеся вибрации. Они, однако, никогда не были настолько сильными, чтобы ухудшить видимость. Давление в кабине Гриссома стабилизировалось на нужной высоте, около 27000 футов (8230 м), и он был рад, что система жизнеобеспечения работала исправно. Температура в кабине и в скафандре была вполне комфортной. Наблюдая за приборами, показывающими угловую скорость "Редстоуна", Гриссом увидел, что ракета следует по запрограммированной траектории, наклоняясь примерно на один градус в секунду. Во время ускорения в 3 g (29 м/с) на восходящем участке полёта Гриссом заметил внезапную смену цвета горизонта со светло-голубого на иссиня-чёрный. Его внимание отвлёк шум включения ракеты отделения мачты, сработавшей по расписанию. Гриссом почувствовал момент отделения и наблюдал через окно, как мачта, оставляя за собой дымный след, удаляется вправо. Через две минуты и 22 секунды после старта двигатель Rocketdyne "Редстоуна" выключился, разогнав корабль до скорости. Гриссом испытал сильное ощущение кувырка при переходе от высокого к нулевому ускорению, и хотя он был знаком с этим ощущением благодаря тренировкам на центрифуге, на мгновение потерял ориентацию. "Редстоун" продолжал полёт по инерции в течение 10 секунд после выключения двигателя, затем резкий хлопок сообщил о том, что двигатели ориентации отделили космический корабль от ракеты-носителя. Несмотря на то, что Гриссом наблюдал за манёвром разворота корабля в иллюминатор, он так и не увидел свою ракету-носитель.

Баллистический полет

После завершения разворота пилот реактивного самолета ВВС впервые стал космическим пилотом, взяв на себя ручное пропорциональное управление. Постоянное желание смотреть в окно затрудняло концентрацию на задачах управления. Он сообщил Шепарду в Центре управления "Меркурий", что панорама горизонта Земли, представляющая собой дугу в 800 миль (1287 км) на максимальной высоте, была захватывающей. Его приборы оказались на втором плане по сравнению со зрелищем внизу. Нехотя повернувшись к своим приборам и ручке управления, Гриссом изменил тангаж, но перелетел желаемую отметку. Он стал корректировать положение ручкой управления, пытаясь погасить колебания, затем выполнил рыскание, но зашел слишком далеко. К тому времени, как он достиг правильной ориентации, отведенное на эти маневры время истекло, поэтому он отказался от крена. Гриссом обнаружил, что ручное управление значительно инертнее, чем в тренажере процедур "Меркурий". Затем он переключился на новую систему управления по скорости и добился идеальной реакции, хотя расход топлива был высоким. После маневров по тангажу и рысканию, Гриссом выполнил переворот, чтобы увидеть землю из окна. В туманной дали показалась земля под облаками (позже определили, что это западная Флорида в районе Апалачиколы), но пилот не смог ее идентифицировать. Внезапно мыс Канаверал предстал перед ним настолько отчетливо, что Гриссому было трудно поверить, что его наклонная дальность превышала 150 миль (241 км). Существуют веские доказательства того, что Космическое управление не признало вины Гриссома, о чем свидетельствует его сохранение в основном составе для будущих полетов, командование первым полетом "Джемини" и первым запланированным полетом "Аполлон". В интервью 1965 года Гриссом предположил, что внешний страховочный трос люка случайно отсоединился, вызвав открытие люка. На "Либерти Белл-7" этот трос удерживался всего одним винтом. Эта теория была принята Гюнтером Вендтом, руководителем стартовой площадки для большинства ранних американских пилотируемых космических полетов. Во время имитации запуска "Аполлона-1" в 1967 году сочетание пожара в кабине и люка, открывающегося внутрь, привело к гибели Гриссома, а также астронавтов Эда Уайта и Роджера Б. Чаффи в пожаре на стартовой площадке. От идеи использования взрывного люка отказались после того, как инженеры выяснили, что аварийная система эвакуации космического корабля может сработать непреднамеренно. После пожара на "Аполлоне" космические корабли "Аполлон" серии Block II были оснащены системами быстрого открытия люка. В 2021 году анализ видеосъемки спасательной операции показал, что статическое электричество могло спровоцировать преждевременную детонацию болтов люка. Известно, что вертолеты накапливают статический заряд из-за вращения лопастей в воздухе. Лейтенант морской пехоты Джон Рейнхард, член экипажа вертолета, который использовал ножницы со взрывчатыми зарядами для перерезания антенны на плавающем космическом корабле (чтобы вертолет мог снизиться), сообщил: "Когда я коснулся антенны, произошла дуга, и оба резака сработали. Одновременно открылся люк. Возможно, статический заряд его и спровоцировал".

Восстановление колокола Свободы 7

После нескольких неудачных попыток в 1992 и 1993 годах, 20 июля 1999 года, в 30-ю годовщину лунной посадки "Аполлона-11", компания Oceaneering International, Inc. подняла космический корабль "Liberty Bell 7" со дна Атлантического океана на палубу судна обеспечения. Командой руководил Курт Ньюпорт, а финансирование осуществлял телеканал Discovery. Космический корабль был обнаружен после 14-летних поисков, проведенных Ньюпортом, на глубине почти 16000 футов (4877 м) к востоку-юго-востоку от мыса Канаверал. Среди найденных внутри предметов были части летного снаряжения и несколько монет "Mercury dime", взятых в космос в качестве сувениров о полете. Затем космический аппарат поместили в контейнер, заполненный морской водой, для предотвращения дальнейшей коррозии. Космосфера в Хатчинсоне, штат Канзас, разобрала и очистила космический аппарат, после чего он был отправлен в национальный тур, завершившийся 15 сентября 2006 года. Затем космический аппарат вернули в Космосферу, где он находится на постоянной экспозиции. В 2016 году он был временно передан в Детский музей Индианаполиса.

Драматизация в кино

Фильм Филиппа Кауфмана 1983 года "Что нужно для героя" включает в себя драматизацию миссии "Либерти Белл-7", в которой Гаса Гриссома сыграл Фред Уорд. Дополнительные художественные изображения также встречаются в сериале HBO 1998 года "От Земли к Луне" с Марком Ролстоном в роли Гаса Гриссома и фильме 2016 года "Скрытые фигуры" с Девином МакГи в роли Гаса Гриссома.

Хронология

Время T+ Описание события
T+00:00:00 Старт «Меркурий» Ракета-носитель Redstone стартует, запускается бортовой хронометр.
T+00:00:16 Программа крена Redstone начинает крен со скоростью 2 град/с от 90 град до 45 град.
T+00:00:40 Завершение программы крена Redstone достигает угла крена 45 град.
T+00:01:24 Макс. Q Максимальное динамическое давление ~575 лбф/фт² (28 кПа).
T+00:02:20 BECO Выключение двигателя Redstone – прекращение работы двигателей первой ступени. Скорость 5200 миль/ч (2,3 км/с).
T+00:02:22 Сброс спасательной башни Сброс спасательной башни, дальнейшая необходимость отсутствует.
T+00:02:24 Разделение ступеней Запуск двигателей ориентации на 1 с для разделения ступеней.
T+00:02:35 Маневр разворота Космический аппарат (АСУС – Автоматическая Система Управления и Стабилизации) поворачивается на 180 град, ориентируя теплозащитный экран вперед. Нос опущен на 34 град для подготовки к включению тормозных двигателей.
T+00:05:00 Апогей Достигнута апогейная высота около 115 миль (185 км) в 150 милях (241 км) от стартовой площадки.
T+00:05:15 Торможение Запуск трех тормозных ракет на 10 с каждая. Запуск осуществляется с интервалом в 5 с, с перекрытием работы двигателей. Происходит уменьшение скорости по направлению движения.
T+00:05:45 Уборка перископа Перископ автоматически убирается в подготовку к входу в атмосферу.
T+00:06:15 Сброс тормозного отсека Через минуту после торможения сбрасывается тормозной отсек, освобождая теплозащитный экран.
T+00:06:20 Маневр ориентации (АСУС) ориентирует космический аппарат с углом крена 34 град, углом рыскания 0 град, углом тангажа 0 град.
T+00:07:15 Маневр 0.05g (АСУС) фиксирует начало входа в атмосферу и вращает космический аппарат со скоростью 10 град/с для стабилизации при входе в атмосферу.
T+00:09:38 Развертывание тормозного парашюта Развернут тормозной парашют на высоте 22000 футов (6706 м), замедляя снижение и стабилизируя космический аппарат.
T+00:09:45 Развертывание воздухозаборника Развернут воздухозаборник на высоте 20000 футов (6096 м). (СКС – Система Контроля Среды) переключается на аварийный режим подачи кислорода для охлаждения кабины.
T+00:10:15 Развертывание основного парашюта Развернут основной парашют на высоте 10000 футов (3048 м). Скорость снижения уменьшается до.
T+00:10:20 Развертывание посадочного мешка Развернут посадочный мешок, опускающий теплозащитный экран на 4 фута (1 м).
T+00:10:20 Сброс топлива Автоматический сброс остатков перекиси водорода.
T+00:15:30 Водяная посадка Космический аппарат совершает посадку в воду примерно в 300 милях (483 км) от стартовой площадки.
T+00:15:30 Развертывание спасательных средств Развернут спасательный комплект. Комплект включает в себя зеленый дымовой маркер, радиомаяк и антенну-хлыст.