Введение
1963 год, испытательный полет в рамках программы космических полетов NASA «Меркурий».
«Меркурий-Атлас-9» был последней пилотируемой космической миссией американской программы «Меркурий», запущенной 15 мая 1963 года со стартового комплекса 14 на мысе Канаверал, штат Флорида. Космический корабль, названный «Фейт-7», совершил 22 оборота вокруг Земли, прежде чем приводнился в Тихом океане под управлением астронавта Гордона Купера, в то время майора ВВС США. Ракета-носитель «Атлас» имела номер 130 D, а космический корабль «Меркурий» – номер 20. По состоянию на январь 2024 года эта миссия является последним случаем, когда американец был запущен в одиночку для выполнения полностью автономной орбитальной миссии.
Дебаты по поводу продолжения проекта "Меркурий"
Полет "Меркурий-Атлас 8" Уолтера Ширры 3 октября 1962 года был настолько близок к идеальному, что некоторые в НАСА считали, что Соединенным Штатам следует остановиться на достигнутом и сделать полет MA-8 последней миссией "Меркурий", вместо того чтобы рисковать будущей катастрофой. Сторонники прекращения программы после MA-8 утверждали, что НАСА уже максимально использовало возможности аппаратуры первого поколения "Меркурий", и дальнейшие риски, связанные с более длительной миссией, не оправданы; вместо этого НАСА следовало перейти к программе "Джемини". Однако руководство Центра управления пилотируемыми космическими полетами полагало, что команде "Меркурий" следует дать возможность испытать человека в космосе в течение суток. Кроме того, все советские одноместные космические корабли "Восток", запущенные после "Востока-1", находились в космосе более одного дня; таким образом, полет "Меркурий-9" должен был вывести возможности космического корабля "Меркурий" на уровень советских аппаратов.
Планирование миссии
В сентябре 1962 года НАСА завершило переговоры с McDonnell о модификации четырех космических аппаратов Mercury (#12, #15, #17 и #20) до конфигурации, поддерживающей однодневный полет. Эти изменения включали удаление перископа и резервного комплекта двигателей, а также добавление дополнительных аккумуляторов и кислородных баллонов. В ноябре 1962 года Гордон Купер был выбран пилотом миссии MA-9, а Алан Шепард – его дублером. 22 апреля 1963 года ускоритель Atlas 130D и космический корабль Mercury №20 были установлены на стартовой площадке комплекса 14. Поскольку MA-9 должен был выйти на орбиту, проходя почти над каждой частью света от 32,5 градуса северной широты до 32,5 градуса южной широты, для поддержки миссии было выделено в общей сложности 28 кораблей, 171 самолет и 18 000 военнослужащих. Ускоритель Atlas, использованный для MA-9, имел несколько технических усовершенствований, в частности, улучшенную двигательную систему с гиперголическим воспламенителем, который устранял необходимость в выдержке времени перед запуском для предотвращения неровного сгорания. К началу 1963 года, после семи успешных запусков Mercury подряд, неудачи первых дней казались далеким воспоминанием, и представители НАСА испытывали высокую степень уверенности в Atlas, которая затмевала его все еще неоднозначную историю запусков. На первом в этом году совещании высшего руководства MSFC (11 января) Уолтер Уильямс отметил, что ВВС еще не предоставили объяснения двух неудач Atlas F во второй половине 1962 года. До тех пор, пока следственные комиссии не опубликуют свои выводы и не оправдают Atlas D от вины по ассоциации, полет Купера мог быть отложен. За семь месяцев между полетами Ширры и Купера произошло пять аварий аппаратов Atlas D (один из них – Atlas Agena, остальные – оперативные испытания МБР). Несмотря на недавний успех проекта Mercury, НАСА не ослабляло бдительность в отношении Atlas. Когда Atlas 130D был представлен на заводе 30 января, было обнаружено повреждение проводки, и его пришлось отправить на ремонт. На своей первой пресс-конференции 8 февраля Гордон Купер признался, что мало знает о проблемах с ракетой-носителем, и сосредоточился на улучшениях, внесенных в его капсулу Mercury. Многочисленное дополнительное оборудование и расходные материалы для однодневного полета значительно увеличили вес Faith 7; теперь он весил более… 15 марта Atlas был выведен из завода во второй раз и успешно прошел испытания; инженеры Convair выразили уверенность, что это "лучший аппарат, который они когда-либо создавали". Актуаторы ускорителя были немного смещены, чтобы предотвратить повторение рыскания при взлете, которое произошло во время Mercury Atlas 8. В 130D было внесено несколько незначительных изменений в результате анализа данных после неудачных запусков Atlas за предыдущий год. Среди них – добавление пластиковой облицовки внутрь турбонасосов для предотвращения трения лопастей турбины о корпус и возникновения взрыва от искры, улучшение проводки программиста и дополнительные меры для предотвращения возгорания в или вокруг тяговой секции. Модернизированные двигатели MA-2 были оснащены прегражденными головками инжекторов и гиперголическим воспламенителем, что исключало опасения по поводу неровного сгорания или необходимости выдержки времени перед взлетом. Таким образом, датчики RCC (Rough Combustion Cutoff) на 130D работали в разомкнутом контуре и использовались только для качественной оценки. Топливо, сэкономленное за счет отказа от трехсекундной выдержки, позволило бы увеличить время работы ускорителя. Во время Mercury Atlas 8 перед запуском было удалено 112 галлонов топлива, поэтому даже при устранении выдержки продлить время работы ускорителя было бы невозможно, но в этом полете топлива было бы достаточно для увеличения времени работы. Решение Купера назвать свою капсулу Faith 7 было основано на вере в то, что ускоритель Atlas и капсула Mercury успешно выполнят миссию, хотя в The Washington Post сообщалось, что некоторые представители НАСА скептически относились к этой идее.
On March 15, the Atlas was rolled out of the factory a second time and passed tests with flying colors; Convair engineers expressed confidence that this "was their best bird yet." The booster actuators were offset slightly to prevent a recurrence of the liftoff roll transient that occurred on Mercury Atlas 8. Several minor modifications were made to 130D as a result of postflight findings from failed Atlas launches over the previous year. These included adding a plastic liner to the inside of the turbopumps to prevent the turbine blades from rubbing against the casing and triggering an explosion from a friction spark, improvements to the wiring of the programmer, and additional steps taken to prevent the possibility of a fire breaking out in or around the thrust section. The upgraded MA 2 engines featured baffled injector heads and a hypergolic igniter, eliminating any concerns of rough combustion or the need for hold down time prior to liftoff. As such, the RCC (Rough Combustion Cutoff) sensors on 130D were operated open loop and for qualitative purposes only. The propellant conserved by not performing the three second hold down time would allow a longer booster burn. On Mercury Atlas 8, 112 gallons of fuel were removed prior to launch and so an extended burn was not possible even with eliminating the hold down, but on this flight there would be enough propellant to extend burn time. Cooper's decision to name his capsule Faith 7 was based on the faith he had in the Atlas booster and Mercury capsule to carry out the mission successfully, although it was reported in The Washington Post that some NASA officials were skeptical of the idea.
Основные моменты миссии
Когда Купер вошел на борт «Faith 7» в 6:36 утра 14 мая, он обнаружил небольшой подарок, оставленный для него. Алан Шепард, зная, что у Купера будет новая версия устройства для сдерживания мочи, которой не было у Шепарда во время полета Mercury Redstone 3 (что вынуждало его облегчаться во время длительной задержки перед стартом), в шутку оставил ему вантуз. На ручке была инструкция: «Удалить перед стартом». Подарок не полетел. И Купер тоже в тот день не стартовал. Различные проблемы с радарами на Бермудских островах и дизельным двигателем, откатившим стартовый комплекс, привели к переносу запуска на 15 мая. В 8:04:13 утра по восточному времени 15 мая 1963 года «Faith 7» стартовала с площадки 14. На 60-й секунде «Атлас» начал программу крена. Вскоре после этого MA-9 прошла точку максимального Q. На 2-й минуте 14-й секунде Купер почувствовал отключение двигателей первой ступени (BECO) и отделение. Два двигателя первой ступени «Атлас» остались позади. Затем была сброшена спасательная башня. Через 3 минуты после старта давление в кабине стабилизировалось, и Купер доложил: «Faith 7 в порядке». Примерно на 5-й минуте произошел SECO (отключение двигателей второй ступени), и «Faith 7» вышла на орбиту со скоростью 7844 м/с. После разделения и ориентации на орбиту Купер наблюдал, как отставшая первая ступень «Атлас» кувыркалась около восьми минут. На первой орбите над Занзибаром он узнал, что орбитальные параметры позволяют выполнить как минимум 20 оборотов. Когда корабль пролетал над Гуаймасом, Мексика, все еще на первой орбите, связной капсулы Гас Гриссом сообщил Куперу, что наземные компьютеры разрешают выполнить семь орбит. Работа «Атласа» в целом была отличной. Усовершенствованная двигательная установка работала хорошо, с тягой двигателей первой ступени немного выше номинальной. Измеримое колебание топлива происходило с 55-й по 120-ю секунду, вызванное немного более низкими, чем номинальные, настройками автопилота. Траектория полета была немного более высокой, чем номинальная, из-за напряжения постоянного тока в электрической системе первой ступени, которое было примерно на 0,7 вольт выше нормы, но это компенсировалось более высокой, чем номинальная, производительностью двигателей первой ступени. BECO произошла на 127-й секунде, сброс спасательной башни – на 141-й секунде, а SECO – на 301-й секунде. В начале третьей орбиты Купер проверил свой список из 11 экспериментов, запланированных на полет. Его первой задачей было выбросить сферу диаметром 152 мм, оснащенную ксеноновыми стробоскопами, из носовой части корабля. Этот эксперимент был разработан для проверки его способности обнаруживать и отслеживать мигающий маяк на орбите. На 3-й час 25-й минуте Купер включил переключатель и услышал и почувствовал, как маяк отделился от корабля. Он попытался увидеть мигающий свет в сумерках и на ночной стороне орбиты, но не смог этого сделать. На четвертой орбите он заметил маяк и увидел его пульсирующим. Купер доложил Скотту Карпентеру на Кауаи, Гавайи: «Я был с этим маленьким проказником всю ночь». Он также заметил маяк на пятой и шестой орбитах. Также на шестой орбите, примерно через 9 часов после старта, Купер установил камеры, отрегулировал положение корабля и переключил тумблеры для развертывания привязанного воздушного шара из носовой части корабля. Это был шарик из ПЭТ-пленки, окрашенный в флуоресцентный оранжевый цвет, наполненный азотом и прикрепленный к 30-метровому нейлоновому тросу, идущему от контейнера антенны. Тензодатчик в контейнере антенны должен был измерять разницу в атмосферном сопротивлении между перигеем в 161 км и апогеем в 257 км. Купер несколько раз пытался выбросить воздушный шар, но безуспешно. На седьмой орбите Купер обогнал орбитальный рекорд Ширры, выполняя эксперименты по радиации. Через 10 часов станция слежения в Занзибаре сообщила Куперу, что полет разрешен на 17 орбит. Купер обращался вокруг Земли каждые 88 минут 45 секунд с наклонением 32,55 градуса к экватору. Запланированный период отдыха пришелся на орбиты с 9-й по 13-ю. Он поужинал порошкообразным говяжьим рагу и водой, сфотографировал Азию и доложил о состоянии корабля. Купер не чувствовал сонливости и во время девятой орбиты сделал одни из лучших фотографий, сделанных во время полета. Он сфотографировал Тибетское нагорье и Гималаи. Во время полета Купер сообщил, что мог видеть дороги, реки, небольшие деревни и даже отдельные дома, если освещение и фон были подходящими. Это позже подтвердили члены экипажей Gemini, которые летали позже (включая самого Купера). В течение следующих шести часов, на орбитах с 10-й по 13-ю, Купер спал прерывисто. Он время от времени просыпался, делал дополнительные фотографии, записывал отчеты о состоянии и постоянно регулировал температуру скафандра, который то перегревался, то замерзал. На четырнадцатой орбите Купер оценил состояние корабля. Запаса кислорода было достаточно. Запаса перекиси водорода для управления ориентацией было 69 процентов в автоматическом баке и 95 процентов в ручном. На пятнадцатой орбите он провел большую часть времени, калибруя оборудование и синхронизируя часы. Когда он вошел в ночную часть шестнадцатой орбиты, Купер наклонил корабль, чтобы медленно следовать плоскости эклиптики. Через иллюминатор он наблюдал зодиакальный свет и ночное свечение атмосферы. Он сфотографировал эти два явления «слабого света» от Занзибара через ночную сторону Земли до острова Кантон. Позже выяснилось, что фотографии были переэкспонированы, но они все равно содержали ценные данные. Купер получил фотографии Северной Африки, Аравийского полуострова, восточной Индии, Бирмы и Гималайского региона, а также несколько изображений Тихого и Индийского океанов. Погодные условия во всем мире во время полета были исключительно благоприятными, и большинство регионов Земли, над которыми пролетал корабль, находились под влиянием зон высокого давления, как и в трех предыдущих полетах, только Западная Сахара и юго-запад США были надежно без облаков. Тем не менее, дымка и загрязнение воздуха ухудшали видимость для Купера, несмотря на пролет над Лос-Анджелесом и Калькуттой, он не смог увидеть ни один из этих городов из-за смога. В начале 17-й орбиты, пролетая над мысом Канаверал, Флорида, Купер передал черно-белые телевизионные изображения с низкой скоростью развертки в Центр управления полетами Mercury. На изображении было видно призрачное изображение астронавта. На размытой картинке были видны шлем и шланги. Это был первый случай, когда американский астронавт передал телевизионные изображения из космоса. На 17-й и 18-й орбитах Купер сделал инфракрасные фотографии погоды и фотографии захода Луны на лимбе Земли. Он также возобновил измерения радиации счетчиком Гейгера. Во время 18-й и 19-й орбит он пел и восхищался зеленью Земли. Прошло почти 30 часов с момента старта.
Технические проблемы во время полета
На 19-й орбите первые признаки неисправности появились, когда на космическом корабле загорелся индикатор нагрузки 0,05 g (0,5 м/с²). Однако оказалось, что это был ложный сигнал, и корабль не начал неконтролируемое возвращение в атмосферу. На 20-й орбите Купер потерял все данные об ориентации. На 21-й орбите произошло короткое замыкание в шине, питающей главный инвертор мощностью 250 ВА (115 В, 400 Гц). Это привело к отключению электропитания автоматической системы стабилизации и управления. На 21-й орбите Джон Гленн, находившийся на борту судна слежения Coastal Sentry Quebec вблизи Кюсю, Япония, помог Куперу составить пересмотренный контрольный список действий перед торможением. Из-за неисправностей в системах многие этапы предстояло выполнять вручную. На этой последней орбите в зоне радиосвязи находились только Гавайи и Занзибар, но связь была надёжной. Купер заметил повышение уровня углекислого газа в кабине и в своём скафандре. Он сообщил Карпентеру, пролетая над Занзибаром: "Начинает накапливаться кое-что неприятное". Несмотря на все проблемы, Купер сохранял хладнокровие, спокойствие и самообладание. Во время полёта у Купера почти не было аппетита, и он ел только по расписанию. Контейнеры с едой и система подачи воды оказались неудобными, и он не смог правильно приготовить сублимированные продукты, поэтому ограничился кубиками пищи и небольшими бутербродами. Купер считал кубическую пищу невкусной, что также повлияло на его отсутствие аппетита. У него не было проблем с мочеиспусканием во время полёта, и система сбора мочи работала исправно, хотя переливание мочи в накопительные мешки в тесной капсуле было затруднительным. Купер несколько раз дремал во время полёта, каждый раз примерно по часу. Он испытывал некоторый дискомфорт из-за сдавливания коленей скафандром, который уменьшал, слегка приподнимая ноги. За час и 20 минут до торможения Купер принял таблетку декстроамфетамина, чтобы оставаться бодрым; он сообщил, что до конца полёта не чувствовал сонливости. В конце 21-й орбиты Купер снова связался с Гленном на борту Coastal Sentry Quebec. Он доложил, что корабль находится в положении для торможения и удерживается вручную. Контрольный список был завершён. Гленн начал обратный отсчёт до торможения, отсчитав десять секунд. Купер удерживал корабль под углом 34° с опусканием носа и вручную включил тормозные двигатели по команде "Марш!". Купер нанёс линии на иллюминатор, чтобы ориентироваться по созвездиям во время управления кораблём. Позже он сказал, что использовал свои наручные часы для контроля времени работы двигателей, а глаза – для поддержания ориентации. Через пятнадцать минут "Фейт-7" совершил посадку всего в шести километрах от основного судна спасения, авианосца USS Kearsarge. Это была самая точная посадка на тот момент, несмотря на отсутствие автоматического управления. "Фейт-7" приземлился к юго-востоку от острова Мидуэй в Тихом океане. Момент посадки произошел через 34 часа 19 минут 49 секунд после старта. Космический корабль на мгновение перевернулся в воде, а затем выпрямился. Вертолёты сбросили спасателей и передали запрос Купера офицеру ВВС о разрешении подняться на борт авианосца ВМС. Разрешение было получено. Через сорок минут взрывной люк открылся на палубе "Кирсарджа". Купер вышел из "Фейт-7" под тёплые приветствия. Послеполётное медицинское обследование показало, что Купер был слегка обезвожен и испытывал ортостатическую гипотензию из-за длительного пребывания в сидячем положении в капсуле, но других значительных последствий полёта не было выявлено. После миссии MA-9 вновь разгорелись дебаты о целесообразности проведения ещё одного полёта Mercury, Mercury Atlas 10 (MA-10). Предполагалось, что это будет трёхдневная, 48-орбитальная миссия, которую в октябре 1963 года должен был выполнить Алан Шепард. В конечном итоге руководство НАСА решило, что пора переходить к проекту Gemini, и полёт MA-10 так и не состоялся. Программа Mercury выполнила все поставленные задачи.
Splashdown was at 34 hours 19 minutes 49 seconds after liftoff. The spacecraft tipped over in the water momentarily, then righted itself. Helicopters dropped rescue swimmers and relayed Cooper's request of an Air Force officer for permission to be hoisted aboard the Navy's carrier. Permission was granted. Forty minutes later the explosive hatch blew open on the deck of Kearsarge. Cooper stepped out of Faith 7 to a warm greeting. Postflight medical examination of Cooper found that he was slightly dehydrated and experienced a degree of orthostatic hypotension from being seated in the capsule an entire day, but other than that no significant effects from the flight were noted. After the MA 9 mission, there was another debate about whether to fly one more Mercury flight, Mercury Atlas 10 (MA 10). It was proposed as a three day, 48 orbit mission to be flown by Alan Shepard in October 1963. In the end, NASA officials decided it was time to move on to Project Gemini and MA 10 never flew. The Mercury program had fulfilled all of its goals.
Местонахождение космического аппарата
Космический корабль «Фейт-7» в настоящее время экспонируется в Космическом центре Хьюстона, Хьюстон, штат Техас.