Космический челнок «Колумбия»: история и трагедия

Введение

Орбитальный аппарат в программе космических челноков НАСА; эксплуатировался с 1981 года до катастрофы 2003 года.

Космический челнок «Колумбия» (OV 102) — орбитальный аппарат космического челнока, построенный компанией Rockwell International и эксплуатировавшийся НАСА. Названный в честь первого американского корабля, обогнувшего верхнюю часть североамериканского Тихоокеанского побережья, и женского олицетворения Соединенных Штатов, «Колумбия» стал первым из пяти космических шаттлов, побывавших в космосе, совершив свой первый полет 12 апреля 1981 года. Будучи вторым полноразмерным орбитальным аппаратом, построенным после испытательного корабля «Энтерпрайз», «Колумбия» сохранил уникальные особенности, отражающие его экспериментальную конструкцию по сравнению с более поздними шаттлами, такие как контрольно-измерительное оборудование и характерные черные кили. В дополнение к более тяжелому фюзеляжу и наличию внутреннего шлюза на протяжении всего срока службы, эти особенности сделали «Колумбию» самым тяжелым из пяти пилотируемых орбитальных аппаратов – примерно тяжелее, чем «Челленджер», и тяжелее, чем «Эндевор». В течение первых шести полетов, до 1983 года, «Колумбия» также была оснащена катапультируемыми креслами, основанными на конструкции SR-71, а с 1986 года на вертикальном стабилизаторе был установлен модуль визуализации. За 22 года эксплуатации «Колумбия» совершила 28 миссий в рамках программы космических челноков, проведя в космосе более 300 дней и выполнив более 4000 орбит вокруг Земли. Хотя после завершения своей основной задачи – испытания системы космических челноков – он использовался редко, а его большая масса и внутренний шлюз делали его менее подходящим для запланированных запусков шаттлов Centaur и стыковок с космическими станциями, он тем не менее оказался полезным в качестве рабочей лошадки для научных исследований на орбите после гибели «Челленджера» в 1986 году. «Колумбия» использовалась в одиннадцати из пятнадцати полетов лабораторий Spacelab, во всех четырех миссиях United States Microgravity Payload и в единственном полете исследовательского двойного модуля Spacehab. Палет Extended Duration Orbiter использовался шаттлом в тринадцати из четырнадцати полетов палета, что способствовало длительному пребыванию на орбите для научных и технологических исследований. «Колумбия» также использовалась для возвращения на Землю долговременной исследовательской установки и развертывания обсерватории Chandra, а также доставила в космос первую женщину-командира американской космической миссии, первого астронавта Европейского космического агентства, первую женщину-астронавта индийского происхождения и первого израильского астронавта. В конце своего последнего полета в феврале 2003 года «Колумбия» распалась при входе в атмосферу, погибли семь членов экипажа STS-107 и большая часть научных приборов на борту. Комиссия по расследованию причин катастрофы «Колумбии», собранная вскоре после трагедии, пришла к выводу, что повреждение левого крыла орбитального аппарата во время запуска STS-107 критически повредило систему тепловой защиты. Гибель «Колумбии» и ее экипажа привела к пересмотру направлений пилотируемых космических программ НАСА и к созданию программы Constellation в 2005 году, а также к окончательной остановке программы космических челноков в 2011 году. После катастрофы было воздвигнуто множество мемориалов в память об экипаже; Космический центр «Колумбия» был открыт как национальный мемориал, а холмы «Колумбия» в кратере Гусева на Марсе, исследуемом марсоходом «Спирит», были названы в честь членов экипажа. Большая часть уцелевших обломков «Колумбии» хранится в здании сборки транспортных средств Космического центра Кеннеди, хотя некоторые фрагменты выставлены для публичного обозрения в близлежащем комплексе для посетителей.

Space Shuttle Columbia (OV 102) was a Space Shuttle orbiter manufactured by Rockwell International and operated by NASA. Named after the first American ship to circumnavigate the upper North American Pacific coast and the female personification of the United States, Columbia was the first of five Space Shuttle orbiters to fly in space, debuting the Space Shuttle launch vehicle on its maiden flight on April 12, 1981. As only the second full scale orbiter to be manufactured after the Approach and Landing Test vehicle Enterprise, Columbia retained unique features indicative of its experimental design compared to later orbiters, such as test instrumentation and distinctive black chines. In addition to a heavier fuselage and the retention of an internal airlock throughout its lifetime, these made Columbia the heaviest of the five spacefaring orbiters; around heavier than Challenger and heavier than Endeavour. Columbia also carried ejection seats based on those from the SR 71 during its first six flights until 1983, and from 1986 onwards carried an imaging pod on its vertical stabilizer. During its 22 years of operation, Columbia was flown on 28 missions in the Space Shuttle program, spending over 300 days in space and completing over 4,000 orbits around Earth. While it was seldom used after completing its objective of testing the Space Shuttle system, and its heavier mass and internal airlock made it less than ideal for planned Shuttle Centaur launches and dockings with space stations, it nonetheless proved useful as a workhorse for scientific research in orbit following the loss of Challenger in 1986. Columbia was used for eleven of the fifteen flights of Spacelab laboratories, all four United States Microgravity Payload missions, and the only flight of Spacehab's Research Double Module. The Extended Duration Orbiter pallet was used by the orbiter in thirteen of the pallet's fourteen flights, which aided lengthy stays in orbit for scientific and technological research missions. Columbia was also used to retrieve the Long Duration Exposure Facility and deploy the Chandra observatory, and also carried into space the first female commander of an American spaceflight mission, the first ESA astronaut, the first female astronaut of Indian origin, and the first Israeli astronaut. At the end of its final flight in February 2003, Columbia disintegrated upon reentry, killing the seven member crew of STS 107 and destroying most of the scientific payloads aboard. The Columbia Accident Investigation Board convened shortly afterwards concluded that damage sustained to the orbiter's left wing during the launch of STS 107 fatally compromised the vehicle's thermal protection system. The loss of Columbia and its crew led to a refocusing of NASA's human exploration programs and led to the establishment of the Constellation program in 2005 and the eventual retirement of the Space Shuttle program in 2011. Numerous memorials and dedications were made to honor the crew following the disaster; the Columbia Memorial Space Center was opened as a national memorial for the accident, and the Columbia Hills in Mars' Gusev crater, which the Spirit rover explored, were named after the crew. The majority of Columbias recovered remains are stored at the Kennedy Space Center's Vehicle Assembly Building, though some pieces are on public display at the nearby Visitor Complex.

Вес

Будучи вторым построенным орбитальным аппаратом и первым, способным летать в космос, Columbia был несколько тяжелее последующих шаттлов, таких как Endeavour, которые имели немного иную конструкцию и использовали более современные материалы. Это было частично обусловлено более массивными лонжеронами крыла и фюзеляжа, весом раннего тестового оборудования, оставшегося в составе авионики, и внутренним шлюзом, который изначально устанавливался на все шаттлы, но впоследствии был удален в пользу внешнего шлюза для упрощения стыковок с "Миром" и Международной космической станцией. Из-за своего веса Columbia не мог использовать планируемый разгонный блок Centaur G (программа была отменена после катастрофы Challenger). Сохранение внутреннего шлюза позволило NASA использовать Columbia для миссии STS-109 по обслуживанию космического телескопа Hubble, а также двойной модуль Spacehab, использованный в миссии STS-107. В связи с большим весом, Columbia был менее пригоден для миссий на Международную космическую станцию, хотя во время последней модернизации шаттла были внесены изменения, чтобы обеспечить возможность его использования для таких задач.

Система тепловой защиты

Внешне, Columbia был первым орбитальным кораблём в флоте, поверхность которого была преимущественно покрыта высоко- и низкотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией (HRSI/LRSI) в качестве основной системы тепловой защиты (TPS), с белыми одеялами из силиконовой резины, нанесённой на Nomex – известными как Felt Reusable Surface Insulation (FRSI) – в некоторых областях крыльев, фюзеляжа и дверей грузового отсека. Ранее FRSI покрывал почти 25% поверхности орбитального аппарата; первое обновление привело к его удалению со многих участков, и в последующих полётах он использовался только на верхней части дверей грузового отсека и на внутренних участках верхней поверхности крыльев. Обновление также включало замену многих белых плиток LRSI на верхней поверхности на усовершенствованные гибкие одеяла многоразовой поверхностной изоляции (AFRSI) – также известные как волокнистые изоляционные одеяла (FIBs) – которые применялись на кораблях Discovery и Atlantis. Изначально Columbia был оснащён 32 000 плиток, но после модернизации их количество сократилось до 24 300. Одеяла AFRSI состояли из слоёв чистого кремнезёмного войлока, заключённого между внешним слоем кремнезёмной ткани и внутренним слоем ткани S Glass, скреплённых чистой кремнезёмной нитью в сетке с шагом 2,5 см, и затем покрытых высокочистым кремнезёмным покрытием. Одеяла были полужёсткими и могли иметь размеры до 76 x 76 см. Каждое одеяло заменяло до 25 плиток и приклеивалось непосредственно к корпусу орбитального аппарата. Все эти работы были выполнены во время первой модернизации Columbia и после приостановки полётов после катастрофы Challenger. Несмотря на то, что система тепловой защиты орбитального аппарата и другие усовершенствования были доработаны, Columbia никогда не был таким же лёгким без нагрузки, как другие корабли флота. Следующий по старшинству шаттл, Challenger, также был относительно тяжёлым, хотя и легче, чем Columbia.