О событиях на станции «Мир» летом 1997 года

За много лет эксплуатации орбитальной станции «Мир» с ней десятки раз стыковались корабли «Прогресс», «Союз» и «Шаттл». Методика этой операции хорошо известна и неоднократно опробована.

Во время отработки новой системы сближения и стыковки 25 июня1997 года в космосе произошло, так сказать, транспортное происшествие: грузовой корабль «Прогресс-М34» столкнулся со станцией «Мир».

Виновных в этой аварии Центр управления полетами - ЦУП не искал. Было неблагоприятное стечение обстоятельств, и есть сложная инженерная задача - анализ причин аварии, опыт решения которой очень пригодится в будущем.

В автоматическом режиме экипаж только контролирует сближение по телевизору и по данным компьютера «Прогресса», которые передаются на дисплей станции по радиоканалу. Если на дальности не более 400 метров откажет автоматика, можно завершить сближение и произвести стыковку вручную, используя так называемый телеоператорный режим управления -ТОРУ.

Стыковки кораблей «Прогресс» со станцией «Мир» планируются в автоматическом режиме. «Прогресс» сближается со станцией под управлением с Земли. Все расчеты так называемого «дальнего» сближения выполняет наземный компьютер поданным измерений параметров движения «Прогресса-М» и «Мира», полученным от наземных станций слежения. Этот способ позволяет подвести «Прогресс-М» на расстояние от 7до 30 километров до станции. Начиная с 30 километров сближением, причаливанием и стыковкой управляет бортовой компьютер «Прогресса». Он рассчитывает все необходимые маневры (их обычно требуется не более трех), используя параметры относительного движения корабля и станции: дальность, скорость и их угловое положение. Эти параметры выдает радиотехническая система «Курс» - нечто в роде радиолокатора, только гораздо сложнее. Его аппаратура установлена на корабле «Прогресс» («активный Курс») и на станции «Мир»(«пассивный Курс»).

В техническое задание на разработку ТОРУ было заложено основное требование: для работы с ним экипаж не должен переучиваться. Он умеет стыковать «Союз-ТМ» в ручном режиме при отказе автоматики, и этот опыт следовало использовать для ручной стыковки «Прогресса».

Похожая система давно применялась в авиации для сохранения летающих мишеней, которые курсанты не смогли сбить. Мишень - это старый самолет с телеуправлением, и если он уцелел после учебной стрельбы, то радиосигналами с ведущего самолета его сажали на полосу.

Таким образом, при работе в режиме ТОРУ у экипажа создается близкое к реальному ощущение, что он находится в «Прогрессе-М» и ведет его на стыковку точно так же, как он это делал при ручной стыковке «Союза-ТМ». Режим ТОРУ много раз успешно использовался при стыковке «Прогрессов». Эти же системы ставили на многие модули («Кристалл», «Природа»).

Пульт ТОРУ на станции «Мир» имеет ручки управления двигателями причаливания и ориентации» Прогресса -М», кнопочную панель для подачи на него разовых команд и телевизионный экран, на который выводится изображение станции с телекамеры «Прогресса». Все команды передаются со станции на грузовой корабль по линии УКВ-связи.

Все это заставило специалистов Ракетно-космической корпорации «Энергия» организовать возвращение на Землю аппаратуры «Курс» с кораблей «Союз-ТМ» после их стыковки со станцией для повторного использования на «Прогрессах». Но даже такая мера не решала проблемы полностью, так как ежегодно на орбиту выводится четыре-пять «Прогрессов-М» и только два «Союза-ТМ». Необходимо было отыскать альтернативный вариант.

Однако если система «Курс» откажет на расстоянии более 400метров, «Прогресс-М» может быть потерян вместе с его грузом и запасом топлива, необходимыми для продолжения экспедиции на «Мире». В последние два года все чаще и чаще возникали сложности с поставками аппаратуры «Курс» с киевского радиозавода. Не было гарантий ее получения в плановые сроки, резко возросли цены – до нескольких миллиардов рублей за комплект.

Режим, подобный БПС, уже применяли В.Джанибеков и В.Савиных в 1985 году при полете «Союза-Т13» к станции «Салют-7», аппаратура которой была выключена после аварии. Системы ТОРУ тогда еще не было, поэтому на последнем этапе космонавтам пришлось использовать очень сложную схему ручного подхода к станции.

Так появился режим сближения без использования аппаратуры «Курс», получивший название БПС-ТОРУ (баллистическое прецизионное сближение -телеоператорный режим управления).В этом режиме с помощью серии небольших очень точных маневров, рассчитанных наземным компьютером, «Прогресс-М» подводится к станции на расстояние 1,5-2километра. Отсюда управление берет на себя экипаж в режиме ТОРУ.

6 апреля 1997 года был запущен автоматический грузовой корабль» Прогресс-М34». Он доставил на станцию груз и был заполнен отходами. После этого его должны были увести с орбиты и утопить в Тихом океане. Но предварительно с ним решили провести первый натурный эксперимент по ручной стыковке в режиме БПС-ТОРУ.

Режим БПС-ТОРУ был многократно отработан экипажем на тренажере в земных условиях. Настало время проверить его в реальном полете на двух - трех «Прогрессах-М».

25 июня «Прогресс» в режиме БПС был введен в расчетную точку для начала режима ТОРУ на расстояние 2 километра от станции со скоростью сближения 7 м/с. Параметры были близки к расчетным. Экипаж регулярно измерял дальность по телевизионному регистратору, вычислял скорости сближения и бокового сноса и по определенной программе гасил их.

23 июня 1997 года «Прогресс-М34» был отстыкован от станции «Мир» и удален на несколько километров.

Столкновение произошло вне зоны видимости. Станцию на Земле стало видно и слышно примерно через 15 минут после столкновения. Экипаж стал рассказывать о происшествии. Их переспрашивали, перепроверяли, но почему это произошло, понять таки не смогли. Одновременно ЦУП сразу же начал опрашивать системы «Мира» и «Прогресса» через их телеметрические сети.

В целях безопасности экипаж должен был остановить «Прогресс» в 50 метрах от станции, выполнив так называемый режим зависания. В таком положении всему комплексу надлежало войти в зону видимости наземных пунктов слежения. Затем, после проведения контроля всех параметров корабля и станции наземным персоналом, по команде с Земли можно было начать завершающую фазу работ -причаливание. Однако экипажу скорость корабля уменьшить не удалось, и он продолжал сближаться со станцией.

Баллистики исследовали, как на поведение корабля могло повлиять возможное нарушение его центровки. Пришлось даже сделать натурный эксперимент во время автономного полета «Прогресса». Эта тонкая операция была проведена 26 июня. Запустили малые двигатели» Прогресса», посмотрели, как он ведет себя, и рассчитали положение центра его масс. Эксперимент показал, что оно было в пределах нормы по поперечной оси и немного сдвинуто вперед по продольной. Если центр масс сдвинут сильно, корабль при движении может начать покачиваться, рыскать. Но и этого зафиксировано не было: судя по телевизионной картинке, он все время устойчиво смотрел на станцию.

Внутренним контролем кораблей занимается бортовая диагностика, которая посылает информацию на Землю. По ее сообщениям все системы и корабля, и станции работали нормально. «Прогресс» был специально задержан на орбите, и после многократных проверок выяснилось, что там никаких неполадок нет. Даже после удара все его системы, в том числе отвечающие за сближение, уцелели, ни одна не вышла из строя. На «Мире» тоже все было в норме, не считая потери герметичности корпуса модуля «Спектр» и разрушения его солнечной батареи. Из докладов экипажа и анализа данных телеметрии удалось установить, что в точке зависания примерно в 50 метрах от станции скорость корабля составляла около 3 м/c, тогда как она должна была быть равна нулю.

Само событие оставило у всех, особенно у экипажа, чувство вины. Это естественно: техника ли, Земля или борт виноваты, отвечать вроде бы должен тот, кто держал ручки управления в момент аварии. Однако наказать кого-то за просчет, действительный или мнимый, несложно. Гораздо труднее и неизмеримо важнее отыскать истинную причину происшедшего.

Копались здесь долго и в конечном итоге поняли, что ищем не там. Но копаться было необходимо, принцип здесь один: нужно рассматривать всевозможные версии и анализировать их, постепенно отсекая ошибочные. Это правило устоялось в процессе многолетней работы - мы пришли к нему постепенно и сейчас понимаем, что иначе нельзя. На этот анализ тратятся дополнительные средства и время, но все подозрительные версии подлежат рассмотрению, а возможные причины аварии - ликвидации в последующих полетах.

Экипаж доложил, что в корпусе течь и давление в станции падает. Мы на Земле и сами слышим по связи шум вытекающего воздуха и звук аварийной сирены. Система контроля может почувствовать скорость падения давления на двадцать пять микрон ртутного столба в секунду, подавая звуковой и световой сигналы. Информация об этом передается на Землю и в телеметрию, естественно, тут же записывается время события.

Итак, самого момента удара мы не видели, но как только станция вошла в зону видимости, сразу же включились в работу по ликвидации аварийной ситуации.

В отличие от первых станций – «Салютов» - «Мир» имеет модульную конструкцию, он разделен на секции, как авианосец или подводная лодка. Это удобно по двум причинам. Во-первых, можно посылать на орбиту отдельные блоки станции с разрывом во времени, загружая их самой современной, появившейся в самое последнее время аппаратурой. Кроме того, можно снимать старые модули и ставить новые. И второй немаловажный фактор - безопасность. Если метеорит попадет в один из модулей, его можно быстро отсечь, сохраняя живучесть станции. Для этого у каждого модуля есть герметизирующая дверца – так называемая крышка люка. Ее не закрывают на петлях, как дверь, а снимают и ставят вручную. В переходном отсеке хранятся крышки для трех модулей, а четвертый может быть закрыт штатным стыковочным узлом.

Экипаж начал готовить к спуску «Союз», как это предусмотрено инструкцией. В ней подробнейшим образом расписано, как действовать в подобной ситуации: с одной стороны, надлежит готовиться к эвакуации, а с другой - без риска для жизни попытаться определить, где, в каком отсеке произошла разгерметизация, и принять, по возможности, меры к ее устранению.

Отстыковав кабели, проходящие через люк, экипаж поставил крышку люка, и ее мгновенно присосало. Сразу же стало понятно, что все мы угадали правильно: пробоина находится именно в «Спектре». Смотрим телеметрию: давление на станции стабилизировалось, а в «Спектре» продолжает падать.

Сделав эти пояснения, вернемся к событиям на станции. После доклада около минуты ушло на выяснение обстоятельств, и стало понятно, что произошло соударение с одним из модулей и его разгерметизация. Космонавты осмотрели станцию, зашли в «Спектр» и выяснили, что шипит сильнее всего именно там. Тогда с Земли дали рекомендацию загерметизировать модуль.

Мы успели выключить в «Спектре» всю аппаратуру и химические источники тока, надеясь, что сможем когда-нибудь вернуться в модуль. На «Спектре» были четыре солнечные батареи общей мощностью 12 кВт (одна из которых разрушилась при ударе). Они не все были нужны самому «Спектру», а питали в основном другие отсеки. Кабели этих батарей и проходили через люки. Экипаж, как уже было сказано, их отсек, и некоторое время сидел на голодном пайке по электричеству, потеряв около 4 0процентов энергии. Были выключены сам «Спектр», модуль «Кристалл», целиком получающий питание от «Спектра», почти полностью обесточена лаборатория «Природа», в которую только часть энергии приходит от базового блока. Поэтому естественно было заняться в первую очередь ремонтом электростанции и восстановить ее мощность.

К следующему сеансу связи «Мир» пришел с нулевым давлением в «Спектре». В станции давление остановилось на уровне 670 мм ртутного столба (до удара было 760 мм). Предельное давление, которое грозит неприятностями по содержанию кислорода, - 490 мм рт. ст., так что запас был вполне приличный. Расчеты показали, что эквивалентное отверстие (то есть пересчитанное на круглое) в стенке модуля «Спектр» имеет площадь примерно 3 кв.см., а какой формы оно на самом деле, нам, разумеется, неизвестно.

Начать восстанавливать питание планировалось 30 августа. Намечен был вход экипажа (разумеется, в скафандрах) в «Спектр» и подключение разомкнутых кабелей. Но тренировки экипажа прервались из-за плохого самочувствия командира. Врачи не рекомендовали ему облачаться в скафандр и перегружать сердце. Движения в скафандре сильно затруднены, их приходится делать с большим усилием. Кроме того, скафандр вентилируется далеко не идеально, человек как бы сидит в резиновом мешке и выходит оттуда мокрым, вспотевшим, испытав немалые нагрузки. Поэтому выход несколько раз откладывали, в итоге отложили до прихода нового экипажа -Анатолия Соловьева и Павла Виноградова.

Здесь нам помогла случайность. «Прогресс» ударил по солнечной батарее, которая питает только системы «Спектра». Пока «Спектр» не будет отремонтирован, его аппаратуру все равно включать нельзя, и подключи в три оставшиеся батареи, можно полностью восстановить электроснабжение во всех остальных модулях. Если бы «Прогресс» разбил другую батарею, нам пришлось бы гораздо хуже. Хотя выход был бы и тогда: на внешней поверхности станции есть в запасе две сложенные батареи.

Стали искать другие варианты и, естественно, подумали: а нельзя ли использовать прежние провода внутри станции? Они же остались целыми. Оказалось, можно, если взять резервную крышку и установить в ней герморазъемы. Правда, пришлось бы пилить, сверлить, резать и герметизировать на борту, что крайне неудобно.

Новому экипажу предстояло в первую очередь подключить батареи. Вначале был вариант провести кабели от «Спектра» ко всем модулям снаружи станции, как бы повторив схему, собранную внутри. Сразу же, однако, стало ясно, что это очень дорого: потребуется около полутонны кабелей, доставлять которые пришлось бы на нескольких «Прогрессах». Кроме того, прокладывать и крепить их на корпусе в открытом космосе экипажу было бы очень трудно.

Конус этот заканчивается небольшим цилиндром, на котором есть механизированное и электрифицированное гнездо для причального штыря. Вот его и решили использовать: снять верхний цилиндр, а вместо него сделать толстую алюминиевую плату, насверлив в ней на Земле нужное количество отверстий.

Потом появилась совершенно простая мысль. В переходном отсеке есть конус - пассивный стыковочный узел, который применялся раньше для перестыковки модулей. С ним экипажи уже работали, когда приходили второй, третий и четвертый модули.

25 августа экипаж снял герметизирующую крышку, сбросив давление из переходного отсека(ПХО), на ее место пристыковал конус с новой платой, подсоединил разъемы «Спектра» и вновь поднял давление в ПХО. Электричество было введено в переходной отсек станции.

Плату вырезали, обработали ее в заводских условиях, установили все разъемы, подключили кабели, проверили в барокамере, убедились, что все герметично, и отправили на орбиту. Теперь там осталось только отстыковать от конуса цилиндр и поставить на его место плату. Она позволяет пропустить уже 35 кабелей через свои герметизированные электрические разъемы.

Теперь экипаж занялся «мертвым» модулем. Работа началась с инспекции. На выход в открытый космос пошли Анатолий Соловьев и Майкл Фойл, чтобы исследовать снаружи места, в которых могла быть пробоина. Их вычислили по имеющейся телевизионной и телеметрической информации. Опытные специалисты группы моделирования Хамзат Сайгираев и Николай Петров синтезировали на компьютере видеофильм, имитирующий картину соударения. Она позволила нанести на карты «Спектра» и «Мира» точки вероятных ударов и указать экипажу, где их искать.

Пока «Кристалл» и «Природа» стояли без дела, их системы терморегулирования не работали, выключенные приборы тепла не выделяли, а влажный воздух из базового блока и из модуля»Квант-2» шел. Корпус же где-то перегревается, а где-то сильно охлаждается, и там наступает точка росы, происходит конденсация паров воды. Поэтому прежде чем подключать аппаратуру, вначале пришлось сушить обесточенные модули, а затем включать систему терморегулирования. И только после этого работы по восстановлению электрической части закончились, питание «Природы» и «Кристалла» было восстановлено.

Остается предположить, что негерметичность возникла не вместе удара «Прогресса», а в области наибольшего механического напряжения конструкции. Это означало, что район поиска течи необходимо расширить.

Но здесь есть одно «но»: снаружи весь металл корпуса закрыт многослойным «свитером» пассивной теплоизоляции. Состоит она из стеклоткани с алюминированной пленкой. После каждого слоя фольги идет слой стеклоткани, потом опять фольга, опять стеклоткань, и так 32 раза. Вовремя инспекционного выхода Соловьев и Фойл осмотрели все указанные места возможной негерметичности и отметили, что слой мягкой теплоизоляции там разорван. Модель соударения оказалась точной, но ни в одном из этих мест явных признаков пробоины в корпусе, к сожалению, обнаружено не было.

В ходе этой операции обнаружились два возможных места негерметичности - фонтанчики пыли и мелкие кусочки тепло изоляции недалеко от привода солнечной батареи «Спектра» и радиатора его терморегулирования.

Исходя из этих соображений, мы решили осмотреть станцию с большого расстояния - с борта корабля «Союз-ТМ26» при его перестыковке в августе и с американского корабля «Атлантис» STS-86 в октябре. Облетая станцию, «Атлантис» проводил детальное фотографирование всех подозрительных участков конструкции. Модуль «Спектр» в это время был поддут воздухом до давления 40 мм рт. ст.

Анализ событий 25 июня на станции «Мир» в конце концов позволил выяснить причины происшествия и принять меры к их устранению. Продолжить поиски течи и загерметизировать модуль «Спектр» планируется уже в январе 1998 года.

Осторожности ради эту информацию расценили не в качестве окончательной, а как дополнительную для разработки дальнейших действий. Осторожность объясняется тем, что воздух мог выходить не из отверстий, а в местах разрыва теплоизоляционного слоя, просачиваясь к ним между этим слоем и корпусом.

Сейчас мы от горестных мыслей переходим к более трезвому и нормальному взгляду на происшедшее. Надеемся, что нас посетит удача, что мы и опыт приобретем, и модуль «Спектр» вернем в строй. Рассматриваем ремонт «Спектра» как очень интересную задачу, с которой встретились впервые, новую для всех, работающих в этой области. Успешное ее решение сегодня окажет нам неоценимую услугу в будущем.

Проведя все эти работы, мы создадим новую, очень полезную технологию. Сейчас готовится к запуску международная станция «Альфа», которая должна будет функционировать на орбите не менее пятнадцати лет. На ней предусмотрены противометеоритные экраны, но если ее защиту все-таки пробьет какой-то метеорит, действовать придется способом, отработанным на станции «Мир».

При столкновении корабля «Прогресс-М» со станцией «Мир» модуль «Спектр» получил семь ударов разной интенсивности. По меньшей мере один из них сделал в его корпусе пробоину площадью около двух квадратных сантиметров.

Когда номер был уже сверстан, пришло официальное сообщение, что мелькавшие в средствах массовой информации слухи о наказании экипажа не соответствуют действительности. За этот сложный рейс, изобиловавший нештатными ситуациями, Василию Циблиеву и Александру Лазуткину денежное вознаграждение выплачено полностью и штрафных санкций на ни хне наложено.

Компьютерное моделирование позволило увидеть происшествие н аорбите «со стороны». На борту корабля «Прогресс-М» стояла видеокамера, которая фиксировала движение корабля относительно станции «Мир». Обработанные в цифровой форме видеокадры позволили построить траекторию корабля, отыскать места соударений с модулем «Спектр» и воссоздать ход событий в видекомпьютерных фильмах, как бы снятых с разных точек зрения. Вся эта работа была проделана Х.Сайгираевым и Н. Петровым.

Отдельные кадры видеофильма позволяют в деталях проследить, как произошло столкновение корабля «Прогресс-М» с модулем «Спектр». Направляясь к стыковочному узлу станции «Мир», корабль «Прогресс-М» оказался в непосредственной близости от «Спектра» и кормовым обтекателем задел его солнечную батарею. Этот удар развернул корабль, и он начал двигаться в сторону модуля. Через несколько секунд головная часть «Прогресса» столкнулась со «Спектром». Несколько раз стукнувшись о его корпус, «Прогресс» стал удаляться от станции , слегка задел по дорог ебазовый блок, ничего на нем не повредив, и ушел в пространство. Весь инцидент занял не более трех минут.

источник - http://ms-outlook.ru/text-archives-magazin/01/69/