Přehled opatření před obnovením letů raketoplánů

Při startu raketoplánu Columbia STS-107 (16.01.2003) se v T+81.7 s z nádrže ET (z aerodynamické rampy před předním závěsem ET) odlomil kus izolace velký asi jako kufr a o 0.2 s později zasáhl dolní stranu náběžné hrany levého křídla. Manažeři letu v řídicím středisku neměli k dispozici dostatečně detailní záběry pozemních kamer a proto se museli spolehnout na výsledky počítačového modelování a jiných nepřímých technik. Nakonec dospěli k chybnému závěru, že Columbia se může bezpečně vrátit na Zemi. Při přistávání (01.02.2003) ale do levého křídla pronikl horký plyn (pravděpodobně dolní částí RCC panelu č. 9), který zničil konstrukci křídla. Levé křídlo se odlomilo a raketoplán se následně rozpadl cca 60 km nad Texasem. Všichni kosmonauti zahynuli.

Po důkladném vyšetření příčin katastrofy (viz. Souhrn vyšetřování katastrofy STS-107) a po řadě úprav v systému STS nyní manažeři raketoplánů věří, že pravděpodobnost poškození podobného druhu jako u Columbie je minimální. Ale i kdyby nastalo, tak jsou teď schopni poškození zjistit, určit zda je nebezpečné pro návrat, a případně ho nechat opravit do přijatelného stavu na oběžné dráze.

NASA při úpravách STS zvolila jako svůj hlavní přístup celkové snižování rizika (Integrated Accepted Risk Approach). Kde to jen trochu šlo, vybrala řešení minimalizující riziko už v návrhu (Design For Minimum Risk). Přetrvávající rizika omezila vhodnými bezpečnostními zařízeními (Safety Devices). Kde už nešlo rizika překonat, použila varovná zařízení (Warning Devices). Pro zbývající rizika vyvinula speciální postupy jejich zvládnutí (Special Procedures). Výsledky tohoto přístupu, dosažené před obnovením letů raketoplánů (RTF = Return To Flight), jsou posány dále.

Základní opatření pro obnovení letů STS jsou

• eliminace odpadávání částic z nádrže ET při startu (ohřívače, vyšší kvalita izolační pěny)
• zpevnění tepelné ochrany družicového stupně (dodatečná ochrana náběžné hrany, úprava krytu podvozku, předních RCS a bočních oken)
• dokonalejší zjišťování případného poškození (detailní sledování a snímkování při vzletu i na oběžné dráze)
• možnost opravy přímo na oběžné dráze (to se ještě musí vyzkoušet při RTF letech STS-114 a STS-121)
• využití ISS jako nouzového přístavu (pro posádku i orbiter)
• příprava druhého STS k případné záchranné operaci (do 6 až 9 týdnů v závislosti na stavu ISS)

Podrobnější přehled úprav

Nový tvar krytů spojek potrubí kapalného kyslíku na ETOpatření proti odpadávání částic při startu (úpravy ET, SRB i orbiteru):

• pěnová izolace závěsů mezi nádrží ET a orbiterem byla odstraněna a nahrazena ohřívači
• tvar krytů spojek potrubí kapalného kyslíku na ET byl upraven a byly sem přidány ohřívače
• nýty spoje mezi nádrží kapalného vodíku a intertankem na ET byly otočeny a postup izolace této části byl zdokonalen
• aerodynamické (PAL) rampy na ET byly znovu prověřeny, doplněny o snímače a LH2 rampa byla zkrácena
• byl vylepšen proces nanášení i následné kontroly soudržnosti a homogenity izolační pěny (aby nemohly odpadnout větší částice)
• byl překonstruován a nově certifikován kryt výbušných šroubů na spojích mezi SRB a ET
• na orbiteru byly předstartovní papírové kryty trysek manévrovacích motorů nahrazeny lehčím materiálem Tyvec

Zpevnění tepelné ochrany družicového stupně:

• dodatečná ochrana nosníků části náběžných hran (pro RCC panely 5 až 13) [proti "sneak flow"]
• byly minimalizovány spáry kolem krytu hlavního podvozku
• upraven držák předních RCS (eliminovány některé spojovací díly)
• byla instalována silnější tepelná ochrana bočních okének 1 a 6

Inspekce tepelné ochrany při startu a po startu

Pozemní a letadlový sledovací systém:

• více než 50 rychloběžných filmových kamer (400 snímků za sekundu) na startovací rampě
• nové HDTV digitální videokamery pracující s 60 snímky za sekundu
• nové filmové kamery (35 mm, 100 snímků za sekundu)
• pro prvních 57 sekund letu 3 platformy krátkého dosahu (každá 2x film a 1x HDTV)
• pro prvních 100 sekund letu 6 stanic středního dosahu (každá film i HDTV)
• pro prvních 165 sekund letu 10 stanic dlouhého dosahu
• celkem přibylo 8 nových stanic pro sledování startu
• obraz z HDTV kamer bude nahráván na harddisky a bezprostředně k dispozici na interních webech NASA
• za 6 - 8 hodin by HDTV záběry měly být dostupné i na veřejných webech NASA
• dva letouny WB-57 (20 km vysoko) s HDTV kamerami (4.2 m ohnisko) a infrasenzory budou sledovat vzlet
• v době odpojení SRB budou letouny cca 25km pod raketoplánem

PAL rampa LOX na ET- letouny mohou být využity i ke sledování případného RTLS manévru

• letouny budou sledovat i návrat raketoplánu z oběžné dráhy
• obraz z letadel nebude dostupný v reálném čase, ale až po jejich přistání
• úpravy sledovacího systému stály 40 mil. USD, úpravy letadel 9 mil. USD
• provoz sledovacího systému do ukončení letů STS si vyžádá cca 40 mil. USD

Kamery na raketoplánu:

• nové (digitální) kamery na ET i na SRB
• byl pozměněn manévr po odhození ET, takže kosmonauti budou moci ET fotografovat

Nové senzory na orbiteru:

• za každým RCC panelem v náběžných hranách nové detektory impaktů (akcelerometry)
• celkem 66 senzorů za každou náběžnou hranou, každý měří 22000 x za sekundu
• v každé náběžné hraně 22 nových teplotních čidel

Kontrola na oběžné dráze:

• v nákladovém prostoru raketoplánu bude nástavec OBSS k RMS
  • OBSS = Orbiter Boom Sensor System
  • je dlouhý 15 metrů a vybavený TV kamerou a laserovými senzory (pro sledování případné delaminace vrstev v RCC panelech)
  • během druhého dne po startu s ním kosmonauti detailně prohlédnou každý kousek náběžných hran i krytu přídě raketoplánu
• spodní část orbiteru bude sledována a fotografována posádkou ISS při příletu raketoplánu (třetí den letu)
  • byla k tomu vypracována speciální choreografie přiblížení raketoplánu k ISS a připojení
• při STS-114 se budou testovat různé techniky opravy dílů tepelné ochrany raketoplánu
  • kosmonauti je vyzkouší pátý den letu při EVA-1 (demo)

Dodatečná opatření

Sledovací letoun WB-57- první dva starty po obnovení letů musí proběhnout ve dne kvůli optimálnímu sledování vzletu

• nové nouzové letiště pro přistání bylo připraveno na velké vojenské základně severně od Marseille (Istres-le-Tube)
• trajektorie přistávání nebyla změněna, ale sestup budou sledovat 3 letouny s kamerami (nad Pacifikem, nad Mexikem a nad Floridou)
• po přistání budou náběžné hrany kontrolovány novou speciální termografickou metodou (umělé tepelné zatížení hran)
• využití ISS jako nouzového přístavu (pro posádku i orbiter)
• příprava druhého STS k případné záchranné operaci (do 6 až 9 týdnů v závislosti na stavu ISS)

Celkové náklady na obnovení letů raketoplánů byly vyčísleny zhruba na 1.4 mld. USD.

Konkrétní plnění RTF doporučení komise CAIB (celkem bylo 15 RTF doporučení):

R3.2-1 Odstranit odpadávání úlomků izolace z vnější nádrže ET.

• ohřívače místo pěny na úchytech orbiteru
• úpravy povrchového vedení potrubí LOX i LH2
• dokonalejší kontrola soudržnosti a homogenity izolační pěny
• (nezávislá RTF Task Group dospěla k závěru, že toto doporučení nebylo zcela splněno)

R3.3-1 Provádět důkladné kontroly pevnosti všech RCC dílů.

• všechny RCC díly sejmuty z orbiterů a zkontrolovány u výrobce
• vyvinuta speciální zátěžová termografie RCC dílů

R3.3-2 Zlepšit schopnost orbiteru vydržet drobná poškození od různých úlomků.

• dodatečná ochrana nosníků části náběžných hran (pro RCC panely 5 až 13) [proti "sneak flow"]
• byly minimalizovány spáry kolem krytu hlavního podvozku
• upraven držák předních RCS (eliminovány některé spojovací díly)
• byla instalována silnější tepelná ochrana bočních okének 1 a 6
• (nezávislá RTF Task Group dospěla k závěru, že toto doporučení nebylo zcela splněno)

R3.4-1 Zdokonalit systém optického snímání startu (min. 3 úhly pohledu) alespoň do oddělení SRB.

• 8 nových sledovacích stanic
• více kamer s lepšími parametry (vyšší rozlišení a rychlejší snímání)
• rychlejší zpracování filmů (digitální technologie)
• speciální sledovací letouny s perfektním vybavením

R3.4-2 Zajistit rychlou dostupnost kvalitních snímků nádrže ET po oddělení od orbiteru.

• nová digitální kamera na ET
• ruční digitální fotoaparáty pro posádku
• byl pozměněn manévr po odhození ET, takže kosmonauti budou moci ET lépe fotografovat
• rychlý přenos digitálních snímků na Zemi

R3.4-3 Zajistit rychlou dostupnost kvalitních snímků spodní strany orbiteru a náběžných hran.

• kamera na ET
• přenos obrazu v reálném čase
• kontrola orbiteru na oběžné dráze nástavcem OBSS na RMS
• snímkování orbiteru posádkou ISS při příletu ke stanici

R4.2-1 Otestovat a schválit každý letový kus zádržného systému výbušných šroubů.

• systém byl překonstruován a nově certifikován

R4.2-3 Zajistit přítomnost nejméně dvou členů personálu u všech závěrečných procedur před startem.

• byly upraveny předpisy a zpřísněna jejich kontrola

R4.2-5 Dodržovat průmyslový standard při definici "cizích objektů" při údržbě a obsluze STS.

• byly upraveny předpisy (akceptován průmyslový standard) a zlepšen výcvik personálu

R6.2-1 Přijímat a dodržovat jen takový plán letů STS, který respektuje všechny dostupné zdroje.

• prioritou byla deklarována bezpečnost letů
• byly vypracovány postupy ověřování reálnosti plánu letů (simulace vlivu změn)

R6.3-1 Rozšířit výcvikový program týmu řídicího střediska o nouzové situace i po dokončení vzletu.

• vytvořen nový výcvikový plán
• proběhla řada tréninkových simulací letu

R6.3-2 Zajistit snímky orbiteru na oběžné dráze od organizace NIMA při každém letu.

• příslušné smlouvy byly podepsány a plány vytvořeny
• koordinační postupy byly ověřeny při cvičných simulacích v řídicím středisku

R6.4-1 Zajistit možnost kontroly a opravy tepelné ochrany orbiteru přímo na oběžné dráze.

• nové tepelné a dopadové senzory v náběžných hranách
• nástavec OBSS s kamerami a laserem
• snímkování z ISS
• možnosti opravy tepelné ochrany budou testovány při STS-114 a STS-121
• pozemní testy a certifikace různých způsobů oprav na oběžné dráze ještě nebyly dokončeny
• (nezávislá RTF Task Group dospěla k závěru, že toto doporučení nebylo zcela splněno)

R9.1-1 Vypracovat detailní plán organizačních změn podle R7.5 a posílat průběžné zprávy Kongresu.

• plán restrukturalizace NASA byl vypracován a schválen

R10.3-1 Zajistit detailní fotografie těch subsystémů, které se liší od technických výkresů.

• snímky pořízeny (6Mpx fotoaparáty) a v digitální podobě archivovány
• vylepšena databáze snímků
• dostatečnost dokumentace prověřena při pozemních simulacích

Skupina RTF TG sice označila tři doporučení jako ne zcela splněná, ale současně uvádí, že míra rizika je přijatelná a souhlasí s obnovením letů raketoplánů.

Použité informace pochází převážně z dokumentů, dostupných na http://returntoflight.org/ a

Převzato ze serveru www.kosmo.cz