Cifka Miklós
Az űrsikló és a biztonság bizarr kapcsolata
Az űrsikló esetében sokszor felmerül az a vád, hogy nem biztonságos. De vajon mennyire megalapozottak ezek az állítások?
- I. rész - | - II. rész - | - III. rész - | - IV. rész - | - V. rész - | - VI. rész - | - VII. rész - | - VIII. rész - | - IX. rész
Az űrsikló program hajnalán a cél az volt, hogy a kereskedelmi utasszállításhoz hasonló szinten lehessen a világűrbe jutni. Az 1950-es és '60-as években az utasszállító repülőgépek egyre több és több utast tudtak elvinni, és a régi, luxusra, kifejezetten a gazdagokra koncentráló üzleti modell helyett egyre inkább a hétköznapi ember számára is elérhető közlekedési forma vált belőle. Az olyan utasszállító gépekkel, mint a Boeing 707 pedig ez meg is valósult.
A PanAm Boeing 707-ese, egy új korszak kezdete
Az űrhajózás terén hasonló sikert elkönyvelni azonban sokkal nagyobb kihívás, és ebbe a biztonság is beletartozik. Az utasszállító repülőgépeknél is igyekeznek a lehetséges hibalehetőségekre előre felkészülni, és lehetőleg már a bekövetkezésüket is megakadályozni. Ha a baj mégis beüt, a megoldás az, hogy a gépet lehetőleg biztonságosan letegyék a pilóták, és ehhez minden eszközt biztosítsanak a számukra.
Egyetlen utasszállító gépen sincs ejtőernyő vagy katapultülés, mégpedig azért, mert nagyon kicsi az olyan meghibásodás vagy katasztrófa esélye, ahol ezekkel biztonságosan el lehetne hagyni a gépet, továbbá pedig ezek jelentős plusz költséget jelentenének, illetve plusz súlyt, amely a fizető utasok illetve poggyászaik számát csökkentik. A cél tehát nem az, hogy minden létező helyzetre legyen menekülési, mentési lehetőség, hanem az, hogy a kockázat mértékét minimális szintre csökkentsék.
Üzenet az űrsiklót üzemeltetőktől: "A biztonság a legfőbb célunk"
A biztonság kérdése első körben azt jelenti, hogy fel kell mérni milyen potenciális veszélyforrásokkal, problémákkal kell szembesülni az üzemeltetés folyamán. Ehhez nézzük végig, hogy milyen potenciális hibák merűlhetnek fel egy űrrepülőgép-misszió folyamán.
Az STS-2 személyzete, S1030A szkafanderükben - klikk a nagyobb képért
Az Apollo-1 katasztrófája után nyilvánvalóvá vált, hogy az űrhajóban bekövetkező tűzesetekre is fel kell készűlni. Az űrsikló első négy útján az SR-71-es pilótái által használt David Clark S1030A típusú szkafandert viselték az űrhajósok. Ez az öltözék eredetileg nem űrhajókon való alkalmazásra készült, de a célnak többé-kevésbé megfelelt. Azonban 30 km-es magasság felett már nem képes tartósan a túlnyomás fenntartására, és csak lángálló volt. Ami azonban még megdöbbentőbb, hogy az ötödik űrrepüléstől kezdődően már csak a LEH (Launch Entry Helmet - Indítási és Visszatérési Sisak) és egy kék kezeslábas volt az űrhajósokon. A LEH sisak még csak túlnyomásos sem volt, így a nagy magasságban fellépő esetleges baleset esetén nem képes a légzés biztosítására.
Az STS-4 után használt felszerelés indítás előtt - klikk a nagyobb képért -
A Challenger-katasztrófa után az első négy repülésnél használt szkafander egy módosított változatát kezdték el használni, a David Clark S1032 LES (Launch Entry Suit) ruhát. A LES csak a sisakban tartja fent a túlnyomást, a nyaktól lefele nem, és ugyanúgy, mint elődei (és utódja), csak a sűrűbb légrétegekben, mintegy 30 km-es magasság alatt képes tökéletesen ellátni a feladatát. A LES hozott visszahozott egy másik újítást, mégpedig a korábbi kék szín helyett rikító narancs színben pompázott. Mmivel az űrsikló a felszálláskor az Atlanti-óceán felett repül, ezért a legvalószínűbb, hogy egy baleset esetén a személyzetet a vízfelszínen úszva kell megtalálni, a kék öltözék pedig ezt igencsak megnehezíti.
A LES hiányosságai miatt 1995-től kezdtél el a tökéletesített ACES (Advanced Crew Escape Suit ~ Fejlesztett Legénységi Mentő Öltözék) ruhára áttérni, amely már teljes egészében túlnyomásos. A korábbi öltözékekkel szemben a mentőernyő már nem külsőleg viselt és hevederekkel rögzített, hanem a ruhába integrált, egy hátizsákban, ami többek között egy túlélőfelszerelést, közte egy felfújható egyszemélyes mentőtutajt is tartalmazott. Az ACES maradt a végleges szkafander a fel- és a leszállásokhoz az űrsiklóprogram végéig.
Az űrsikló indítása - klikk a nagyobb képért
Közhelyes, hogy az űrsikló az indítás előtt, üzemanyaggal feltöltve olyan, mint egy bomba, de egyáltalán nem rossz hasonlat. Mintegy 600 tonna folyékony oxigén és 100 tonna folyékony hidrogén található a feltöltött külső üzemanyag-tartályban, a két szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta (Solid Rocket Booster - SRB) pedig ezen túl további kétszer 500 tonna szilárd hajtóanyagot tartalmaz - az űrsikló orbitális-hajtóműve és kormányhajtóműei által használt több tonnányi üzemanyag már szinte említésre sem méltó ezek mellett.
Ha az indítás előtt lép fel valami meghibásodás a személyzet kimentésére a megoldás az, hogy kiszállnak a székeikből, és az űrsikló ajtaján keresztűl az indítótorony felső szintjén található hét mentőgondola segítségével elmenekülnek. A gondolák mindegyike három főt képes befogadni, és miután a kötélpálya végén kiszálltak belőle, páncélozott járművekkel egy bunkerhez juthatnak el az űrhajósok, amelyben át lehet vészelni egy esetleges robbanást.
A torony gyors elhagyását gyakorolják az űrhajósok, szerencsére élesben sose volt rá szükség - klikk a nagyobb képért
Ez a pont alapból sokat kritizált, hiszen bár tényleg hasznos lehet, ha például valamiért az üzemanyag-tartályban megemelkedik a nyomás egy hibás szelep miatt, akkor elég idő van a menekülés kivitelezéséhez - ám a hirtelen bekövetkező katasztrófáknál semmi menekülési lehetőség nincs a személyzet számára. Viszonyításképpen: az Apollo vagy a Szojuz esetén egy mentőtorony kis rakétahajtóművekkel leemeli az űrhajót az indító rakétáról, és biztonságos távolságba juttatja, majd az űrhajó a saját ejtőernyőjével biztonságosan földet érhet. Ilyen rendszer összesen egyszer lépett működésbe, a Szojuz T-10-1 esetében, 1983-ban, sikeresen megmentve a személyzetet.
Az indítási procedura szerint, az indítás (T-vel jelölt idő) előtt 6,6 másodperccel (T minusz 6,6) a három főhajtóművet gyújtják be, és ezek tolóerejét 90%-ra növelik három másodperc alatt, ám ekkor még szilárdan rögzítve van az indítóálláshoz a két gyorsító rakéta négy-négy robbanó-csavarral. Ezek a csavarok a szilárd hajtóanyagú rakéták begyújtásakor lesznek működésbe hozva, és ezután indulhat el az űrrepülőgép a világűr felé. Ha a főhajtóművek begyújtása után, de a T idő előtt érzékelnek a számítógépek valami jelentős hibát, akkor azonnal megszakítják a visszaszámlálást és leállítják a főhajtóműveket. Erre a program történetében öt alkalommal került sor, az utolsóra 1994-ben, az STS-68 út első indítási kísérletekor.
Attól kezdve viszont, hogy a szilárd gyorsító rakétákat (SRB) begyújtották, az űrhajó menthetettlenül el fog indulni. Gyakorlatilag ez az a része az egész programnak, ahol egyszerűen nincs mód arra, hogy a személyzet valamilyen módon meneküljön. Az SRB-k normális esetben két perc után vállnak le. A leválasztást csak akkor lehet végrehajtani, ha a gyorsítórakétákban a nyomás 50 Psi alá csökken, vagyis már gyakorlatilag kiégett a fokozat. Ha tehát addig olyan hiba történik, amely közvetlen veszélyt jelent az űrrepülőgépre, a legénység megmentésére nincs mód.
Ilyen veszélyhelyzet volt a Challenger-katasztrófa előtt, ha két vagy mind a három főhajtómű leáll, mivel ez olyan asszimetrikus erőhatást okoz a két működő (és le nem állítható) gyorsítórakéta által, ami egyszerűen széttépi az összekapcsolt űrsiklót, az üzemanyag-tartályt és a hozzájuk csatlakozó gyorsítórakétákat. A Challenger-katasztrófa után megerősítették a csatlakozási pontokat, illetve olyan változtatásokat eszközöltek, amellyel még két főhajtómű leállása esetén is megmenthető az űrsikló. Ám a három hajtómű egyszerre történő leállása az indítás utáni két percen belül továbbra is az űrsikló és legénysége vesztét okozta volna.
A lehetséges megszakítási opciók
Az emelkedési fázis négy megszakítási lehetőséggel rendelkezik, amelyekkel az űrrepülőgép visszahozható a Földre, ha olyan meghibásodás lép fel, amely nem okoz azonnal súlyos, végzetes károsodást az űrsiklóban, de a küldetés sikeres végrehajtását megakadályozza. Ez lehet egy (vagy több) főhajtómű leállása, a személyzeti kabin légnyomásának elvesztése, vagy akár csak a hűtőrendszer hibája.
Lapozz! Visszatérés az indítási helyre
Return-to-Launch-Site, vagyis RTLS, ahol a cél az, hogy az űrrepülőgép visszatérjen a Kennedy űrközpontba, Floridába. Ez a felszállás megkezdésétől mintegy négy perc húsz másodpercig érhető el. Gyakorlatilag első körben meg kell várni, amíg a két szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta kiég és leválik, majd az űrrepülőgép egy nagy kört leírva elkezd egy fordulót végrehajtani a főhajtóművekkel. A cél az, hogy a külső üzemanyag-tartályból kifogyjon minden üzemanyag, majd azt leoldva az űrsikló vitorlázva tér vissza a kiindulási helyére.
Transzatlanti megszakítás és leszállás
Transatlantic Abort Landing, vagyis TAL - ez az opció mintegy 4 perc 20 másodperc után léphet életbe, vagyis miután az RTLS-re már nincs mód. Ez az opció azt takarja, hogy a főhajtóművek tolóereje azon szint alatt marad, hogy Föld-körüli pályára állítsa az űrsiklót, a külső üzemanyag-tartály leoldása után ballisztikai pályán haladva előre kiválasztott európai (általában Spanyolország) vagy afrikai (általában Marokkó vagy Szenegál) reptéren száll majd le. A lehetséges repterek előre megállapításra kerülnek, és folyamatosan figyelik az ott uralkodó időjárást, hogy vészhelyzet esetén a legoptimálisabb megoldást válasszák.
A megszakítási lehetőségek között választó kapcsoló, most éppen ATO pozícióban
Pályára állás megszakítása
Abort to Orbit, vagyis ATO. Ez a lehetőség alapvetően az előbbi, TAL féle megszakítással él együtt, ám akkor valósul meg, ha a pályára állás nem megoldható vagy nem sikerül elérni az előzetesen tervezett keringési pályát. Az űrsikló programban ez az egyedüli megvalósult megszakítás. 1985-ben az STS-51-F misszió során a Challenger középső főhajtóművét leállította az automatika, így a tervezettnél alacsonyabb pályát sikerült csak elérni. Ettől még a misszió végül is sikeresen befejeződött, noha a jobb oldali hajtómű visszajelző szenzorai közül az egyik meghibásodott, a másik pedig szintén veszélyesen magas hőmérsékletet jelzett, így a földi irányítás utasítása alapján a személyzet kiiktatta annak lehetőségét, hogy a jobb oldali hajtóművet is leállítsa az automatika.
Megszakítás egy fordulat után
Abort Once Around, azaz AOA. Amennyiben a pályára állás maga sikeres lehetne, de valamilyen meghibásodás - például a kabin légnyomásának elvesztése - miatt a minél hamarabbi visszatérés mellett döntenek. Ez esetben egy nem teljes Föld körüli keringés után az űrsiklót a szokásos visszatérési eljárás szerint deorbitálják. (Gyakorlatilag megfordul a haladási iránnyal szemben, és begyújtva az OMS hajtóműveket annyira lecsökkentik a sebességet, hogy visszatérjen a légkörbe az űrsikló.), Ilyenkor vagy az Edwards légibázisra, vagy a Kennedy űrközpontban szállnának le.
Az STS-1 indítása - klikk a nagyobb képért
Már volt szó róla, hogy az első négy űrrepüléskor csak két fős személyzet tartózkodott az űrsiklóban, ők pedig az SR-71-esnél is használt katapultülést és szkafandert kapták. Ennek az előnye, hogy mindegy 30 km-es magasságig mind az induláskor, mind a visszatéréskor gyorsan el tudják hagyni az űrsiklót. Az első négy utat "összerázó" (shakedown) repülésnek nevezték, amelyek célja az volt, hogy az esetlegesen előforduló hibákat feltárják és azokat orvosolják. Ilyen volt rögtön az STS-1 úton az, hogy a hajtóművek begyújtásakor olyan nagy zaj keletkezett, hogy megrongálódott az űrrepülőgép farokrésze. A következő indítás előtt ezért az indítóállás egy vízfüggönyt vont a hajtóművekből kiáramló gázok és azok robaja köré, amely így nem (illetve sokkal kevésbé) verődik vissza az űrrepülőgép felé.
A zajelnyelő vízfüggöny tesztje - klikk a nagyobb képért
Kiderült az is, hogy a hővédő téglák bizony hajlamosak leesni, sőt, az űrsikló első útján a jobb oldali főfutó ajtajának rosszul tömített résein beáramlő hőség megongálta a futóművet is. A következő három repülésen ezen hibák egy részét, ha tudták, orvosolták. A hővédő pajzs sérülékenységére azonban nem volt válaszuk.
Az STS-118 felszállás közben megsérült hőtéglája
A hővédő pajzs legnagyobb baja az volt, hogy a tervezésnél egyszerűen nem számoltak azzal, hogy felszállás közben bármi is nekicsapódhatna. Az űrrepülőgépnél azonban - szemben a korábbi űrhajókkal, amelyek a rakéta orrán foglaltak helyett - mivel a főhajtómű az űrsiklóra került át, a külső üzemanyag-tartály hátára került, vagyis emelkedés közben a tartályról leváló hőszigetelő hab-darabok, illetve az esetlegesen a gyorsítórakéta orráról leváló alkatrészek komolyan veszélyeztethetik a hővédő pajzsot. Ezzel pedig nem tudtak semmit sem kezdeni a mérnökök.
Noha az STS-1 esetén is már megvizsgálták az űrsikló hővédő pajzsát a Föld körüli pályára állás után, a rutinszerű ellenőrzés a későbbiekben nem volt végrehajtva a Columbia végzetes útjáig. (A Columbia nem vitte magával a CanadARM-ot, a robotkart, amivel ezt végre lehetett volna hajtani, így ott erre esély sem volt.) A drasztikus lépés azonban az volt, hogy az első négy út után úgy döntöttek, hogy (mint a civil utasszállító gépek esetén), az űrsikló bizonyította a képességeit, és szolgálatba állhat korlátozások nélkül. Kiszerelték a katapultüléseket, a legénység szkafander helyett mindössze egy oxigén-ellátásra és ütéstől védő sisakott kapott, és így indultak a világűrbe, egészen a Challenger-katasztrófáig.
Utólagos kockázatelemzések az első négy repülés idején a potenciális katasztrófa esélyét egy a kilenchez tették. Ez alig javult számottevően egészen a Challenger-katasztrófáig, ráadásul feltehetően az is elkerülhető lett volna, ha hallgatnak a Martin-Thiokol mérnökeire a NASA indításért felelős szakemberei. A Challenger-katasztrófa sok pozitív változást hozott a biztonság terén.
A Challenger-katasztrófa, az első fájdalmas felismerés pillanata
Ilyen volt a LES ruha megjelenése, a masszívabbra épített tartók a szilárd hajtóanyagú rakéták rögzítéseinél. A kabin felső szintjén, hátul található ablakok közül a bal oldali felső vészkijáratnak használható, a kabin ajtaja pedig robbanó patronokkal nyitható vészhelyzet esetén, és egy felfújható csúszda segítségével lehet gyorsan elhagyni a leszállás után a siklót - korábban a mintegy három méteres magasságból úgy kellett volna leugraniuk.
Szintén a Challenger katasztrófa után jelent meg a "Repülés-közbeni Legénységi Mentőrendszer" (Inflight Crew Escape System), amellyel a visszatéréskor a leszállásra nem alkalmas űrsiklót el lehet hagyni. Ez esetben a bejárati ajtó lerobbantása után egy teleszkópos rúd nyúlt ki a kabinból, amely segítségével az űrhajósok biztonságosan elhagyhatták a kabint. A rúdhoz csatlakoztatott vezetőszárral ugyanis a bal szárny alatt hagyhatták el az űrsiklót - ezen rúd nélkül még ha lett is volna ejtőernyőjük, a bal szárnynak csapódtak volna, amennyiben kiugranak a bejárati ajtón.
Fent egy korai (cirka 1980-as évek eleje), alul egy 1990-es mentőrendszer-elképzelés
Logikusan hangzik, hogy miért nem csinálták az egész személyzeti fülkét olyanra, amelyet le lehet baleset esetén választani, és amely rakétahajtóművekkel biztonságos távolságra távolodhat az űrsiklótól akár emelkedési, akár visszatérési fázisban. Ilyesmire van példa a katonai repülésben, az F-111-es vadászbombázó (eredetileg vadászgépnek szánták) rendelkezett ilyennel, még mielőtt az űrsiklókat egyáltalán elkezdték volna építeni. Azonban ez a megoldás jelentősen növelte volna az űrsikló tömegét, amelyet a NASA nem engedhetett meg. A megoldás újra előkerült a Challenger-katasztrófa után, ám ismét elvetették, mert egyszerűen túl sokat kellett volna feláldozni a hasznos teherbírásból hozzá, hogy megvalósítsák.
Ismét visszatérve az STS-27 esetére, itt a biztonság összeütközött a titkossággal, amikor 1988-ban egy katonai műholdat állítottak pályára. Az Amerikai Légierő olyan szintű titoktartást követelt meg, hogy többek között az egész útról mindössze egyetlen fényképet hoztak nyilvánosságra, de ami még zavaróbb volt, hogy az összes rádiókommunikációt titkosított csatornán kellett megtenni. Amikor a felszállás után felmerült, hogy megsérülhetett a hővédő pajzs, a NASA utasította a legénységet, hogy a robotkaron lévő kamerával pásztázzák végig az érintett részt. Az űrhajósok elhűlve látták a több száz megésérült hővédő téglát.
A videófelvételt a titkosított csatornán fájdalmasan lassan tudták csak továbbítani (három másodperc kellett egyetlen képkocka továbbításához), és mégjobban meglepődtek, amikor az irányítástól azt az üzentet kapták, hogy a mérnökök megnézték a felvételt, és úgy vélik hogy nincs komoly baj. Persze a mérnökök nem is nagyon tudtak mást mondani, ugyanis a tömörítés és a titkosítás miatt a hozzájuk beérkezett felvétel igen zajos és kásás volt, így egyszerűen nem voltak biztos benne valójában mit is látnak. Csak a leszállás után derült ki, hogy mennyire közel jártak a katasztrófához.
Az STS-27 megsérült burkolata, alatta látható a megolvadt aluminium szerkezet
A NASA folyamatosan dolgozott a hővédő téglák rögzítésének és strapabíróságának javításán, de komoly eredményeket nem tudtak felmutatni e téren. Ehhez képest a Columbia nem a hővédő téglák, hanem a megerősített szén-szén hővédő panelek egyikének megsérülése miatt veszett el. A katasztrófa után ismét újra feltalálták annak a lehetőségét, hogy a világűrben befoltozzák a hővédő pajzson található lyukakat egy űrséta keretében - erre ugyanis már az első út, az STS-1 alkalmával is készültek. Ám a hővédő pajzs foltozása igencsak macerás, és korántsem biztosra menő megoldás, ezt maga a NASA is elismeri. Jobb megoldás viszont nem volt a tarsolyukban.
Az STS-7 megsérült szélvédője
Az eddigiek alapján nyilvánvaló, hogy a legkomolyabb veszélyforrások a fel- és a leszállás közben állnak fent. A kockázati elemzések szerint viszont elkelő helyen van a világűrben leselkedő veszélyek közül a mikrometeoritok és az űrszemét által jelentett veszély. Az STS-7 esetében az egyik ablakon találtak egy apró űrszemét által ütött mini-krátert, az STS-92 esetében pedig a függőleges vezérsík hővédő borítását rongálta meg egy apró űrszemét. A mikrometeoritok és az űrszemét problémáját jól jelzi, hogy az Egyesült Államok, Oroszoroszág és Európa is radarokkal követi a világűrben található, pár centisnél nagyobb darabokat, ám ezekből is több tízezer kering jelenleg a Föld körül. A relatív sebességkülönbség több kilométer per másodperc is lehet, ilyen sebességnél pedig egy apró csavar vagy akár csak egy napelem-panel darabja is olyan erővel csapódhat be, mint egy komolyabb puskalövedék.
Az STS-92 megsérűlt függőleges vezérsíkja
A kockázati elemzések másik leheséges komolyabb veszélyforrásnak a fedélzeten történő robbanás, esetleg tűz. Az űrsikló különböző tartályaiban folyékony oxigént, folyékony hidrogént, folyékony héliumot, hidrazint és dinitrogén-tetroxidot visz magával, ezek pedig csúnya dolgokra képesek egy meghibásodás esetén, továbbá sok piropatron is találaható a különféle rögzítőelemek vészhelyzetben való oldásához. Az STS-9 küldetésnél a Columbia a visszatéréskor a három APU (fedélzeti segédenergia-szolgálató hajtómű) közül kettőre hidrazin üzemanyag fröcsögött egy megsérült vezetékből.
A vezeték feltehetően az indításkor sérült meg, majd a világűr hidegében a sérült vezetékből kiáramló hidrazin megfagyott, és eltömítette a sérült részt, a visszatéréskor a hidrazin pedig felolvadt. A hidrazin begyulladt, de miután a vezetékből kiürült a benne lévő üzemanyag, feltehetően ki is aludt, de közben megrongálta a közelben lévő vezetékeket. A leszállás után mintegy tizenöt perccel a két APU szelepeinél lévő hidrazin berobbant, megrongálva a szelepeket. Az egészre csak a következő napra időzített ellenőrzéskor derült fény, mikor felnyitva a panelt az összeperzselt és megrongálódott APU-kat meglátták.
A űrállomást kiszolgálú űrsiklók esetén még megoldható esetleg, hogy egy másik űrsiklót indítanak a személyzet lehozásához, amennyiben a felszállás közben, vagy a világűrben sérült meg az űrsikló, ám ez komoly logisztikai feladat (eleve hosszú idő egy másik űrsikló felkészítése). További probléma, hogy az űrséta lehetősége erősen korlátozott. Először is az űrsiklón kell zsilipnek lennie, hogy el lehessen biztonságosan hagyni. De ha van is, akkor is csak két űrsétára alkalmas űrruha található a fedélzeten. A személyzet által a fel- és leszálláskor viselt ruha nem alkalmas az űrsétára. Így igazából egy másik űrsiklóval reálisan csak úgy lehet megmenteni egy bajba került űrsiklót, ha az az ISS űrállomáshoz van dokkolva.
Az STS-400 mentő küldetés elképzelése
A NASA az STS-125 misszióhoz készített egy látványos, de kockázatos mentőtervet. Az Atlantis esetleges komolyabb megrongálódása esetén az előre indításra felkészített Endevour (STS-400) indult volna a megmentésre. A robotkarral stabil pozicíióba rögzített Atlantisról kellett volna kettesével űrsétán átjutni az Endevour-ra a legénységnek. Szerencsére nem volt rá szükség, hogy életben is kipróbálják.
Az űrsikló program hajnalán a cél az volt, hogy a kereskedelmi utasszállításhoz hasonló szinten lehessen a világűrbe jutni. Az 1950-es és '60-as években az utasszállító repülőgépek egyre több és több utast tudtak elvinni, és a régi, luxusra, kifejezetten a gazdagokra koncentráló üzleti modell helyett egyre inkább a hétköznapi ember számára is elérhető közlekedési forma vált belőle. Az olyan utasszállító gépekkel, mint a Boeing 707 pedig ez meg is valósult.
A PanAm Boeing 707-ese, egy új korszak kezdete
Az űrhajózás terén hasonló sikert elkönyvelni azonban sokkal nagyobb kihívás, és ebbe a biztonság is beletartozik. Az utasszállító repülőgépeknél is igyekeznek a lehetséges hibalehetőségekre előre felkészülni, és lehetőleg már a bekövetkezésüket is megakadályozni. Ha a baj mégis beüt, a megoldás az, hogy a gépet lehetőleg biztonságosan letegyék a pilóták, és ehhez minden eszközt biztosítsanak a számukra.
Egyetlen utasszállító gépen sincs ejtőernyő vagy katapultülés, mégpedig azért, mert nagyon kicsi az olyan meghibásodás vagy katasztrófa esélye, ahol ezekkel biztonságosan el lehetne hagyni a gépet, továbbá pedig ezek jelentős plusz költséget jelentenének, illetve plusz súlyt, amely a fizető utasok illetve poggyászaik számát csökkentik. A cél tehát nem az, hogy minden létező helyzetre legyen menekülési, mentési lehetőség, hanem az, hogy a kockázat mértékét minimális szintre csökkentsék.
Üzenet az űrsiklót üzemeltetőktől: "A biztonság a legfőbb célunk"
A biztonság kérdése első körben azt jelenti, hogy fel kell mérni milyen potenciális veszélyforrásokkal, problémákkal kell szembesülni az üzemeltetés folyamán. Ehhez nézzük végig, hogy milyen potenciális hibák merűlhetnek fel egy űrrepülőgép-misszió folyamán.
Az STS-2 személyzete, S1030A szkafanderükben - klikk a nagyobb képért
Az Apollo-1 katasztrófája után nyilvánvalóvá vált, hogy az űrhajóban bekövetkező tűzesetekre is fel kell készűlni. Az űrsikló első négy útján az SR-71-es pilótái által használt David Clark S1030A típusú szkafandert viselték az űrhajósok. Ez az öltözék eredetileg nem űrhajókon való alkalmazásra készült, de a célnak többé-kevésbé megfelelt. Azonban 30 km-es magasság felett már nem képes tartósan a túlnyomás fenntartására, és csak lángálló volt. Ami azonban még megdöbbentőbb, hogy az ötödik űrrepüléstől kezdődően már csak a LEH (Launch Entry Helmet - Indítási és Visszatérési Sisak) és egy kék kezeslábas volt az űrhajósokon. A LEH sisak még csak túlnyomásos sem volt, így a nagy magasságban fellépő esetleges baleset esetén nem képes a légzés biztosítására.
Az STS-4 után használt felszerelés indítás előtt - klikk a nagyobb képért -
 |
| Az ACES öltözék |
A LES hiányosságai miatt 1995-től kezdtél el a tökéletesített ACES (Advanced Crew Escape Suit ~ Fejlesztett Legénységi Mentő Öltözék) ruhára áttérni, amely már teljes egészében túlnyomásos. A korábbi öltözékekkel szemben a mentőernyő már nem külsőleg viselt és hevederekkel rögzített, hanem a ruhába integrált, egy hátizsákban, ami többek között egy túlélőfelszerelést, közte egy felfújható egyszemélyes mentőtutajt is tartalmazott. Az ACES maradt a végleges szkafander a fel- és a leszállásokhoz az űrsiklóprogram végéig.
Az űrsikló indítása - klikk a nagyobb képért
Közhelyes, hogy az űrsikló az indítás előtt, üzemanyaggal feltöltve olyan, mint egy bomba, de egyáltalán nem rossz hasonlat. Mintegy 600 tonna folyékony oxigén és 100 tonna folyékony hidrogén található a feltöltött külső üzemanyag-tartályban, a két szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta (Solid Rocket Booster - SRB) pedig ezen túl további kétszer 500 tonna szilárd hajtóanyagot tartalmaz - az űrsikló orbitális-hajtóműve és kormányhajtóműei által használt több tonnányi üzemanyag már szinte említésre sem méltó ezek mellett.
Ha az indítás előtt lép fel valami meghibásodás a személyzet kimentésére a megoldás az, hogy kiszállnak a székeikből, és az űrsikló ajtaján keresztűl az indítótorony felső szintjén található hét mentőgondola segítségével elmenekülnek. A gondolák mindegyike három főt képes befogadni, és miután a kötélpálya végén kiszálltak belőle, páncélozott járművekkel egy bunkerhez juthatnak el az űrhajósok, amelyben át lehet vészelni egy esetleges robbanást.
A torony gyors elhagyását gyakorolják az űrhajósok, szerencsére élesben sose volt rá szükség - klikk a nagyobb képért
Ez a pont alapból sokat kritizált, hiszen bár tényleg hasznos lehet, ha például valamiért az üzemanyag-tartályban megemelkedik a nyomás egy hibás szelep miatt, akkor elég idő van a menekülés kivitelezéséhez - ám a hirtelen bekövetkező katasztrófáknál semmi menekülési lehetőség nincs a személyzet számára. Viszonyításképpen: az Apollo vagy a Szojuz esetén egy mentőtorony kis rakétahajtóművekkel leemeli az űrhajót az indító rakétáról, és biztonságos távolságba juttatja, majd az űrhajó a saját ejtőernyőjével biztonságosan földet érhet. Ilyen rendszer összesen egyszer lépett működésbe, a Szojuz T-10-1 esetében, 1983-ban, sikeresen megmentve a személyzetet.
Az indítási procedura szerint, az indítás (T-vel jelölt idő) előtt 6,6 másodperccel (T minusz 6,6) a három főhajtóművet gyújtják be, és ezek tolóerejét 90%-ra növelik három másodperc alatt, ám ekkor még szilárdan rögzítve van az indítóálláshoz a két gyorsító rakéta négy-négy robbanó-csavarral. Ezek a csavarok a szilárd hajtóanyagú rakéták begyújtásakor lesznek működésbe hozva, és ezután indulhat el az űrrepülőgép a világűr felé. Ha a főhajtóművek begyújtása után, de a T idő előtt érzékelnek a számítógépek valami jelentős hibát, akkor azonnal megszakítják a visszaszámlálást és leállítják a főhajtóműveket. Erre a program történetében öt alkalommal került sor, az utolsóra 1994-ben, az STS-68 út első indítási kísérletekor.
Attól kezdve viszont, hogy a szilárd gyorsító rakétákat (SRB) begyújtották, az űrhajó menthetettlenül el fog indulni. Gyakorlatilag ez az a része az egész programnak, ahol egyszerűen nincs mód arra, hogy a személyzet valamilyen módon meneküljön. Az SRB-k normális esetben két perc után vállnak le. A leválasztást csak akkor lehet végrehajtani, ha a gyorsítórakétákban a nyomás 50 Psi alá csökken, vagyis már gyakorlatilag kiégett a fokozat. Ha tehát addig olyan hiba történik, amely közvetlen veszélyt jelent az űrrepülőgépre, a legénység megmentésére nincs mód.
Ilyen veszélyhelyzet volt a Challenger-katasztrófa előtt, ha két vagy mind a három főhajtómű leáll, mivel ez olyan asszimetrikus erőhatást okoz a két működő (és le nem állítható) gyorsítórakéta által, ami egyszerűen széttépi az összekapcsolt űrsiklót, az üzemanyag-tartályt és a hozzájuk csatlakozó gyorsítórakétákat. A Challenger-katasztrófa után megerősítették a csatlakozási pontokat, illetve olyan változtatásokat eszközöltek, amellyel még két főhajtómű leállása esetén is megmenthető az űrsikló. Ám a három hajtómű egyszerre történő leállása az indítás utáni két percen belül továbbra is az űrsikló és legénysége vesztét okozta volna.
A lehetséges megszakítási opciók
Az emelkedési fázis négy megszakítási lehetőséggel rendelkezik, amelyekkel az űrrepülőgép visszahozható a Földre, ha olyan meghibásodás lép fel, amely nem okoz azonnal súlyos, végzetes károsodást az űrsiklóban, de a küldetés sikeres végrehajtását megakadályozza. Ez lehet egy (vagy több) főhajtómű leállása, a személyzeti kabin légnyomásának elvesztése, vagy akár csak a hűtőrendszer hibája.
Lapozz! Visszatérés az indítási helyre
Return-to-Launch-Site, vagyis RTLS, ahol a cél az, hogy az űrrepülőgép visszatérjen a Kennedy űrközpontba, Floridába. Ez a felszállás megkezdésétől mintegy négy perc húsz másodpercig érhető el. Gyakorlatilag első körben meg kell várni, amíg a két szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta kiég és leválik, majd az űrrepülőgép egy nagy kört leírva elkezd egy fordulót végrehajtani a főhajtóművekkel. A cél az, hogy a külső üzemanyag-tartályból kifogyjon minden üzemanyag, majd azt leoldva az űrsikló vitorlázva tér vissza a kiindulási helyére.
Transzatlanti megszakítás és leszállás
Transatlantic Abort Landing, vagyis TAL - ez az opció mintegy 4 perc 20 másodperc után léphet életbe, vagyis miután az RTLS-re már nincs mód. Ez az opció azt takarja, hogy a főhajtóművek tolóereje azon szint alatt marad, hogy Föld-körüli pályára állítsa az űrsiklót, a külső üzemanyag-tartály leoldása után ballisztikai pályán haladva előre kiválasztott európai (általában Spanyolország) vagy afrikai (általában Marokkó vagy Szenegál) reptéren száll majd le. A lehetséges repterek előre megállapításra kerülnek, és folyamatosan figyelik az ott uralkodó időjárást, hogy vészhelyzet esetén a legoptimálisabb megoldást válasszák.
A megszakítási lehetőségek között választó kapcsoló, most éppen ATO pozícióban
Pályára állás megszakítása
Abort to Orbit, vagyis ATO. Ez a lehetőség alapvetően az előbbi, TAL féle megszakítással él együtt, ám akkor valósul meg, ha a pályára állás nem megoldható vagy nem sikerül elérni az előzetesen tervezett keringési pályát. Az űrsikló programban ez az egyedüli megvalósult megszakítás. 1985-ben az STS-51-F misszió során a Challenger középső főhajtóművét leállította az automatika, így a tervezettnél alacsonyabb pályát sikerült csak elérni. Ettől még a misszió végül is sikeresen befejeződött, noha a jobb oldali hajtómű visszajelző szenzorai közül az egyik meghibásodott, a másik pedig szintén veszélyesen magas hőmérsékletet jelzett, így a földi irányítás utasítása alapján a személyzet kiiktatta annak lehetőségét, hogy a jobb oldali hajtóművet is leállítsa az automatika.
Megszakítás egy fordulat után
Abort Once Around, azaz AOA. Amennyiben a pályára állás maga sikeres lehetne, de valamilyen meghibásodás - például a kabin légnyomásának elvesztése - miatt a minél hamarabbi visszatérés mellett döntenek. Ez esetben egy nem teljes Föld körüli keringés után az űrsiklót a szokásos visszatérési eljárás szerint deorbitálják. (Gyakorlatilag megfordul a haladási iránnyal szemben, és begyújtva az OMS hajtóműveket annyira lecsökkentik a sebességet, hogy visszatérjen a légkörbe az űrsikló.), Ilyenkor vagy az Edwards légibázisra, vagy a Kennedy űrközpontban szállnának le.
Az STS-1 indítása - klikk a nagyobb képért
Már volt szó róla, hogy az első négy űrrepüléskor csak két fős személyzet tartózkodott az űrsiklóban, ők pedig az SR-71-esnél is használt katapultülést és szkafandert kapták. Ennek az előnye, hogy mindegy 30 km-es magasságig mind az induláskor, mind a visszatéréskor gyorsan el tudják hagyni az űrsiklót. Az első négy utat "összerázó" (shakedown) repülésnek nevezték, amelyek célja az volt, hogy az esetlegesen előforduló hibákat feltárják és azokat orvosolják. Ilyen volt rögtön az STS-1 úton az, hogy a hajtóművek begyújtásakor olyan nagy zaj keletkezett, hogy megrongálódott az űrrepülőgép farokrésze. A következő indítás előtt ezért az indítóállás egy vízfüggönyt vont a hajtóművekből kiáramló gázok és azok robaja köré, amely így nem (illetve sokkal kevésbé) verődik vissza az űrrepülőgép felé.
A zajelnyelő vízfüggöny tesztje - klikk a nagyobb képért
Kiderült az is, hogy a hővédő téglák bizony hajlamosak leesni, sőt, az űrsikló első útján a jobb oldali főfutó ajtajának rosszul tömített résein beáramlő hőség megongálta a futóművet is. A következő három repülésen ezen hibák egy részét, ha tudták, orvosolták. A hővédő pajzs sérülékenységére azonban nem volt válaszuk.
Az STS-118 felszállás közben megsérült hőtéglája
A hővédő pajzs legnagyobb baja az volt, hogy a tervezésnél egyszerűen nem számoltak azzal, hogy felszállás közben bármi is nekicsapódhatna. Az űrrepülőgépnél azonban - szemben a korábbi űrhajókkal, amelyek a rakéta orrán foglaltak helyett - mivel a főhajtómű az űrsiklóra került át, a külső üzemanyag-tartály hátára került, vagyis emelkedés közben a tartályról leváló hőszigetelő hab-darabok, illetve az esetlegesen a gyorsítórakéta orráról leváló alkatrészek komolyan veszélyeztethetik a hővédő pajzsot. Ezzel pedig nem tudtak semmit sem kezdeni a mérnökök.
Noha az STS-1 esetén is már megvizsgálták az űrsikló hővédő pajzsát a Föld körüli pályára állás után, a rutinszerű ellenőrzés a későbbiekben nem volt végrehajtva a Columbia végzetes útjáig. (A Columbia nem vitte magával a CanadARM-ot, a robotkart, amivel ezt végre lehetett volna hajtani, így ott erre esély sem volt.) A drasztikus lépés azonban az volt, hogy az első négy út után úgy döntöttek, hogy (mint a civil utasszállító gépek esetén), az űrsikló bizonyította a képességeit, és szolgálatba állhat korlátozások nélkül. Kiszerelték a katapultüléseket, a legénység szkafander helyett mindössze egy oxigén-ellátásra és ütéstől védő sisakott kapott, és így indultak a világűrbe, egészen a Challenger-katasztrófáig.
Utólagos kockázatelemzések az első négy repülés idején a potenciális katasztrófa esélyét egy a kilenchez tették. Ez alig javult számottevően egészen a Challenger-katasztrófáig, ráadásul feltehetően az is elkerülhető lett volna, ha hallgatnak a Martin-Thiokol mérnökeire a NASA indításért felelős szakemberei. A Challenger-katasztrófa sok pozitív változást hozott a biztonság terén.
A Challenger-katasztrófa, az első fájdalmas felismerés pillanata
Ilyen volt a LES ruha megjelenése, a masszívabbra épített tartók a szilárd hajtóanyagú rakéták rögzítéseinél. A kabin felső szintjén, hátul található ablakok közül a bal oldali felső vészkijáratnak használható, a kabin ajtaja pedig robbanó patronokkal nyitható vészhelyzet esetén, és egy felfújható csúszda segítségével lehet gyorsan elhagyni a leszállás után a siklót - korábban a mintegy három méteres magasságból úgy kellett volna leugraniuk.
Szintén a Challenger katasztrófa után jelent meg a "Repülés-közbeni Legénységi Mentőrendszer" (Inflight Crew Escape System), amellyel a visszatéréskor a leszállásra nem alkalmas űrsiklót el lehet hagyni. Ez esetben a bejárati ajtó lerobbantása után egy teleszkópos rúd nyúlt ki a kabinból, amely segítségével az űrhajósok biztonságosan elhagyhatták a kabint. A rúdhoz csatlakoztatott vezetőszárral ugyanis a bal szárny alatt hagyhatták el az űrsiklót - ezen rúd nélkül még ha lett is volna ejtőernyőjük, a bal szárnynak csapódtak volna, amennyiben kiugranak a bejárati ajtón.
Fent egy korai (cirka 1980-as évek eleje), alul egy 1990-es mentőrendszer-elképzelés
Logikusan hangzik, hogy miért nem csinálták az egész személyzeti fülkét olyanra, amelyet le lehet baleset esetén választani, és amely rakétahajtóművekkel biztonságos távolságra távolodhat az űrsiklótól akár emelkedési, akár visszatérési fázisban. Ilyesmire van példa a katonai repülésben, az F-111-es vadászbombázó (eredetileg vadászgépnek szánták) rendelkezett ilyennel, még mielőtt az űrsiklókat egyáltalán elkezdték volna építeni. Azonban ez a megoldás jelentősen növelte volna az űrsikló tömegét, amelyet a NASA nem engedhetett meg. A megoldás újra előkerült a Challenger-katasztrófa után, ám ismét elvetették, mert egyszerűen túl sokat kellett volna feláldozni a hasznos teherbírásból hozzá, hogy megvalósítsák.
Ismét visszatérve az STS-27 esetére, itt a biztonság összeütközött a titkossággal, amikor 1988-ban egy katonai műholdat állítottak pályára. Az Amerikai Légierő olyan szintű titoktartást követelt meg, hogy többek között az egész útról mindössze egyetlen fényképet hoztak nyilvánosságra, de ami még zavaróbb volt, hogy az összes rádiókommunikációt titkosított csatornán kellett megtenni. Amikor a felszállás után felmerült, hogy megsérülhetett a hővédő pajzs, a NASA utasította a legénységet, hogy a robotkaron lévő kamerával pásztázzák végig az érintett részt. Az űrhajósok elhűlve látták a több száz megésérült hővédő téglát.
A videófelvételt a titkosított csatornán fájdalmasan lassan tudták csak továbbítani (három másodperc kellett egyetlen képkocka továbbításához), és mégjobban meglepődtek, amikor az irányítástól azt az üzentet kapták, hogy a mérnökök megnézték a felvételt, és úgy vélik hogy nincs komoly baj. Persze a mérnökök nem is nagyon tudtak mást mondani, ugyanis a tömörítés és a titkosítás miatt a hozzájuk beérkezett felvétel igen zajos és kásás volt, így egyszerűen nem voltak biztos benne valójában mit is látnak. Csak a leszállás után derült ki, hogy mennyire közel jártak a katasztrófához.
Az STS-27 megsérült burkolata, alatta látható a megolvadt aluminium szerkezet
A NASA folyamatosan dolgozott a hővédő téglák rögzítésének és strapabíróságának javításán, de komoly eredményeket nem tudtak felmutatni e téren. Ehhez képest a Columbia nem a hővédő téglák, hanem a megerősített szén-szén hővédő panelek egyikének megsérülése miatt veszett el. A katasztrófa után ismét újra feltalálták annak a lehetőségét, hogy a világűrben befoltozzák a hővédő pajzson található lyukakat egy űrséta keretében - erre ugyanis már az első út, az STS-1 alkalmával is készültek. Ám a hővédő pajzs foltozása igencsak macerás, és korántsem biztosra menő megoldás, ezt maga a NASA is elismeri. Jobb megoldás viszont nem volt a tarsolyukban.
Az STS-7 megsérült szélvédője
Az eddigiek alapján nyilvánvaló, hogy a legkomolyabb veszélyforrások a fel- és a leszállás közben állnak fent. A kockázati elemzések szerint viszont elkelő helyen van a világűrben leselkedő veszélyek közül a mikrometeoritok és az űrszemét által jelentett veszély. Az STS-7 esetében az egyik ablakon találtak egy apró űrszemét által ütött mini-krátert, az STS-92 esetében pedig a függőleges vezérsík hővédő borítását rongálta meg egy apró űrszemét. A mikrometeoritok és az űrszemét problémáját jól jelzi, hogy az Egyesült Államok, Oroszoroszág és Európa is radarokkal követi a világűrben található, pár centisnél nagyobb darabokat, ám ezekből is több tízezer kering jelenleg a Föld körül. A relatív sebességkülönbség több kilométer per másodperc is lehet, ilyen sebességnél pedig egy apró csavar vagy akár csak egy napelem-panel darabja is olyan erővel csapódhat be, mint egy komolyabb puskalövedék.
Az STS-92 megsérűlt függőleges vezérsíkja
A kockázati elemzések másik leheséges komolyabb veszélyforrásnak a fedélzeten történő robbanás, esetleg tűz. Az űrsikló különböző tartályaiban folyékony oxigént, folyékony hidrogént, folyékony héliumot, hidrazint és dinitrogén-tetroxidot visz magával, ezek pedig csúnya dolgokra képesek egy meghibásodás esetén, továbbá sok piropatron is találaható a különféle rögzítőelemek vészhelyzetben való oldásához. Az STS-9 küldetésnél a Columbia a visszatéréskor a három APU (fedélzeti segédenergia-szolgálató hajtómű) közül kettőre hidrazin üzemanyag fröcsögött egy megsérült vezetékből.
A vezeték feltehetően az indításkor sérült meg, majd a világűr hidegében a sérült vezetékből kiáramló hidrazin megfagyott, és eltömítette a sérült részt, a visszatéréskor a hidrazin pedig felolvadt. A hidrazin begyulladt, de miután a vezetékből kiürült a benne lévő üzemanyag, feltehetően ki is aludt, de közben megrongálta a közelben lévő vezetékeket. A leszállás után mintegy tizenöt perccel a két APU szelepeinél lévő hidrazin berobbant, megrongálva a szelepeket. Az egészre csak a következő napra időzített ellenőrzéskor derült fény, mikor felnyitva a panelt az összeperzselt és megrongálódott APU-kat meglátták.
A űrállomást kiszolgálú űrsiklók esetén még megoldható esetleg, hogy egy másik űrsiklót indítanak a személyzet lehozásához, amennyiben a felszállás közben, vagy a világűrben sérült meg az űrsikló, ám ez komoly logisztikai feladat (eleve hosszú idő egy másik űrsikló felkészítése). További probléma, hogy az űrséta lehetősége erősen korlátozott. Először is az űrsiklón kell zsilipnek lennie, hogy el lehessen biztonságosan hagyni. De ha van is, akkor is csak két űrsétára alkalmas űrruha található a fedélzeten. A személyzet által a fel- és leszálláskor viselt ruha nem alkalmas az űrsétára. Így igazából egy másik űrsiklóval reálisan csak úgy lehet megmenteni egy bajba került űrsiklót, ha az az ISS űrállomáshoz van dokkolva.
Az STS-400 mentő küldetés elképzelése
A NASA az STS-125 misszióhoz készített egy látványos, de kockázatos mentőtervet. Az Atlantis esetleges komolyabb megrongálódása esetén az előre indításra felkészített Endevour (STS-400) indult volna a megmentésre. A robotkarral stabil pozicíióba rögzített Atlantisról kellett volna kettesével űrsétán átjutni az Endevour-ra a legénységnek. Szerencsére nem volt rá szükség, hogy életben is kipróbálják.
Ezt a kiugrás dolgot te sem gondoltad komolyan. Sokszor még a II. Vh-s bombázógépből sem tudtak kiugrani az emberek mert a centrifugális erő nekiszorította őket a falnak. Mozdulni sem tudtak.