宇宙事故からの教訓：アポロ13号の敗北と勝利

1970年の同じ4月に、おそらく宇宙で起こったすべての最も劇的な物語が繰り広げられました。 月に行った3人の宇宙飛行士は致命的な危険にさらされ、3日間帰宅せざるを得ず、さまざまな困難を乗り越えました。 これは、仕様のわずかな変更が大きな問題につながる可能性、非常モードでのMCCでの数百人の協調作業、勇気とプロ意識についての非常に美しい話です。

理由

複雑な技術システムや大規模なプロジェクトでよくあることですが、事故の原因はアポロ13号の飛行の数年前にあり、事故自体は複雑な一連の出来事で構成されていました。さらに、リンクがなければ事故は発生しませんでした。

建設業

何が起こったのかを理解するために、Apolloサービスモジュールの設計について話す必要があります。



Apolloサービスモジュールのエネルギーサブシステムは、2つの水素タンク、2つの酸素タンク、3つの燃料電池で構成されていました。 燃料電池は、水素と酸素を消費し、電気と水を生成し、それは飲酒のために乗組員によって消費され、冷却のために機器が消費されました。 飛行が2〜3週間以内であれば、ソーラーパネルよりも優れた非常に効果的なシステムでした。



これは、Apolloサービスモジュールの酸素タンクです。 断熱性が高いため、液体酸素を何年も保存できます。 液体酸素は、その中に超臨界流体状態で保存されるため、液体と気体の両方の特性を示します。 知られているように、膨張すると、ガス温度が低下します。 断熱性が非常に高いため、液体酸素は冷却され、燃料電池の通常の消費で膨張するだけで超臨界特性を失います。 そのため、必要な温度と圧力を維持するために特別なヒーターを設置する必要がありました。 無重力状態では、超臨界状態の液体酸素は、液体と気体の層に剥離するという悪い習慣があり、レベルセンサーの読み取りが不正確になりました。 したがって、酸素を混合するための特別なタービンを設置する必要があり、乗組員は、タンク内の酸素を混合する手順を「家事」キットに追加して、ヒューストンMCCが機内の酸素量に関する正しいデータを取得できるようにしました。

軽微な仕様変更

1965年。 アポロ13号の飛行の5年前、最初の無人AS-201飛行のさらに1年前、ジェミニプログラムでさえ、今年初めての有人飛行を行いました。 アポロ船で積極的な作業が進行中です。 作業の規模が大きいため、NASAの請負業者は必要な要素を生産するために下請業者を雇っています。 ApolloサービスモジュールはNorth American Aviationによって作成され、そのタンクはBeech Aircraftの下請業者によって作成されました。 燃料電池は28ボルトの電圧を生成したため、28ボルトの動作電圧がタンク仕様に示されていました。 ただし、すでにサービスモジュールの開発プロセスで、打ち上げの準備をするとき、Apolloは打ち上げ複合体の地上発電機から電力を受け取り、65ボルトの動作電圧を持っていることが判明しました（多くの有資格者が大きなプロジェクトを行い、冗談を言うことはまったくない状況です） 。 したがって、仕様をやり直す必要がありました。 ビーチ航空機のエンジニアは、酸素タンクの機器を変更しましたが、新しい電圧の下で変更するのを忘れていたのは、サーモスタット接点です。 必要に応じて、ヒーター回路を開くように設計されています。 すべてのレベルでの品質管理-ビーチ航空機、北米航空、NASAはこのエラーに気付きませんでした。

移動タンク

1968年。 最終的にApollo 13になった戦車は、Apollo 10の一部となるサービスモジュールにインストールされます。 戦車に変更が加えられたため、しばらくして、Apollo 10に新しい戦車をインストールし、既にインストールされている戦車を削除し、アップグレードして別のサービスモジュールにインストールすることが決定されました。 タンクを取り外す過程で、労働者は1本のボルトを緩めるのを忘れて、すでにタンクで棚を上げ始めていたウィンチが停止し、タンクをラックに戻しました。 落下高さはたった5 cmでしたが、宇宙技術にとってこれは重大な緊急事態です。 事件は文書化され、戦車はテストされ、修理可能とみなされ、近代化のために送られました。 明らかに、近代化はタンクの重大な分解とは関係ありませんでした（これは次の段階を理解するために重要です）。 アップグレード後、タンクはApollo 13サービスモジュールに設置されました。



設置後に撮影された、前景の同じタンク番号2。

コッキング

1970年3月27日、アポロ13号の開始の2週間前。 いわゆる 発射前のトレーニングカウントダウン-作動流体で車両に燃料を補給し、飛行大気に移行し、実際の「点火」コマンドを除くすべての発射の完全なシミュレーション。 シミュレーションは1つの例外を除いて成功しました。テスト後、タンク番号2は空にすることを拒否しました。 この問題を解決する過程で、エンジニアは1968年の秋に下部の排水管継手が損傷したことを示唆しました。 理論的には、これは緊急事態であり、開始を延期してタンクを交換する必要があります。 しかし、一方で、下部排水継手は一度だけ使用されます-トレーニングの起動前の読み取り中に。 飛行中、それは必要ではなく、アイドルフィッティングで飛行できます。 そのため、酸素抜き用のヒーターを使用して酸素をガス化し、それが重力により上部継手から蒸発することが提案されました。 この決定は、宇宙船司令官の宇宙飛行士ジム・ラヴェルと合意されました。 ジムは利用可能なデータに基づいて文書に署名しました：提案された解決策は発明された最高のものであり、他の不具合は見つかりませんでした、飛行中に低い接続は必要ありません、そして新しいタンクをチェックすることから離れて、タンクの変更には45時間かかります1か月間。

接地電圧65ボルトでヒーターをオンにすると、28ボルト用に設計されたサーモスタットの接点がオン位置に溶接され、ヒーターはオフにできなくなりました。



密な接触、事故を再現するための実物大の実験の写真。



-207度の領域で動作温度を測定するために作られたタンク内の温度センサーには、+ 27度の測定上限がありました。 作業を制御するエンジニアは、「ヒーターがオン」と「温度が+27度以下」の2つのパラメーターしか取得できませんでした。 実際には、常時オンのヒーターは酸素を素早く蒸発させ、空のタンクで作業を続けながら、最大+540度まで加熱しました。 発射台上の巨大な建物のどこかに、オン/オフサイクルの代わりにヒーターの定電流を修正するレコーダーがありましたが、事故前に誰もテープを見ませんでした。 ヒーターは+540度に加熱され、テフロンの断熱材を溶かし、ワイヤーは雷管に変わりました。

異常な加熱は直接修正できませんでした-タンクは十分に断熱されていたため、サービスモジュールで火災は発生せず、異常な温度は、新しい液体酸素がタンク内を冷却した充填開始前まで続きました。

俳優

アポロ13号の乗組員

左から、ラヴェル、スウェイバート、ヘイズ。 彼らは乗組員の交換のために急いで写真を撮りました。



宇宙飛行のベテランである司令官のジム・ロヴェルは、「ジェミニ」で2回飛行し、「アポロ8号」で月面を飛行しました。

John Swaigertは、コマンドモジュールのパイロットです。 バックアップ乗組員の最初の宇宙飛行は、飛行の数日前に主乗組員に転送されました。これは、主乗組員の宇宙飛行士であるケン・マッティングリーが風疹のあるチャールズ・デューク宇宙飛行士と接触しており、風疹に免疫がなかったためです。 宇宙飛行士の間で最初の学士号。

フレッド・ヘイズは月モジュールのパイロットです。 宇宙への最初の飛行。

ヒューストンMCC

ジーンクランツは、「ホワイトチーム」のリーダー、メインのフライトシフト（合計4つのシフトがありました）、および主要なフライトディレクターです。





「ホワイトチーム。」 ミッションは不明です。

事故

55時間54分のフライト。 タンク混合システムの次の組み込み（1日1回より頻繁に定期的にオンにされた）により、タンク2で短絡が発生しました。 テフロン断熱材が引火した：



酸素中でのテフロン燃焼、事故を再現するための実物大実験の写真。



酸素中でのテフロンの燃焼により、タンクが急激に加熱され、圧力がタンクの強度限界を超えて上昇しました。 タンクの上部カバーが外れました：



カバーの破損、事故を再現するための実物大実験の写真。



圧力が急激に上昇すると、サービスモジュールセクションの被覆シートが引き剥がされました。



パネルの故障、事故を再現するための実物大実験の写真。



さらに、タンクキャップの破損による揺れにより、燃料電池1と3のバルブが異常に閉じられ、3分後にシャットダウンされ、1番酸素タンクのパイプラインの気密性が侵害されました。 130分後、酸素タンク1の圧力はゼロに低下しました-コマンドモジュールは水とエネルギーを失いました。 地球から320,000キロメートルの距離にありました。



地上の望遠鏡からの写真。

「ヒューストン、ここで問題が発生しました。」

フライトスキーム。



はい、フレーズミームはオリジナルで「ヒューストン、ここで問題が発生しました」と同じように聞こえました。 宇宙飛行士とMCCは、もちろん、前の段落で説明した状況を完全には把握していなかったため、最初の数分間、人々は何が起こったかを把握しようとしました。 どんな宇宙事件でも、まず、これが実際の問題なのか、センサー/テレメトリの障害なのかを確認する必要があります。 まず、乗組員はコンピューターを再起動し、インジケーターを報告し、燃料電池をさまざまな電力バスに接続して、何が起こっているのかを把握しました。 しかし、15分後、ジムラベルは、サービスモジュールからのガスの漏れを観察していると言いました。問題は明らかに非常に深刻で、終わりにはほど遠い状態でした。

そのとき、MCCで別のキャッチフレーズが鳴りました-「みんな、問題を解決しましょう」。 推測によって事態を悪化させないようにしましょう。」

最初のタスクは、タンク1番の残りの酸素を節約することでした。 すべての試みにもかかわらず、リークサイトを隔離することはできず、圧力は低下し続けました。 唯一の可能性は、救命ボートになった月のモジュールを含めることでした。 作業は非常に迅速に実行する必要があり、同時にコマンドモジュールをオフにし、月を含めました。 指示に従って月のモジュールを含めるには、約3時間かかりました。 漏れ率が増加し、燃料電池の寿命が15分未満になることが明らかになったとき、外出先で始動手順を変更する必要がありました。 別の問題はナビゲーションでした。 コマンドモジュールのジャイロ安定化プラットフォームのデータを書き換え、再計算し（コマンドと月モジュールのドッキングの角度は厳密に180度ではありませんでした）、月モジュールのジャイロ安定プラットフォームにデータを入力する必要がありました。 複雑な手順は正常に完了しました。 コマンドモジュールはオフになり、月面モジュールが制御を引き継ぎました。

難しい選択と最初のパス修正

次のタスクは、リターンモードの選択でした。 すべてのアポロはそのような軌道（いわゆる自由帰還軌道）に沿って飛行し、それにより月が飛び回り、通常の地球への着陸が可能になりました。 このため、アポロの着陸はすべて月の赤道近くにありました。 同時に、エンジンによる十分に長いインパルスが月の周りを飛行することなく地球に船を返したとき、緊急復帰モードがありました。

かなり激しい会議の後（別のキャッチフレーズがありました- 「失敗は受け入れられないオプションです」 ）、自由な帰りの道に留まることが決定されました。 引数：

1. 速度を落とすのに必要だった質量を減らすために月のモジュールを撃つオプションは不可能になりました。
2. 月のモジュールのエンジンを使用するオプションは、十分な燃料があったが、時間の顕著な増加をもたらさなかった。 サービスモジュールをリセットすると、コマンドモジュールの下部にある熱シールドの熱レジームが乱れる可能性があります。 熱シールドの損傷により着陸が不可能になりました。
3. 消耗品（水、電気）は、無料で返品するのに十分であると推定されました。
4. サービスモジュールのメインエンジンが破損している可能性があり、その使用は大きなリスクでした。
5. 船はすでに月の近くにあり、緊急帰還操縦は益々少なくなりました。

しかし、アポロ13号はすでに自由帰還の道を歩んできました。 選択したエリアに着陸するには、わずかな逸脱が必要でした。 そのため、月面着陸エンジンによって補正を行い、30秒間オンにする必要がありました。 別の問題はナビゲーションでした。 酸素タンクの破壊中に破れた断熱材が船の周りに豊富に散らばり、偽の星になります。 したがって、方位の精度を確認するために太陽を使用する必要がありました。 幸いなことに、データは正しく転送され、ジャイロ安定化プラットフォームは正しく機能し、ナビゲーションは正確に保たれ、修正は成功しました。

PC + 2マニューバ

フリーリターンの軌道も少しの操作が必要でした。 ペリセクション（月の周りの軌道の中心）の2時間後に行われたため、単に「PeriSeleniy +2」（PC + 2）と呼ばれていました。 彼のおかげで、着陸地点がインドから太平洋に移り、主な着陸支援船が定期的に配置されていたため、着陸時間が10時間早まりました。 月面着陸エンジンは、着陸前に1回だけ搭載するように設計されており、2度目にオンになり、4分24秒作動しました。

厳格な節約

月面モジュールは、燃料電池ではなくバッテリーで駆動されていました。 そのため、一方では、月の表面に達した後に月のモジュールを満たすために使用されたため、酸素が豊富でした。 一方、電気と水はひどく不足していました。 月面モジュールは1日半で2人で動作するように設計されていましたが、現在は4人で3人を使用する必要がありました。 そのため、月の円盤のために船が出航した後、電気と水を節約するために考えられるすべての対策が取られました。 水は人々によって消費され、冷却装置に費やされました。 したがって、月のモジュールでは、可能なすべてがオフになり、人々は渇きに耐えなければなりませんでした。 就寝前の準備として、コマンドモジュールでは、窓のカーテンが習慣で閉じられ、急冷され、着陸するまで暖まりませんでした。 月面モジュールでは、状況は少し良くなりましたが、そこはとても寒かったので、壁やパネルに露が付いて水が落ち着きました。

丸い穴に四角いピンを挿入します

英語では、「丸い穴に四角いピン」-「丸い穴に四角いペグ」というイディオムがあります。 場違いな人を示します。 そしてアポロ13号の飛行で、このイディオムが現実のものとなりました。 乗組員の酸素が豊富であるにもかかわらず、呼吸の問題が生じていました。 事実は、吐き出された二酸化炭素は何かに吸収されなければならないということです。 吸入空気中の二酸化炭素の15％以上は、視力障害、その後の意識、そして最終的には死につながります。 月のモジュールには、二酸化炭素を吸収した水酸化リチウムの丸い缶がありました。 しかし、それらは十分ではありませんでした。 コマンドモジュールには水酸化リチウムの缶が十分にありましたが、それらは正方形でした：



映画「アポロ13」の写真ですが、意味は非常に正確に伝えられています。



したがって、丸い穴に四角いピンを挿入する方法をすばやく作成するという課題が生じました。 特別なグループは、アポロ13にあったものと同じ材料を使用して、アダプターを迅速に組み立て、組み立て説明書を作成しました。 アイデアは非常にシンプルでした-キャニスターは、空気システムのポンプから空気が供給されるバッグに入れられました。 彼らはフライトスーツのパッケージからバッグを取り出し、宇宙服のホースを電気テープで固定し、空気を均等に分配するためのスペーサーとしてフライトプランの曲がったカバーを取り付け、つま先でキャニスターの通常の穴を閉じ、同じ電気テープで覆った。



アダプターアセンブリと作業デバイス。 それはとてつもなく親愛なる何かで吹きます...



指示はアポロ13に送信され、同じアダプターが宇宙で組み立てられました。 二酸化炭素の問題は解決されました。

重要な手順

これらすべての問題と並行して、コマンドモジュールを起動する手順を作成するために、非常に厳しい作業が進行中でした。 コマンドモジュールが含まれていないと、着陸は不可能でした。 そして、そのバッテリーはすでに部分的に放電されているという事実によって包含が複雑になり、完全にオフになったコマンドモジュールをオンにする手順は事前に開発されただけでなく、シミュレーターで考えられず、チェックされませんでした。 アポロ12号を救った同じ「鋼鉄製のロケット発射装置」であるジョン・アーロンは、この手順を作成するグループを率いました。限られた時間の条件（コマンドモジュールが地球に向かって執flyingに飛んでいた）で、彼らは月面モジュールへの緊急電源供給のために設計されたパワーバスを展開するというアイデアを思いつきました。文字通り、コマンドモジュールシステムを実行するのに十分ではなかった数アンペアが月のモジュールから受け取られ、手順は時間通りに準備ができていました。

バッテリー爆発

飛行時間の97時間で、月モジュールのバッテリーの1つで爆発が発生しました。バッテリーの動作中に通常放出される水素と酸素がバッテリーの1つのコンパートメントに蓄積し、偶発的な火花が爆発を引き起こしました。幸いなことに、この爆発は特別な問題をもたらさず、3つのバッテリーも同様に機能し、4番目のバッテリーは充電量をわずかに減らしました。

どこからともなく問題

月から戻っている間、船の近くに問題が蓄積され、その原因は誰にも確認できませんでした。通常の着陸では、船は大気圏への進入角度がかなり狭い範囲にある必要があります。角度が小さすぎる-船は水面から平らな石のように大気に跳ね返り、角度が大きすぎる、そして制動中の過度の加熱により船が燃え尽きるでしょう。そして、飛行中の未知の力は、進入角がゆっくりと着実に減少するという事実につながりました。船に作用するすべての力が考慮されたようです。船外への尿の排出も禁止されているため、反力が軌道を損なうことはありませんでしたが、無駄に-角度は許容範囲を超えました。別の修正が必要でした。電気を節約するために、コンピューターを含まず、手動で実行されました。月モジュール着陸エンジンは、推力10％で14秒間作動し、三度目です。時間も腕時計で手動で測定されました。補正は満足のいくものであり、大気への進入角度は許容範囲内でしたが、後で別の補正が必要になります。

飛行後、反力は月モジュールの冷却システムから蒸発する水によって生成されることがわかりました。これに先立って、月のモジュールは自由飛行を続けることはなかったため、この小さな力は顕著になりました。

別の修正

108時間の飛行で、ブーストタンクの安全膜が破裂しました。月に着陸する前に単一の操作のために設計されたヘリウムは、事故後の最初の修正の前でさえも暖められました。タンク内の圧力は常に増加しており、安全膜の突破は避けられませんでした。ブーストガスが失われたため、月面モジュールの着陸エンジンを始動できなくなりました。しかし、もう1つ修正が必要でした。月面モジュールのオリエンテーションエンジンを使用する必要がありました。幸いなことに、わずかな衝動が必要でしたが、わずか22秒で非常に強力でないオリエンテーションエンジンが使用され、137時間の飛行の修正が成功しました。

着陸

着陸する前に、多くの操作を実行する必要がありました。まず、バラストをコマンドモジュールに転送する必要がありました。これは、45キログラムのムーンストーンを置き換える不必要なものです。カメラ、その他の小さなもの、および月に残される予定のタブレットは、このようなバラストになりました-Lovellはそれをお土産として取ることにしました。

第二に、コマンドモジュールをオンにする必要があり、数日間のダウンタイムと大量の壁の水分を考えると、これは刺激的な瞬間でした。幸いなことに、手順は正しく開発されており、モジュールは短いバッテリ寿命でサービスに戻りました。その後、サービスモジュールがドッキング解除されました。彼は立ち去り、ゆっくりと回転し、宇宙飛行士は、事故によってどれほどの損害が生じたかを見て驚きました-パネル全体が取り壊されました：





第三に、月のモジュールを取り外す必要がありました。宇宙飛行士は悲しいことに、モジュールを護衛しましたが、モジュールは月に届けられませんでしたが、命を救いました。

そして4番目に、コマンドモジュールの正しい方向を確認する必要がありました。飛行の最後の部分は地球の影で行われたため、月が地球に到達する時間を測定しました。時間はMCCの計算と一致し、方向は正しく、その後コンピューターは作動しました。



月面モジュールの冷却は再び大気中への進入角度を減らすことに成功したため、船は通信せずに通常より長く大気の密な層を通過し、おそらく人々を心配させました。そして、接続が回復した後、最後の陰謀が残った-パラシュートが機能するかどうか。幸いなことに、彼らは働き、宇宙飛行士の帰還が成功したことを惑星全体が喜ぶことができました。

レッスン

• «-13» , , .
• , — , , , , , - , .
• « — » . «-13» , , , . « » , , . « », — .
• , , . «-13» , , , . , , , — .

エピローグとメモ

これは、「宇宙事故の教訓」シリーズの投稿です。興味がある人のためのこのシリーズの最初の投稿。

この記事では、テクノロジーに関する多くの情報があり、人に関する情報はほとんどないこと、そして舞台裏に多くの情報が残っていることをよく理解しています。Apollo 13の映画を見て、この不均衡を補ってください。特に宇宙飛行士に熱心ではない場合でも、一見の価値があります。



情報源：

1. ウィキペディアとその記事に記載されているソース。
2. ラヴェル・ジムとクルーガー・ジェフリー、「ロスト・ムーン：アポロ13号の危険な航海」ハリチコフの翻訳がありますが、それは非常に不均一であり、多くの場合、難しい場所が正しく転送され、その後、何らかの翻訳の失敗があります。他に翻訳がない場合は、読むことをお勧めします。英語のオーディオブックがあります。
3. 「Moon Machines」、サイエンスチャンネル、TVシリーズ2008、エピソード「Lunarモジュール」。
4. 「When We Leave Earth」、Discovery Channel、TVシリーズ、2008年、第4シリーズ。
5. 「地球から月へ」、HBO、TVシリーズ1998。
6. JSCデジタル画像コレクション -写真素材。
7. 月にアポロ探検。
8. 「「機会のリストから除外できない！」」-NK、2006年。

ナビゲーション：タグ「スペースレッスン」による投稿