Иван Баранецкий,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Происшествия в космических полетах, относящиеся к категории опасных нештатных ситуаций, являются предметом глубокого анализа с целью выработки рекомендаций по предупреждению их появления или локализации (ликвидации). Эффективность мероприятий по предотвращению этих происшествий во многом зависит от правильной их трактовки и объективного изложения. До недавнего времени они были “закрытыми” для СМИ, хотя интерес к ним не только профессиональный, но и общественно значимый. Редакция журнала планирует ознакомить читателя с серией публикаций на эту тему с использованием уточненных данных и достоверной информации как по имевшим место в космических полетах происшествиям, так и по вновь возникающим.

Нештатная ситуация (НшС), охватывающая большой диапазон любых отклонений от штатной циклограммы функционирования системы “экипаж – ПКА – окружающая среда”, в зависимости от сценариев ее развития всегда таит в себе потенциальную или реальную опасность в космическом полете. Поэтому на всех этапах планирования, подготовки и выполнения полета осуществляется тщательная отработка возможных НшС. Она основывается на глубоком и всестороннем анализе, прежде всего реальных ситуаций, т.е. имевших место в выполненных полетах, и направлена на недопущение их появления в последующих полетах. Но этого недостаточно. Нештатных ситуаций-рецидивов не так уж много. Они, как правило, не повторяются – появляются новые.

Прогнозирование возможных НшС, расчет их характеристик, разработка сценариев их развития в полете и, самое главное, технологий выхода из них – трудоемкая задача. Но других вариантов для обеспечения безопасности полетов нет. Поэтому до полета в зависимости от его сложности отрабатываются (моделируются) сотни различных НшС. И все равно представляется нереальным “просчитать” все возможные ситуации. Поэтому важно выявить общие закономерности и тенденции их появления и развития в космическом полете, классифицировать по различным признакам: причинам появления, этапам полета, степени опасности и т.д.

На основании многочисленной статистики как по российским (советским), так и по американским космическим полетам такие закономерности выявлены. По признаку причинности все возникающие НшС укладываются в следующие категории:

  • отказы космической техники;
  • по вине человеческого фактора;
  • из-за воздействия внешних по отношению к замкнутой системе “экипаж – ПКА – окружающая среда” факторов.

Наиболее легкие с точки зрения прогнозирования – нештатные ситуации, возникающие по причине отказа бортовых систем. Они достаточно хорошо учитываются с помощью методов теории надежности. Более сложно предвидеть ситуации, появляющиеся по вине человеческого фактора. Тем более что здесь имеют место ситуации, возникающие из-за общечеловеческого и личного (индивидуального) факторов. Их спектр довольно большой: ошибки при разработке космической техники, ошибки экипажа, заболевание его в полете, ошибки при планировании полета, в управлении с Земли и т.д. Как это ни странно, сам экипаж может оказаться источником опасности. Значительную трудность представляет прогнозирование НшС третьей категории. В общем случае их тоже просчитывают: различные столкновения на орбите с искусственными и естественными объектами (так называемым космическим мусором, метеорными телами и т.д.), воздействия космического ионизирующего излучения, климатических факторов на старте и др.

Что касается распределения НшС по этапам полета, то наиболее опасными являются: предстартовая подготовка, старт, выведение на орбиту, спуск, приземление и посадка. Достаточно вспомнить: все катастрофы и значительная часть аварийных ситуаций во время отечественных и американских космических полетов произошли именно на этих участках. Это легко объяснимо. На них в динамичном режиме работают наиболее критичные в пожаро-, взрывоопасном отношении системы, к тому же — с большим дефицитом времени на принятие и реализацию решений по выходу из аварийных ситуаций.

Нижеследующие примеры подтверждают эту зловещую закономерность.

Полет Юрия Гагарина на корабле “Восток-1”.

Наибольшее беспокойство по поводу безопасности Юрия Гагарина вызвал участок полета, связанный с работой тормозной двигательной установки (ТДУ) и полетом связки “приборный отсек – спускаемый аппарат” (ПО-СА) после выключения этой установки и разделения ПО с СА. Напомним читателям, что ТДУ предназначена для торможения связки с целью обеспечения ее схода с орбиты. После включения тормозного двигателя корабля начинается ее торможение. При достижении скорости

136 м/с вырабатывается “главная команда” (ГК) на выключение ТДУ и разрешение прохождения команды на срабатывание пиропатронов разделения ПО и СА. Если ГК не проходит на выключение двигателя, он выключается по метке 44 с программно-временного устройства (ПВУ) системы управления (СУ) ТДУ. При этом нельзя разделять приборный отсек и спускаемый аппарат по команде от ПВУ, а необходимо ждать команду от температурных датчиков, которые расположены на ПО и срабатывают при нагреве корпуса до 1500С. Таковы основные команды проектной (штатной) программы функционирования системы управления ТДУ на этапе спуска корабля с орбиты.

Что произошло на самом деле? В самом начале работы СУ кораблем (до третьей команды) все шло штатно, а далее начались отклонения от штатной программы ее функционирования. По версии Юрия Гагарина:

“… При прохождении третьей команды заметил давление в баллоне ТДУ. Оно стало резко падать с 320 атмосфер… Я почувствовал, как заработала ТДУ. Через конструкцию ощущался небольшой “зуд” и шум. ТДУ работала хорошо”.

Но только в течение 1-2 с. При появлении рабочего давления в камере сгорания должен был закрыться обратный клапан наддува камеры (ОКНК), однако этого не произошло, он закрылся не полностью и не обеспечил герметичности, в результате чего горючее после турбонасосного агрегата (ТНА) штатно поступало в камеру сгорания и нештатно – через не закрывшийся ОКНК – в полость “разделительного” мешка бака горючего, т.е. имела место нерасчетная потеря горючего. В результате такой “перекачки” горючего “не хватило” на отработку штатного импульса тяги, и прекращение нормальной работы двигателя произошло через 40,1 с после запуска из-за окончания горючего, т.е. за 0,5-1 с до формирования главной команды, по которой произошло бы штатное выключение двигателя.

По версии Юрия Гагарина: “… Как только выключилась ТДУ, произошел резкий толчок. Корабль начал вращаться вокруг своих осей с очень большой скоростью. Скорость вращения была градусов около 30 в секунду, не меньше. Я ждал разделения. Разделения нет. Я знал, что по расчету это должно было произойти через 10-12 с после выключения ТДУ. … Разделение произошло приблизительно только через 10 мин после окончания работы ТДУ ”.

Таким образом, разделение связки “ПО-СА” произошло, как это и предусмотрено в таких случаях, от термодатчиков, а нештатная ситуация была вызвана отказом клапана ОКНК ТДУ.

Полет Германа Титова на корабле “Восток-2”.

Неотделение гермоплаты кабель-мачты, имевшее место в этом полете, – характерная нештатная ситуация, возникшая из-за ошибок при разработке космической техники. Суть нештатной ситуации заключалась в следующем. Команда “Разделение” ПО и СА предполагала: отстрел лент, притягивающих СА к ПО; срабатывание пироножей, разрубающих кабели, выходящие из ПО на ленты; отстрел гермоплаты СА. Однако из-за ошибки при монтаже цепи кабелей, передающих команду “Отделение гермоплаты”, команда на пироножи прошла на доли секунды раньше команды на отстрел гермоплаты, в результате чего она не отстрелилась. Так как ленты были отстрелены, то СА отошел от ПО на определенное расстояние (насколько позволяла это сделать кабель-мачта СА-ПО). Полное разделение СА от ПО произошло только в результате перегорания кабель-мачты в атмосфере Земли.

(Продолжение следует)