Колумбия (шаттл)

Колумбия (англ. Columbia, OV-102) — первый многоразовый транспортный космический корабль (МТКК), построенный по программе «Спейс Шаттл» (Space Shuttle) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA). Совершил первый орбитальный полёт 12—14 апреля 1981 года. Являлся единственным полностью функциональным прототипом серии, отличавшимся от последующих шаттлов («Челленджер», «Дискавери», «Атлантис», «Индевор») увеличенной массой и рядом конструктивных особенностей. Эксплуатировался с 1981 по 2003 год. Погиб при возвращении на Землю 1 февраля 2003 года в результате разрушения теплозащиты левого крыла, вызванного попаданием фрагмента изоляции внешнего топливного бака на старте. Все семь членов экипажа погибли.

История создания

Программа «Спейс Шаттл»

Разработка многоразового космического корабля началась в США в конце 1960-х годов. Основной целью было создание экономически эффективного средства доставки грузов и экипажей на низкую околоземную орбиту, способного совершать до 100 полётов. В 1972 году президент Ричард Никсон одобрил программу, и NASA заключила контракт с компанией Rockwell International (ныне — часть Boeing) на строительство первого орбитального аппарата.

Строительство «Колумбии»

Строительство OV-102 (Orbiter Vehicle-102) началось в 1975 году на заводе Rockwell в Палмдейле (Калифорния). Первоначально аппарат предназначался для наземных испытаний, но позже было решено доработать его до лётного состояния. В отличие от последующих шаттлов, «Колумбия» была значительно тяжелее — её пустая масса составляла около 81 тонны (против 78 тонн у «Дискавери»). Это объяснялось использованием более толстой алюминиевой обшивки и усиленных элементов конструкции, рассчитанных на максимальные нагрузки при первых полётах. Корпус был оснащён большим количеством датчиков и телеметрического оборудования, которое впоследствии снимали по мере накопления опыта. Корабль получил имя в честь первого американского военного парусного судна, совершившего кругосветное плавание в конце XVIII века, а также в честь модуля командного отсека «Аполлон-11».

Первый полёт (STS-1)

12 апреля 1981 года «Колумбия» стартовала с космодрома на мысе Канаверал (Флорида). Экипаж состоял из двух астронавтов: командира Джона Янга и пилота Роберта Криппена. Полёт продлился 54,5 часа, корабль совершил 36 витков вокруг Земли. При посадке на авиабазе Эдвардс (Калифорния) 14 апреля 1981 года были выявлены проблемы с теплозащитой — повреждены несколько плиток, но в целом миссия признана успешной. Этот полёт стал первым в мире орбитальным полётом многоразового космического корабля.

Конструкция и характеристики

Общее устройство

«Колумбия» представляла собой орбитальный самолёт с треугольным крылом и вертикальным оперением. Длина корабля составляла 37,24 м, размах крыла — 23,79 м, высота по килю — 17,25 м. Герметичный отсек для экипажа вмещал до семи человек (в миссиях STS-1 и STS-2 — два человека). Грузовой отсек длиной 18,3 м и диаметром 4,6 м мог вмещать до 24,4 тонн полезного груза при старте и до 15,4 тонн при возвращении. Корабль оснащался тремя жидкостными ракетными двигателями RS-25 (SSME) производства Rocketdyne, работавшими на жидком водороде и кислороде. Тяга каждого двигателя в вакууме составляла около 2,18 МН (222 тонн-силы). Энергоснабжение обеспечивалось тремя топливными элементами, вырабатывавшими электричество и воду.

Теплозащита

Теплозащита «Колумбии» состояла из более чем 30 000 плиток из кварцевого волокна, покрытых стекловидной эмалью. На передней кромке крыла и носовом обтекателе использовались углерод-углеродные композиты, выдерживающие температуры до 1650 °C. В отличие от более поздних шаттлов, «Колумбия» имела усиленную теплозащиту на нижней части фюзеляжа, что было связано с неопределённостью аэродинамических нагрузок при первых полётах. Плитки крепились к корпусу с помощью клея и механических замков.

Отличия от последующих шаттлов

• Масса: «Колумбия» была на 3—4 тонны тяжелее «Дискавери» и «Атлантис».
• Двигатели: на «Колумбии» устанавливались двигатели RS-25 первой серии, имевшие меньший ресурс (около 7 полётов до капитального ремонта).
• Электроника: бортовой компьютер и система управления были менее совершенными, чем на шаттлах, построенных позже. В 1990-х годах «Колумбия» прошла модернизацию, включавшую установку «стеклянной кабины» (многофункциональных дисплеев) и системы GPS.
• Внешний вид: из-за отсутствия на первых миссиях лёгких плиток чёрного цвета на верхней части фюзеляжа, «Колумбия» имела характерный белый цвет с чёрными полосами на крыльях.

Эксплуатация

Основные миссии

За 22 года эксплуатации «Колумбия» совершила 28 полётов. Среди наиболее значимых миссий:

• STS-1 (1981) — первый орбитальный полёт шаттла.
• STS-9 (1983) — первый полёт с лабораторией «Спейслэб» (Spacelab), европейским модулем для научных экспериментов.
• STS-61-C (1986) — последний полёт шаттла до катастрофы «Челленджера» (1986).
• STS-87 (1997) — полёт с участием первого украинского астронавта Леонида Каденюка.
• STS-93 (1999) — запуск рентгеновской обсерватории «Чандра» (Chandra X-ray Observatory).
• STS-109 (2002) — последняя успешная миссия по обслуживанию космического телескопа «Хаббл» (Hubble Space Telescope).

Рекорды и достижения

• «Колумбия» была самым старым и наиболее модифицированным шаттлом в парке NASA.
• В 1992 году на «Колумбии» (STS-50) впервые был проведён полёт с лабораторией «Спейслэб» в режиме длительного пребывания на орбите (до 16 суток).
• В 1998 году (STS-90) на борту «Колумбии» проводились нейробиологические эксперименты с участием 16 человек (экипаж и специалисты).

Катастрофа STS-107

Предпосылки

16 января 2003 года «Колумбия» стартовала в рамках миссии STS-107. Во время старта от внешнего топливного бака оторвался кусок пенополиуретановой изоляции размером около 60 см, который ударил по левому крылу орбитального аппарата. Удар привёл к повреждению нескольких плиток теплозащиты на передней кромке крыла. В ходе полёта инженеры NASA неоднократно запрашивали фотографии повреждений, но руководство программы отклонило запросы, посчитав риск незначительным.

Гибель

1 февраля 2003 года при входе в плотные слои атмосферы над Тихим океаном горячие газы проникли в повреждённое крыло, вызвав его разрушение. Корабль потерял управление и развалился на части на высоте около 60 км. Обломки упали на территории штатов Техас и Луизиана. Все семь членов экипажа погибли: командир Рик Хасбэнд, пилот Уильям Маккул, специалисты Майкл Андерсон, Калпана Чавла, Дэвид Браун, Лорел Кларк и Илан Рамон (первый израильский астронавт).

Расследование

Комиссия по расследованию (CAIB — Columbia Accident Investigation Board) установила, что причиной катастрофы стало сочетание конструктивных недостатков теплозащиты и организационных проблем в NASA. В отчёте отмечалось, что падение пенопластовой изоляции было известно ещё с 1980-х годов, но не считалось критическим. После катастрофы программа «Спейс Шаттл» была приостановлена на два года. В ходе модернизации были разработаны методы ремонта теплозащиты на орбите и ужесточены процедуры контроля.

Значение и наследие

«Колумбия» стала первым шаттлом, доказавшим принципиальную возможность многоразового использования космических кораблей. Её полёты позволили отработать технологии возвращения на Землю, посадки на взлётно-посадочную полосу и многократного использования двигателей. Катастрофа 2003 года привела к пересмотру подходов к безопасности в пилотируемой космонавтике и ускорила разработку программы «Созвездие» (Constellation), которая, однако, была закрыта в 2010 году. В память о «Колумбии» названы кратер на Луне, астероид (51827) и несколько учебных заведений в США.

Источники

• Jenkins, D. R. (2007). Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System. Voyageur Press.
• Columbia Accident Investigation Board (2003). Report Volume I. NASA.
• Heppenheimer, T. A. (2002). The Space Shuttle Decision: NASA's Search for a Reusable Space Vehicle. NASA History Series.
• NASA (2003). STS-107 Mission Summary.