Критика программы "Спейс шаттл" - Criticism of the Space Shuttle program

Критика программы Space Shuttle проистекала из заявлений о том, что программа NASA Shuttle не смогла достичь обещанных целей по стоимости и полезности, а также по вопросам проектирования, стоимости, управления и безопасности. По сути, это не помогло снизить стоимость доступа к космосу. Дополнительные затраты на запуск Space Shuttle на фунт в конечном итоге оказались значительно выше, чем затраты на одноразовые ракеты-носители. К 2011 году дополнительные затраты на полет космического корабля "Шаттл" оценивались в 450 миллионов долларов, или 18 000 долларов за килограмм (8 200 долларов за фунт) на низкую околоземную орбиту (НОО). Напротив, сопоставимая ракета-носитель " Протон", как говорят, стоит всего 110 миллионов долларов, или около 5000 долларов за килограмм (2300 долларов за фунт) для LEO, несмотря на то, что она не может использоваться повторно.

Если принять во внимание все затраты на проектирование и техническое обслуживание, окончательная стоимость программы Space Shuttle, усредненная по всем миссиям и скорректированная с учетом инфляции (2008 г.), оценивается в 1,5 миллиарда долларов за запуск, или 60 000 долларов за килограмм (27 000 долларов за килограмм). фунт) в LEO. Это должно быть контрастировано с первоначально предполагаемыми затратами в 260 долларов за килограмм (118 долларов за фунт) полезной нагрузки в долларах 1972 года (примерно 558 долларов за фунт с поправкой на инфляцию до 2019 года).

Он не смог достичь надежного доступа в космос, отчасти из-за многолетних перерывов в запусках из-за отказов шаттла. Бюджетное давление НАСА, вызванное хронически высокими затратами на программу космических шаттлов НАСА, исключило пилотируемые космические полеты НАСА за пределы низкой околоземной орбиты со времен Аполлона и резко сократило использование беспилотных зондов. Продвижение НАСА и использование шаттла замедлило программы отечественных коммерческих одноразовых ракет-носителей (ELV) вплоть до катастрофы Challenger 1986 года .

Два из пяти космических кораблей были уничтожены в результате несчастных случаев, в результате чего погибли 14 астронавтов, что стало крупнейшей гибелью людей при освоении космоса.

Назначение системы

«Космическая транспортная система» (официальное название НАСА для всей программы «Шаттл») была создана для транспортировки членов экипажа и грузов на низкие околоземные орбиты . Это даст возможность проводить научные эксперименты на борту шаттла, которые будут использоваться для изучения воздействия космического полета на людей, животных и растения. В других экспериментах изучается, как можно производить вещи в космосе. Шаттл также позволит астронавтам запускать спутники с шаттла и даже ремонтировать спутники, уже находящиеся в космосе. Шаттл также был предназначен для исследования реакции человека на невесомость .

Первоначально «Шаттл» был заявлен как космический аппарат, который сможет запускаться один раз в неделю и обеспечит низкие затраты на запуск за счет амортизации . Ожидалось, что затраты на разработку окупятся за счет частого доступа к площадям. Эти требования были сделаны с целью получить бюджетное финансирование от Конгресса США . Начиная с 1981 года космический шаттл начали использовать для космических путешествий. Однако к середине 1980-х годов концепция полета, согласно которой многие миссии шаттла оказались нереалистичными, и ожидания запланированных запусков снизились на 50%. После аварии Challenger в 1986 году полеты были остановлены в ожидании проверки безопасности. Этот перерыв стал длительным и в конечном итоге длился почти три года, поскольку продолжались споры по поводу финансирования и безопасности программы. В конце концов вместо этого военные возобновили использование одноразовых ракет-носителей. Полеты были снова приостановлены после потери Колумбии в 2003 году. В целом за 30 лет после первого орбитального полета Колумбии было запущено 135 миссий , в среднем примерно по одной каждые 3 месяца.

Расходы

Причинами более высоких, чем ожидалось, эксплуатационных расходов были:

  • НАСА получило финансирование из бюджета ВВС США в обмен на участие ВВС США в процессе проектирования. Чтобы выполнить миссию ВВС США по запуску грузов на полярную орбиту , ВВС США настаивали на очень большой дальности полета. Это потребовало огромных треугольных крыльев Шаттла, которые намного больше, чем короткие крылья оригинальной конструкции. Помимо увеличения сопротивления и веса (почти 20 процентов), чрезмерное количество тепловых плиток, необходимых для защиты треугольных крыльев, значительно увеличивало расходы на техническое обслуживание, помимо увеличения эксплуатационных рисков, таких как катастрофа в Колумбии.
  • На базе ВВС Ванденберг ВВС США продублировали всю инфраструктуру, необходимую для запуска и обслуживания космического челнока, стоимостью более 4 миллиардов долларов. После взрыва «Челленджера» объект был демонтирован, так как ни разу не запустил ни одной миссии «Шаттла».
  • Аэрокосмический инженер Роберт Зубрин описывает шаттл как «задом наперед»: орбитальный аппарат, более сложную для восстановления часть, сделан восстанавливаемым, а часть ускорителя (бак с жидким топливом) выбрасывается, хотя это проще. чтобы восстановиться, так как он не летает так высоко и быстро.
  • Техническое обслуживание теплоизоляционных плиток было очень трудоемким и дорогостоящим процессом: около 35000 плиток требовали индивидуального осмотра, причем каждая плитка изготавливалась специально для одного конкретного слота на шаттле.
  • Из-за сложности двигателей РС-25 после каждого полета их требовалось снимать для тщательного осмотра и тщательного обслуживания. До двигателей Block II его основной компонент, турбонасос , приходилось снимать, разбирать и ремонтировать после каждого использования.
  • Токсичное топливо, используемое для двигателей OMS / RCS, требовало особого обращения, в течение которого никакие другие действия не могли выполняться в зонах, использующих одну и ту же систему вентиляции. Это увеличило время оборачиваемости.
  • Скорость запуска была значительно ниже, чем предполагалось изначально. Хотя абсолютные эксплуатационные расходы не снижаются, большее количество запусков в год дает более низкую стоимость запуска. Некоторые ранние гипотетические исследования изучали 55 запусков в год (см. Выше), но максимально возможная частота запусков была ограничена до 24 запусков в год в зависимости от производственных мощностей завода Michoud, который строит внешний резервуар . В начале разработки шаттла ожидаемая частота запусков составляла около 12 запусков в год. В 1985 году количество запусков достигло пика - 9 в год, но в среднем за всю программу было 4,5.
  • Когда в 1972 году было принято решение о главных подрядчиках шаттлов, работа была распределена между компаниями, чтобы сделать программу более привлекательной для Конгресса, например, контракт на твердотопливные ракетные ускорители с Morton Thiokol в Юте. В ходе программы это увеличило эксплуатационные расходы, хотя консолидация аэрокосмической промышленности США в 1990-х годах означала, что большая часть Shuttle теперь принадлежала одной компании: United Space Alliance , совместному предприятию Boeing и Lockheed Martin .

Культурные вопросы и проблемы

Для успешной технологии реальность должна преобладать над общественными отношениями, поскольку природу нельзя обмануть.

-  Ричард Фейнман , Отчет Комиссии Роджерса , о катастрофе Challenger .

Некоторые исследователи раскритиковали повсеместный сдвиг в культуре НАСА от безопасности, чтобы гарантировать, что запуски происходят своевременно, что иногда называют « лихорадкой ». Предположительно, высшее руководство НАСА восприняло это снижение внимания к безопасности в 1980-х годах, в то время как некоторые инженеры оставались настороженными. По словам социолога Дайан Воган , агрессивные графики запусков возникли при Рейгане как попытка реабилитировать пост- вьетнамский престиж Америки .

Физик Ричард Фейнман , который был назначен для официального расследования катастрофы Челленджера , написал в своем отчете, что работающие инженеры НАСА оценили риск отказа миссии « порядка процента», добавив: «Официальное руководство на С другой стороны, они утверждают, что вероятность отказа в тысячу раз меньше. Одной из причин этого может быть попытка заверить правительство в совершенстве и успехе НАСА, чтобы обеспечить приток средств. Другая может заключаться в том, что они искренне верили это правда, демонстрируя почти невероятное отсутствие связи между ними и их работающими инженерами ».

Несмотря на предупреждения Фейнмана и несмотря на то, что Воан входил в состав советов и комитетов по безопасности НАСА, последующее освещение в прессе нашло некоторые доказательства того, что относительное пренебрежение НАСА к безопасности может сохраняться и по сей день. Например, накануне катастрофы в Колумбии НАСА не учитывало риск разрушения небольших кусков пены при запуске и предполагало, что отсутствие повреждений от предыдущих столкновений пены предполагает, что будущий риск будет низким.

Челночные перевозки

Оригинальное упрощенное видение наземной обработки космического корабля "Шаттл"
Фактическая, гораздо более сложная и гораздо более медленная наземная обработка данных космического корабля "Шаттл"

Шаттл изначально задумывался как авиалайнер. После приземления орбитальный аппарат будет проверен и начнется стыковка с внешним баком и твердотопливными ракетными ускорителями , и будет готов к запуску всего через две недели.

На практике до потери Challenger примерно половину времени выполнения полета после миссии составляли внеплановые испытания и модификации, основанные на неожиданных событиях, произошедших во время полета. Обычно на это уходили месяцы; Atlantis установила рекорд до Challenger , запустив два раза в течение 54 дней, в то время как Columbia установила рекорд после Challenger - 88 дней. Цель программы «Шаттл» по безопасному возвращению экипажа на Землю противоречила цели быстрого и недорогого запуска полезной нагрузки. Более того, поскольку во многих случаях не существовало режимов аварийного прерывания , многие компоненты оборудования должны были работать безупречно, и поэтому требовалась тщательная проверка перед каждым полетом. Результатом стали высокие затраты на рабочую силу: около 25 000 человек работали в компании Shuttle, а затраты на рабочую силу составили около 1 миллиарда долларов в год.

Некоторые функции шаттла, которые изначально представлялись важными для поддержки космической станции, оказались излишними:

  • Как показали Советы, капсул и неуправляемых ракет-носителей достаточно для снабжения космической станции.
  • Первоначальная политика НАСА по использованию шаттла для запуска всех полезных нагрузок без экипажа на практике пошла на убыль и в конечном итоге была прекращена. Расходные ракеты-носители (ELV) оказались намного дешевле и гибче.
  • После катастрофы " Челленджер" использование "Шаттла" для перевозки мощных верхних ступеней " Кентавра" на жидком топливе, запланированных для межпланетных зондов, было исключено из соображений безопасности "Шаттла".
  • История непредвиденных задержек «Шаттла» также делала его возможным пропускать узкие окна запуска .
  • Достижения в области технологий сделали зонды меньше и легче. В результате многие роботизированные зонды и спутники связи теперь могут использовать одноразовые ракеты-носители , такие как Delta и Atlas V , которые менее дороги и считаются более надежными, чем Shuttle.
  • Развитие технологий сегодня происходит намного быстрее, чем в те годы, когда был разработан Shuttle. Таким образом, представление о том, что "Шаттл" был бы полезен для восстановления дорогостоящих спутников для возвращения на Землю для ремонта и обновления с использованием новых технологий, устарело; затраты упали, а возможности увеличились настолько, что гораздо более рентабельно отказаться от старых спутников и просто запустить новые.

Несчастные случаи

"Прорыв" уплотнительного кольца SRB - причина аварии Challenger.

Хотя технические детали аварий Challenger и Columbia различаются, организационные проблемы демонстрируют сходство. Обеспокоенность бортинженеров по поводу возможных проблем не была должным образом доведена до высшего руководства НАСА и не понята. Автомобиль заранее предупредил об аномальных проблемах. Многоуровневая бюрократическая структура, ориентированная на процедуры, препятствовала необходимому общению и действиям.

С Challenger , с уплотнительным кольцом , которое не должно быть размытой вовсе подрывать на ранних запусков шаттлов. Тем не менее, менеджеры посчитали, что, поскольку ранее она разрушалась не более чем на 30%, это не представляло опасности, поскольку имелся « запас прочности в три раза » (на самом деле деталь вышла из строя, а запас прочности отсутствовал). Morton -Thiokol спроектировал и изготовил SRB, и во время предзапуска конференц-связи с НАСА Роджер Бойсжоли , инженер Thiokol, наиболее опытный с уплотнительными кольцами, неоднократно умолял руководство отменить или перенести запуск. Он выразил опасения, что из-за необычно низких температур уплотнительные кольца станут жесткими, что предотвратит полное уплотнение во время изгиба сегментов ракетного двигателя, что и произошло во время фатального полета. Однако старшие менеджеры Тиокола под давлением руководства НАСА отвергли его и позволили продолжить запуск. За неделю до запуска контракт Thiokol на переработку твердотопливных ракетных ускорителей также подлежал рассмотрению, и отмена полета была действием, которого руководство Thiokol хотело избежать. Уплотнительные кольца Challenger полностью разрушились, как и предполагалось, что привело к полному разрушению космического корабля и гибели всех семи астронавтов на борту.

Колумбия была разрушена из-за поврежденной тепловой защиты от обломков пены, отколовшихся от внешнего бака во время всплытия. Пена не предназначалась и не предполагала, что она отслаивается, но в прошлом наблюдалось, что это происходит без происшествий. В исходных эксплуатационных характеристиках шаттла говорилось, что термозащитные панели орбитального аппаратавообще не предназначены для защиты от попаданий обломков. Со временем менеджеры НАСА постепенно соглашались с большим повреждением плитки, подобно тому, как принималось повреждение уплотнительного кольца. Совет по расследованию авиационных происшествий Колумбийского университета назвал эту тенденцию « нормализацией отклонений » - постепенным принятием событий, выходящих за пределы проектных допусков корабля, просто потому, что они не были катастрофическими на сегодняшний день.

Фотография STS-1, на которой видны отсутствующие тепловые плитки на стручках OMS слева и справа от вертикального оперения.

Проблема отсутствия или повреждения термоплит на флоте Shuttle стала проблемой только после потери Columbia в 2003 году, поскольку он распался при повторном входе . Фактически, Шаттлы ранее возвращались без каких-либо проблем без каких-либо проблем. У всех STS-1 и STS-41 отсутствовали тепловые плитки из блоков системы орбитального маневрирования (видимые для экипажа). Проблема на Columbia заключалась в том, что повреждение было получено в результате удара пеной армированной углеродно-углеродной передней кромки крыла, а не тепловых плит. У первого полета Шаттла, STS-1, был выступающий заполнитель зазора, который отводил горячий газ в правую колесную нишу при входе в самолет, что приводило к изгибу правой дверцы главной стойки шасси.

Вкладчики риска

Открытие на МКС в 2011 году (STS-133)

Примером анализа технических рисков для миссии STS являются основные факторы риска SPRA итерации 3.1 для STS-133:

  1. Удары микрометеороидного орбитального мусора (MMOD)
  2. Вызванный RS-25 или катастрофический отказ RS-25
  3. Поднимающийся мусор попадает в TPS, ведущий к LOCV на орбите или входе
  4. Ошибка экипажа при входе
  5. Катастрофический отказ RSRM, вызванный RSRM (RSRM - ракетные двигатели SRB)
  6. Отказ COPV (COPV - это резервуары внутри орбитального аппарата, которые удерживают газ под высоким давлением)

Джон Янг и Джерри Л. Росс были среди тех астронавтов, которые считали, что шаттл всегда был экспериментальным кораблем, а не действующим транспортным средством для обычных космических полетов, как заявил президент Рональд Рейган после STS-4 . Рик Хаук сказал в 2017 году, что перед STS-1 он видел анализ, оценивающий риск потери транспортного средства как один из 280, но внутреннее исследование оценки рисков НАСА (проведенное Управлением безопасности и обеспечения полета шаттлов в Космическом центре Джонсона ) выпущенный в конце 2010 или начале 2011 года, сделан вывод о том, что агентство серьезно недооценило уровень риска, связанного с эксплуатацией Shuttle. В отчете оценивается, что вероятность катастрофической катастрофы во время первых девяти полетов шаттла составляла 1 из 9, но позже повышение безопасности повысило коэффициент риска до 1 из 90. В 1984 году Рейган подписал Директиву о решении по национальной безопасности, в которой говорилось, что шаттл не будет "полностью готов к работе", пока не сможет совершать 24 вылета в год, возможно, к 1988 году; Шаттл никогда не совершал полетов чаще, чем девять полетов в 1985 году, а в период с 1988 по 2003 год он совершал в среднем около шести полетов в год.

Хотя многие астронавты НАСА критиковали программу специалистов по полезной нагрузке , отчасти потому, что они не считали, что менее подготовленные посторонние полностью осведомлены о рисках космических полетов, штатные астронавты, возможно, тоже не знали. Чарльз Болден был изумлен, узнав после потери Колумбии, что "непроницаемые" передние кромки крыла транспортного средства, на котором он летал в течение 14 лет, имели толщину менее дюйма. НАСА в октябре 1982 года предсказывало 37 челночных полетов в начале 1986 года, но Challenger ' потеря s была полетом челнока двадцать пятых. Хаук, имеющий большой опыт полетов на опасных самолетах в Школе летчиков-испытателей ВМС США , сказал: «Если бы я знал заранее, что каждый 25-й потерпит неудачу, я бы, вероятно, дважды подумал, прежде чем летать на трех (как и я) из первых. двадцать шесть полетов ».

Ретроспектива

Хотя система была разработана в рамках первоначальных оценок стоимости и времени, данных президенту Ричарду М. Никсону в 1971 году, эксплуатационные расходы, скорость полета, грузоподъемность и надежность к моменту аварии в Колумбии в феврале 2003 года оказались намного хуже, чем первоначально. ожидается. За год до запуска STS-1 в апреле 1981 года газета Washington Monthly точно спрогнозировала многие проблемы шаттла, включая чрезмерно амбициозный график запусков и, следовательно, более высокие, чем ожидалось, предельные затраты на полет; риски зависимости от шаттла для всех грузов, гражданских и военных; отсутствие выживаемого сценария прерывания в случае выхода из строя твердотопливного ракетного ускорителя; и хрупкость системы тепловой защиты шаттла.

Чтобы получить одобрение шаттла, НАСА слишком обещало его экономию и полезность. Чтобы оправдать очень большие фиксированные эксплуатационные расходы на программу, НАСА изначально отправило на шаттл все внутренние, внутренние и министерства обороны полезные нагрузки. Когда это оказалось невозможным (после катастрофы Challenger ), НАСА использовало Международную космическую станцию (МКС) в качестве оправдания для шаттла. Администратор НАСА Майкл Д. Гриффин в своей статье 2007 года утверждал, что программа «Сатурн», если она будет продолжена, могла бы обеспечить шесть пилотируемых запусков в год - два из них на Луну - по той же цене, что и программа «Шаттл», с дополнительной возможностью летать. Инфраструктура для дальнейших миссий:

Если бы мы сделали все это, мы были бы на Марсе сегодня, а не писали бы об этом как предмет «следующие 50 лет». У нас были бы десятилетия опыта эксплуатации космических систем длительного действия на околоземной орбите и аналогичные десятилетия опыта в исследовании и обучении использованию Луны.

Некоторые утверждали, что программа «Шаттл» ошибочна. Создание многоразового автомобиля с использованием технологий начала 1970-х годов потребовало конструктивных решений, которые поставили под угрозу эксплуатационную надежность и безопасность. В приоритете были многоразовые главные двигатели. Это потребовало, чтобы они не сгорели при входе в атмосферу, что, в свою очередь, сделало установку их на самом орбитальном аппарате (той части системы Шаттла, где повторное использование имело первостепенное значение) казалось бы логичным решением. Однако это имело следующие последствия:

  • требовалась более дорогая конструкция двигателя с «чистым листом» с использованием более дорогих материалов, в отличие от существующих и проверенных готовых альтернатив (таких как сеть Saturn V);
  • увеличение затрат на текущее обслуживание, связанных с поддержанием многоразовых SSME в летном состоянии после каждого запуска, затраты, которые в целом могли превышать затраты на строительство одноразовых главных двигателей для каждого запуска.

Комиссия Августина 1990 года выразила обеспокоенность тем, что «гражданская космическая программа чрезмерно зависит от космического корабля" Шаттл "в плане доступа в космос». Комитет отметил, что «например, в случае с« Челленджером » было неуместно рисковать жизнями семи астронавтов и почти четвертью пусковых средств НАСА для вывода на орбиту спутника связи».

Есть некоторые побочные технологии НАСА, связанные с программой Space Shuttle, которые были успешно преобразованы в коммерческие продукты, такие как использование термостойких материалов, разработанных для защиты Shuttle при входе в атмосферу в костюмах муниципальных и авиационных пожарных-спасателей.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки