27 января 1967 года во время наземных испытаний на корабле миссии «Аполлон-1» случился пожар. В огне погибли астронавты NASA Роджер Чаффи, Вирджил Гриссом и Эдвард Уайт-младший. Эта трагедия стала определяющим моментом в истории программы «Аполлон». Руководству США пришлось пересмотреть всю пилотируемую лунную программу и отложить полеты к Луне на полтора года. Сегодня большинство обзоров «Аполлона-1», или, как официально называли миссию, «AS-204», посвящены воспоминаниям о погибших астронавтах, аварии, ее расследованию и тому, какое влияние трагедия оказала на всю программу в целом. Но что СМИ рассказывают о самой миссии? Какова была ее цель и какие задачи на новом космическом корабле «Аполлон» астронавты должны были выполнить на орбите?  

Новый космический корабль

Для полетов к Луне главный подрядчик NASA, компания North American Aviation, разработала две версии командно-служебного отсека (CSM) космического корабля «Аполлон»: Block I и Block II. Первый вариант был своего рода прототипом, предназначенным для испытательных полетов на низкой околоземной орбите. В ходе этих полетов инженеры должны были проверить базовую конструкцию модуля, а после технические наработки из Block I внедрить в обновленную версию отсека Block II. Именно последней версии CSM предстояло доставить на Луну астронавтов со всем необходимым оборудованием.  

Конструкции командных модулей Block I и Block II (Command Module) были схожи между собой. Техники практически никаких изменений в окончательный вариант не внесли. Напомним, что в миссиях «Аполлон» CM был центром управления полетом. В командном отсеке размещался экипаж на пути к Луне, и в этом модуле астронавты возвращались домой. Масса CM составляла 5,5 тонн, диаметр 3,9 метра, длина 3,2 метра. 

Служебные отсеки Block I и Block II (Service Module) отличались друг от друга. На SM Block II инженеры установили мощный жидкостный ракетный двигатель Aerojet AJ10-137 (SPS), который мог развивать тягу 91 килоньютонов (кН). Служебный модуль миссий «Аполлон» нес основную двигательную установку, топливо, там размещалась часть системы связи. SM обеспечивал все маневры корабля на траектории полета к Луне, коррекцию траектории, выход на орбиту искусственного спутника, переход с лунной орбиты на траекторию полета к Земле. Энергоустановка модуля снабжала экипаж электроэнергией и питьевой водой, из установленных в нем баллонов подавался кислород в систему жизнеобеспечения корабля.

Высота командно-служебного отсека Block I составляла 11 метров, а масса — свыше 20 тонн, что делало этот модуль самым большим в истории космических полетов того времени (Block II весил на 4 тонны больше, в основном, за счет топлива). 

Еще одной частью корабля «Аполлон» была система аварийного спасения (LES), разработанная компанией Lockheed Propulsion. Она прикреплялась к верхней части командного модуля с помощью ферменной конструкции и была оборудована ракетным двигателем. Высота LES составляла 9,9 метра, а масса — 4,2 тонны. Система аварийного спасения сбрасывалась после того, как ракета проходила самые критичные участки: старт и плотные слои атмосферы. Сброс системы начинался через 25 секунд после выключения двигателей второй ступени, от LES избавлялись, чтобы уменьшить массу установки и сэкономить топливо. В случае нештатной ситуации система отбросила бы командный отсек от ракеты-носителя, и модуль на парашютах приземлился бы на землю. На LES было нанесено толстое защитное покрытие из эпоксидной смолы на матрице из стеклопластика, которое повышало термостойкость командного модуля. 

Для испытаний беспилотных и пилотируемых полетов корабля «Аполлон» на низкой околоземной орбите NASA использовало двухступенчатую ракету-носитель «Сатурн-1B». Это была модификация ракеты «Сатурн-1», разработанной командой знаменитого конструктора Вернера фон Брауна. 

Первая ступень нового носителя S-IB, которую производила компания «Крайслер», была улучшенной версией ступени SI, успешно отработавшей 10 раз во время программы испытательных полетов «Сатурн-1» с 1960 по 1965 годы. Первая ступень S-IB отличалась от своей предшественницы увеличенным объемом топливных баков и наличием 8 форсированных двигателей Rocketdyne H-1 общей тягой 7 120 килоньютонов. В качестве топлива использовали керосин и жидкий кислород. Любопытная деталь: в новую ступень компания-производитель внесла некоторые изменения, что позволило сделать S-IB на 9 тонн легче S-I.

Пожалуй, самым значимым улучшением «Сатурн-1B» можно назвать вторую ступень — S-IVB, созданную компанией Douglas Aircraft. Она пришла на смену S-IV, которая стояла на ракете «Сатурн-1». Вместо 6 двигателей Pratt & Whitney RL-10 старой ступени, обеспечивающих тягу 400 килоньютонов, на новую, более крупную, установили всего 1 двигатель — Rocketdyne J-2, который производил тягу 890 килоньютонов. При этом использовалась та же комбинация топлива, что и на S-IV — жидкий водород и жидкий кислород. 

На ступени S-IVB также установили пару модулей вспомогательной двигательной установки (APS) для управления по крену во время работы двигателя J-2, а также для контроля ориентации при движении по орбите.

Ступень S-IVB могла вывести на низкую околоземную орбиту для испытаний как командно-служебный модуль, так и лунный. Но главным образом она отрабатывалась для того, чтобы позже ее можно было использовать как третью ступень на последней модификации «Сатурнов» — ракете «Сатурн V». Именно этот носитель и отправил астронавтов к Луне. 

«Сатурн-1B» без полезной нагрузки имел высоту 43,2 метра. На орбиту носитель мог вывести груз массой 17 тонн. С полезной нагрузкой высота ракеты увеличивалась до 68,3 метров, а общая масса составляла 598 тонн.

Перед «Аполлоном-1»

Миссия «Аполлон-1», или «AS-204» — это не первый испытательный полет программы «Аполлон». Эти полеты начались гораздо раньше, только без людей на борту — с запуска на орбиту макетов кораблей. Такой подход оказался выгоден экономически. При помощи макетов можно было проверить большинство систем будущего корабля, поэтому тратить огромные деньги на тестирование полноценных аппаратов не имело смысла.  

Макеты были необходимы для того, чтобы собрать данные об аэродинамических свойствах реального «Аполлона». Макеты несли на борту приборы и датчики, которые измеряли аэродинамические нагрузки и механические напряжения в конструкциях.

Первый такой пуск состоялся в мае 1964 года, он получил название «AS-101». Связка «вторая ступень-макет корабля» обогнула Землю 54 раза и 1 июня вошла в атмосферу над Тихим океаном. 

С мая 1964 года NASA провело пять испытательных полетов макетов кораблей «Аполлон». Во время этих миссий не раз проверялось отделение системы аварийного спасения, кстати, тоже не настоящей. 

Макеты использовались и при испытании системы аварийного спасения (LES), чтобы проверить, как будет работать LES при перегрузках и в связке с командным модулем (применяли модели CM максимально приближенные к реальной). Для пусков выбрали ракету-носитель «Литл Джо II». Программа этих испытаний началась в ноябре 1963 года стартом «QTV-1», а закончилась в январе 1966 года стартом «A-004». 

После успешного завершения этих испытательных полетов пришло время проверить все составляющие настоящего корабля «Аполлон» в космосе.

26 февраля 1966 года NASA провело беспилотное испытание в рамках подготовки к лунной программе — «AS-201». Это был первый старт ракеты-носителя «Сатурн-1B» и первый полет командно-служебного модуля версии Block I — CSM-009. Несмотря на успех — CSM-009 приводнился в океане через 37 минут после запуска, как и было задумано — во время полета обнаружились некоторые проблемы:

• двигатель служебного модуля штатно работал только в течение 80 секунд, затем работа была прервана из-за попадания гелия в камеру сгорания. Гелий применялся лишь для герметизации топливных баков, но его не должно было быть в камере сгорания;
• из-за плохой проводки в электрической схеме командного модуля произошел сбой, что повлияло на его управляемость, а на этапе спуска в результате короткого замыкания стерлись записи показаний датчиков.     

Проблемы решили быстро, и новый беспилотный испытательный полет «AS-202» в августе 1966 года показал, что ракета «Сатурн-1B» и командно-служебный модуль корабля «Аполлон» в варианте Block I готовы к доставке астронавтов на низкую околоземную орбиту и безопасному возвращению. 

Месяцем ранее NASA провело испытание лишь одной ракеты «Сатурн-1B» без каких-либо модулей на борту. Старт получил название «AS-203». Целью полета было исследовать в невесомости поведение горючего во второй ступени S-IVB-200 — жидкого водорода. Эту ступень планировали проверить на включение-выключение двигателя на орбите вокруг Земли, потому что в лунных экспедициях она должна была стать третьей ступенью ракеты «Сатурн V». Для старта к Луне с космическим кораблем «Аполлон» ее двигатель должен был повторно запускаться на опорной орбите. 

Планы миссии «Аполлон-1», или «AS-204»

Командно-служебный модуль корабля «Аполлон» существовал в двух вариантах: Block I и Block II. Прежде чем внести окончательные изменения во вторую версию CSM, космическое агентство назначило два пилотируемых испытательных полета на Block I. Миссии получили названия «AS-204» и «AS-205». 

21 марта 1966 года NASA официально объявило имена астронавтов, которые вошли в состав экспедиции «AS-204». Командиром корабля стал подполковник ВВС США Вирджил Гриссом. Старшим пилотом — подполковник ВВС США Эдвард Уайт-младший. Пилотом командного модуля агентство выбрало авиационного инженера, капитан-лейтенанта ВМС США Роджера Чаффи. 

Гриссом и Уайт-младший были опытными астронавтами, успевшими побывать в космосе. Гриссом до «AS-204» совершил 15-минутный суборбитальный полет на корабле «Меркурий-Редстоун-4», а после на корабле «Джемини-3» три раза обогнул Землю. Уайт-младший летал на орбиту на «Джемини-4», за его плечами и выход в открытый космос — он стал первым американцем, который вышел в космический вакуум. Для 31-летнего Чаффи орбитальный полет должен был стать первым в карьере. 

Первая пилотируемая миссия программы «Аполлон» носила обозначение «AS-204», но астронавты, программисты и другие участники проекта настаивали на том, чтобы название изменили на «Аполлон-1». В кругах NASA давно неформально именовали эту миссию именно так, и сотрудникам очень хотелось, чтобы руководство признало этот вариант. Агентство пошло на уступки, и в июне 1966 года миссию переименовали. Пуск «Аполлона-1» был назначен на 21 февраля 1967 года.

Для «Аполлона-1» использовался командно-служебный модуль CSM-012 Block I и ракета-носитель «Сатурн-1B», под обозначением SA-204. Запуск планировался с пускового комплекса № 34 (LC-34), с площадки этого комплекса чуть раньше стартовали беспилотные миссии «AS-201» и «AS-202». 

По задумке, через 11,5 минут после старта ракета SA-204 должна была вывести на низкую околоземную орбиту 16-тонный командно-служебный модуль. Он должен был оставаться пристыкованным ко второй ступени ракеты S-IVB на протяжении 2,5 часов. После отделения CSM-012 астронавт Гриссом попытался бы стабилизировать модуль и управлять им, а Уайт-младший и Чаффи сфотографировали бы отработавшую ступень в момент, когда она истратила остатки топлива. Это дало бы важные данные о поведении ступени S-IVB, необходимые для полета к Луне.

Планировалось, что астронавты совершат либо шесть витков вокруг Земли — этого хватило бы на сбор лишь приоритетных данных, либо останутся на орбите до двух недель — в случае, если модуль продолжит работать нормально. 

В ходе миссии инженеры хотели испытать все системы корабля во время старта, на орбите и в момент спуска. Предполагалось, что астронавты выполнят и ряд научных, технических и медицинских экспериментов:

— M-3A In-Flight Exerciser. Упражнения с пружинным эспандером. Все три астронавта во время полета должны были 3 раза в день тратить по 10 минут на тренировку с этим тренажером. Делалось это, чтобы предотвратить последствия длительной невесомости. Аналогичный эксперимент проводили в миссиях «Джемини-4, 5, 7» в 1965 году;

— M-4A In-Flight Phonocardiogram. Эксперимент с фонокардиограммой. Во время полета прикрепленные к телу астронавтов датчики должны были улавливать их пульс, чтобы выявить воздействие невесомости на работу сердца. На роль подопытных NASA назначило Гриссома и Чаффи. Похожий эксперимент проводился в миссиях «Джемини»;

— M-6A Bone Demineralization. Цель опыта — определить, как  невесомость влияет на вымывание минералов из костей. Эксперимент не требовал специального бортового оборудования и основывался на сравнении рентгеновских снимков астронавтов до и после полета; 

— M-9A Human Otolith Function. При помощи этого эксперимента ученые хотели понять, как длительное пребывание в невесомости сказывается на способности ориентироваться в пространстве. Для этого астронавты должны были 15 минут в день носить специальные очки, в которых отслеживались движения глаз, изучался зрачок. Все реакции записывала бы 16-мм пленочная кинокамера. Аналогичный эксперимент проводился во время миссий «Джемини-5, 7»;

— M-11 Cytogenetic Blood Studies. Этот эксперимент должен был определить, вызывает ли космическая среда изменение клеточного состава крови. Данные ученые хотели получить из анализов крови членов экипажа, их должны были взять у трех астронавтов до и после полета;

— M-48 Cardiovascular Reflex Conditioning. В этом эксперименте за 2-3 часа до окончания миссии один из астронавтов должен был надеть специальные медицинские колготки. Таким способом ученые попытались бы понять, помогает ли специфичная одежда не допустить физической усталости, обеспечить циркуляцию крови в сосудах нижних конечностей; 

— S-5A Synoptic Terrain Photography. При помощи 70-миллиметровой пленочной камеры Hasselblad астронавты должны были фотографировать облака и земную поверхность под кораблем. Делать снимки планировалось с 9:00 до 15:00 по местному времени; 

— S-6A Synoptic Weather Photography. Цель этого эксперимента состояла в том, чтобы выполнить на орбите съемку погодных явлений с гораздо более высоким разрешением, чем это могли сделать метеорологические спутники, такие как «TIROS» или «Nimbus»;

— T-3 In-Flight Nephelometer. В этом эксперименте астронавты должны были сделать замеры концентрации и распределения частиц внутри командного модуля. Измерения проводились бы каждые шесть часов. Эксперимент начался бы за два дня до старта.

В случае, если бы ни одна из систем корабля не дала сбой и не вынудила завершить миссию досрочно, астронавты приводнились бы в Тихом океане 7 марта 1967 года. Предполагалось, что время полета «Аполлона-1» составит 13 дней, 18 часов и 50 минут. Это позволило бы экипажу побить рекорд по длительности космического полета «Джемини-7», который составил 13 дней, 18 часов, 35 минут. 

NASA планировало два пилотируемых испытательных полета с командно-служебным модулем Block I: «Аполлон-1» (он же «AS-204») и «AS-205». Но 15 ноября 1966 года чиновники посчитали излишним проводить вторые испытания и отменили запуск. Дублирующий экипаж «Аполлон-1», в который вошли астронавты Джеймс Макдивитт, Рассел Швайкарт и Дэвид Скотт, перевели в новую миссию «AS-205/208» по испытанию командно-служебного модуля Block II (чуть позже ее будут называть «Аполлон-2»).

Успех «Аполлона-1» открыл бы “окно” для полета «AS-205/208», который должен был состояться в августе 1967 года. Но этому не суждено было случиться. Произошла трагедия, и программа полетов была пересмотрена.      

Подготовка к полету «Аполлон-1»

6 августа 1966 года на мыс Кеннеди (в 1973 году ему вернули историческое название мыс Канаверал) прибыла первая часть летного оборудования — вторая ступень ракеты-носителя «Сатурн-1B» SA-204 под серийным номером S-IVB-204. Через 9 дней на барже доставили и первую ступень S-IB-4. В последний день августа ракета была собрана, началась ее длительная проверка.  

В то же время в Лаборатории моделирования космической среды, которая находилась в космическом центре в Хьюстоне, штат Техас (сегодня известен как Космический центр Линдона Джонсона), инженеры проводили серию из трех термовакуумных испытаний командно-космического модуля под номером CSM-012 (также проверялся модуль CSM-008). Одно испытание проводилось без участия астронавтов, два других — с ними. Последний тест завершился 9 августа 1966 года, в ходе него техники выявили ряд проблем и были вынуждены заменить аппаратное оборудование. Командный модуль доставили на мыс Кеннеди в технический центр 26 декабря, а спустя три дня привезли служебный. И здесь обнаружились дополнительные проблемы. Был выявлен изъян в системе контроля окружающей среды в командном модуле, которая должна была в течение всего полета регулировать атмосферу внутри корабля, расход воды, температуру и давление.  

21 октября в ходе новых испытаний техническая бригада «Аполлона-1» обнаружила очередную проблему с системой контроля окружающей среды в командном модуле. Из-за брака пришлось заменить регулятор. 

Во время ноябрьских-декабрьских тестов инженеры в третий раз обнаружили ту же проблему в системе контроля. После того как систему починили, она вновь доставила хлопоты: вышла из строя из-за утечки водно-гликолевой смеси — “рабочей” охлаждающей жидкости. Систему починили 16 декабря, а 27 декабря были проведены последние вакуумные испытания модуля. 

4 января 1967 года модули соединили, через два дня CSM-012 пристыковали к носителю «Сатурн-1B». Первый тест всей установки инженеры провели 20 января, а второй — 25 января. До трагедии оставалось два дня. 

На 27 января NASA назначило plugs-out test — «испытания с выдернутыми штекерами», когда корабль обеспечивается за счет внутренних источников питания. Считается, если эти тесты проходят гладко, аппарат полностью готов к отправке в космос.

Астронавты Гриссом, Уайт-младший и Чаффи вошли в командный модуль в 21:00 по мск (1:00 PM EST). Через двадцать минут они почувствовали странный запах, напомним, что в скафандры кислород подавался системой контроля окружающей среды. Имитацию обратного отсчета приостановили. Проверка системы никаких проблем не выявила и отсчет возобновили в 22:45 по мск (2:45 PM). Боковой входной люк командного модуля закрыли, кабину продули чистым кислородом, давление внутри корабля повысили до 1,1 атмосферы (атм). Это было сделано для того, чтобы имитировать повышенное давление в условиях космоса. 

Параллельно возникла проблема со связью, которую наземная служба пыталась решить. В 02:30:55 по мск в электропроводке около системы контроля окружающей среды произошло короткое замыкание. Внутри модуля вспыхнуло пламя. В атмосфере чистого кислорода огонь быстро распространился по кабине. Девять секунд спустя экипаж сообщил о пожаре. Началась эвакуация. Сложная конструкция люка командного модуля, высокая температура и давление в кабине привели к тому, что ни астронавты, ни служба спасения не смогли преодолеть разницу давлений внутри корабля и снаружи и открыть люк. К 02:31:30 по мск температура внутри модуля поднялась до 1000 градусов и весь кислород выгорел. Астронавты задохнулись ядовитыми газами, которые выделялись при горении. В кабину к астронавтам удалось пробраться лишь в 02:36 по мск, к этому времени Гриссом, Уайт-младший и Чаффи уже были мертвы.  

Миссия «Аполлон-1» закончилась, не успев начаться. Когда комиссия выяснила причины трагедии, программу приостановили. У многих появились сомнения, что США высадится на Луну до конца десятилетия, как это в 1961 году обещал президент Кеннеди. Пилотируемые испытательные полеты NASA возобновит только через 21 месяц. Проверить корабль на орбите агентство отправит дублирующий экипаж «Аполлона-1» в составе астронавтов Уолтера Ширра, Донна Айзли, Уолтера Каннингема («Аполлон-7»), но это уже другая история. 

При подготовке материала автор использовал статью «The Unflown Mission of Apollo 1», опубликованную на сайте drewexmachina.com

Список литературы:

David Baker, The History of Manned Space Flight, Crown Publishers, 1981

“’We’ve got a Fire in the Cockpit!’ – The Tragic Story of Apollo 1”, Quest, Vol. 9, No. 5, pp. 20-32, 2002

Alan Lawrie, Saturn I/IB The Complete Manufacturing and Testing Records, Apogee Books, 2008

Richard W. Orloff and David M. Harland, Apollo: The Definitive Sourcebook, Springer-Praxis, 2006

“Apollo Operations Handbook: Command and Service Module Spacecraft 012”, SM2A-03-SC012, North American Aviation, November 12, 1966

“Report of the Apollo 2014 Review Board”, TM-84105, NASA, 1967

“Tracing Apollo 1: A Spacecraft Chronology”, Quest, Vol. 5, No. 4, pp. 10-11, 1996

Читайте нас в соцсетях: Twitter, Facebook, Telegram

Смотрите нас на youtube. Следите за всем новым и интересным из мира науки на нашей страничке в Google Новости, читайте в Яндекс Дзен наши материалы, не опубликованные на сайте