Факты и гипотезы об аварии «Союза МС-10»

Спешка - зло. Перечитываешь публикацию с хроникой аварии "Союза МС-10", которая велась по горячим следам, и находишь ошибки. Зато сейчас, когда осела пыль, руки не дрожат от ситуации "корабль пошел на вынужденную посадку, и с экипажем пропала связь", а в открытых источниках появились материалы лучшего качества, самое время разобраться в произошедшем. 

Трек полета "Союза МС-10" на длинной выдержке, фото NASA/Bill Ingals

Хронология

Трансляций пуска было две, от NASA-TV и Роскосмоса. Более полной является первая, там слышны переговоры экипажа с землей после аварии.



Обе трансляции удачно дополняют друг друга - Роскосмос показывает вид с земли, а NASA-TV данные с камеры внутри корабля.



Наложив время из видео на циклограмму полета, получаем следующую последовательность событий.

114 секунда: по программе полета отделяется штанга системы аварийного спасения.
117 секунда: начинается процесс отделения первой ступени, который состоит из нескольких этапов. Он идет явно ненормально. Фотограф NASA Билл Ингалс делает фото, на котором четко видна непосредственная причина аварии - один из четырех блоков первой ступени отделялся как-то по-другому и не успел отойти на то же расстояние, что и штатно отделившиеся остальные. Белая точка ниже - сброшенная штанга САС, это нормально.

Фото NASA/Bill Ingals

В районе 119 секунды с земли мы видим облако, вызванное повреждением и разгерметизацией какого-то бака, скорее всего второй ступени. На виде внутри корабля заметно уменьшение перегрузки (нормальное для отделения первой ступени) и затем серьезный рывок влево (явно ненормальный). На следующем фото Билла Ингалса мы видим все-таки отошедший четвертый блок и какие-то обломки, которых не бывает при нормальном разделении.





Увы, вместо реальной телеметрии Роскосмос транслирует анимацию, как должен идти нормальный полет, поэтому передаваемая им на NASA-TV картинка с цифрами перестает соответствовать действительности. Скорее всего, с кораблем пропадает связь, потому что в трансляции Роскосмоса диктор продолжает зачитывать по бумажке репортаж как при нормальном полете (в случае проблем диктор раньше переходил на отсчет секунд без комментариев, а о явной аварии сообщал в эфир и прекращал репортаж).

В районе 160 секунды появляются аудио коротковолнового передатчика корабля "Союз", передающего морзянкой "АН" - "авария носителя" и доклад космонавта Алексея Овчинина: "Две минуты 45 секунд. Авария носителя". В трансляции Роскосмоса оперативно отключают аудиоканал, затем замолкает диктор, а еще спустя несколько минут выключают вообще все. В трансляции NASA-TV слышны драматичные переговоры экипажа в корабле, идущем на аварийную посадку. В итоге корабль приземлился, космонавтов, живых и здоровых, эвакуировали.

Итак, по фото и видео очевидно, что причиной аварии стало ненормальное разделение ступеней. Можно ли попробовать сказать точнее?

Матчасть

Как происходит отделение боковых блоков (первой ступени) от центрального (второй ступени)? Наиболее подробно и ясно этот процесс описан на сайте КИК СССР. В кратком пересказе он состоит из следующих этапов.

Пуск с Куру, видео ЕКА

Сначала двигатели боковых блоков переводятся на режим пониженной тяги, а рулевые двигатели выключаются. Далее разрываются нижние связи боковых блоков, и поскольку направление тяги двигателей боковых блоков специально сделано не совпадающим с их осью, нижние части боковых блоков начинают расходиться в стороны.

Скриншот симулятора Orbiter

Затем их двигатели выключаются, а, поскольку, двигатель второй ступени работает, боковые блоки отстают, смещаются назад и выходят из верхних креплений.

Верхнее крепление, фото КИК СССР

Красный круг по центру - крышка клапана бака окислителя, фото КИК СССР

Когда боковые блоки отходят на достаточное расстояние, открывается клапан бака окислителя, реактивная струя из которого закручивает блоки. Ну и в последнюю очередь открывается клапан бака горючего, струя газа наддува из которого дополнительно закручивает и уводит ступень. Важно отметить, что верхняя часть блоков проходит довольно сложный путь - сначала вдоль ступени вниз, затем в сторону.

Схема КИК СССР

Что могло случиться с аварийным блоком? Вариантов немало - двигатель закончил работать раньше, двигатель работал дольше положенного, не сработали и не разошлись нижние крепления, возникла проблема в верхнем креплении, не открылся клапан окислителя. Есть ли у нас какая-то дополнительная информация? Да - мы видели на видео, как космонавтов дернуло влево. Но в какую сторону это "влево" на ракете?

Вот фото стартующего "Союза МС-10" от того же Билла Ингалса.



Если приглядеться, то видны три выступа, которые позволяют определить положение корабля под обтекателем.



Эти выступы - обтекатели ВСК ("Визир специальный космонавта" - прибор для ручной стыковки и ориентации, по сути, перископ) и двух датчиков инфракрасной вертикали.

Фото NASA

Ракета не переворачивалась в полете, поэтому эти обтекатели находились наверху и в момент аварии. ВСК установлен под ногами космонавтов (отсюда, кстати, интересный вывод - "Союз", как и, например, шаттл, выходит на орбиту вверх ногами). И рывок влево, который виден в трансляции, был в сторону аварийного блока. Это делает менее вероятными версии дополнительной нештатной тяги от него, и более вероятным, что он, наоборот, каким-то образом потянул ракету за собой. Так что утекшая в СМИ версия об отказе клапана бака окислителя выглядит вполне правдоподобной - если блок ударился о вторую ступень, силовым конусом на своей верхней части пропорол ее стенку и потащил за собой, космонавтов как раз дернет в его сторону.

Но стоит отметить, что любимым СМИ "источникам в отрасли" доверия нет никакого, а причины похожих аварий были очень разнообразными. На форуме журнала "Новости Космонавтики" привели список:

1. 20.06.1967 - Восход - Плесецк - Аварийное выключение двигательной установки центрального блока А второй ступени РН на 124.39 сек из-за вскрытия бака горючего центрального блока А второй ступени по причине соударения бокового блока Д первой ступени с центральным блоком А второй ступени на 122 сек при разделении вследствие не расстыковки телеметрического разъема. 
2. 28.03.1981 - Союз-У - Байконур - Аварийное выключение двигательных установок центрального блока А второй ступени и боковых блоков Б, В, Г и Д первой ступени РН на 118.13 сек вследствие соударения бокового блока В первой ступени и центрального блока А второй ступени на 117.7 сек из-за неотделения бокового блока В в результате неотстыковки в расчетное время отрывного штепсельного разъема Ш144 бокового блока В в процессе штатного разделения боковых и центрального блоков вследствие отказа реле ДП-2 типа ДП-12 в приборе 11Л1126 или перетирания отдельных жил в кабеле Б11У в полете из-за случайного повреждения металлорукава кабеля. 
3. 26.03.1986 - Союз-У - Байконур - Нештатное отделение бокового блока Г первой ступени от центрального блока А второй ступени РН из-за не отвода верхней части бокового блока Г вследствие не поступления команды на пирозамок БУ302-0М раскрытие крышки Б4300-845М реактивного сопла бака окислителя по причине не выхода штока контактного датчика Б4411-0А в результате его заклинивания в корпусе вследствие деформации штока при сборке «пакета» на космодроме, вызванной стыковкой бокового блока Г со случайным отступлением от требований технической документации по взаимному положению блоков в момент стыковки и ввода сферической опоры в подпятник

Остаются неясными еще два вопроса - почему сигнал аварии появился на 160 секунде, и сработала ли система аварийного спасения?

О работе САС

По циклограмме штанга системы аварийного спасения сбрасывается на 114 секунде. Но САС корабля "Союз" состоит из двух частей - штанги и двигателей на головном обтекателе.

Схема САС корабля "Союз", иллюстрация корпорации тактического ракетного вооружения

От -15 минут до 114 секунды в случае аварии срабатывают двигатели на штанге и головном обтекателе (с 4:45, работа РДГ отлично видна на 4:52).



От 114 секунды до 157 секунды в случае аварии корабль уводится на двигателях РДГ в головном обтекателе.

Скриншот симулятора Orbiter

А в случае аварии после 157 секунды, когда сбрасывается головной обтекатель, - отделяется от третьей ступени штатными пироболтами, как если бы вышел нормально на орбиту.

Соответственно, раз авария произошла на 119 секунде, головной обтекатель еще не был сброшен. А по информации с форума "Новостей Космонавтики" при отделении первой ступени автоматика САС выключается на 6 секунд, чтобы система управления ракеты-носителя справилась с возмущениями. Когда САС снова включилась на 123 секунде, то оценила положение ракеты как ненормальное и оторвала корабль от нее. Связь пропала, потому что электропитание и оборудование остались в приборно-агрегатном отсеке, который САС не спасает. А уже в районе 160 секунды, когда спускаемый аппарат был сброшен из-под головного обтекателя, включилась его автономная система связи, которая в штатном полете используется при посадке. Это, кстати, объясняет появившуюся в СМИ информацию об аварии на 123 секунде.

Заключение

Согласно свежим новостям, аварийная комиссия будет работать до 25 октября. Также в СМИ появлялась информация, что на ракете стояла система видеоконтроля, картинку с которой нам даже, возможно, когда-нибудь покажут. Серьезная авария с разрушением ракеты, после которой экипаж, усилиями автоматики, жив и здоров, оставляет в чем-то неуместное ощущение победы, и эти кадры будет очень интересно посмотреть.

via