Warum hatte das Space Shuttle kein Start-Flucht-System?

Seit den Anfängen der Weltraumforschung hatten Raketen eine Art Launch Escape System (LES). Aus diesem Wikipedia-Artikel wissen wir, dass Merkur und Apollo einen Fluchtturm hatten, während Wostok und Gemini Schleudersitze hatten.

Apollo LES-Pad-Abbruchtest

Apollo LES Pad-Abbruchtest (Quelle: wikimedia.org)

Ursprünglich hatte das Space Shuttle Schleudersitze, aber (unter Berufung auf Wikipedia)

wurden entfernt, sobald das Fahrzeug als betriebsbereit erachtet wurde

praktisch ohne LES verlassen. Was sind technische Gründe für diese Wahl?

Ein Teil davon ist auf der Wikipedia-Seite zu Space Shuttle-Abbruchmodi dokumentiert: en.wikipedia.org/wiki/…
Es scheint nicht auf zitierten Artikel verlinkt zu sein :(
Gibt es eine Studie, die tatsächlich beweist, dass die STS-51-L-Besatzung eine Überlebenschance gehabt hätte, wenn an Bord des Space Shuttle Challenger ein Fluchtsystem installiert / verwendet worden wäre? Ich meine, selbst mit zusätzlichen LES-Triebwerken (zusätzlich zu Space Shuttles eigenen) sehe ich einfach keine Möglichkeit, diesem Inferno lebend zu entkommen. Ich könnte völlig falsch liegen, wohlgemerkt. Aber ich würde gerne zuerst eine Machbarkeitsstudie sehen, bevor ich vorschlage, dass ein solches System ihr Leben gerettet haben könnte.
@TildalWave Dies ist ein sehr heißes und heikles Thema in der Weltraumgemeinschaft. Das Traurige ist, dass es eine ganze Reihe von Gründen gibt, anzunehmen, dass der größte Teil der Besatzung den Zerfall des Space Shuttles überlebt hat. Physikalisch gesehen war es noch nicht einmal eine „Explosion“. Darüber hinaus ist davon auszugehen, dass einige Besatzungsmitglieder möglicherweise gelebt haben, bis der Druckraum auf das Wasser traf. In gewisser Weise hätte ein einfacher Fallschirm hier einen Unterschied machen können. (Für Quellen müssen Sie den Original-Unfallbericht der NASA lesen. Oder fragen Sie vorsichtig einen NASA-Astronauten - sie alle sind mit diesem Thema vertraut.)
Meine Frage ist warum, nicht was wäre wenn. Ich habe nie über eine solche Frage nachgedacht, da ich denke, dass sie keine Antwort hat. Dieser Vorschlag steht in Ihrem Kommentar @TildalWave, aber da jemand wie Sie meine Frage falsch verstehen könnte, werde ich sie direkt bearbeiten und alle Verweise auf Challenger entfernen.
@trapo - Nein, nicht! Die Referenz ist in Ordnung, aber ich würde den Satz einfach umformulieren und sagen: "Warum diese fatale Wahl". Es deutet darauf hin, dass die Entscheidung, den LES nicht zu haben, für den Tod von Challenger-Astronauten verantwortlich war. Ich sehe keine anderen Probleme mit Ihrer Frage.
@trapo Wenn Sie nach dem Warum fragen, sollten Sie diese Frage stattdessen in Politik oder Geschichte stellen. Die Antwort liegt irgendwo in der Politik der Nixon-Administration. Billig bauen, 'profitabel' machen und so viel Geld wie möglich sparen ... (Technische Gründe - das ist schwierig. Sie würden ein grundlegend anderes Design benötigen, um einen richtigen LES zu implementieren. Jede Möglichkeit für einen richtigen LES wurde währenddessen die Toilette hinuntergespült der frühe Designprozess des Shuttles in den frühen 1970er Jahren. Die Raumfahrt sollte "sicher" sein - das war's.)
@ernestopheles - Die Geschichte von Raumflügen und -missionen liegt gut in unserem Bereich. Wenn wir alle Fragen, die sich über die Grenzen der Weltraumforschung erstrecken (aber auch darin enthalten sind), auf Seiten anderer Wissenschaften, Studien oder Themen migrieren, könnten wir sie genauso gut alle migrieren. Wir haben auch eine Meta-Frage , die genau dieses Thema behandelt. ;)
@ernestopheles und du würdest auch 99% meiner Fragen migrieren ;)
@TildalWave Nun, Trapo fragt aus technischen Gründen. Fair genug, ich werde positiv überrascht sein, wenn es welche gibt - ich bleibe dran. Ich habe so viel über dieses Thema gelesen, dass ich vorschlagen könnte, dass wir darüber sprechen, was um 1970 in Washington DC vor sich ging. Die US-Innenpolitik ist nicht meine starke Seite, aber das müssten wir hier diskutieren ...
Erster Kommentar von @Bart zeigt an die richtige Stelle: technische Gründe. 'Warum wurde nichts anderes realisiert?' naja.. es ist eine andere art von frage..
@ernestopheles - Ich sehe keinen Grund, warum Antwortende nicht auch auf politische Gründe hinter bestimmten Entscheidungen eingehen würden, wenn sie dazu in der Lage sind, bezieht sie sich auf die Weltraumforschung und kann mit Fakten untermauert werden? Warum sollte es deswegen off-topic werden? Zugegeben, wir wollen keine argumentativen Antworten, aber ich erwarte hier nicht wirklich eine Antwort von einem Politiker. Und wenn wir eine bekommen, die nicht mit Fakten untermauert ist oder versucht, uns eine politische Idee aufzuschwatzen, werde ich sie gerne ablehnen, als „keine Antwort“ markieren und sie mit Gegenargumenten in den Kommentaren verprügeln zeigen, dass wir es ernst meinen. ;)
@ernestopheles - "Außerdem ist es sicher [sic] anzunehmen." Es ist natürlich nie sicher anzunehmen. Es ist auch die Position der NASA, dass sie die Gehirnerschütterung der ersten Detonation nicht überlebt haben.
@DonBranson Fairer Punkt. Lange Zeit war es die öffentliche Politik der NASA, dass sie den Zerfall nicht überlebten. Obwohl, und das ist ziemlich ironisch, selbst ihre eigenen Berichte von 1986 suggerierten etwas anderes. Weitere Untersuchungen zeigten, dass der Schock (Kräfte) und der fehlende Umgebungsdruck nicht ausreichten, um die Besatzung zu töten. Das Mannschaftsabteil wurde gefilmt (auf einigen Einzelbildern), wobei die Wolke intakt blieb. Dies ist so weit wie es geht, wenn Sie die umgelegten Schalter an lebenserhaltenden Geräten ignorieren. Aber um der Argumentation willen konnte die tatsächliche Todesursache nie festgestellt werden.
@ernestopheles - Das Mannschaftsabteil war intakt, aber das sagt nicht eindeutig aus, was mit der Besatzung im Inneren passiert ist. Sie hätten ziemlich gut herumgeknallt oder sogar getötet werden können, obwohl das Taxi relativ intakt zu sein schien.
@DonBranson Wieder wahr. Ich muss zugeben, dass ich der Analyse der NASA-Leute vertraue. Ich denke, die häufig zitierten Zahlen sind 10 bis 20 G für deutlich weniger als 5 Sekunden während des Aufbrechens des Tanks und des Shuttles. Kombinieren Sie dies mit den hervorragenden Sitzen, die entwickelt wurden, um die heftigen Vibrationen der SRBs zu bewältigen ...
Ich denke, die vollständige Antwort lautet „Budgetkürzungen“. Jedes Gramm Gewicht, das in die Umlaufbahn gebracht wird, kostet ein kleines Vermögen, und der Auswurfmechanismus ist nicht ganz leicht.
Stellen Sie sich auf diesem Bild einen Orbiter statt einer winzigen Kapsel vor. Sie müssten es im Grunde an den Rest des STS anhängen, um es trotzdem zu bewegen. - Es war leider Weltraum oder Pleite; Kein Wunder, dass es im Ruhestand ist.

Antworten (4)

Angesichts seiner Designarchitektur war es einfach nicht praktikabel, der Besatzung für alle Flugphasen des Space Shuttles einen Fluchtweg zu bieten. Denken Sie daran, dass Sie bis zu 7 Besatzungsmitglieder auf zwei Decks haben. Denken Sie daran, dass das Flugregime aus großen Höhen- und Geschwindigkeitsbereichen besteht. Denken Sie daran, dass es Start-, Lande- und mehrere Abbruchmodi abdecken müsste. Selbst die in den frühen Flügen verwendeten Schleudersitze konnten nicht das gesamte Flugregime abdecken und funktionierten nur für den Kommandanten und den Piloten.

Um Ihre Frage direkt zu beantworten: Schleudersitze wären nur für die Besatzung auf dem Flugdeck nützlich gewesen und dann nur für einen (sehr) begrenzten Teil des gesamten Flugregimes.

In Bezug auf die Verwendung eines LES auf dem Shuttle: Es wurden einige Studien in frühen Entwurfsphasen eines trennbaren Mannschaftsraums durchgeführt. Es überrascht nicht, dass dies dem Orbiter eine inakzeptable Menge an Masse hinzufügte – zumindest bei der gewählten Architektur. Natürlich sah dieses System nicht wie das LES aus, das bei Apollo verwendet wurde. Auch die LES auf Apollo deckte nicht das gesamte Flugregime von Apollo ab.

Eine weitere interessante Tatsache: Das Shuttle wurde ursprünglich entwickelt, um den Astronauten eine Umgebung mit Hemdsärmeln zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass Shuttle-Astronauten vor STS-26 nicht einmal Fallschirme trugen (mit Ausnahme der frühen Qualifikationsflüge mit Schleudersitzen). Tatsächlich waren die Sitze nicht dafür ausgelegt, Astronauten mit einem Fallschirm zu handhaben. Mit "Griff" meine ich das zusätzliche Gewicht und Volumen eines Besatzungsmitglieds mit einem Fallschirm und anderer Ausrüstung. Die Sitze wurden für STS-26 und darüber hinaus modifiziert (und schließlich vollständig neu gestaltet), wenn die Besatzungsmitglieder Fallschirme trugen.

Diese neuen Rutschen sollten für eine sehr begrenzte Anzahl von Flugregimen/Abbruchmodi verwendet werden, bei denen der Orbiter in eine stabile Gleitkonfiguration versetzt werden konnte, die es der gesamten Besatzung ermöglichte, auszusteigen. Das bedeutet, dass Sie die Feststoffe mindestens 2 Minuten lang fahren mussten, bis sie ausgebrannt waren, ein paar ausgefallene Flüge durchführen mussten, um den externen Tank loszuwerden, den Orbiter in einen stabilen, automatisch gesteuerten Gleitflug zu bringen, nach unten (oder über) zum zu klettern Luke, sprengen Sie die Luke, fahren Sie eine Stange aus (siehe nächster Absatz) und steigen Sie aus (x7). Das war also wirklich kein Start-Flucht-System - sobald Sie die SRBs anzünden, verpflichten Sie sich zu mindestens 2 Minuten Motorflug.

Die Rettung sollte mit Hilfe einer Fluchtstange der Besatzung erfolgen. Die Stange hielt die Besatzung davon ab, die Vorderkante des Flügels zu treffen. Hier gibt es gutes Testmaterial: http://youtu.be/dfVTX25hH-I . Beachten Sie, dass nichts davon den Astronauten geholfen hätte, die wir auf 51-L oder STS-107 verloren haben.

Also, was ist hier zum Mitnehmen? Einer (von vielen) der Hauptgründe, warum das Shuttle ausgemustert wurde, war der Mangel an Vorkehrungen für die Flucht der Besatzung. Alle wahrscheinlichen neuen bemannten US-Systeme (von der Regierung unter Vertrag genommen und privat) beinhalten die Flucht der Besatzung für die meisten, wenn nicht das gesamte Flugregime. Dies ist einer der Gründe, warum die meisten dieser Systeme auch mit Kapseln ausgestattet sind.

OTOH, die Buran hatte/hätte Schleudersitze für alle Besatzungsmitglieder gehabt.
Die Buran war nie besetzt. Es hatte nicht einmal Sauerstoff für Besatzungsmitglieder.
Das ist die Behauptung dieses Burschen .
Reine Vermutung. Bis das System tatsächlich betriebsbereit ist, ist es schön zu sagen, dass die Besatzung an jedem Punkt entkommen wäre . Wir werden nie wissen.
@Erik - wir müssen uns die Designdokumentation ansehen. Die SRBs und die volle ET machten einen Pre-SRB-Burnout-Abbruch unmöglich (Auspuff aus den SRBs, Trennlasten, taumelnde ET).
Aber SRBs neigen weniger zum BOOM als Flüssigkeiten. Ich glaube nicht, dass ein Schleudersitz viel helfen wird, wenn der Energia-Booster boomt.
Wäre es so unpraktisch gewesen, die Booster und den Tank vorzeitig auszuwerfen, wenn sie während des Starts versagten? Das Shuttle selbst hätte seine starken Motoren und seine Aerodynamik nutzen können, um auf einer Landebahn unweit der Startrampe zu landen.
Das Shuttle trägt kein Treibmittel oder Oxidationsmittel für die SSMEs – vorausgesetzt, Sie könnten die Trennung von aktiven SRBs und dem ET überleben – was Sie nicht tun würden.
Warum konnte das Shuttle nicht aus den Boostern und dem Flüssigkeitstank gesprengt werden? Es hätte dann seinen eigenen Fallschirm auslösen oder vielleicht sogar nach Hause fliegen können.
@Dave, jede "Explosion Clear" vor der SRB-Trennung hätte sie mit unangenehmen Folgen durch die Abgasfahne der SRBs geführt. Nach der SRB-Trennung war ein Freifliegen des Außentanks möglich: Dies waren die Abbruchmodi "Rückkehr zum Startplatz" und "Transatlantiklandung".
@coleopterist Hier sind einige Informationen über Burans Schleudersitze. Scheint nur zwei zu haben. Ich würde denken, dass es die meiste Zeit entweder unbemannt oder mit voller Besatzung zu einer Raumstation fliegen würde. Fliegen ohne oder mit reduzierter Crew ist natürlich ein tolles Sicherheitsfeature.
Was @LocalFluff über Burans Schleudersitze sagt, erinnert mich an die ersten Qualifizierungsflüge für das Space Shuttle, die mit einer zweiköpfigen Besatzung und Schleudersitzen durchgeführt wurden. Space-Shuttle-Abbruchmodi: Schleudersitz auf Wikipedia hat Details.

Das Shuttle hatte für den größten Teil des Flugfensters einfach keine guten Abbruchoptionen. Eine mögliche Änderung, die von Anfang an hätte geplant werden müssen, wäre ein Abbruchsystem gewesen, bei dem der gesamte Mannschaftsraum wie bei einer F-111 getrennt wäre. Aber es hätte die Kosten und die Komplexität erhöht und war nicht wirklich eingebaut.

Booster und Außentank wurden trotzdem ausgeworfen. Warum werfen Sie sie nicht einfach vorzeitig aus, wenn es eine Warnung gab, dass sie versagen? Scheint mir nicht zu komplex zu sein, wenn man das gesamte Shuttle auswirft und landet, anstatt nur die Besatzungswohnung. Bei allen Start-Flucht-Systemen geht es darum, das schlechte Zeug auszuwerfen. Es wäre mit seinem schützenden Hitzeschild auf das explodierende Material gerichtet gewesen, das ausgestoßen wurde.
Was hat Challenger tatsächlich zerstört? Nicht der SRB, der durchbrennt. Nicht das ET-Brennen. Es wurde in den Hyperschall-Luftstrom geworfen, der die Flugzeugzelle physisch zerstörte. Möglicherweise auch den größten Teil der Besatzung töten. Wie können Sie mit Überschallgeschwindigkeit, während Sie sich noch in einer beträchtlichen Atmosphäre befinden, von brennenden SRBs und einem Panzer abfahren, wenn Ihre Motoren abschalten, sobald Sie den Panzer abwerfen? Der Luftstrom wird dich töten.
Warum sollten die Hauptmotoren beim Verlassen des SRB und des externen Tanks abgeschaltet werden? Das Shuttle hatte genug internen Treibstoff für seine Haupttriebwerke oder hätte zumindest genug haben können, um eine Minute nach dem Start zu landen. Bei allen Start-Flucht-Systemen geht es darum, mit Überschallgeschwindigkeit in die Atmosphäre abzufliegen/auszustoßen. Vielleicht hätte es Challenger nicht geholfen, aber ich sehe nicht ein, warum es für den SLS einfacher wäre, es vom Shuttle-Stapel ohne Shuttle zu tun, als für das aerodynamisch geformte und seitlich montierte Shuttle selbst, es zu tun.
Das Shuttle hatte keine Tankkapazität für SSMEs darin. Alles, was es intern halten würde, ist das in den Leitungen verbleibende Volumen, von dem ich mir vorstelle, dass es in Millisekunden ausgehen würde, wenn Sie Glück hätten.
Es hätte sicherlich so konstruiert sein können, dass es genug Treibstoff für eine Notlandung an Bord hat. Oder zumindest die SRBs über Bord zu werfen und ihren externen Tank für eine Weile aufzubewahren, um dies zu tun. Oder als Segelflugzeug zu einer überlebensfähigen Bruchlandung im Ozean geflogen. Ich verstehe vollkommen, dass Challenger keine dieser Optionen hatte. Aber ich verstehe nicht, warum es entworfen wurde, um keine von ihnen zu haben. Warum sollte es schwieriger sein als der echte Sojus-Test oder der Saturn V „Little Joe“-Test oder der bevorstehende F9-Start-Start-Flucht-Test? Verdient das eine eigene Frage?
@LocalFluff Du beschreibst RTLS. Es war nur in einem SEHR engen Fenster möglich. Und NEIN, es konnte nicht genug Treibstoff an Land bringen. Verwenden Sie keine SSMEs. Sie können nur auf etwa 60 Prozent drosseln. Bei dieser Geschwindigkeit würde sogar nur ein SSME den Treibstoff so schnell verbrennen, dass auf dem Shuttle noch Nutzlast übrig wäre, um ihn zu unterstützen. Das wäre eine gute Frage, da es viele Gründe gibt.
@LocalFluff Neue Frage gestellt space.stackexchange.com/questions/10600/…
@geoffc: Ihr Kommentar zu den Leitungen im Shuttle hat diese Frage inspiriert: space.stackexchange.com/q/35744/26446
@LocalFluff endet schließlich damit, "warum das Shuttle nicht in so etwas wie einen Dyna-Soar / Hermes / Starship / Apollo umzugestalten". Es sind einfach viele Veränderungen. Ein Teil des Problems war die Fantasie des Designers von einem Schiff, das so sicher war, dass Abbrüche kaum nötig waren. Natürlich würden Flüssigkraftstoff-Booster (abschaltbar) oder ein Design ohne Anschnall-Booster helfen.

Um zusätzliche politische Unterstützung für STS zu erhalten, überzeugte die NASA den Gesetzgeber im Wesentlichen, die Air Force/NRO zu zwingen, Titan durch Shuttle als Trägerrakete für KH-11-Spionagesatelliten und andere Geheimdiensthardware zu ersetzen, die Starts direkt in die polare Umlaufbahn erfordern würde. Als diese beiden Programme fortschritten, wuchs das Gewicht über die ursprünglichen Spezifikationen hinaus. Die Spanne war bereits vor den Erhöhungen sehr knapp, und 1984 bereitete sich die NASA darauf vor, einige ziemlich riskante Dinge zu tun, um ihr Versprechen einzulösen, nachrichtendienstliche Nutzlasten zu starten – einschließlich fadengewickelter Booster, die Block-I-Triebwerke mit den ursprünglichen Kehlen/Injektoren betreiben /Turbopumpenlaufräder bei 109 % für den gesamten Flug. Dies sollte Ihnen eine Vorstellung davon vermitteln, warum selbst 5.000 Pfund für einen effektiven LES völlig ausgeschlossen waren. Na sicher,

TL;DR: Es wäre nicht in der Lage, die Satelliten zu starten, für die es vertraglich gebaut wurde.

Ein effektives Start-Fluchtsystem wurde aus Gewichtsgründen, die jetzt sowohl kurzsichtig als auch absurd erscheinen, nicht in das STS eingebaut.

Mögliche Fluchtsysteme.

1) Ein Fluchtauswurfkapselsystem ähnlich dem in der B-58 Hustler verwendeten war eine Möglichkeit. Aber die Auswurfkapsel wog mehrfach so viel wie die Sitze auf dem Shuttle und wurde daher nicht entwickelt.

2) Dann gibt es noch die Tatsache, dass der gesamte Mannschaftsraum getrennt hätte ausgelegt werden können (sollte), wie dies beim Fluchtsystem der F-111 der Fall war . Allerdings wäre das System nach Ansicht der NASA wieder einmal zu schwer gewesen.

3) verum potest esse penale

Die Realität ist meiner Meinung nach, dass die NASA die Nutzlastkapazität des STS nicht durch den Einbau eines effektiven Fluchtsystems für die Besatzung reduzieren wollte. Es scheint, dass 50.000 Pfund Nutzlast für LEO die „magische“ Zahl war, die die NASA wollte, und die Verringerung dieser Zahl aus Gründen der Sicherheit der Besatzung auf 40.000 bis 45.000 Pfund Nutzlast für LEO war ein unerwünschter Effekt des Einbaus eines solchen Fluchtsystems. Ein System wohlgemerkt, das die Besatzungsmitglieder aus einer stationären Position auf dem Pad bis zu einer Geschwindigkeit von +Mach 2 sicher hätte schützen können.

Hmm, Mach 2 von maximal Mach 25, das ist sicherlich sehr effektiv für eine 10-20%ige Nutzlastreduzierung….
Ja, Mach 2 deckt etwa die ersten 70 bis 80 Sekunden des Flugs ab. Bis die SRBs einen vernachlässigbaren Schub liefern und abgeworfen werden, sind Sie bereits bei Mach 4 oder so ungefähr, und das sind ungefähr zwei Minuten nach dem Flug.
Die +mach 2-Zahl geht davon aus, dass das Fluchtsystem nicht robuster wäre als das der B-58 oder F-111. Wie dem auch sei, ich habe keinen Zweifel (aber ich kann es nicht beweisen), dass ein dem B-58-Ausstoßkapselsystem sehr ähnliches System hätte entworfen und hergestellt werden können, das bei Machzahlen von bis zu 4 effektiv wäre. Aber das ist etwas wir werden nie wissen.
Die Frage dreht sich nicht um mögliche Fluchtsysteme, sondern darum, warum der Orbiter keine hatte. Der einzige Teil Ihrer Antwort, der dies anspricht, scheint ein „Glaube“ von Ihnen zu sein. Haben Sie eine Referenz, um dies zu belegen?
Organic Marble .... Aus der Encyclopedia Astronautica "war das Shuttle so konzipiert, als hätte es die inhärente Betriebssicherheit eines Verkehrsflugzeugs. Es war nicht mit Vorkehrungen für die Rettung der Besatzung im Falle eines Boosterausfalls während des Aufstiegs in die Umlaufbahn oder einer Strandung ausgestattet im Orbit oder strukturelles Versagen während des Wiedereintritts........ "Aber das Gewichtsproblem bedeutete auch, dass es keinen Spielraum für Sicherheitsmaßnahmen der Besatzung gab, ohne (für die NASA) inakzeptable Auswirkungen auf die Nettonutzlast. " Dies ist allgemein bekannter vollständiger Artikel = astronautix.com/s/shuttle.html
Die Wahrheit ist, dass die NASA die Sicherheit der Besatzung aufgegeben hat, nicht aus Sorge um die Nutzlast, sondern einfach aus Arroganz. Hätte die NASA zusätzlich zu der Nutzlastfähigkeit zum Starten von KH-Satelliten auf einem 30K LES bestanden, hätte dies erreicht werden können. Sehen Sie sich den aktuellen SLS-Booster-Stack an. Um die Nutzlast zu erhöhen, wurde dem Booster-Stack ein zusätzliches Segment hinzugefügt. Nichts hinderte die NASA 1972 daran, einen Fünf-Segment-Booster zu bauen. Die NASA versäumte es einfach, den Einbau eines LES zu beantragen, weil „ein Scheitern keine Option war“. Viele Ingenieure bei Thiokol werden Ihnen sagen, dass der Fünf-Segment-Booster eine Option war.