In einer früheren Frage habe ich untersucht, ob durch einen Anruf eines aufmerksamen Fluglotsen die SRBs vor der Zerstörung des ET-Panzers bei 73 Sekunden vom STS-51L-Stapel getrennt werden könnten oder nicht.
Ohne die Erfolgsaussichten zu kommentieren, glaube ich, dass es möglich war. Gab es eine Methode, um die Challenger-Crew zu retten?
Das Entfernen der SRBs aus dem Stapel rettet jedoch nicht die Challenger-Crew. Bei 74 Sekunden, wobei der Challenger immer noch mit dem ET verbunden ist, muss ein erfolgreiches RTLS ausgeführt werden.
Die Randbedingungen für das RTLS sind einzigartig:
Höhe 47.000 Fuß, Geschwindigkeit 2900 Fuß pro Sekunde (1.977 mph), Downrange 9 nm Orbitalneigung 28,5
ET-Tank bei 87,7 % O2 und 87,9 % H2 Challenger-Katastrophe: Wie voll war der externe Tank zum Zeitpunkt der Zerstörung?
ET-Tank mit einem Leck mit unbekannter Durchflussrate und Loch mit unbekannter Größe
SRB fliegt weitere 50 Sekunden unkontrolliert in der Nähe
Ein nominelles RTLS wird wie folgt durchgeführt:
Ich sehe Dick Scobee und Mike Smith vor zwei fast unüberwindbaren Problemen stehen:
Da sich die Shuttle-Masse aufgrund eines LH-Lecks auf unvorhersehbare Weise ändert, ist der FSW für RTLS nahezu nutzlos.
Aus dem Trainingshandbuch für RTLS
Wenn der RTLS-Abbruch früh im Flug deklariert wird, ist eine gewisse Treibstoffverschwendung notwendig, so dass die Treibstoffdissipationsaufgabe die Steuerung der Führung übernimmt. Die Aufgabe zur Kraftstoffableitung funktioniert, indem ein sofortiges Herumschwenken angenommen wird. Ausgehend von dieser Annahme sagt Software die Flugbahn von PPA- und Rücklaufphasen voraus, um die Shuttle-Masse bei MECO zu berechnen. Diese Ausbrennmasse wird dann mit den gewünschten verbleibenden 2 Prozent ET-Treibmittel verglichen. Wenn die vorhergesagte Masse kleiner als die gewünschte Masse ist, dann wird das Pitcharound sofort eingeleitet. Wenn die vorhergesagte Masse immer noch größer als die gewünschte Masse ist, dann ist eine weitere Kraftstoffverschwendung notwendig. Der Massenunterschied zwischen berechnetem und gewünschtem wird dann verwendet, um zu berechnen, wie viel mehr Kraftstoff verschwendet werden muss.
Ich glaube, dass der vorhergesagte MECO weit nach dem tatsächlichen Kraftstoffmangel des Motors liegen würde. Ferner würde bei einer großen Kraftstoffmenge im ET das Kraftstoffdissipationsmanöver den beschädigten Stapel weit von dem KSC-Rückkehrziel entfernen.
Frage Nr. 1: Was könnte ein Shuttle-Pilot in dieser Situation tun, um einen überlebensfähigen MECO auszuwählen?
Der ET-Tank wurde bei 66 Sekunden von der SRB-Flamme durchbrochen und hat ein Loch in der hinteren Wand. Es war ferner von unbekannter struktureller Integrität.
Das PPA-Manöver erfordert, dass das hintere Ende des ET dem Windschatten ausgesetzt wird. Ich glaube, der eigentliche Ausfall des ET-Tanks bei 51L trat auf, weil sich der RH SRB in die Oberseite des ET drehte und ein Loch durchbohrte. Dieses Loch erzeugte dann einen Hochdruckluftstrom in den ET-Tank und er „explodierte“ buchstäblich wie ein Ballon und platzte. Das PPA-Manöver könnte das hintere ET-Leck denselben Umständen aussetzen.
Frage Nr. 2: Angesichts dieser Risiken könnte ein RTLS ausgeführt werden, indem der STS in eine Shuttle-Up-Position gerollt wird, wobei genügend Treibstoff verbrannt wird, um genügend Höhe für eine „sichere“ ET-Trennsequenz zu gewinnen. Was wäre die sichere Höhe, um diese Aufgabe auszuführen, wie weit nach unten und welche Geschwindigkeit würde das Shuttle haben?
Das Leck im LH-Zwischentank war so klein, dass es bis zum Zeitpunkt der ET-Zerstörung bei 72 Sekunden durch das ET-System kompensiert wurde. Wie die Zeitlinie zeigt, begann dieses Ereignis bei 72,204 Sekunden, als die rechten und linken SRB-Pfade auseinandergingen. Dies war der Punkt, an dem der vordere Kuppelbruch des ET-Panzers auftrat und der strukturelle Bruch des ET-Panzers und die Zerstörung des LH-Panzers begannen. Bis zu diesem Ereignis wurde der Nenndruck (über 32,8 psi) gehalten, und nur der letzte gültige Datenpunkt zeigt einen Abwärtstrend.
(Rogers Commission, Band II, Anhang L, Seite 15)
Ich habe im Laufe der Zeit einige Schub-Gewichts-Verhältnisse unter Verwendung der bekannten Daten erstellt:
Diese Daten sagen mir, dass bei 51L ohne angebrachtes SRB nach 72 Sekunden das Verhältnis von Schub zu Gewicht dazu führen würde, dass das Fahrzeug an Geschwindigkeit verliert. Nach MET 124 wäre das Verhältnis von Schub zu Gewicht zwischen 51L mit einem Leck und einem Nennflug jedoch ähnlich. Am Ende dieser Tabelle gebe ich 3 Beispiele für die Zahlen an, die für eine nominale Berechnung verwendet werden.
Mit dem Verlust des SRB-Schubs hätte sich der Stapel eindeutig in einem ballistischen Bogen befunden. Ich frage mich, ob ET sep hätte erreicht werden können, als der Stack die Spitze dieses Bogens erreichte? Die Geschwindigkeit wäre niedrig gewesen und die Bedingungen wären ähnlich der nominellen RTLS-Nach-MECO-Küste gewesen, mit der Ausnahme, dass die Kraftstofflast nicht bei 2 % lag.
Nehmen wir hypothetisch an, die Booster hätten sich irgendwie bei T+74s lösen können und keinen Einfluss auf das Shuttle gehabt. Nehmen wir auch an, dass irgendwie kein Kraftstoff austritt.
Die Beschleunigung bei T+74s beträgt bei den SRBs etwa 23 m/s^2. Die Masse mit SRBs beträgt zu diesem Zeitpunkt etwa 1.200.000 kg (2.640.000 Pfund) , der Schub der Haupttriebwerke beträgt etwa 500.000 Pfund für jedes Triebwerk. Ein Teil dieser Masse stammte von den SRBs, aber die Beschleunigung war immer noch zu gering, um an Geschwindigkeit zu gewinnen, wenn der Tank noch so voll war, wie er war, daher würde das Space Shuttle langsamer werden. Erst bei T+140 oder so konnte das Space Shuttle tatsächlich schneller beschleunigen als die Schwerkraft. Die Haupttriebwerke wären zwar etwas gedrosselt worden, hätten aber trotzdem nicht mithalten können.
Ich habe nicht die vollständige Analyse durchgeführt, die erforderlich ist, um dies festzustellen, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass selbst wenn die SRBs in der Lage gewesen wären, das Space Shuttle bei T + 74s sicher zu verlassen, es trotzdem abgestürzt wäre. Ozeanlandungen galten als nicht sicher. Unterm Strich wäre es immer noch abgestürzt, obwohl ich glaube, dass ein RTLS versucht worden wäre.
Die SRB-zu-ET-Vorwärtsbefestigung war ein Kugelgelenk, das 100 % der SRB-Schublasten zu einem Schubbalken im ET-Zwischentank trug. Die hinteren Befestigungsbeschläge dienten nur dazu, auf die relativ kleinen Querlasten zu reagieren, die die SRBs und ET in die gleiche Richtung zeigten.
Das Abfeuern der SRB-Sep-Bolzen hätte das hintere Befestigungsglied sowie die einzelne Schraube, die im Kugelgelenk im vorderen Befestigungsbeschlag vorhanden war, durchtrennt, aber der positive Nettoschub der SRBs hätte verhindert, dass sich dieser Beschlag trennte.
Das Endergebnis ist, dass die SRBs jeweils nur an einem einzigen Punkt am ET befestigt worden wären und wild herumgeschwungen hätten. Genau das tat übrigens der rechte SRB, als die Fahne das hintere Befestigungsglied durchtrennte. Das überaus wahrscheinliche Ergebnis ist, dass die SRBs den Orbiter oder ET getroffen und zur sofortigen Zerstörung des Fahrzeugs geführt hätten.
Wenn es den SRBs wie durch ein Wunder gelungen wäre, sich unter der vorderen Befestigung zu lösen, wären sie vor dem Fahrzeug herausgeschossen und hätten Orbiter und ET in ihren Abgasschwaden gebadet. Auch dies hätte zur sofortigen Trennung geführt.
Während der ersten Flugphase wird der Großteil des Schubs von den SRBs erzeugt. Diese Schublast wird durch eine Verbindung zu einem sehr dicken Schubbalken, der sich im ET-Zwischentank befindet, auf den Rest des Stapels übertragen. Die Schublasten des Orbiters hingegen wurden durch die hinteren Befestigungsbeschläge getragen. Dies bedeutet, dass die ET LOx-Tanklasten (mehr als 1 Million Pfund) fast vollständig von der oberen Hälfte der Zwischentankstruktur bis hinunter zum Schubbalken und den SRBs getragen wurden. Die ET LH2-Tanklasten waren dann nur noch dem Drucklastbeitrag der Shuttle-Hauptmotoren ausgesetzt.
Die normale Trennung beinhaltet ein Abklingen des SRB-Schubs, was eine allmähliche Übertragung der Last vom Schubbalken zwischen den Tanks zu den hinteren Befestigungsbeschlägen ermöglicht. Hätten sich die SRBs getrennt, während sie unter Schub standen, hätte die Übergangsreaktion durch die plötzliche Änderung des Lastpfads ausreichen können, um die ET LH2-Tankstruktur zu zerquetschen.
Bei oder um T+60 Sekunden hätte die kombinierte Masse von Orbiter, ET und Treibmitteln etwa 1,6 Millionen Pfund betragen. Die drei SSMEs erzeugen jeweils etwas weniger als 400.000 Pfund Schub und belassen das Fahrzeug mit einem TWR von etwa 0,75, bis genügend Treibmittel abgebrannt sind, um dieses Verhältnis wieder auf 1 zu erhöhen. Bis dahin wäre das Fahrzeug in einem langsamen Fall gewesen und hätte verloren Energie, die für die Wende und den Rückflug benötigt wird. Höchstwahrscheinlich bedeutet dies, dass das Fahrzeug nicht in der Lage gewesen wäre, zum Startplatz zurückzukehren.
Es wurden andere Szenarien in Betracht gezogen, wie eine schnelle Abschaltung der SSMEs und die Trennung des Orbiters vom ET/SRB-Stack, was zwar technisch möglich gewesen wäre, aber auch zu einem sofortigen LOCV geführt hätte. Selbst wenn dies gelingen sollte (wir wären jetzt vier Wunder tief), wäre der Orbiter auf einer gleitenden Flugbahn ins Nirgendwo, wobei das Notwassern im Ozean die einzige verbleibende Option wäre, da die Flucht der Besatzung erst nach der Challenge entwickelt wurde.
Nein, es war unmöglich.
Dieses Diagramm zeigt, dass drei ausgefallene Triebwerke vor dem SRB-Sep immer zu einer schwarzen Zone führen (definiert als „Kontrollverlust und/oder strukturelles Versagen oder Notwasserung“).
Beachten Sie auch, dass ein RTLS mit drei Triebwerken, das am ET Sep ausgewählt wurde, zu einer schwarzen Zone führt.
Angesichts der in anderen Antworten erörterten Probleme mit dem Aufprall der Wolke, dem ET-Rekontakt und den T / W-Problemen hätte die Auswahl von RTLS bei 73 Sekunden nur noch schlechter sein können als das, was in dieser Grafik gezeigt wird.
Diese schwarzen Zonen wurden nach dem Ausfall des STS-51L stark reduziert, aber diese Verbesserungen gelten natürlich nicht für den Fall, nach dem Sie fragen.
Der Schlüssel zu jedem erfolgreichen RTLS ist das Energiemanagement. Der Grund für das gefährliche PPA-Manöver in einem nominalen RTLS ist das Ablassen der übermäßigen Geschwindigkeit vor dem ET-Sep und dem Gleiten. Dies muss innerhalb der richtigen Randbedingungen erfolgen, um erfolgreich zu sein. Einfach ausgedrückt müssen sie den SSME verwenden, um langsamer zu werden. Das Problem, mit dem die Challenger-Piloten konfrontiert waren, war ähnlich, aber wenn sie nichts unternahmen, würde der STS-Stack ohne die SRBs natürlich an Geschwindigkeit verlieren. Die Situation bei 74 Sekunden erfordert, dass der verbleibende 51L-Stapel überschüssige Geschwindigkeit ablässt und in die richtige Konfiguration für Post-MECO-Küste und ET-Sep kommt, ohne sich zu weit von KSC zu entfernen.
Die Antwort auf die erste Frage ist also, dass die Wahl von MECO nach SRB sep bei 72 Sekunden nicht kritisch ist, solange sie nicht zu lange verzögert wird. Das Fahrzeug in der Post-SRB-Sep-Konfiguration tut, was Sie wollen, verliert an Geschwindigkeit. Ohne den SRB-Schub verliert der Stapel an Geschwindigkeit mit einer Rate von 10 Fuß pro Sekunde, selbst wenn alle drei Triebwerke laufen. Meine sehr grobe Berechnung mit einer Startgeschwindigkeit von 2900 Fuß pro Sekunde zeigt, dass das Shuttle immer noch 3800 Fuß/Sekunde an Höhe gewinnt und sich jede Sekunde 1962 Fuß nach unten bewegt.
Geben Sie Dick und Mike also nach erfolgreichem SRB-Sep 15 Sekunden Zeit, um das Situationsbewusstsein wiederzuerlangen. Das bringt sie auf 90.000 Fuß und 15 Meilen unterhalb der Reichweite. Die Geschwindigkeit ist auf 2618 Fuß pro Sekunde gesunken.
Genau an diesem Punkt kommen die Fähigkeiten des Pilotensitzes ins Spiel. Dick Scobee war ein Fluglehrer für Shuttle Carrier Aircraft und war mit den Bedingungen außerhalb der Nennfreigabe für das Shuttle und den SCA vertraut. Er wäre der beste Astronaut im Programm gewesen, um diese Entscheidung vom nominellen ET-September zu treffen.
Die beste Bewegung besteht darin, den Geschwindigkeitsverlust schnell zu erhöhen, damit Sie den ET-Sep ausführen und den Gleitflug zurück in Richtung KSC beginnen können. Der naheliegendste Weg, um Geschwindigkeit abzubauen, ist ein MECO. Ohne Schub von der SSME und einem 1,6 Millionen Pfund schweren Fahrzeug verliert der Stapel schnell an Energie. Der erste Schritt wäre, das Shuttle in eine „Shuttle-Up-Position“ zu rollen. MECO würde bei 95 Sekunden auftreten, bei 2240 Fuß pro Sekunde, Höhe 111.000 Fuß, 18 Meilen Reichweite. Der RTLS FSW würde den ET-Sep-Prozess übernehmen und steuern. Bei 1300 Fuß pro Sekunde würde der ET-Sep auftreten. Meine Berechnung zeigt, dass dies 18 Sekunden nach MECO oder MET 113 Sekunden auftreten würde. Die Höhe wäre 138.000 Fuß und 26 Meilen unterhalb der Reichweite.
An diesem Punkt ist der Challenger hoch und zeigt von der KSC-Landebahn weg. Ich glaube, dass der Gliding RTLS FSW die Situation ab MECO bewältigen kann. Das Gliding RTLS TAEM-Programm (Terminal Area Energy Management) würde die Kurven ausführen, die erforderlich sind, um sich mit dem HAC (Heading Alignment Cone) auszurichten.
*TAEM-Anleitung ist in vier Abschnitte oder Phasen unterteilt. Die vier Phasen sind:
• Akquisitionsphase •
Kursausrichtungsphase
• Prefinal-Phase
Der Schlüssel zum Verständnis der Funktionsweise von TAEM ist das Konzept „range-to-go“. Damit die TAEM-Führung funktioniert, muss sie die genaue Entfernung kennen, die das Shuttle fliegen muss, bevor es landen kann. Es reicht nicht aus, die geradlinige Entfernung vom Shuttle zur Landebahn zu kennen. Dies ist offensichtlich, wenn man bedenkt, dass sich das Shuttle mit der richtigen Geschwindigkeit und Richtung der Landebahn nähern muss. Daher muss die Kurve berücksichtigt werden, die erforderlich ist, um das Shuttle für die Landung auszurichten.
Um diese Wendungen zu modellieren, projizieren die Shuttle-Computer einen sogenannten Heading Alignment Cone oder HAC. Dieser HAC ist ein imaginärer Kegel im Raum, der sich bei 7 n befindet. mi. vom Ende der Landebahn. Die Projektion dieses Kegels in jeder Höhe ist ein Kreis, der eine Kurve beschreibt, die das Shuttle machen muss, um mit der Landebahn ausgerichtet zu werden. Indem der Shuttle den HAC auf einer Tangente anfährt und dann auf dem HAC dreht, wird der Shuttle die Kurve in einer Linie mit der Mittellinie der Landebahn abschließen. Für jede Landebahn gibt es zwei HACs, einen auf jeder Seite der Landebahn. Der Shuttle ist normalerweise auf den weiter entfernten HAC ausgerichtet, der als Overhead-HAC bezeichnet wird, da der Shuttle eine lange Overhead-Kurve machen muss, um auf der Landebahn aufgereiht zu werden. Der nähere HAC ist der direkte HAC, und der Shuttle macht eine kürzere Kurve, um sich aufzustellen. Es ist auch ersichtlich, dass der Overhead-HAC mehr Energie benötigt.
https://www.aerospacearchives.tk/rtls-abort/grtls-guidance.html
Tragen
Tragen
Organischer Marmor
Herausforderer Wahrheit
Wassermolekül