Люди, которые чинили

Четыре истории о том, как космические аварии превращались в спасения

Историю космонавтики принято рассказывать через рекорды и катастрофы. Первый человек на орбите, первый выход, первые шаги по Луне — и рядом, как тень, сгоревшая кабина «Аполлона-1», парашют «Союза-1», три космонавта «Союза-11», которых нашли в спускаемом аппарате без признаков жизни. Между этими полюсами лежит огромная и куда менее известная территория: аварии, которые не закончились гибелью. Одного везения здесь было мало. Нужны были люди, способные в считаные минуты или за несколько тяжёлых недель разобраться в неисправности и найти решение.

Почему-то именно такие истории редко становятся основой документальных фильмов и книг, хотя по напряжению они вполне способны поспорить с рассказами о самых известных космических катастрофах. Меня это всегда удивляло. Здесь исход определяли конкретные решения: какой переключатель тронуть, какой двигатель включить, что отключить ради экономии энергии и каким отсеком пожертвовать ради спасения станции. 

Четыре полёта, две космические программы и почти тридцать лет между первой и последней аварией. Начнём с ноября 1969 года, когда до второй высадки человека на Луну оставалось несколько дней.

 «Аполлон-12»: вернуть себе зрение

14 ноября 1969 года над мысом Канаверал шёл дождь и висела низкая облачность. На стартовом столе стоял «Сатурн-5», а в корабле на его вершине находились Чарльз Конрад, Ричард Гордон и Алан Бин, которым предстояла вторая в истории высадка на Луну. Погода была плохой, но грозы над космодромом не было, и пуск разрешили.

Через 36,5 секунды после старта ракета на высоте около двух километров вошла в облако, и в неё ударила молния. Разряд, по заключению специалистов, спровоцировала сама ракета. Поднимаясь сквозь электрически заряженное облако, огромная металлическая конструкция вместе с проводящим следом выхлопных газов создала путь для молнии. По данным послеполётного анализа, разряд, вероятно, начался с верхушки ракеты, то есть прошёл прямо через корабль с экипажем. На 52-й секунде последовал ещё один удар, после которого отказал указатель ориентации на приборной панели.

В кабине практически одновременно загорелось большинство аварийных сигналов. Отключились все три топливных элемента, главные источники электричества корабля, и он перешёл на аккумуляторы, которые не были рассчитаны долго тянуть всю нагрузку. Конрад доложил на Землю, что у них, похоже, отказало вообще всё. При этом ракета продолжала ровно идти вверх: у «Сатурна-5» была собственная система управления в отдельном приборном отсеке, и молния, выбившая электрику корабля, не тронула «мозги» носителя.

В Центре управления полётами происходящее выглядело ещё хуже. На экраны поступали противоречивые показания: одни датчики сообщали об отказах, другие выдавали значения, которые никак не соответствовали работе корабля. По этим данным специалисты уже не могли установить даже действительное состояние основных систем. Нужно было решать, прерывать ли полёт, а аварийное прекращение на этом участке само по себе было серьёзным риском. И решать предстояло, не понимая, что на самом деле происходит с кораблём.

За пультом систем электропитания и жизнеобеспечения сидел молодой инженер Джон Аарон. Глядя на экран, он узнал рисунок телеметрии. Примерно за год до этого, на одном из наземных испытаний, он уже видел точно такую же картину: тогда при сбое питания отказал блок формирования сигналов. Это устройство берёт сырые сигналы с датчиков корабля — милливольты термопар, токи датчиков давления, положения переключателей — и приводит их к единому виду для передачи на Землю. Когда этот блок сбивается, датчики могут оставаться исправными, а данные на экранах всё равно превращаются в мусор.

Аарон вспомнил тот давний отказ и предложил решение, которое тогда помогло восстановить показания: перевести аппаратуру формирования телеметрии на вспомогательное питание. Предложение он передал руководителю полёта Джерри Гриффину. Команда прозвучала настолько непривычно, что её переспрашивали, а в кабине ни Конрад, ни Гордон не поняли, о каком переключателе идёт речь. Его знал только Алан Бин: по его словам, однажды такую неисправность давали на тренажёре. Он нашёл нужный тумблер среди сотен похожих и переключил его.

Телеметрия ожила, и Земля наконец увидела реальную картину. Топливные элементы отключились, но не были повреждены, и Бин вернул их в сеть. Корабль вышел на орбиту. Оставался неприятный вопрос: не повредила ли молния то, что на орбите проверить невозможно, например пиропатроны парашютной системы, исправность которых узнаёшь только в момент применения. 

По одной из версий специалисты обсуждали этот риск и пришли к выводу, что повлиять на него всё равно нельзя. Экипаж отправили к Луне. Конрад и Бин точно посадили лунный модуль в Океане Бурь, в пешей доступности от американского зонда «Сервейер-3», а при возвращении парашюты раскрылись штатно.

В истории НАСА эта короткая команда осталась под названием „SCE to AUX“: переключить аппаратуру обработки телеметрии на вспомогательное питание. Несколько слов, за которыми стояли опыт инженера, знание электрической схемы корабля и одна вовремя вспомнившаяся неисправность.

«Аполлон-13»: квадратный фильтр в круглое гнездо

Когда „Аполлон-13“ отправился к Луне, экипаж ещё не знал, что главная опасность скрывалась в оборудовании, прошедшем все предстартовые проверки. В служебном модуле находились два бака с жидким кислородом, от которых зависела работа сразу нескольких жизненно важных систем. Кислород использовался для дыхания астронавтов и поступал в топливные элементы, обеспечивавшие корабль электричеством и водой.

Внутри каждого бака был нагреватель и два вентилятора для перемешивания, а нагреватель защищали термостатические выключатели, рассчитанные на отключение нагревателей при температуре около +27 °C. Корабль питался от сети 28 вольт, но в 1965 году решили, что на стартовом комплексе баки будут прогревать от наземного оборудования на 65 вольт. Под новое напряжение обновили почти всё, кроме термостатов: их производитель, по данным расследования, о новом требовании так и не узнал.

В октябре 1968 года на заводе блок с баками снимали с корабля, предназначавшегося для «Аполлона-10». Один крепёжный болт забыли открутить, блок при подъёме сорвался и упал примерно на пять сантиметров. Бак признали годным, но удар, вероятно, сместил внутреннюю трубку слива. 

В марте 1970 года, на предстартовых испытаниях уже «Аполлона-13», кислород из бака номер два слить не удалось, и его решили выпарить нагревателем, подав на него 65 вольт примерно на восемь часов. Термостаты, рассчитанные на работу при 28 вольтах, попытались разомкнуть цепь при напряжении 65 вольт. Контакты не выдержали и, вероятнее всего, сварились. Нагреватель работал без остановки, и, по оценке комиссии, местами температура внутри доходила примерно до 540 °C.

О перегреве никто не догадался: датчик температуры показывал лишь до 85 °F, приблизительно +29,4 °C. Пока внутри отдельные элементы нагревались до сотен градусов, прибор продолжал показывать значение у верхней границы своей шкалы. Тефлоновая изоляция проводов вентиляторов обуглилась, провода оголились, а бак снова заполнили кислородом.

13 апреля 1970 года, на 56-м часу полёта, примерно в 330 тысячах километров от Земли, Джек Суайгерт по просьбе Центра управления включил вентиляторы перемешивания. Ток пошёл по повреждённым проводам, изоляция загорелась в чистом кислороде под давлением, и бак разрушился. Экипаж услышал хлопок. «Хьюстон, у нас тут, похоже, возникла проблема», — сказал Суайгерт, и следом Джим Ловелл повторил ту же фразу. В записи переговоров она звучит в прошедшем времени, в настоящее её перевёл уже фильм 1995 года.

Дальше на табло обрушилась лавина тревог. Отказали два из трёх топливных элементов, давление в уцелевшем кислородном баке тоже поползло вниз, а в иллюминаторе было видно, как из корабля уходит облако газа. Кислород служебного модуля был одновременно воздухом и электричеством, и его остатки утекали за несколько часов. Аккумуляторы командного модуля «Одиссей» нужно было беречь для входа в атмосферу. Экипаж перешёл в лунный модуль «Водолей», и, по воспоминаниям Ловелла, у командного модуля к этому моменту оставалось энергии примерно на пятнадцать минут.

Лунный модуль проектировали для двоих астронавтов на двое суток: спуститься на Луну, поработать и подняться обратно. Теперь он должен был почти четверо суток держать в живых троих и при этом служить буксиром для всей связки. По подсчётам экипажа, ёмкость его аккумуляторов составляла 2181 ампер-час, и чтобы растянуть её до приводнения, отключили почти всё — обогрев, лишние приборы, часть связи. Вода охлаждала электронику, испаряясь в вакуум, и Фред Хейз подсчитал, что при обычном расходе её не хватит примерно на последние пять часов полёта. Экипаж пил очень мало, мёрз в остывающей кабине и почти не спал.

Корабль нужно было ещё и развернуть домой. Основной двигатель служебного модуля использовать боялись, ведь никто не знал, что с ним сделал взрыв, поэтому коррекции выполняли двигателем посадочной ступени лунного модуля. Двигателем, построенным для посадки на Луну, разворачивали стыкованный комплекс массой в десятки тонн: вначале вернули корабль на траекторию свободного возвращения, при которой после облёта Луны он мог достичь Земли без дальнейших крупных манёвров, а следующим включением двигателя сократили время обратного пути. Звёзды в оптике тонули в облаке сверкающих обломков, и в одной из коррекций экипаж ориентировался по Солнцу и линии терминатора Земли.

Экономия электричества и воды позволяла продлить работу лунного модуля, но оставалась проблема, которую невозможно было решить отключением оборудования. Трое астронавтов почти четверо суток находились в тесной герметичной кабине, и каждый выдох увеличивал количество углекислого газа в её атмосфере.

 В выдыхаемом воздухе несколько процентов углекислого газа, а в маленькой закрытой кабине его концентрация растёт быстро: сначала приходит головная боль, затем одышка, сонливость и ошибки, потом потеря сознания. Углекислый газ связывали патроны с гидроксидом лития:

2LiOH + CO₂ → Li₂CO₃ + H₂O

Гидроксид лития был удобен для космического корабля благодаря высокой способности поглощать углекислый газ при сравнительно небольшой массе. Но патроны постепенно насыщались и переставали очищать воздух. Лунный модуль рассчитывался на двух человек и короткое пребывание у поверхности Луны, а теперь в нём находились трое астронавтов, которым предстояло провести здесь почти четверо суток. Собственного запаса поглотителя для такого полёта не хватало. 

Патронов в командном модуле было много, но они были квадратного сечения, а гнёзда лунного модуля рассчитывались на круглые. Две машины строили разные подрядчики, и унифицировать эту деталь никто не догадался.

На Земле за задачу взялась группа инженеров систем жизнеобеспечения во главе с Эдом Смайли. Условие было жёстким: собрать переходник можно только из того, что есть на борту. Перечень доступных предметов составили по документации корабля, конструкцию собрали и проверили в лаборатории. В ход пошли пластиковые пакеты, картонные обложки бортовой документации, клейкая лента и шланги от скафандров, а смысл был простым — заставить воздух проходить через квадратный патрон, а не обтекать его. Инструкцию продиктовали экипажу по радио. Астронавты собрали устройство, которое за неуклюжую форму прозвали «почтовым ящиком», и концентрация углекислого газа начала падать.

17 апреля, за несколько часов до входа в атмосферу, экипаж отстрелил служебный модуль и впервые увидел его со стороны. Одной панели обшивки не было. Потом астронавты оживили командный модуль по процедуре, которую на Земле пришлось составить фактически с нуля, перешли в него и отделили «Водолей». Спасательная шлюпка сгорела в атмосфере, а «Одиссей» приводнился в Тихом океане.

 «Салют-7»: стыковка с молчащей станцией

В феврале 1985 года станция «Салют-7», летавшая тогда без экипажа, перестала отвечать на команды. Телеметрия пропала, связи не было. Перед специалистами встал выбор: списать станцию, дождаться, пока она упадёт, или отправить людей, чтобы попытаться её оживить.

Беда была в том, что все стыковки того времени рассчитывались на две работающие машины. Корабль и станция обмениваются радиосигналами системы сближения «Игла», и каждая сторона знает положение другой. Здесь станция молчала, и догонять её предстояло как обычный кусок металла в пустоте.

Значит, стыковка должна была быть ручной, а опыт ручной стыковки в реальном полёте тогда был лишь у нескольких космонавтов. Одним из них был Владимир Джанибеков: в 1982 году на «Союзе Т-6» у него отказал бортовой компьютер примерно в девятистах метрах от станции, и он довёл корабль до стыковки сам. Его и назначили командиром. Бортинженером стал Виктор Савиных, от которого требовалось знать системы станции вплоть до проводки, ведь чинить предстояло то, о чём никто не знал, что именно сломалось.

Для сближения с молчащей станцией «Союз Т-13» подготовили к работе без обычной помощи автоматической системы стыковки. Экипаж получил ручной лазерный дальномер и прибор ночного видения, позволявшие определять расстояние до станции и наблюдать за ней даже в сложных условиях освещения.

На Земле расстояние сокращают, увеличивая скорость движения к цели. На орбите приходится учитывать ещё и то, что изменение скорости меняет саму орбиту корабля. Скорость и высота орбиты жёстко связаны: чем ниже орбита, тем быстрее по ней летит аппарат и тем короче виток. Разгон вдоль движения переводит корабль на более высокую орбиту с большим периодом обращения. Поэтому простая попытка догнать станцию разгоном может привести к тому, что за несколько витков отставание только увеличится.

Догоняют, наоборот, по чуть более низкой орбите, постепенно сокращая отставание, а у самой цели поднимаются на её высоту серией точных импульсов. На последних метрах скорость сближения измеряется сантиметрами в секунду, потому что многотонный корабль даже на полуметре в секунду способен повредить стыковочный узел.

6 июня 1985 года корабль стартовал. Наземные службы по радарным данным вывели его в окрестность станции, а дальше всё зависело от глаз, дальномера и рук Джанибекова. Экипаж облетел станцию и осмотрел её: солнечные батареи были разориентированы, сама станция медленно вращалась. Джанибеков подстроил вращение корабля под вращение станции так, чтобы стыковочные узлы смотрели друг на друга, и 8 июня в 12:50 по московскому времени состыковался с первой попытки. Это была первая в истории стыковка с так называемым некооперируемым объектом, то есть с аппаратом, который никак не помогает сближению.

Прежде чем открыть люк, космонавты проверили давление и состав атмосферы. Воздух оказался пригодным для дыхания. Внутри стояли темнота и холод, стены покрывал иней, а вода в баках замёрзла. Джанибекову и Савиных пришлось работать в тёплой одежде и шапках, периодически возвращаясь в свой «Союз», чтобы согреться.

Позднее выяснилось, что отказ датчика в системе зарядки привёл к разряду аккумуляторов. Станция осталась без электричества, перестал работать обогрев, и за несколько месяцев оборудование промёрзло.

Начали с электропитания. Проверка показала, что часть аккумуляторов восстановить уже нельзя, зато оставшиеся ещё можно было использовать. Космонавты соединили их с солнечными батареями напрямую, проложив кабели в обход неисправной автоматики. Чтобы панели смотрели на Солнце, ориентацию всей станции выставляли двигателями пристыкованного «Союза».

10 июня включили воздушные обогреватели, 13 июня восстановили систему ориентации, и с этого момента «Салют-7» снова мог управлять собой сам. Дольше всего пришлось возиться с водой: нагреватель системы водоснабжения разрушился при заморозке, баки оттаивали неделями, и жидкость подогревали мощной осветительной лампой для телевизионной съёмки. Окончательно вода оттаяла только к концу июня. Всё это делалось в условиях, когда любая ошибка в коммутации могла устроить замыкание и пожар, поэтому каждый включаемый контур сначала проверяли.

Станция вернулась к работе, позже к ней прилетел следующий экипаж, а Савиных провёл в полёте около 168 суток. Спустя три десятилетия история спасения станции получила новую известность благодаря фильму «Салют-7» 2017 года. 

В фильме появились сцены, придуманные ради зрелищности. В действительности экипаж столкнулся с задачей, которая и без художественных дополнений выглядела почти невыполнимой: восстановить электропитание, обогрев и управление станцией, где месяцами никто не жил, а причины отказа до прибытия космонавтов оставались неизвестны.

«Мир»: как потерять комнату и спасти дом

1997 год стал для станции «Мир» самым тяжёлым. В феврале на ней случился пожар: во время пересменки, когда на борту было шесть человек, вспыхнул генератор кислорода — так называемая кислородная шашка на основе перхлората лития.

Кислородный генератор, который должен был медленно выделять кислород, внезапно вспыхнул. Из него вырывалась струя огня, напоминавшая пламя паяльной лампы. Горение поддерживалось кислородом, который выделял сам заряд. Валерий Корзун направлял на установку пену из огнетушителя, но в невесомости отдача толкала его назад, поэтому американский астронавт Джерри Линенджер удерживал космонавта, пока остальные передавали новые баллоны. Огонь перекрыл путь к одному из двух пристыкованных «Союзов», и на шестерых членов экипажа временно остался один спасательный корабль, рассчитанный на троих. Пламя погасло только после выгорания заряда.

Длительность пожара оценивают по-разному: в первых официальных сообщениях говорилось о полутора минутах, Линенджер называл около четырнадцати. Экипаж справился с пожаром, а дым постепенно удалили системы очистки атмосферы. Никто из шести человек не получил серьёзных повреждений.

Через четыре месяца, 25 июня, на «Мире» работали Василий Циблиев, Александр Лазуткин и американец Майкл Фоул. Грузовые корабли «Прогресс» стыковались к станции автоматически, с помощью системы «Курс», но её аппаратуру делали на Украине, и после распада СССР она стала дорогой. Поэтому решили отработать ручную стыковку в телеоператорном режиме, когда командир на станции видит «Прогресс» через камеру самого корабля и ведёт его джойстиками. 

«Прогресс М-34», корабль массой около семи тонн, отвели от станции и снова повели на сближение. По воспоминаниям участников, изображение на экране было неудобным: станция была видна на фоне Земли, и оценить дальность и скорость было трудно. Экипаж пытался разглядеть корабль в иллюминаторах и не находил его, а когда Циблиев понял, что «Прогресс» идёт слишком быстро, тормозить было уже поздно.

«Прогресс» ударил в модуль «Спектр», сначала задев солнечную батарею, а затем повредив корпус. Сработала аварийная сигнализация, давление на станции начало падать. Через образовавшуюся пробоину уходил воздух, и экипажу требовалось срочно изолировать повреждённый отсек, чтобы сохранить герметичность остальных помещений. Но через открытый люк были протянуты кабели и воздуховоды, в том числе кабели питания от солнечных батарей модуля, и пока они там лежали, закрыть люк было невозможно. Лазуткин бросился их разъединять: часть разъёмов удалось отсоединить вручную, остальные пришлось перерезать, причём сначала ещё нужно было найти, чем это сделать. Когда проход освободили, проём закрыли крышкой, и дальше помогла физика: перепад давления сам плотно её прижал.

Утечку остановили, но вместе со «Спектром» станция потеряла его четыре солнечные батареи, дававшие около половины электричества. Хуже того, удар сбил ориентацию, и «Мир» начал медленно вращаться.

Оставшиеся батареи перестали смотреть на Солнце, энергии стало ещё меньше, и получился замкнутый круг: без энергии нельзя запустить систему ориентации, а без ориентации нет энергии.

Разрывали его поэтапно. Майкл Фоул следил за движением звёзд относительно корпуса станции, используя собственный палец как неподвижный ориентир в поле зрения. Так он оценил скорость вращения «Мира» и передал данные на Землю. 

Специалисты применили двигатели станции, чтобы замедлить вращение, а последующие манёвры выполняли в том числе двигателями пристыкованного «Союза». Постепенно солнечные батареи удалось снова ориентировать на Солнце. В первые дни экипаж сумел стабилизировать ориентацию станции и частично восстановить энергоснабжение, однако значительная часть мощности оставалась недоступной: солнечные батареи «Спектра» были по-прежнему отключены.

Решением стал внутренний выход в открытый космос. В августе новый экипаж, Анатолий Соловьёв и Павел Виноградов, надел скафандры, разгерметизировал переходный отсек и вошёл в «Спектр», то есть вышел в вакуум, не покидая станции. Для этой операции на Земле изготовили специальную крышку люка с герметичными проходами для кабелей, и космонавты подключили через неё кабели «Спектра». Люк оставался закрытым, а энергия снова шла в станцию.

Конструкция «Мира» позволяла изолировать повреждённый отсек и сохранить остальные помещения. Но в июне 1997 года воспользоваться этой возможностью оказалось гораздо сложнее, чем предусматривали инструкции: между экипажем и герметичной крышкой стояли обычные электрические кабели.

Вместо заключения: на чём держится спасение

Сегодня человечество вновь готовится к дальним космическим полётам. На пути к Марсу нельзя будет рассчитывать на быструю доставку запасных деталей или прибытие спасательного корабля. В распоряжении экипажа останутся оборудование, инструкции, связь с Землёй, сигнал которой будет идти многие минуты, и собственные знания. Опыт прежних экспедиций придётся учитывать ещё при проектировании корабля: какие системы можно будет восстановить в полёте, к какому оборудованию экипаж получит доступ и что произойдёт, если откажет сразу несколько устройств. Чем дальше человек уходит от Земли, тем больше его возвращение зависит от способности экипажа разобраться в собственной машине и восстановить её работу.