Зачем нужны эти раздражающие правила насчёт погоды для запуска и посадки ракет⁠⁠

Привет всем подписчикам сообщества SpaceX!

У людей, отвечающих за пуск ракет, есть такая старая шутка: если ракета готова к запуску, то погода заставит вас отложить его на день.

Однако почему же NASA, 45-е космическое крыло Космических сил США, их директора по безопасности и все связанные с запуском службы так сильно заботятся насчёт погоды? Какая разница, идёт ли дождь в 18 км от стартовой площадки, пусть даже в правилах написано, что он должен быть не ближе, чем 18,5 км от неё? Разве это не достаточно далеко?

Ответы на эти вопросы есть в истории запуска ракет, и иногда мы усваивали эти уроки в результате болезненных, а то и смертельных происшествий. Именно тогда мы узнавали, что происходит, когда ответственные за запуск не прислушиваются к погоде и не учитывают пределы возможностей ракет.

Для подготовки запуска ракеты, спутника и команды (в случае пилотируемых полётов) для каждой миссии приходится тратить сотни и тысячи часов тренировок, испытаний и подготовки. Полётное оборудование должно безупречно работать с начала отсчёта и до зажигания.

И после всей этой тяжёлой работы остаётся лишь один пункт, не подконтрольный никому – погода.

Погодный раздел в списке критериев, позволяющих проводить запуск – это подробный набор инструкций, описывающих предельные погодные условия, которые способен выдерживать космический корабль во время взлёта и посадки, чтобы обеспечить успешное завершение миссии.

Во время полёта учитываются такие переменные, как направление ветра, влажность, температура, облачное покрытие, осадки и прочее. Также критерии разрешения запуска должны учитывать требования к безопасности, защищающие людей на суше, на море и в воздухе, выдвигаемые 45-м космическим крылом – сюда попадают и требования к погоде, касающиеся самой ракеты, выдвинутые компанией, владеющей и управляющей её запуском.

Среди некоторых погодных критериев для запуска есть максимальная близость дождя к стартовой площадке, скорость и направление ветра, максимально допустимый сдвиг ветра, и другие.

Образовавшийся на стартовой площадке лёд после того, как температура упала ниже точки замерзания за несколько часов до запуска Challenger STS-51L

Два этих критерия, касающиеся пуска ракеты, преподали США жесточайший урок по поводу космических полётов 28 января 1986 года, когда шаттл Челленджер запускали при околонулевой температуре, что на 20 °C холоднее, чем минимальная допустимая температура для запуска бокового ускорителя МТКК Спейс шаттл.

Из-за низких температур отказали основное и вспомогательное уплотнительные кольца правого твердотопливного ускорителя при старте. Вместо отказавших колец сформировалось временное уплотнение, которое разрушилось из-за сильнейших сдвигов ветра, с какими когда-либо сталкивались шаттлы (и с какими столкнутся все последующие миссии).

Нарушение двух этих погодных правил и привело к гибели семи астронавтов.

Сегодня отмены запуска ракет из-за сильного ветра в верхних слоях атмосферы активно обсуждаются в соцсетях. Однако катастрофа «Челленджера» напоминает нам, что у попытки отправить в полёт ракету в условиях, к которым она не приспособлена, могут быть самые серьёзные последствия.

Кроме правил, касающихся непосредственно ракеты, есть ещё правила, призванные защитить работников космического центра и публику, собравшуюся для наблюдения за пуском на суше, в воздухе и в море.

Сюда входят очевидные правила, типа необходимости избегать молний, чтобы те не могли своим попаданием повредить электронику – ведь тогда невозможно будет уничтожить ракету при её отклонении от курса.

Но есть и менее известные правила, связанные с грозой, которые могут заставить персонал отложить запуск, даже когда никаких молний поблизости от стартовой площадки нет.

Молния, вызванная миссией «Аполло-12», бьёт в кабельно-заправочную станцию LC-39A

Это ещё один пример правила, появившегося в результате реального опыта. Во время миссии «Аполло-12» в ракету «Сатурн-5», в которой находились Пит Конрад, Ричард Гордон и Алан Бин, молния ударила дважды в первую минуту полёта.

Попадание молнии привело к отказу нескольких критически важных полётных систем, включая топливные ячейки командно-обслуживающего модуля и все навигационные дисплеи. Центр управления начал получать искажённую телеметрию и сообщения от ракеты и команды.

К счастью, на полётный компьютер «Сатурна-5», изолированный от космического корабля «Аполлон», удары молний никак не подействовали, и он продолжал функционировать, как ни в чём не бывало.

Миссию спас один человек из центра управления полётами, вспомнивший, что более года назад одна команда попросила помочь им разобраться, откуда пришли полученные ими странные данные. В итоге он отследил их до источника, «оборудования для предварительного преобразования сигнала» [Signal Conditioning Equipment, SCE], находившегося в командно-сервисном модуле.

Чтобы оборудование возобновило работу, в капсуле «Аполло-12» нужно было нажать на специальную кнопку SCE. Об этой кнопке не знал ни директор полёта, ни командир миссии, однако Эл Бин вспомнил о ней в связи с совершенно другой тренировочной симуляцией.

Восстановив телеметрию и передачу информации, миссия вышла на орбиту, провела полную проверку всех систем, и в результате успешно села на Луну, а потом вернулась домой.

В результате специалисты стали лучше понимать, как ракеты могут вызвать удар молнии, даже в условиях, когда естественные молнии не появляются.

Согласно оценке этого события агентством NASA от февраля 1970 года, «молнию может вызвать летательный аппарат с токопроводящей поверхностью и ионизированным выхлопом, который искажает потенциальные линии электрического поля, увеличивая градиент потенциала в верхней точке аппарата и под струёй выхлопа».

На простом языке это означает, что ракета представляет собой гигантский проводник, летящий в атмосфере, поэтому количество электрического заряда, требуемого для вызова молнии, уменьшается, даже в тех случаях, когда обычных условий для естественного появления молнии нет.

Молнию может вызвать ракета, пролетающая через кучевые облака, где обычно не бывает молний, или сквозь любые плотные облака в принципе.

В таких случаях запуск будет отложен из-за опасности возникновения молний (технически, это правило относится к наличию кучевых/плотных облаков), даже когда никаких молний поблизости от стартовой площадки не наблюдается.

При запуске без людей погода оценивается по условиям, имеющимся в непосредственной близости от стартовой площадки. Но когда на борту имеются астронавты, учитываются дополнительные критерии, связанные с погодой.

Запуск ракеты «Фалькон-9» в пасмурную, но удовлетворяющую критериям запуска погоду с площадки SLC-40 на мысе Канаверал.

Это может вызвать раздражение у людей, проделавших путь в сотни и тысячи километров до стартовой площадки, и узнавших об отмене запуска в ситуации, когда непосредственно вблизи самой площадки погода стоит идеальная.

В эру шаттлов погодные условия было оценить довольно легко, поскольку шаттлы должны были приземляться на взлётно-посадочные полосы, где команды поддержки могли проводить испытательные полёты и подтверждать соответствие или несоответствие погоды всем условиям.

Запускать шаттл можно было только тогда, когда он мог реализовать все три доступных сценария отмены миссии: возвращение на место запуска, отмена с посадкой за океаном, и отмена после одного оборота вокруг земного шара с посадкой либо в аэропорту Кеннеди, либо на военной базе в Калифорнии.

Эти прогнозы делались совместно с метеобюро при Национальном управлении океанических и атмосферных исследований и метеорологической группой космических полётов в Хьюстоне, Техас.

Для демонстрационной миссии SpaceX DM-2 эти две группы вновь соберутся впервые за девять лет, чтобы дать прогнозы погоды для пилотируемой миссии команде запуска ракеты из SpaceX в космическом центре Кеннеди, команде управления полётом в Хоторне, Калифорния, и команде управления миссией из NASA в Хьюстоне, Техас.

Довольно много ограничений по погодным условиям будут действовать во время старта долгожданной пилотируемой миссии на корабле Dragon в среду, в которой будут участвовать Боб Бенкен и Даг Хёрли.

Следующие условия запрещают запуск корабля Crew Dragon:

- Скорость постоянного ветра на высоте 162 фута над стартовой площадкой превышает 30 миль/час.

- Наличие в верхних слоях атмосферы сдвига ветра, способного вызвать проблемы с управлением запускаемой ракеты.

- Прошло менее 30 минут с момента появления молнии в радиусе 10 морских миль от места запуска, если только не удовлетворены особые условия.

- На расстоянии до 10 морских миль от места запуска находится грозовое кучево-дождевое облако Cumulonimbus incus с наковальней, если только не удовлетворяются особые условия по температуре и расстоянию.

- На расстоянии до 3 морских миль находится грозовой облачный рукав.

- На расстоянии 5 морских миль находятся облака, доходящие до точек замерзания, содержащие умеренное или повышенное количество осадков.

- Прошло меньше 15 минут с момента, когда измеритель напряженности электромагнитного поля ротационного типа, расположенный в пяти морских милях от места запуска, выдал показания, превышающие ±1500 В/м или ±1000 В/м при особых условиях.

- Слой облаков превышает по толщине 4500 футов и проникает на высоту с температурой замерзания воды.

- На расстоянии до 10 миль имеются кучевые облака с верхушками, выходящими на высоту с отрицательной температурой.

- На расстоянии до 10 миль имеется штормовой фронт и после последней из наблюдавшихся молний прошло менее 30 минут.

- Погода на пути следования ракеты выходит за обозначенные пределы в месте приводнения космического корабля в случае аварийного катапультирования капсулы, или с высокой вероятностью может выйти за эти пределы.

Погоду на пути следования отслеживают в более чем 50 точках по пути взлёта вдоль восточного побережья Северной Америки и в северной части Атлантики. Вероятность выхода погоды за рамки допустимого подсчитывается в каждой точке на основании показателей ветра, волн, молний и осадков.

Как и для космического шаттла, для запуска ракеты Фалькон-9 с кораблём Crew Dragon погода в определённых местах четырёх зон возможной отмены миссии должна удовлетворять определённым критериям.

Бенджи Рид, директор обслуживания пилотируемой миссии из SpaceX, в пятницу, во время пресс-конференции, посвящённой готовности полёта, указал, что NASA и SpaceX будут отслеживать погоду в 50 точках, протянувшихся от пускового комплекса 39А, по восточному побережью США и Канады, и через Атлантику к Ирландии.

В некоторых из этих точек будут отслеживаться такие показатели, как скорость и направление ветра, высота волн и другие параметры, связанные с морской погодой.

Критически важную роль в определении того, сможет ли пилотируемая миссия стартовать в среду, сыграют данные с бакенов Национального управления океанических и атмосферных исследований, обработкой которых будет заниматься метеорологическая группа космических полётов.

Да, конечно, задержка запуска по погодным условиям может многих разочаровать, и даже смутить, если погодные условия будут казаться им идеальными. Однако эти правила существуют для безопасности не только самой ракеты, но и занимающегося её запуском персонала, груза, наблюдателей, и, конечно же, астронавтов.

автор Nathan Barker/ перевод Вячеслав Голованов / источник habr