¿Por qué el transbordador espacial no tenía un sistema de escape de lanzamiento?

Desde el comienzo de la exploración espacial, los cohetes tenían algún tipo de sistema de escape de lanzamiento (LES). De este artículo de Wikipedia , sabemos que Mercury y Apollo tenían una torre de escape, mientras que Vostok y Gemini tenían asientos eyectables.

Prueba de cancelación del pad Apollo LES

Prueba de cancelación del pad Apollo LES (fuente: wikimedia.org)

Inicialmente, el transbordador espacial tenía asientos eyectables pero (citando a Wikipedia)

se retiraron una vez que el vehículo se consideró operativo

prácticamente dejándolo sin ningún LES. ¿Cuáles son las razones técnicas de esta elección?

Parte de esto está documentado en la página de Wikipedia sobre los modos de aborto del transbordador espacial: en.wikipedia.org/wiki/…
Parece que no está vinculado en el artículo citado :(
¿Hay algún estudio que realmente demuestre que la tripulación del STS-51-L habría tenido alguna posibilidad de sobrevivir, si se instalara o usara algún sistema de escape a bordo del transbordador espacial Challenger? Quiero decir, incluso con motores LES adicionales (además de los propios del transbordador espacial), simplemente no veo que sea posible escapar de ese infierno con vida. Podría estar completamente equivocado, eso sí. Pero me gustaría ver algún estudio de factibilidad primero, antes de sugerir que tal sistema podría haberles salvado la vida.
@TildalWave Este es un tema muy candente y sensible en la comunidad espacial. Lo triste es que hay un buen número de razones para suponer que la mayoría de la tripulación sobrevivió a la desintegración del transbordador espacial. Desde un punto de vista físico, ni siquiera fue una 'explosión'. Además, se puede suponer que algunos miembros de la tripulación pueden haber vivido hasta que el compartimiento de presión golpeó el agua. En cierto modo, un simple paracaídas podría haber marcado la diferencia aquí. (Para conocer las fuentes, debe leer el informe original del accidente de la NASA. O pregúntele cuidadosamente a cualquier astronauta de la NASA; todos están familiarizados con este tema).
Mi pregunta es por qué, no qué pasaría si. Nunca pensé en ese tipo de pregunta, ya que creo que no tiene respuesta. Esa sugerencia está en tu comentario @TildalWave, pero dado que alguien como tú podría malinterpretar mi pregunta, voy a editarla directamente y eliminar cualquier referencia a Challenger.
@trapo - ¡No, no! La referencia está bien, pero simplemente reformularía la oración diciendo "por qué esta elección fatal". Sugiere que la elección de no tener el LES fue responsable de la muerte de los astronautas del Challenger. No veo ningún otro problema con tu pregunta.
@trapo Si está preguntando por qué, debería hacer esta pregunta en política o historia. La respuesta está en alguna parte de las políticas de la administración de Nixon. Construya barato, hágalo 'rentable' y ahorre la mayor cantidad de efectivo posible... (Razones técnicas: eso es difícil. Necesitaría un diseño fundamentalmente diferente para implementar un LES adecuado. Cualquier posibilidad de un LES adecuado se descartó por el inodoro durante el proceso de diseño inicial del transbordador a principios de la década de 1970. Se suponía que el vuelo espacial era 'salvar', eso es todo).
@ernestopheles - La historia de los vuelos y misiones espaciales está dentro de nuestro alcance. Si migramos todas las preguntas que se extienden más allá de los límites de la exploración espacial (pero que también están dentro de ella) a sitios de otras ciencias, estudios o temas, también podríamos migrarlas todas. También tenemos una pregunta meta que trata exactamente este tema. ;)
@ernestopheles y también migrarías el 99% de mis preguntas ;)
@TildalWave Bueno, trapo pregunta por razones técnicas. Es justo, me sorprendería positivamente si hubiera alguna, estaré atento. He leído tanto sobre este tema, que podría sugerir que hablemos sobre lo que estaba pasando en Washington DC alrededor de 1970. Las políticas internas de EE. UU. no son mi lado fuerte, pero esto es lo que tendríamos que discutir aquí...
Primer comentario de @Bart apunta al lugar correcto: razones técnicas. '¿Por qué no se realizó nada más?' bueno.. es otro tipo de pregunta..
@ernestopheles: no veo la razón por la que los respondedores no abordarían el razonamiento político detrás de ciertas decisiones también, si pueden, se relaciona con la exploración espacial y se puede corroborar con hechos. ¿Por qué eso lo haría fuera de tema? De acuerdo, no queremos respuestas argumentativas, pero realmente no espero una respuesta aquí de un político. Y si recibimos uno, y no está fundamentado con hechos o está tratando de darnos una idea política, estaré encantado de rechazarlo, marcarlo como "no es una respuesta" y criticarlo con contraargumentos en los comentarios, para demostrar que hablamos en serio. ;)
@ernestopheles - "Además, es seguro [sic] asumir". Por supuesto, nunca es seguro asumirlo. También es la posición de la NASA que no sobrevivieron a la conmoción cerebral de la detonación inicial.
@DonBranson Punto justo. Durante mucho tiempo, la política pública de la NASA ha sido que no sobrevivieron a la desintegración. Aunque, y esto es bastante irónico, incluso sus propios informes de 1986 sugirieron lo contrario. Investigaciones posteriores mostraron que el choque (fuerzas) y la falta de presión ambiental no fueron suficientes para matar a la tripulación. El compartimiento de la tripulación fue filmado (en unos pocos fotogramas) dejando la nube intacta. Esto es todo, si ignora los interruptores activados en el equipo de soporte vital. Pero por el bien del argumento, nunca se pudo determinar la causa real de la muerte.
@ernestopheles - El compartimiento de la tripulación estaba intacto, pero eso no dice positivamente qué le sucedió a la tripulación en el interior. Podrían haber sido golpeados bastante bien, incluso asesinados, aunque la cabina parecía relativamente intacta.
@DonBranson Nuevamente cierto. Debo admitir que confío en el análisis de los chicos de la NASA. Creo que los números comúnmente citados son de 10 a 20G durante mucho menos de 5 segundos durante la ruptura del tanque y el transbordador. Combine esto con los excelentes asientos, que fueron diseñados para soportar las violentas vibraciones de los SRB...
Supongo que la respuesta completa es "recortes presupuestarios". Cada gramo de peso puesto en órbita cuesta una pequeña fortuna, y el mecanismo de eyección no es del todo liviano.
Imagina un orbitador en esa imagen en lugar de una pequeña cápsula. Necesitaría adjuntarlo básicamente al resto del STS para moverlo de todos modos. - Era espacio o busto, por desgracia; no me extraña que esté retirado.

Respuestas (4)

Proporcionar escape a la tripulación para todas las fases del vuelo del transbordador espacial, dada su arquitectura de diseño, simplemente no era práctico. Tenga en cuenta que tiene hasta 7 miembros de la tripulación en dos cubiertas. Tenga en cuenta que el régimen de vuelo consta de grandes rangos de altitud y velocidades. Tenga en cuenta que tendría que cubrir el lanzamiento, el aterrizaje y varios modos de aborto. Incluso los asientos eyectables utilizados en los primeros vuelos no podían cubrir todo el régimen de vuelo y solo funcionaban para el Comandante y el Piloto.

Entonces, para responder a su pregunta directamente: los asientos eyectables solo habrían sido útiles para la tripulación en la cabina de vuelo y luego solo para una parte (muy) limitada del régimen total de vuelo.

Con respecto al uso de un LES en el transbordador: se realizaron algunos estudios durante las primeras fases de diseño de un compartimento de tripulación separable. No es sorprendente que esto agregara una cantidad inaceptable de masa al Orbiter, al menos con la arquitectura seleccionada. Por supuesto, este sistema no se parecía en nada al LES utilizado en Apollo. Además, incluso el LES en Apollo no cubrió todo el régimen de vuelo de Apollo.

Otro dato interesante: el transbordador se diseñó inicialmente para permitir un entorno de manga corta para los astronautas. Esto significa que antes del STS-26, los astronautas del transbordador ni siquiera usaban paracaídas (a excepción de los primeros vuelos de calificación con asientos eyectables). De hecho, los asientos no fueron diseñados para manejar astronautas con un paracaídas. Por "manejar", me refiero a manejar el peso y el volumen adicionales de un miembro de la tripulación con un paracaídas y otros equipos adjuntos. Los asientos se modificaron (y finalmente se rediseñaron por completo) para STS-26 y más allá para cuando los miembros de la tripulación usaran paracaídas.

Se esperaba que estos nuevos paracaídas se usaran para una gama muy limitada de regímenes de vuelo/modos de aborto en los que el Orbiter podría colocarse en una configuración de planeo estable que permitiera a toda la tripulación rescatar. Esto significa que tenías que viajar en los sólidos durante al menos 2 minutos hasta que se quemaran, hacer un vuelo elegante para deshacerte del tanque externo, hacer que el Orbiter se deslizara con piloto automático estable, descender (o sobre) al escotilla, volar la escotilla, extender un poste (ver siguiente párrafo) y rescatar (x7). Entonces, esto realmente no era un sistema de escape de lanzamiento: una vez que enciende los SRB, está comprometido con al menos 2 minutos de vuelo motorizado.

El rescate se realizaría con la ayuda de un poste de escape para la tripulación. El poste evitó que la tripulación golpeara el borde de ataque del ala. Hay algunos buenos videos de prueba disponibles aquí: http://youtu.be/dfVTX25hH-I . Tenga en cuenta que nada de esto habría ayudado a los astronautas que perdimos en 51-L o STS-107.

Entonces, ¿cuál es la comida para llevar aquí? Una (de muchas) de las principales razones por las que se retiró el transbordador fue su falta de provisión para el escape de la tripulación. Todos los probables nuevos sistemas estadounidenses tripulados (contratados por el gobierno y privados) incluyen el escape de la tripulación para la mayoría, si no todo, del régimen de vuelo. Esta es una de las razones por las que la mayoría de estos sistemas también vienen con cápsulas.

OTOH, el Buran tenía/habría tenido asientos eyectables para todos los miembros de la tripulación.
El Buran nunca estuvo tripulado. Ni siquiera tenía oxígeno para los tripulantes.
Tal es la afirmación de este tipo.
Pura conjetura. Hasta que el sistema esté realmente operativo, es bueno decir que la tripulación habría tenido escape de la tripulación en cada punto. Nunca sabremos.
@Erik: tenemos que mirar los documentos de diseño. Los SRB y el ET completo hicieron imposible un aborto por quemado previo al SRB (escape de los SRB, cargas de separación, ET en volteo).
Pero los SRB tienen menos tendencia a hacer BOOM que los líquidos también. No creo que un asiento eyectable ayude mucho si el refuerzo Energia se dispara.
¿Habría sido tan poco práctico expulsar los propulsores y el tanque prematuramente si fallaran durante el lanzamiento? El propio transbordador podría haber utilizado sus potentes motores y su aerodinámica para aterrizar en una pista no muy lejos de la plataforma de lanzamiento.
El transbordador no lleva propulsor ni oxidante para los SSME, suponiendo que pueda sobrevivir a la desconexión con los SRB activos y el ET, lo cual no sucederá.
¿Por qué el Transbordador no pudo haber sido despejado de los propulsores y del tanque de Líquido? Entonces podría haber desplegado su propio paracaídas o incluso podría haber volado a casa, tal vez.
@Dave, cualquier "explosión clara" antes de la separación de SRB lo habría llevado a través de la columna de escape de los SRB, con consecuencias desagradables. Después de la separación del SRB, fue posible volar lejos del tanque externo: estos eran los modos de aborto de "regreso al sitio de lanzamiento" y "aterrizaje transatlántico".
@coleopterist Aquí hay información sobre los asientos eyectores de Buran. Parece que solo tenía dos. Yo pensaría que volaría la mayor parte del tiempo sin tripulación o con tripulación completa a una estación espacial. Volar sin o con tripulación reducida es, por supuesto, una gran característica de seguridad.
Lo que dice @LocalFluff sobre los asientos eyectables de Buran me recuerda los primeros vuelos de calificación para el transbordador espacial, que se realizaron con una tripulación de dos personas y asientos eyectables. Modos de aborto del transbordador espacial: el asiento eyectable en Wikipedia tiene detalles.

El transbordador simplemente no tenía buenas opciones de aborto durante la mayor parte de la ventana de vuelo. Un posible cambio que habría requerido ser diseñado desde el principio habría sido un sistema de aborto donde todo el compartimiento de la tripulación se separaría como en un F-111. Pero habría agregado costo y complejidad y en realidad no fue diseñado.

Los propulsores y el tanque externo fueron expulsados ​​de todos modos. ¿Por qué no simplemente expulsarlos prematuramente si hubo una advertencia de que estaban fallando? No me parece demasiado complejo si uno expulsa y aterriza todo el transbordador en lugar de solo el apartamento de la tripulación. Todos los sistemas de escape de lanzamiento se tratan de expulsar las cosas malas. Habría estado mirando su escudo térmico protector hacia el material explosivo expulsado.
¿Qué destruyó realmente al Challenger? No es el SRB que se está quemando. No el ET ardiendo. Estaba siendo lanzado al flujo de aire hipersónico que destruyó físicamente la estructura del avión. Posiblemente matando a la mayoría de la tripulación también. ¿Cómo parte, a velocidades hipersónicas, mientras aún se encuentra en una atmósfera apreciable por la quema de SRB y un tanque, cuando sus motores se apagarán tan pronto como abandone el tanque? El flujo de aire te matará.
¿Por qué se apagarían los motores principales durante la salida del SRB y el tanque externo? El transbordador tenía combustible interno para sus motores principales, o al menos podría haber tenido suficiente para aterrizar un minuto después del lanzamiento. Todos los sistemas de escape de lanzamiento consisten en salir/expulsarse a una velocidad hipersónica en la atmósfera. Tal vez no habría ayudado al Challenger, pero no veo por qué sería más fácil para el SLS hacerlo desde la pila del transbordador sin el transbordador, que para el transbordador de forma aerodinámica y montado lateralmente.
El transbordador no tenía tanques para SSME en su interior. Todo lo que contendría internamente es el volumen que queda en la tubería, que me imagino que se agotará en milisegundos si tienes suerte.
Seguramente podría haber sido diseñado para llevar suficiente combustible a bordo para un aterrizaje de emergencia. O al menos haber desechado los SRB y haber mantenido su tanque externo por un tiempo para hacerlo. O volado como un planeador a un aterrizaje forzoso de supervivencia en el océano. Entiendo perfectamente que Challenger no tenía ninguna de esas opciones. Pero no entiendo por qué fue diseñado para no tener ninguno de ellos. ¿Por qué sería más difícil que la Soyuz real o la prueba "Little Joe" de Saturn V o la próxima prueba de escape de lanzamiento F9? ¿Merece esto una pregunta propia?
@LocalFluff Estás describiendo RTLS. Solo era posible en una ventana MUY estrecha. Y NO, no podía llevar suficiente combustible para aterrizar. No usar SSME. Solo pueden acelerar hasta creo que un 60 por ciento. A ese ritmo, incluso un solo SSME quemaría combustible tan rápido que quedaría carga útil en el transbordador para soportarlo. Esta sería una buena pregunta ya que hay muchas razones.
@geoffc: Su comentario sobre las tuberías dentro del Transbordador inspiró esta pregunta: space.stackexchange.com/q/35744/26446
@LocalFluff eventualmente eso termina siendo, "¿por qué no rediseñar el transbordador en algo así como un dyna-soar/Hermes/Starship/Apollo". Son muchos cambios. Parte del problema era la fantasía del diseñador de una nave tan segura que apenas se necesitaban abortos. Por supuesto, los propulsores de combustible líquido (capaces de apagarse) o un diseño sin correa en los propulsores ayudarían.

Con el fin de obtener apoyo político adicional para STS, la NASA esencialmente convenció a los legisladores para obligar a la Fuerza Aérea/NRO a reemplazar Titán con Shuttle como vehículo de lanzamiento para los satélites espía KH-11 y otro hardware de inteligencia que requeriría lanzamientos directamente a la órbita polar. A medida que avanzaban estos dos programas, el peso creció más allá de las especificaciones originales. El margen ya estaba muy cerca antes de los aumentos, y en 1984 la NASA se estaba preparando para hacer algunas cosas bastante arriesgadas para cumplir su promesa de lanzar cargas útiles de inteligencia, incluidos refuerzos de bobinado de filamento, motores Block I con las gargantas/inyectores originales. /impulsores de turbobomba al 109% durante todo el vuelo. Esto debería darle una idea de por qué incluso 5,000 libras estaban completamente fuera de discusión para un LES efectivo. Por supuesto,

TL; DR: No podría lanzar los satélites para los que fue construido por contrato.

No se incorporó un sistema de escape de lanzamiento efectivo en el STS debido a consideraciones de peso que ahora parecen ser miopes e incluso absurdas.

Posibles Sistemas de Escape.

1) Un sistema de cápsula de eyección de escape similar al utilizado en el B-58 Hustler era una posibilidad. Pero la cápsula de eyección pesaba varias veces más que los asientos del transbordador y, por lo tanto, no se desarrollaron.

2) Luego está el hecho de que todo el compartimiento de la tripulación podría (debería) haber sido diseñado para separarse como fue el caso con el sistema de escape F-111 . Sin embargo, el sistema habría sido una vez más, en opinión de la NASA, demasiado pesado.

3) verum potest esse penale

La realidad es que creo que la NASA no quería reducir la capacidad de carga útil del STS al incluir un sistema efectivo de escape de la tripulación. Parece que 50,000 libras de carga útil para LEO era el número "mágico" que la NASA quería y reducir eso por el bien de la seguridad de la tripulación a 40,000 a 45,000 libras de carga útil para LEO era un efecto indeseable de incorporar un sistema de escape de este tipo. Tenga en cuenta que un sistema que podría haber protegido de manera segura a los miembros de la tripulación desde una posición estacionaria en la plataforma hasta una velocidad de +Mach 2.

Hmm, Mach 2 de un máximo de Mach 25, eso es ciertamente muy efectivo para una reducción de carga útil del 10-20%...
Sí, Mach 2 lo tiene cubierto durante los primeros 70-80 segundos de vuelo. En el momento en que los SRB proporcionan un empuje insignificante y se desechan, ya está en Mach 4 o más o menos, y eso es alrededor de dos minutos de vuelo.
La cifra de +mach 2 asume que el sistema de escape no sería más robusto que los del B-58 o F-111. Sea como fuere, no tengo ninguna duda (pero no puedo probarlo) de que se podría haber diseñado y producido un sistema muy similar al sistema de cápsula de eyección del B-58 que sería efectivo en números de Mach tan altos como 4. Pero eso es algo nunca sabremos.
La pregunta no es sobre posibles sistemas de escape, sino por qué el orbitador no tenía uno. La única parte de su respuesta que aborda esto parece ser una "creencia" suya. ¿Tiene alguna referencia para respaldar esto?
Mármol orgánico... De la Enciclopedia Astronáutica, "el transbordador fue diseñado como si tuviera la seguridad operativa inherente de un avión comercial. No estaba equipado con ninguna disposición para el rescate de la tripulación en caso de falla del propulsor durante el ascenso a la órbita, o quedar varado en órbita, o falla estructural durante el reingreso............ "Pero el problema del peso también significó que no había margen para las medidas de seguridad de la tripulación sin (para la NASA) un impacto inaceptable en la carga útil neta. " Este es un artículo completo de conocimiento común = astronautix.com/s/shuttle.html
La verdad es que la NASA abandonó la seguridad de la tripulación, no por preocupaciones sobre la carga útil, sino simplemente por arrogancia. Si la NASA hubiera insistido en un LES de 30K además de la capacidad de carga útil para lanzar satélites KH, se podría haber logrado. Mire la pila de refuerzo SLS actual. Para aumentar la carga útil, se agregó un segmento adicional a la pila de refuerzo. Nada impidió que la NASA construyera un propulsor de cinco segmentos en 1972. La NASA simplemente no solicitó que se incorporara un LES porque "el fracaso no era una opción". Muchos ingenieros en Thiokol le dirán que el propulsor de cinco segmentos era una opción.
¿Por qué el transbordador espacial no tenía un sistema de escape de lanzamiento?
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