Si un transbordador espacial hubiera sufrido una falla en el motor principal muy temprano durante el ascenso, o si hubiera ocurrido una emergencia crítica en el tiempo (por ejemplo, un miembro de la tripulación que sufriera un accidente cerebrovascular inesperadamente) antes del retorno negativo,1 habría realizado un RTLS (Return To Launch ) . Site) abortar , por lo que volaría en una trayectoria normal de primera etapa 2 y, después de que los SRB se agotaran y desacoplaran, continuaría en línea recta hacia abajo durante una distancia considerable antes de finalmente cabecear, anulando gradualmente su velocidad de rango descendente y adquiriendo una velocidad de rango considerable ( perdiendo una gran cantidad de altitud en el proceso), y finalmente desechando el ET y planeando para aterrizar de regreso en KSC. 3
Esto parecería ser un curso de acción bastante arriesgado, dado que, si un SSME falla, especialmente al principio, lo que sea que lo elimine fácilmente podría eliminar uno o ambos de los SSME restantes, 4 lo que, para casi todo el estándar trayectoria RTLS, dejar al orbitador incapaz de llegar a tierra; esto habría sido especialmente malo antes de la pérdida del Challenger , cuando las tripulaciones del transbordador no tenían capacidad de rescate, lo que los obligó a un amerizaje probablemente fatal . El largo tramo descendente de la segunda etapa es especialmente extraño, dado que lo alejaría cada vez más de la seguridad a un ritmo cada vez más rápido. 5 En todo caso, parecería que uno querría evitarinclinarse hacia el giro de gravedad habitual y, en cambio, volar con un ángulo de trayectoria de vuelo tan pronunciado como sea posible para maximizar las reservas de altitud y minimizar la velocidad de uno lejos de tierra firme; de lo contrario, girar hacia el norte o el sur mantendría a uno más cerca de un lugar de aterrizaje de lo que lo haría simplemente continuar recto, y permitiría que el giro final de regreso a KSC se haya realizado a través de un giro inclinado estándar de pantano, en lugar de la vertical supersónica caída en picado de un RTLS estándar (donde la pérdida de incluso un motor adicional podría causar fácilmente una pérdida de control). Entonces, ¿por qué la trayectoria RTLS estándar se fue tan abajo antes de dar la vuelta?
1 : El retorno negativo era el punto en el ascenso de un transbordador más allá del cual ya no sería físicamente posible abortar un RTLS.
2 : Voy por las designaciones de etapa en la documentación de aborto de SS de la NASA, donde la "primera etapa" fue antes del agotamiento y desecho de SRB, la "segunda etapa" fue desde el desecho de SRB hasta el apagado de SSME y el desecho de ET, y "tercera etapa" fue el Quemadura(s) OMS.
3 : Los lanzamientos de transbordadores desde Vandenberg, si no se hubieran cancelado, estaban planeados para aterrizar en Edwards en caso de un RTLS, en lugar de regresar a Vandenberg (mucho más margen de error en Edwards, dado que puede aterrizar básicamente en cualquier lugar en Rogers Dry Lake si es necesario; esto sucedió en al menos un aterrizaje del transbordador, que no llegó a la pista pavimentada y estuvo en el lecho del lago durante la primera parte de su recorrido de aterrizaje).
4 : Esto casi sucedió en STS-51F ), donde un sensor defectuoso deshabilitó un SSME y segundos después provocó que otro se apagara antes de que [el sensor] pudiera desactivarse. Si se hubiera perdido el segundo SSME, el Challenger se habría hundido en medio del Atlántico; como esto fue antes de que se agregara la capacidad de rescate a raíz del STS-51L, la tripulación se habría visto obligada a zambullirse en el océano y probablemente no habría sobrevivido . Tal como estaban las cosas, aún podían alcanzar una órbita (mucho más baja) (conocida como Abort to Orbit , o ATO para abreviar).
5 : Wikipedia afirma que el tramo extendido a favor del viento fue para permitir suficiente tiempo para quemar todo el propulsor en el ET, pero esta explicación no resiste el escrutinio; volar (casi) en línea recta hacia arriba, o girar de manera constante hacia un lado durante la pierna, serviría para el mismo propósito, y no requeriría matar casi tanta velocidad de descenso o recuperar casi tanta distancia de KSC.
Consulte este diagrama mientras lee esta respuesta.
RTLS no se selecciona hasta después de SRB sep:
La primera selección de RTLS se realiza a los 2:30, lo que da tiempo para que se amortigüen los transitorios inducidos por la separación de SRB y para que converja la orientación de la segunda etapa. Por lo tanto, se podría iniciar un aborto antes de que SRB se sep, pero el vehículo no comenzaría el perfil de vuelo RTLS hasta después de 2:30 de todos modos. El resultado es que el aborto de RTLS siempre se retrasa hasta al menos 2:30 s.
Modificación de la trayectoria en respuesta al inicio de un aborto RTLS: de hecho, esto estaba permitido, dentro de las estrictas limitaciones del ascenso. Se agregaría un sesgo de cabeceo a la actitud de cabeceo preprogramada para elevar la trayectoria por encima de la nominal. Puede ver este lofting en el diagrama de arriba. Si el aborto fuera un RTLS de 3 motores, los motores se reducirían hasta que el empuje total se aproximara al de dos motores. Además, al iniciar el aborto, se cancelaría cualquier gobierno IY (fuera del plano).
El transbordador espacial voló cerca de sus márgenes de diseño durante un ascenso nominal para maximizar el rendimiento. La ejecución de un aborto de retorno al sitio de lanzamiento (RTLS) fue una maniobra aún más desafiante. Para completar con éxito un RTLS, se deben cumplir muchos criterios.
He aquí una muestra de algunos de los criterios que debían cumplirse.
Durante la porción de alta velocidad de la segunda etapa, la altitud del vehículo no debe caer por debajo de los 265,000 pies. Por debajo de esa altitud puede ocurrir una pérdida de control o el ET puede romperse debido al sobrecalentamiento.
El cabeceo motorizado (la maniobra que finaliza la fase de aceleración para alejarse del sitio de lanzamiento y comienza el proceso de desaceleración) debe realizarse a una velocidad de aproximadamente 10 grados/seg.
El ET no debe impactar más cerca de la tierra que 25 millas náuticas
Para una separación segura, el ET debe contener un máximo de 2 % de propelente restante en el corte del motor principal (MECO).
La presión dinámica en MECO debe estar entre 2 y 10 lbs/ft^2
El ángulo de ataque justo antes de MECO debe ser de aproximadamente 30 grados.
Cualquier trayectoria que cumpliera con estas restricciones (y muchas más que desconozco o he dejado) teóricamente podría haber resultado en un RTLS exitoso. Confío en que las décadas que ingenieros altamente calificados dedicaron a refinar este modo de aborto dieron como resultado el diseño óptimo para esta situación que dista mucho de ser óptima.
Fuentes
Manual de capacitación sobre aborto intacto, sección 6
Reglas de vuelo del transbordador espacial A2-57, A2-62
Diseño de la trayectoria del día del lanzamiento del transbordador espacial
Manual de operaciones de la tripulación del transbordador, sección 6.3
¿Cargas estructurales de la etapa superior en ascenso?
Notas personales y experiencia
Mármol Orgánico
Vikki
Mármol Orgánico
Vikki
Mármol Orgánico