¿Podría haber sobrevivido la tripulación del Columbia si el RCS no se hubiera agotado?

Hago esta pregunta debido a un comentario hecho por John Connolly, ingeniero de la NASA y director de la Universidad Espacial Internacional. Para citar a Connolly, "... cuando él (Rick Husband) vio que el RCS estaba saturado, supo que estaban muertos". Esto me sugiere dos cosas:

  1. El comandante y el piloto se dieron cuenta de que el sistema de control de reacción (RCS) estaba disparando constantemente y lo único que mantenía el perfil de reingreso.
  2. Si al RCS le quedaban suficientes propulsores para mantener el orbitador dentro de su corredor de vuelo durante un tiempo más, existía la posibilidad de que la tripulación se hubiera rescatado. Este escenario de rescate implicaría que el orbitador descendiera a una altitud de 25,000 pies (desde 200,000 pies), manteniendo un perfil de desaceleración nominal, el ala izquierda, o una gran parte de ella (para arrastre, no elevación) permaneciendo unida al vehículo y el RCS con suficiente empuje (y combustible) para controlar el orbitador que se desintegra. Aparentemente, el RCS pudo mantener el perfil de arrastre correcto y su saturación fue la causa inmediata de la pérdida de control, por supuesto, junto con muchas otras cosas que ocurrieron en ese momento. Esos son muchos "si" que conozco y sin que uno de ellos (y probablemente muchos otros) rompa,
La saturación en este contexto significa que 'disparando a plena potencia no podría proporcionar suficiente empuje para mantener el control', no 'sin combustible'. Entonces, para mantener el control de Colombia, se habrían necesitado propulsores RCS más grandes, no solo tanques más grandes. ¿Puedo sugerir una edición que aclare si su pregunta es sobre 'cuánto combustible le quedaba a Columbia en la ruptura' o 'cuánto más grande tendría que haber sido el RCS para mantener el vuelo hacia abajo para rescatar'?
Columbia estaba demasiado alto y viajaba demasiado rápido para cualquier intento de rescate y usar un poco más de RCS habría hecho poca diferencia
Gracias GremlinWrangler. A las 14:00:02 saltó un mensaje de alarma indicando que el RCS había fallado muy probablemente por agotamiento del combustible del RCS. Unos segundos antes de la gran ruptura estructural. (Informe de investigación de supervivencia de la tripulación de Columbia). Bien puede ser solo una coincidencia o una indicación de otros problemas, pero con los aviones disparando continuamente, lo más probable es que se haya quedado sin combustible.
@Ashley El informe de investigación de supervivencia de la tripulación de Columbia dice que a las 14:00:02, "Este mensaje de alarma de Clase 2 puede no ser el resultado de la condición real del vehículo, ya que el mensaje se generó en función de los datos de una ruta de sensor que contenía ruido. Si válido, el mensaje se usa para indicar cuándo un jet RCS ha fallado o fallado, o si tiene fugas. La condición de falla podría ser una indicación de que el combustible se agotó". No dice que el agotamiento del combustible sea la causa más probable. Es posible que la alarma ni siquiera haya sido válida debido al plasma caliente que quema el vehículo desde el interior.
Con respecto a su primer punto, "El comandante y el piloto se dieron cuenta de que el RCS estaba disparando constantemente y lo único que mantenía el perfil de reingreso". Eso es incorrecto. Los jets RCS en el Orbiter no proporcionaron suficiente par ni siquiera cerca del torque necesario para mantener la actitud poco después de la interfaz de entrada. Es por eso que el Orbiter fue equipado con superficies aerodinámicas controladas hidráulicamente. Los jets RCS aumentaron los controles primarios de superficie aerodinámica cuando el vehículo estaba en la atmósfera.
Lo importante aquí es que incluso si hubiera habido un suministro infinito de combustible para el RCS, no habría hecho ninguna diferencia: el RCS simplemente no era lo suficientemente potente (en absoluto) para mantener el vehículo bajo control.
Se supone que el RCS no debe usarse para esto, no es lo suficientemente potente para este tipo de maniobra. Es para ajustes menores (especialmente en la atmósfera, donde todas las demás potencias involucradas suelen ser mayores que el empuje del RCS), sin mantener todo el perfil en caso de que falle un componente.

Respuestas (3)

Está leyendo mal el informe del accidente. A las 14:00:02, el vehículo ya había comenzado a perder integridad estructural, ya había comenzado a perder integridad térmica y había perdido completamente la autoridad de control.

Voy a desviarme un poco para distinguir entre fallas, errores y fallas. Como un ejemplo simple, considere un bit en la memoria de la computadora que falla permanentemente a un estado siempre uno. Escribir un uno en ese bit no tiene efectos obvios. Un programa que luego lea ese bit como uno hará exactamente lo que se supone que debe hacer porque no hay distinción entre el valor que se pretendía escribir y el valor que se lee. En algún momento, un programa intentará cambiar el valor de ese bit a cero. Eso no funcionará, pero la manifestación de este problema no surgirá hasta más tarde cuando se lea esa posición de memoria con un valor incorrecto. La falla se manifiesta como un error en este momento. Es posible que nada adverso ocurra inmediatamente después de que se produzca este error. Es posible que se necesiten varias lecturas antes de que el software realice una acción incorrecta. Esta acción incorrecta es un fracaso.

Nótese bien: Esta es la terminología que he sido entrenado para usar. Otros usan términos diferentes. El concepto sigue siendo el mismo; puede haber un retraso de tiempo significativo entre la causa raíz de un conjunto de problemas y cuando esos problemas se manifiestan.

En el caso del Columbia, la falla ocurrió poco después del despegue cuando pedazos de espuma se desprendieron del tanque externo y golpearon al Columbia en un punto crítico, tejas en el borde de ataque del ala. Esta falla no se manifestó hasta mucho más tarde, durante la entrada cuando esas tejas comenzaron a soltarse. El radar mostró pedazos de escombros que salían del Columbia minutos antes de que el vehículo se rompiera.

Esto cambió la aerodinámica del vehículo. También permitió que una corriente de plasma caliente ingresara al vehículo, destruyendo progresivamente un número cada vez mayor de componentes. La combinación de cambios en la aerodinámica y la pérdida de componentes hizo que el vehículo perdiera la autoridad de control. Los sistemas de control de actitud están diseñados para no funcionar en ningún lugar cerca de requerir un propulsor de actitud para disparar el 100% del tiempo. La saturación significa que el vehículo ya no puede controlar su actitud. O como dijo John Connolly, "...cuando él (Rick Husband) vio que el RCS estaba saturado, supo que estaban muertos". Ninguna cantidad adicional de propelente podría haber ayudado.

Me gusta esta respuesta, solo un pequeño detalle: puede ser confuso llamar a los paneles de carbono-carbono reforzados en el borde de las tejas del ala, ya que muchas personas asociarán el término tejas con las tejas de cerámica.
Para decirlo sin rodeos: hay una diferencia entre " sabían que estaban muertos" y "estaban muertos ". Sabían que estaban muertos cuando se dieron cuenta de que el vehículo se estaba rompiendo. Estaban muertos 81,7 segundos después del despegue.
@JörgWMittag Según tu lógica, todos ya están muertos.
@void_ptr: ¿eso no tiene ningún sentido?
@Fattie: todos mueren... eventualmente. Si eso cuenta como estar muerto, entonces todos estamos muertos. Volviendo al comentario de Jörg, lo más exacto que se puede decir es que estaban "condenados", si vamos a ser quisquillosos y tomar las cosas literalmente en lugar de idiomáticamente.
@JörgWMittag No, estaban muertos en el momento en que decidieron volver a entrar con los azulejos dañados en el ala de la nave espacial. Si hubieran notado el daño y permanecido en órbita hasta que pudiera ser reparado (quizás acoplándose a la ISS o algo así), podrían haber sobrevivido.
@void_ptr: Pensé que sería obvio que me refiero a la cita de la pregunta, pero aparentemente no lo fue, así que ahora lo digo explícitamente: en ese comentario, me refiero a la cita de la pregunta.
@ nick012000 Si no recuerdo mal, la mecánica orbital de la misión de Columbia impidió la posibilidad de un encuentro con la ISS.
@JörgWMittag Si la NASA hubiera aceptado la oferta de NRO de usar un satélite espía para tomar fotografías del golpe de espuma, lo que habría confirmado el daño catastrófico que había sufrido Columbia; habría sido [b]apenas posible[/b] haber terminado los preparativos de lanzamiento del Atlantis a tiempo para realizar un rescate. arstechnica.com/science/2016/02/…
@TJL Ese puede ser el caso, pero puede haber otras opciones. Si tuvieran suficientes suministros para permanecer allí por un tiempo, se podría haber preparado otro transbordador para una misión de rescate. O posiblemente una Soyuz u otra nave podría haber llegado antes. El fracaso fue no darse cuenta de la extensión del daño hasta que fue demasiado tarde, por lo que todas las misiones posteriores del transbordador (hasta el final del programa) realizaron una inspección completa antes de intentar volver a entrar y prepararon un segundo transbordador para el lanzamiento por si acaso.
@void_ptr "Muerto al reingresar" (" DOR "). Sí, técnicamente todos estamos "muertos al nacer", pero "Sabía que estaban muertos" indica el punto en el que no quedaba nada significativo por hacer antes del final. Esa es, creo, la diferencia. Que toda partida de ajedrez acabe no es lo mismo que "jaque mate en 3". Muy triste.
@DanIsFiddlingByFirelight: de acuerdo. El solo hecho de tener la información habría creado la oportunidad de explorar opciones, ya sea que se nos ocurran o no. Devolver con vida a la tripulación del Apolo 13 al menos demuestra que vale la pena intentarlo.
@DarrelHoffman solo la reparación del Hubble y el último vuelo del transbordador tenían transbordadores de rescate completamente preparados y listos para funcionar. Para todo lo demás, estaban en la ISS y la habrían usado como bote salvavidas. Solo tendrían que esperar que el sistema de soporte vital ruso no se rompiera hasta que pudiera lanzarse el próximo transbordador. (La capacidad de la tripulación permanente de la ISS está limitada a lo que el hardware del lado estadounidense puede soportar porque el hardware del lado ruso ha tenido demasiados problemas como para confiar plenamente).
@DanIsFiddlingByFirelight ¿Cómo fue exactamente que el último vuelo del transbordador tenía un "transbordador de rescate completamente preparado y listo para funcionar"? Pista: no fue así. No había ninguno disponible. La tripulación se habría quedado en la ISS durante mucho tiempo y se habría rotado lentamente en Soyuzes, uno a la vez.

El RCS no se agotó. El disparo de RCS fue un síntoma de un problema principal y ocurrió muy tarde en la línea de tiempo, a las 13:59:29. El RCS se disparó después de que la guiñada izquierda de la nave espacial fuera más allá de la capacidad de los controles aerodinámicos para compensarlo, la pérdida de control ocurrió a las 13:59:37, solo 8 segundos después. La pérdida de control se debió a una falla hidráulica completa. Del Informe de la NASA , página 56:

Una pérdida completa del sistema hidráulico haría que los alerones y el flap del cuerpo se movieran a una posición flotante, lo que provocaría un cabeceo incontrolado. Los datos de RGPC-2 (aproximadamente 25 segundos después) mostraron que los sistemas hidráulicos fallaron, pero no se disponía de un indicador de tiempo para confirmar cuándo ocurrió la pérdida. Datos de video compatibles esta vez para LOC. El Equipo de investigación de integración de supervivencia de la tripulación de la nave espacial (SCSIIT) concluyó que la LOC se produjo como resultado de la pérdida del sistema hidráulico a las 13:59:37 GMT (EI+928). La pérdida del sistema hidráulico probablemente ocurrió cuando los tres sistemas hidráulicos redundantes perdieron presión debido a brechas en las líneas hidráulicas por daños térmicos en el ala izquierda.

8 segundos no fueron tiempo suficiente para que el RCS se secara, el transbordador se desvió del vuelo controlado a pesar de que el RCS continuaba disparando al máximo; el RCS no fue lo suficientemente poderoso para contrarrestar las fuerzas involucradas una vez que se perdió el sistema hidráulico. El sistema podría haber tenido combustible infinito y no habría hecho una diferencia.

De hecho, la inspección de al menos uno de los paneles de la cabina que llegó al suelo (relativamente) intacto indicó que la tripulación estaba trabajando en un (percibido, al menos) problema hidráulico poco antes de la ruptura...
Aquí es donde no estoy de acuerdo con la parte de 'sabía que estaban muertos' @Digger. Sabía que estaban en un profundo estado de ánimo, sí, muertos probablemente no, ya que podría haber sido instrumentación. Trabajaron el problema hasta el final.

La saturación del actuador es una terminología de los sistemas de control. Significa que la entrada de control requerida (solicitada) excede las limitaciones físicas de los actuadores.

Por ejemplo, una vez que una válvula está completamente abierta, no puede pedir más líquido ya que está completamente abierta. Pero el sistema de refrigeración podría pedir más numéricamente a la válvula debido a un calor excesivo (una situación hipotética). Aquí decimos que la válvula está saturada.

En este caso, aunque no se sabe nada sobre el problema, la terminología se refiere a que se alcanza la capacidad total del actuador y claramente no es suficiente. Debido a que la saturación del actuador es algo que desea evitar, ya que genera inestabilidad en el control y el comportamiento cambia de indeseable a impredecible a destructivo en la zona de saturación.

+1. Sabiendo algo sobre el problema, lo que significa saturación en este caso es que uno (y eventualmente más de uno) propulsor RCS estuvo comandado el 100% del tiempo. Las válvulas de los propulsores RCS estaban abiertas o cerradas, sin término medio. Sin embargo, los controladores de propulsores funcionaron a un ritmo significativamente más rápido que el software de vuelo de control de actitud. El comando del software de vuelo a los propulsores fue en términos de porcentaje de tiempo para el siguiente paso de FSW de control de actitud. La saturación en este caso significaba tener un 100% de puntualidad. Esto a su vez significó que el sistema de control había perdido autoridad de control,
¿Podría haber sobrevivido la tripulación del Columbia si el RCS no se hubiera agotado?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v