 |
|
 |
|
|
|
|
||
Чарли Симпсон
Кислород и керосин –
© «AAFM», September 2006.
Наш адрес: ruzhany@narod.ru |
|
 Испытательный пуск «Atlas» |
В наших ранних ракетах, особенно на первых ракетах средней дальности (РСД) и первых межконтинентальных баллистических ракетах (МКР), в качестве окислителя использовался криогенный компонент, который до сих пор используется во многих космических ракетах-носителях. Но в случае запуска в космос вопрос решался простым наполнением резервуаров компонентами топлив перед запуском, когда ракета находится на стартовой площадке и затем идет запуск. Для РСД и МБР ситуация была гораздо более сложной. Время реагирования, уязвимость, безопасность и обслуживание – со всем этим были проблемы. Теперь основной потенциал боеготовых ракет состтавляют ракеты на твердом топливе.
Криогенный окислитель можно было загружать только непосредственно перед запуском. В то время как в ракетах «Atlas F» и «Titan I» ракетное топливо на основе керосина-1 (RP-1) могло находиться на борту ракеты в шахте, кислород в жидком состоянии (LOX) имел температуру –297° по Фаренгейту, поэтому он должен храниться в специальных изотермических емкостях – по существу в очень больших термосах. После того, как жидкий кислород загружается в бак окислителя ракеты, ракету нужно было запустить в довольно короткий промежуток времени, потому что жидкость начинает выкипать – возвращаясь в газообразное состояние. Как и следовало ожидать, эта комбинация также чрезвычайно опасна, поэтому все, что связано с ракетными системами, должно содержаться в «кислородной чистоте» [“LOX-clean”], чтобы не допустить контакта несовместимых материалов с чрезвычайно высоким содержанием кислорода и возникновения пожара или взрыва.
Однако в конце 1940-х годов разработка твердотопливных ракетных двигателей находилась на начальной стадии, поэтому жидкость была единственным способом использовать большие полезные нагрузки. «Thor», «Jupiter», «Atlas» и «Titan I» были разработаны в начале-середине 1950-х годов, и все они были криогенными системами. Для «Thor», «Jupiter» и ранних моделей «Atlas» (модели D и E) проблема была немного менее сложной, потому что все эти системы находились – или были установлены – в состоянии боевой готовности в горизонтальном положении. При приказе на пуск ракеты поднимались в вертикальное пусковое положение, заправлялись жидким кислородом и керосином и запускались.
Эти системы были намного проще, чем более поздние системы шахтного базирования, но с момента подъема ракеты до ее пуска ракета находилась на открытом пространстве, незащищенная от атаки противника. Этот период обычно составлял несколько минут – в большинстве случаев пятнадцать и более.
 Упражнение с заправкой «Atlas» на авиабазе в Платтсбурге |
«Atlas F» и «Titan I» находились в боевой готовности в защищенных шахтах с топливом (керосин RP-1) на борту ракеты. Когда приходил приказ на пуск, первым этапом процесса пуска была заправка ракеты жидким кислородом, процесс, который мог занять до восьми или десяти минут. Затем полностью заправленная ракета на своей стартовой платформе поднималась на поверхность – высота ракеты достигала 100 футов – фиксировалась и выполнялся пуск. Заправленная ракета и подъемная платформа весили более 550,000 фунтов. Ракеты на криогенных компонентах не могли долго находиться в состоянии боевой готовности с окислителем на борту из-за выкипания чрезвычайно холодной жидкости. Ракету можно было поднять на короткое время, при постоянном нахождении в шахте, но после того, как она поднялась на поверхность, больше нельзя было добавлять жидкий кислород, и ракету нужно было либо запускать, либо опускать обратно в шахту и заправлять за довольно короткий период времени.
 Пульт управления пуском «Atlas F» |
Все новые ракеты «Atlas» и «Titan» разрабатывались подрядчиком на функционирование с двухкомпонентным ракетным топливом. Это было впечатляющее зрелище – увидеть комплекс в последней демонстрации до того, как военно-воздушные силы принимают управление под свой контроль, все три ракеты «Titan I» в одном месте, заправленные керосином и жидким кислородом. Вскоре после передачи новых комплексов мы начали сами их испытывать, чтобы определить надежность новых ракет. Большинство подразделений только что приступили к тому, что мы называем PLX [Propellant Loading Exercise] – упражнениями по заправке ракетным топливом – на принадлежащих военно-воздушным силам ракетах, когда произошел Кубинский ракетный кризис 1962 года. Мы быстро привели в состояние боевой готовности все возможные «Atlas» и «Titan» и держали их в таком состоянии на протяжении всего периода кризиса. К концу 1962 года мы вернулись к программе испытаний. Первоначально Стратегическое командование ВВС США [SAC] дало нам указание ыполнить десять последовательных упражнений PLX на каждой ракету, с двумя последними успешными. Когда кто-то понял, сколько времени это займет в текущих условиях, программу сократили до второй части – два последовательных успешных упражнения на каждой ракете. Упражнение по заправке могло быть как с одним, так и с двумя компонентами топлив в зависимости от комплекса. Из соображений ядерной безопасности у нас не могло быть заправки керосином RP-1, жидким кислородом и одновременно наличия боевого блока (RV – re-entry vehicle) на борту во время учений. В МБР «Atlas» это означало удаление боевого блока, потому что ракета должна была находиться под давлением, если не была заполнена топливом. В «Titan I» при выполнении упражнения PLX перед заливкой кислорода мы обычно сливали керосин и оставляли боеголовку на ракете. Подготовка к каждому упражнению занимала некоторое время. Помимо слива топлива или боевого блока, необходимо было удалить все взрывоопасные предметы – воспламенители, пироболты, ступени ракеты и другие устройства. в нескольких местах бункера для наблюдения за работой системы были размещены телевизионные камеры. Восстановление после PLX занимало столько же времени – все нужно было вернуть в исходное состояние.
Вскоре после активации мы внесли серьезные изменения в системы – программу «Red Heat» для МБР «Atlas» и программу «Top Banana» для МБР «Titan». Эти программы изменений были разработаны, чтобы исправить некоторые из ранних недостатков новых ракетных комплексов. Например, в «Titan I» были внесены серьезные изменения в системы заправки жидким кислородом, призванные повысить безопасность и эффективность заправочных и сливных клапанов и соединений.
Работа с жидким кислородом требовала повышенной осторожности – безопасность и чистота всегда были первоочередными задачами. Мы думали, что у нас есть шахты, которые мы называли «больничными» [вероятно из-за их чистоты], до крупного разлива жидкого кислорода на авиабазе Маунтин-Хом – все были поражены тем, сколько пыли поднялось в шахте из-за быстрого перехода жидкости в газообразное состояние. У нас были дыхательные аппараты, датчики и множество других средств защиты, и мы тщательно исполняли каждую задачу. Но мы все равно допускали ошибки – некоторые из них приводили к серьезным авариям. Часть из ошибок была связана с конструктивными недостатками, часть из-за недопонимания, а некоторые – ошибками методики. Мы работали с совершенно новой, очень сложной и очень опасной системой – и первыми сделали это. Удивительно, но ни одна из серьезных аварий не привела к гибели или травмам. На этапе строительства были жертвы и ранения, но как только военно-воздушные силы начали эксплуатировать «Atlas» и «Titan», ни одна из этих крупных аварий не имела серьезных последствий.
 Шахта пусковой установки «Atlas F» – вид сверху |
 Чертеж шахты «Atlas F» |
Один из первых больших взрывов был тот, который мы задокументировали ранее в информационном бюллетене AAFM со статьями в номере за январь 1996 года. На действующем испытательном комплексе «Titan I» на авиабазе Ванденберг велась двойная заправка ракетным топливом перед испытательным запуском. Когда после испытания ракета опускалась обратно в шахту, тормозной механизм вышел из строя, что позволило ракете быстро упасть на дно шахты и взорваться, разрушив и ракету и шахту, но не причинив никаких человеческих травм. Были и другие аварии на «Titan I», в том числе потеря ракеты на авиабазе Маунтин-Хом (см. Выпуск AAFM за январь 1994 года). Мы ошибочно запускали ступени ракет, разрушили несколько «Atlas», проливали жидкий кислород и керосин и совершали другие ошибки, но ни одна из них не была столь серьезной, как аварии на МБР «Atlas F», описанные ниже.
В течение 1963 года и в начале 1964 года произошло четыре серьезных аварии с МБР «Atlas F»: три на авиабазе Уокер, штат Нью-Мексико, и одна на авиабазе Альтус, штат Оклахома. Каждая из этих аварий привела к уничтожению ракеты и выходу шахты из строя, и в то время некоторые говорили, что эти аварии явились одним из факторов раннего отказа от комплекса «Atlas F». Эта статья была составлена с использованием нескольких источников, при этом большая часть информации была взята из протокола слушаний Конгресса об авариях под названием «Серия взрывов межконтинентальных баллистических ракет «Atlas F» ВВС» перед Сенатским следственным Комитетом готовности в июле и августе 1964 г.
Среди свидетелей были бригадный генерал Уильям Бэкон [BGen William Bacon], командир 22-й стратегической аэрокосмической дивизии с некоторыми из своих подчиненных, бригадный генерал Уильям Кэмпбелл [BGen William Campbell], командир 816-й стратегической аэрокосмической дивизии с некоторыми из своих подчиненных, бригадный генерал Гарри Голдсуорси [BGen Harry Goldsworthy], руководитель по производству и планированию, штаб-квартиры ВВС США (USAF), с полковниками Майло Секомбом [Col Milo Secomb], Уильямом Ван Хорном [William Van Horn], General Dynamics-Astronautics с некоторыми из его сотрудников, и подполковником Майлзом Уайли [LtCol Miles Wiley], начальником отделения ракетных систем, штаб-квартира, SAC, с майором А. П. Сэмюэлсом [Maj A. P. Samuels]. Подполковник Уайли провел подробные брифинги по авариям, и все участники приняли участие в сессиях вопросов и ответов.
Первая авария произошла на авиабазе Уокер, штат Нью-Мексико, 1 июня 1963 года, на участке 1 с дежурным экипажем R-22. Экипаж проводил на ракете упражнение заправки (PLX). Для выполнения упражнения на «Atlas F» боеголовка и пиротехника были сняты, а на пусковой установке установлены фиксаторы. Бортовая батарея была удалена, а для наблюдения за критическими операциями использовались четыре телекамеры. Во время обратного отсчета в ракету залито 18,600 галлонов жидкого кислорода, а в ее баках уже находилось 12,000 галлонов керосина RP-1. После заправки кислородом ракета была поднята наверх при помощи шахтного подъемника и была проведена имитация пуска и полета. В конце последовательности полета экипаж опускает ракету обратно на дно шахты, и сливается кислород.
К июню 1963 года «Atlas» отработал менее одного года, а все ракеты для определения надежности системы подвергались испытанию при помощи упражения по заправке. Указанное упражнение по заправке на площадке 1 было первым, проведенным данным подразделением – единственными предыдущими упражнениями были те, которые проводились подрядчиком при приеме-передаче, где требовалось, чтобы последний упражнение перед передачей было успешным. Этот объект был передан военно-воздушным силам незадолго до кубинского ракетного кризиса, поэтому с тех пор учения не проводились. Позже, в 1963 году, SAC начала требовать проведения упражнения по заправке на каждой ракете не реже, чем один раз в три месяца.
 Один из двух дизелей «Atlas F» |
 «Atlas F» на стартовой позиции |
Экипаж R-22 находился в боевой готовности с апреля и выполнил до 1 июля три упражнения по заправке. Упражнение на площадке 1 прошли успешно, и команда инициировала «последовательность прерывания» [Abort Sequence]. Интересно, что сенатор Джон Стеннис обратил внимание на слово «прерывание», но ему ответили, что это не была ситуация сбоя – что термин «прервать» в данном случае означает начало последовательности приведения в исходное состояние [recovery sequence] после успешного выполнения упражнения. Ракета была успешно опущена, и примерно в 18:05 началась автоматическая операция слива жидкого кислорода для его удаления из ракеты. Примерно через двенадцать минут экипаж отметил, что индикатор сливного клапана изменил показание с «полного» на «промежуточный», т.е. не полностью полуоткрыт. Этот клапан обычно оставался открытым в течение 45 минут, чтобы гарантировать, что весь жидкий кислород был из ракеты слит. Из-за появления указанной индикации техническим специалистам было приказано войти в бункер, но в 18:22, прежде чем они это сделали, индикатор вновь сменил показание на нормально открытый. Через две минуты показания снова изменились на промежуточный, и техников снова отправили в бункер. В 19:27 они попытались войти через последнюю дверь бункера, дверь номер три, и встретили сопротивление, что указывало на то, что дверь удерживалась избыточным давлением в бункере. Примерно в то же время на телеэкране 8-го уровня были замечены искры и вспышки, сработала пожарная сигнализация, и техники были отозваны из бункера. Для тушения пожара была активирована система пожаротушения. В 18:28 году отключилось электричество, после чего в шахте произошел взрыв. Проведена организованная эвакуация, никто не пострадал, но шахта и ракета уничтожены.
Расследование аварии показало одну из двух возможных причин – либо загрязненный жидкий кислород, либо были сломаны болты в фильтре жидкого кислорода. Комиссия по расследованию установила, что причиной пожара и последующего взрыва могли быть углеводородные загрязнители. До этой аварии не требовалось проводить анализ жидкого кислорода на объекте, для определения наличия загрязнения. После расследования были изменены процедуры, требующие отбора проб перед выполнением упражнения с заправкой ракеты. Совет директоров также обнаружил сломанные J-образные болты в фильтре и предположил, что при сломанном болте открывание и закрывание фильтра могло привести к тому, что фильтрующий элемент сдвинулся настолько, чтобы в результате трения возник пожар.
Следующая авария, также на авиабазе Уокер, произошла 13 февраля 1964 года на площадке 5 во время проверки оперативной готовности инспекцией [ORI] SAC. Экипаж R-60 провел упражнение с заправкой в рамках периодической оценки экипажа командой Standardization Crew S-03. Данное упражнение было пятым и последним, что требовалось во время ORI. Экипаж S-03 участвовал в десяти упражнениях, а экипаж R-60 – в трех.
 «Atlas E» после потери давления |
Примерно в 10:10 было начато упражнение PLX, а примерно в 10:14 появилась индикация низкого содержания кислорода. Это было сочтено некритичным, и обратный отсчет был продолжен. Когда пусковая установка поднялась с разъединителей, экипаж заметил разлив жидкости объемом от 5 до 50 галлонов в камеру уровня 8 в районе платформы пусковой установки. В 10:21 ракета была полностью поднята и зафиксирована, и через минуту было объявлено успешное для ORI завершение PLX. Последовательность прерывания была отложена для расследования причин появления жидкости как возможного разлива топлива. В 10:24 команда подошла к крышке бункера, чтобы проверить утечку топлива, и не обнаружила никаких его признаков. Экипаж вернулся в пункт управления пуском (LCC), а инспекторы ORI покинули площадку.
В 10:31 командир эскадрильи после совещания с экипажем приказал отключить «вспомогательную шину» [nonessential bus]. Эта шина снабжала энергией насосы, которые обеспечивали охлаждающей водой дизель-генераторы, главный вытяжной вентилятор шахты и насос системы пожаротушения. Основной дизель-двигатель перегрелся, и был запущен запасной дизель. Поскольку ракета все еще находилась наверху, давление в топливных баках и баках окислителя нельзя было контролировать, если к ракете не был подключен комплект для пневматических испытаний. Оператор-испытатель в зоне отступления [fall-back area ] переместил испытательный комплект и начал подключать его, пока не услышал хлопок и обратил внимание на газообразный кислород в кабине испытательного комплекта и на земле. Он увидел, что кислород распыляеися по стартовой платформе из главного разъединителя линии заправки. Изображение с телевизионных камер на уровнях 2, 6 и 8 было перекрыто парами газообразного кислорода, а в 11:00 произошла потеря мощности, за которой последовал взрыв в шахте. Ракета и шахта были уничтожены, но никто не пострадал.
 «Atlas F». Чертеж 6-го уровня шахты пусковой устновки. |
Следтвенная комиссия выяснила, что пролитая жидкость, обнаруженная при подъеме пусковой установки, была топливом. Когда вспомогательная шина питания была отключена, пары топлива смешались с горячими выхлопными парами перегретого дизельного топлива и воспламенились. В результате возгорания сгорели провода в логической схеме, установленной на уровне 3, что привело к открытию клапана наполнения и слива жидкого кислорода. Слив кислорода через этот клапан вызвал то, что подполковник Уайли назвал «ужасным взрывом». Было установлено, что командир эскадрильи совершил ошибку, когда приказал отключить вспомогательную шину питания, и что в коммутационной панели, как и в сливной магистрали имели место конструктивные недостатки. Были внесены изменения в систему ручного слива топлива из топливопровода за 20 минут до упражнения с заправкой и был разработан тарельчатый клапан для предотвращения утечек из линии.
Следующий взрыв «Atlas F» произошел 9 марта 1964 года на площадке 2 авиабазы Уокер. Экипаж стандартизации S-02 проводил оценку экипажа R-27. Экипаж S-02 раннее выполнил 13 упражнений PLX, R-27 – 2. На площадке 2 проходило прежде семь упражнений PLX, все безуспешные. Обратный отсчет начался по расписанию в 13:00 и все шло нормально, пока платформа-носитель не остановилась после примерно 3 футов подъема в 13:12. Сработал сигнал тревоги о 25-процентном содержании кислорода в бункере, указывающий на возможный разлив жидкого кислорода, поэтому была инициирована последовательность прерывания. Пусковая установка не могла опуститься штатно, поэтому в 13:26 экипаж приступил к выполнению аварийных процедур.
Командир стендового экипажа определил, что запорный клапан на ракете нужно оставить закрытым из-за высокого содержания кислорода в шахте, чтобы не нажимать кнопку аварийного сброса давления. Персонал был отправлен в шахту для устранения неисправности в подъемной системе пусковой установки, чтобы ракету можно было вернуть в нормальное нижнее положение. К 14:39 давление в баке окислителя ракеты выросло до более 30 фунтов на квадратный дюйм, что привело к автоматическому открытию клапана сброса давления и к быстрому выбросу жидкого и газообразного кислорода. Техник по технике безопасности в бункере обнаружил повышение концентрации кислорода, и бункер был покинут. В 14:47 давление в резервуаре окислителя упало до нормального, поэтому система наддува вернулась в автоматический режим. Вскоре после того, как наверху, так и на телеэкране был замечен белый дым, выходящий из выхлопной системы шахты. Этот дым превратился из белого в серый, а затем в черный, и появилась струя пара. В 14:52 пропала электроэнергия, а в 14:53 произошел первый из двух взрывов. Опять же, весь персонал был эвакуирован без травм.
Поскольку стендовая команда решила держать запорный клапан закрытым, давление в баке жидкого кислорода ракеты увеличивалось, в результате чего предохранительный клапан открылся сам, когда давление превысило 30 фунтов на квадратный дюйм. Выброс жидкого кислорода произошел, когда клапан внезапно открывшись при -297°, задел тросы, поддерживающие платформу пусковой установки, которая находилась примерно на три фута выше нижней части пусковой установки. Трос порвался, что позволило заправленной ракете и пусковой платформе внезапно упасть на эти три фута, вызвав разрыв переборки между баками кислорода и керосина и взрыв. Комиссия по расследованию объяснила, что основная причина – это ошибка в решениях экипажа: если бы предохранительный клапан был открыт, давление стабилизировалось бы на безопасном уровне, и можно было отремонтировать систему подъемника.
На авиабазе Альтус, штат Оклахома 14 мая 1964 года на площадке 6 произошел четвертый взрыв. На площадке только что завершилась основная модификация под названием «Red Heat», и подрядчик проводил проверки перед передачей контроля SAC. Площадка 6 стал четвертой площадкой, на которой в Альтусе завершено проведение модификации. Эскадрилья R-20 обслуживала пульт управления при упражнении заправки под наблюдением подрядчика. R-20 провел до этого три упражнения.
Обратный отсчет начался в 11:04, а быстрая загрузка жидкого кислорода началась с 11:05. В 11:09 датчиками бункера была обнаружена высокая концентрация кислорода. К этому моменту быстрая заправка окислителем была почти завершена. Экипаж инициировал последовательность прерывания, автоматически запустив слив жидкого кислорода из ракеты. В шахте сработала пожарная сигнализация и экипаж включил систему пожаротушения. Эта система не сработала – позже было установлено, что клапан, регулирующий воду, не открылся. Техник по безопасности и член экипажа вошли в бункер и обнаружили очень высокую концентрацию кислорода. Во время эвакуации они наблюдали пожар в вытяжном трубопроводе на шахтном уровне 2. В 11:38 было начато открывание дверей шахты вручную с помощью продувочного вентилятора, установленного на грузовике. Телевизионные мониторы показали огонь и дым, так как двери были частично открыты, и центр управления начал получать признаки разрушения комплекса. Электроэнергия была потеряна, и в 11:48 произошел первый из трех взрывов. В 11:50 персонал центра управления отходит в зону эвакуации. Травм нет.
Хотя причину точно установить не удалось, наиболее вероятной виной была несоосность разъединителей жидкого кислорода, когда большая линия подошла к основанию платформы пусковой установки, для сопряжения с линией вниз от ракеты. Эта линия отключается, когда пусковая установка поднимается. Подрядчик отметил проблемы с выравниванием по окончанию выполнения модификации, но затем были сделаны исправления и внесены в записи. Несоосность вызвала значительную утечку окислителя во время его заливки, что привело к пожару. Фактором, способствовавшим этому, был отказ системы противопожарного тумана, поскольку успешная ее активация могла предотвратить пожар.
Комитет Сената, расследовавший эти аварии, беседовал с рядом свидетелей военно-воздушных сил и подрядчиков об авариях, работе комплекса и его производительности. Было много дискуссий о дисциплине, текущих процедурах и повседневной эксплуатации ракет на двух задействованных базах, а также обсуждение будущего МБР «Atlas F». Во время слушаний планировалось поэтапное прекращение использования МБР «Atlas D» и «E» и «Titan I», но ожидалось, что МБР «Atlas F» будет некоторое время эксплуатироваться. Вскоре после слушаний, когда был объявлен график вывода из эксплуатации, все три комплекса МБР «Atlas» и «Titan I» должны были быть сняты к середине следующего, 1965 года.
 Ванденберг. Авария «Atlas D». 5 марта 1960 года |
Дополнительная информация о ракетных авариях
Существует множество источников для получения дополнительной информации об истории разработки и проблемах, возникших в первые дни существования наших межконтинентальных баллистических ракет. Ряд членов AAFM предоставили ассоциации документы и отчеты, в том числе выдержки из документов Конгресса, которые использовались в качестве одного из основных источников для вышеприведенной статьи. AAFM имеет большую библиотеку ранних документов подрядчиков, некоторые из которых были отсканированы и включены в наш «Исторический компакт-диск».
Как и следовало ожидать, в Интернете есть еще больше информации. Во время поиска материалов для статьи я находил такие вещи, как «аварии Уокер-Атлас», «аварии Бил-Титан» и другие. Некоторые страницы содержат лишь ограниченную информацию, но многие люди собрали много информации о межконтинентальных баллистических ракетах и разместили их в сети. Например, один источник содержит отсортированный по годам перечень «бортовых номеров» каждой выпущенной ракеты и сообщает текущее местоположение или то, что с ним произошло. Силоман [Siloman] даже взял интервью у одного из военных членов экипажа, пострадавшего от несчастного случая на Уокер. Если вы хотите узнать больше, свяжитесь с AAFM, и мы сможем предоставить подробную информацию о некоторых источниках или предоставить вам некоторые из наших документов.
Для комментариев.
Вы должны быть зарегистрированы в Facebook.
|