Nieszablonowe, wręcz desperackie, działania, które uratowały misje kosmiczne

Pewnie słyszeliście już, że operatorzy lądownika InSight, który NASA wysłała na Marsa dwa lata temu, po wielomiesięcznych próbach wwiercenia się, a dokładniej wbicia się, w powierzchnię gruntu byli prawie pewni porażki. Tym bardziej smutnej, że tak zwany kret, czyli samonapędzający się młotek do wbijania się w grunt, to dzieło polskich naukowców. Samo urządzenie nie zawiodło, lecz było stworzone z myślą o mniej wymagającej powierzchni. I gdy już wydawało się, że kopanie zakończy się po wydrążeniu około 30-centymetrowej głębokości otworu, zdecydowano się na ryzykowny krok.

Lądownik InSight ma ramię manipulatora, które zresztą posłużyło do umieszczenia kreta i towarzyszącego mu sprzętu na powierzchni planety. Służy też do pobierania próbek. Tymże ramieniem, kret został popchnięty i naprowadzony ponownie na dobrą drogę, a kret uzyskał znowu dobrą przyczepność. Można zatem powiedzieć, że kosmiczny kopniak zadziałał a misja InSight wciąż ma nadzieje, że kret dotrze co najmniej kilka metrów pod powierzchnię planety.

Tak by możliwe było odpowiednie funkcjonowanie aparatury monitorującej rozchodzenie się ciepła wewnątrz Marsa. To jak opisywałem przy okazji startu misji, jedno z jej kluczowych wyzwań.

Lądownik InSight widziany z orbity, ten jasny punkt to sejsmometr, kret znajduje się po prawej stronie

I tak zadziałał „ruski sposób” jak zwykło się określać działanie w sposób nieprzewidziany w specyfikacji urządzenia, uważane za mogące spowodować jego niechybne uszkodzenie i przeczące na pierwszy rzut oka rozsądkowi, ale często logiczne w ostatecznym rozrachunku.

To nie pierwszy raz, w którym taka technika, bez komputera, a teoretycznie i bez elektroniki, zadziałała. Pewnie nie raz jeszcze wyprawi nas z opresji w przyszłości. Oto kilka z takich nieszablonowych działań, które przedłużyły lub uratowały misje Kosmiczne, a nawet życie astronautów. Niestety nie zawsze było pięknie tak jak przy instalacji najdroższych okularów w historii, które pozwoliły teleskopowi Hubble odzyskać ostry wzrok w 1993 roku.

Długopis zawsze może się przydać - Apollo 11

Tuż przed odlotem z Księżyca, Neil Armstrong i Buzz Aldrin zorientowali się, że nie mogą uruchomić silnika startowego. W ciasnej kabinie pojazdu księżycowego łatwo było o przypadkowe zahaczenie o istotny element i uszkodzenie. Tak się właśnie stało, a ofiarą padł przerywacz obwodu aktywującego procedurę startową.

Trening do misji Apollo 11 obejmował wiele rzeczy, ale na pewno nie obsługi przedstartowej z Ksieżyca za pomoca długopisu

Gdy mózgi ekipy naziemnej osiągnęły prawie temperaturę wrzenia, Buzz Aldrin wpadł na pomysł, by długopis, który miał ze sobą wetknąć w mechanizm przerywacza zwierając go. To pozwoliło odpalić silniki startowe, opuścić Morze Spokoju i dołączyć do nie mniej zdenerwowanego Mike'a Collinsa w module dowodzenia na orbicie Księżyca.

Przycisk, o którym prawie wszyscy zapomnieli, pozwolił kontynuować misję Apollo 12

Historia programu Apollo pełna jest historii, których lektura jeży włos na głowie. Można rzec, że to iż Apollo 11 wylądował na Księżycu to niesamowity zbieg okoliczności. Kolejna misja Apollo 12 miała iść już jak po maśle, a tu w trakcie startu rakieta Saturn V została trafiona przez pioruny. Prawda o tym wyszła na jaw dopiero później, ale w chwili gdy start miał miejsce kilkadziesiąt sekund wcześniej nie było czasu na długie rozważania. Możliwości były dwie - albo lecimy dalej i ryzykujemy, albo przerywamy misję.

Apollo 12, start misji 14 listopada 1969 roku

Wyładowanie zakłóciło funkcjonowanie praktycznie każdego systemu elektrycznego w pojeździe z astronautami. Saturn V wznosił się jednak zgodnie z zaplanowaną trajektorią, gdyż komputer sterujący lotem był izolowany przed piorunem.

Trzeba było jednak przywrócić zasilanie i poprawną pracę elektroniki pokładowej, jeśli misja miała dalej trwać. Z pomocą przyszedł młody wówczas inżynier John Aaron, który polecił astronautom przestawić pozycję przycisku SCE na AUX. Był to awaryjny tryb pracy urządzenia pomyślany na taka między innymi sytuację, ale w panice prawie wszyscy zapomnieli o jego istnieniu. John jednak wykazał się opanowaniem i Apollo 12 podążył w kierunku Księżyca.

Papier, folia i taśma klejąca pomogły przeżyć załodze Apollo 13

Jeśli oglądaliście film Apollo 13 to orientujecie się w czym rzecz. Awaria modułu serwisowego była tylko zaczątkiem ciągu problemów z jakimi musieli zetknąć się astronauci tej misji. Na pewnym etapie lotu konieczna była wymiana filtrów dwutlenku węgla w module księżycowym, w którym załoga przebywała awaryjnie przez prawie cały lot.

Kadr z filmu Apollo 13 ukazujący prowizoryczne urządzenie (po lewej), które astronauci musieli zbudować i rzeczywista akcja na pokładzie pojazdu

Niestety filtry zamienne, a te odzyskano z modułu dowodzenia nie pasowały do układu filtrowania w module księżycowym. Na szczęście na pokładzie znalazły się potrzebne drobiazgi i z pomocą instrukcji przesłanych z Ziemi sklecono niczym na lekcji plastyki prowizoryczną przejściówkę, która pozwoliła zastosować filtry z modułu sterującego. Dzięki temu astronauci mogli dalej oddychać i szczęśliwie dotrzeć do Ziemi.

Prawdziwa załoga Apollo 13 i odtwórcy ich ról w filmie (po prawej)

Wyżarzanie diód pomogło odzyskać dane z sondy Galileo

Przygód jakie spotkały zespół nadzorujący przebieg misji Galileo do Jowisza w latach 90. XX wieku było wiele, począwszy od rozłożonej tylko częściowo anteny nadawczej. Jednym z problemów, który rozwiązano bardzo niestandardowo była naprawa mechanizmu sterowania odczytem danych z taśm zawierających zebrane przez sondę informacje.

Antena Galileo zamiast w całości (po lewej) rozłożyła się tylko częściowo (po prawej) - zmobilizowało to operatorów misji to opracowania efektywniejszych algorytmów kompresji danych wysyłanych na Ziemię

Galileo był jednym z ostatnich pojazdów badających odległe rejony Układu Słonecznego, w którym dane zapisywano na taśmie magnetycznej. A w takim mechanicznym mechanizmie mogło popsuć się wiele. W tym przypadku były do diody LED sterujące działaniem urządzenia do zapisu/odczytu. Lot w kierunku Jowisza naraził ich strukturę krystaliczną na degradację, a w efekcie zmniejszenie mocy świecenia i błędną pracę enkodera.

Naukowcy postanowili przepuszczać przez kilka dni przez diody maksymalny dopuszczalny prąd, by je wyżarzyć i naprawić strukturę krystaliczną, a w efekcie zwiększyć ich jasność. W końcu napęd taśmowy zaczął działać. Tylko przez chwilę, ale powtarzanie procedury podgrzewania pozwoliło powoli, krok po kroku, zgrać potrzebne dane, którymi były obserwacje nieregularnego księżyca Almatea, w pobliżu którego sonda Galileo przeleciała w trakcie swojej misji tylko raz.

Almatea - nieregularny księżyc Jowisza, o rozmiarach 250 × 146 × 128 km, obiegający gazowego giganta w odległości mniej więcej równej połowie odległości Ziemia-Księżyc

Jak opisano w dokumencie NASA, cała procedura naprawcza udała się dzięki temu, że uszkodzeń w strukturze krystalicznej dokonały strumienie elektronów. Gdyby Galileo w trakcie podróży napotkał silne wiązki protonów, naprawa mogłaby się nie udać.

Metodą prób i błędów uratowano misję Deep Space 1

Sonda Deep Space 1 była jedną z najbardziej innowacyjnych misji w historii, wystarczy wspomnieć choćby pierwsze w historii zastosowanie silnika jonowego. Sonda miała też autonomiczny system nawigacji, który umożliwiał korekty trajektorii lotu nawet bez kontaktu z Ziemią. W 1999 roku sonda minęła asteroidę 9969 Braille, ale jej głównym celem była kometa Borelly. Sonda zbliżyła się do niej w drugiej połowie września 2001 roku co z oczywistych powodów zepchnęło to osiągnięcie na drugi plan w prasowych doniesieniach z USA.

To co wydarzyło się pomiędzy wspomnianymi odwiedzinami dwóch obiektów w Układzie Słonecznym mogło doprowadzić do przedwczesnego zakończenia misji. Pod koniec 1999 roku urządzenie do śledzenia gwiazd w Deep Space 1 uległo uszkodzeniu, a sonda zareagowała na to przejściem w stan bezpieczny. Już prawie wszyscy w centrum kontroli lotów odpuścili sobie walkę o sondę, ale szef projektu Marc Rayman nie dopuszczał do siebie myśli, że to już koniec.

Silnik sondy w trakcie testów i sonda jeszcze w laboratorium

Szczęśliwie sonda nie wymagała natychmiastowych korekt kursu, ale i tak trzeba było w ciągu pół roku wszystko naprawić, by w odpowiedniej chwili skierować sondę ku komecie.

Naukowcy nie mieli już do dyspozycji szerokiego pola widzenia kamery nawigacyjnej, a jedynie naukowy instrument rejestrujący 150 razy mniejszy obszar nieba. Instrument dużo mniej czuły i dużo wolniejszy. Korzystanie z niego porównywano do szukania odpowiedniego obiektu przez rurkę do napojów, co doskonale odzwierciedla skomplikowanie problemu.

Najpierw trzeba było znaleźć punkt zaczepienia, a było nim zorientowanie głównej anteny sondy w stronę Ziemi. Wydawano więc Deep Space 1 ryzykowny rozkaz obracania się i szacowano kiedy pozycja będzie prawidłowa i sonda ma zatrzymać rotację. Takich prób, które za każdym razem poprawiały orientację sondy było kilka. Za każdym razem mierzono siłę powracającego z sondy sygnału by ocenić jej orientację w przestrzeni.

Kometa Borelly

Gdy Deep Space 1 był już prawidłowo ustawiony względem Ziemi, poszukiwanie gwiazdy do nawigacji było już jedynie programistycznym wyzwaniem. Ale też walką z czasem, by wgrać oprogramowanie do pojazdu odległego o setki milionów kilometrów od Ziemi. W końcu udało się znaleźć gwiazdę odniesienia i nakierowano sondę na kometę. Gdyby misja ratunkowa przedłużyła się o kilkanaście dni, kometa Borelly byłaby już nie do dogonienia.

Desperacja ostatnią deską ratunku - naprawa Hubble’a w 2009

Wykręcanie i wkręcanie wkrętów w przestrzeni kosmicznej to jedna z czynności, w której szybko przypominają się pierwsze lekcje fizyki i zasada Newtona mówiąca o akcji i reakcji. Dlatego w Kosmosie stosuje się specjalne wkrętaki, w których dokładnie można ustawić prędkość, moment obrotowy lub liczbę obrotów. Na dodatek, wkrętaki wykonane są ze specjalnych stopów metali by zminimalizować ryzyko stopienia się z wkrętem, co może mieć miejsce w próżni. I w końcu muszą one umożliwić szybkie usunięcie setek wkrętów bez ich utraty.

Wkrętarka używana przez astronautów

Podczas naprawy spektrografu obrazującego (STIS) w teleskopie Hubble’a podczas ostatniej misji serwisowej konieczna była instalacja nowego modułu zasilającego instrument. Jedna ze śrub mocujących uchwyt do osłony nie dawała się odkręcić i astronauta Mike Massimo, który prowadził naprawę stanął przed trudnym wyborem.

Po kilku godzinach prób usunięcia śruby zdecydowano w centrum kontroli lotów, że Massimo powinien szarpnąć za uchwyt wciąż przytwierdzony do osłony instrumentu. Na Ziemi to prosta czynność, w Kosmosie może stać się zagrożeniem dla astronauty, gdyby wyszarpnięte elementy podziurawiły jego kombinezon.

Desperacka nawet z naszej naziemnej perspektywy decyzja okazała się słuszna. Udało się usunąć uchwyt, potem odkręcić inne 117 wkrętów, które blokowały dostęp do wnętrza teleskopu i dokonać naprawy. Kilka lat później z pomocą STIS udało się ustalić kolor pozasłonecznej planety HD 189733b. Jest on ciemnobłękitny.

Katastrofa Columbii w 2003 roku - gdy nie dopisało szczęście

Jeśli pamiętacie historię lotów wahadłowców, to kojarzycie dwa tragiczne wydarzenia. W 1986 roku zniszczeniu uległ podczas startu Challenger, a w 2003 roku podczas lądowania zginęła załoga Columbii.

Już po osiągnięciu orbity załoga wiedziała, że część ceramicznych elementów, które stanowią termiczną osłonę wahadłowca podczas powrotu na Ziemię, odpadła w czasie startu. Dopóki załoga była w Kosmosie praktycznie zagrożenia nie było, ale coś trzeba było uczynić przed powrotem.

Columbia startuje do misji STS-107, swojej ostatniej

Niestety załoga miała koszmarnego pecha. Orbita Columbii przebiegała z dala od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, więc próba dokowania (i to bez pierścienia dokującego, którego Columbia nie miała) nie wchodziła w rachubę ze względu na ograniczone zapasy paliwa. Brano co prawda pod uwagę desperacki pomysł pokonania dzielącej MSK i Columbie przestrzeni przez siódemkę astronautów, ale nie został on zrealizowany.

Na pokładzie wahadłowca było zbyt mało zapasów, by załoga doczekała się pomocy wysłanej z Ziemi. Co gorsza przygotowanie wahadłowca czy Sojuza to nie rzecz, którą robi się z dnia na dzień, a wielomiesięczna procedura. Załoga Columbii nie miała nawet kombinezonów z własnym napędem, które umożliwiłyby wyjście w przestrzeń kosmiczną i naprawę bez ryzyka odpłynięcia w głębię Kosmosu.

Istniała szansa, że operacji ratunkowej podejmie się załoga wahadłowca Atlantis, który co prawda jeszcze nie był gotowy do lotu, ale miał już zainstalowane silniki. Lekarze wraz z inżynierami przygotowali plan działań dla załogi, by ta mogła mimo wszystko wytrzymać na orbicie jeszcze dwa tygodnie. Jednak musiałoby jednocześnie zadziałać tyle rzeczy, że ostatecznie podjęto o rozpaczliwą próbę lądowania Columbii zgodnie z wcześniej przyjętym planem. Niestety nie udało się. Czy plany ratunkowe mogły się powieść? Tego nigdy się nie dowiemy.

W 2005 roku przetestowano procedurę naprawy wahadłowców podczas dokowania Discovery przy Stacji Kosmicznej

Na koniec, nie sposób, ale ciekawostka

Czy wiedzieliście, że astronauci, którzy lecą na Międzynarodową Stację Kosmiczną musza znać język rosyjski. Co najmniej w stopniu, który pozwoli im obsługiwać urządzenia w rosyjskiej części stacji i aparaturę na pokładzie Sojuzów. Tam wszystko jest bowiem opisane po rosyjsku, a i rosyjscy kosmonauci są jakoś podobno bardziej skorzy do rozmów, gdy usłyszą swój język.

Źródło: inf. własna

Więcej na tematy związane z eksploracją kosmosu i astronautyką:

• Nudzisz się w domu? NASA zaprasza na wirtualne kosmiczne wycieczki
• Kosmiczne problemy przez koronawirusa i nie tylko z tego powodu
• Dlaczego NASA wyśle na Marsa łazika uzbrojonego w laser o dużej mocy?