Los modos de aborto del transbordador espacial eran procedimientos mediante los cuales se podía terminar el lanzamiento nominal del transbordador espacial de la NASA . Un aborto en plataforma ocurría después del encendido de los motores principales del transbordador pero antes del despegue. Un aborto durante el ascenso que resultara en que el orbitador regresara a una pista o a una órbita más baja de lo planeado se llamaba "aborto intacto", mientras que un aborto en el que el orbitador no pudiera llegar a una pista, o cualquier aborto que involucrara la falla de más de un motor principal, se llamaba "aborto de contingencia". El rescate de la tripulación todavía era posible en algunas situaciones en las que el orbitador no podía aterrizar en una pista.
Los tres motores principales del transbordador espacial (SSMEs) se encendieron aproximadamente 6,6 segundos antes del despegue, y las computadoras monitorearon su desempeño a medida que aumentaban el empuje. Si se detectaba una anomalía, los motores se apagaban automáticamente y la cuenta regresiva finalizaba antes del encendido de los cohetes propulsores sólidos (SRBs) en T = 0 segundos. Esto se denominó "aborto del secuenciador de lanzamiento de conjunto redundante (RSLS)" y ocurrió cinco veces: STS-41-D , STS-51-F , STS-55 , STS-51 y STS-68 . [1]
Una vez que se encendieron los SRB del transbordador, el vehículo se puso en marcha para despegar. Si ocurría un evento que requería un aborto después del encendido del SRB, no era posible iniciar el aborto hasta después de que el SRB se quemara y se separara, aproximadamente dos minutos después del lanzamiento. Había cinco modos de aborto disponibles durante el ascenso, divididos en las categorías de abortos intactos y abortos de contingencia. [2] La elección del modo de aborto dependía de la urgencia de la situación y del lugar de aterrizaje de emergencia al que se pudiera llegar.
Los modos de aborto cubrían una amplia gama de problemas potenciales, pero el problema más común esperado era una falla del motor principal , lo que hacía que el vehículo no tuviera suficiente empuje para alcanzar su órbita planificada. Otras fallas posibles que no involucraban a los motores pero que requerían un aborto incluían una falla múltiple de la unidad de potencia auxiliar (APU), una falla hidráulica progresiva, una fuga en la cabina y una fuga en el tanque externo.
El transbordador espacial tenía cuatro modos de aborto intactos. Los modos de aborto intactos estaban diseñados para proporcionar un regreso seguro del orbitador a un sitio de aterrizaje planificado o a una órbita más baja que la que se había planificado para la misión.
El modo de regreso al sitio de lanzamiento (RTLS, por sus siglas en inglés) fue el primer modo de aborto disponible y se podía seleccionar justo después de la expulsión del SRB. El transbordador continuaría hacia abajo para quemar el exceso de propulsor, así como también se inclinaría hacia arriba para mantener la velocidad vertical en los abortos con una falla del motor principal. Después de quemar suficiente propulsor, el vehículo se inclinaría completamente y comenzaría a impulsarse de regreso hacia el sitio de lanzamiento. Esta maniobra se llamó "cabeceo motorizado" (PPA, por sus siglas en inglés) y se cronometró para garantizar que menos del 2% de propulsor permaneciera en el tanque externo para el momento en que la trayectoria del transbordador lo llevara de regreso al Centro Espacial Kennedy . Además, los motores del OMS y del sistema de control de reacción (RCS, por sus siglas en inglés) del transbordador impulsarían continuamente para quemar el exceso de propulsor OMS para reducir el peso de aterrizaje y ajustar el centro de gravedad del orbitador.
Justo antes de apagar el motor principal, se ordenaría al orbitador que inclinara el morro hacia abajo para asegurar la orientación adecuada para el descarte del tanque externo , ya que de lo contrario las fuerzas aerodinámicas harían que el tanque colisionara con el orbitador. Los motores principales se apagarían y el tanque sería arrojado al vacío, mientras el orbitador usaba su RCS para aumentar la separación.
El corte y la separación se producirían efectivamente dentro de la atmósfera superior a una altitud de unos 70.000 m (230.000 pies), lo suficientemente alta como para evitar someter al tanque externo a un estrés aerodinámico excesivo y a un calentamiento. La velocidad de corte dependería de la distancia que aún quedase por recorrer para llegar al lugar de aterrizaje y aumentaría en función de la distancia del orbitador en el momento del corte. En cualquier caso, el orbitador volaría demasiado lento para planear suavemente a una altitud tan elevada, y comenzaría a descender rápidamente. Una serie de maniobras en rápida sucesión harían que el morro del orbitador se elevara para nivelarlo una vez que alcanzara una atmósfera más espesa, al tiempo que se aseguraba que no se excedieran los límites estructurales del vehículo (el límite de carga operativa se estableció en 2,5 G y se esperaba que a 4,4 G las cápsulas OMS se desprendieran del orbitador).
Una vez completada esta fase, el orbitador estaría a unas 150 millas náuticas (278 km) del lugar de aterrizaje y en un planeo estable, procediendo a realizar un aterrizaje normal unos 25 minutos después del despegue. [3]
Si un segundo motor principal fallara en cualquier momento durante la prueba de vuelo, el transbordador no podría llegar a la pista del KSC y la tripulación tendría que saltar en paracaídas. Una falla de un tercer motor durante la prueba de vuelo provocaría la pérdida de control y la consiguiente pérdida de tripulación y vehículo (LOCV). La falla de los tres motores cuando la velocidad horizontal se acerca a cero o justo antes del desprendimiento del tanque externo también provocaría una LOCV. [4]
El comunicador de la cápsula indicaría el punto del ascenso en el cual ya no es posible un RTLS como "retorno negativo", aproximadamente cuatro minutos después del despegue, momento en el cual el vehículo no podría reducir de manera segura la velocidad que había ganado en la distancia entre su posición en el rango de alcance y el sitio de lanzamiento.
El modo de aborto RTLS nunca fue necesario en la historia del programa del transbordador. Se lo consideraba el aborto más difícil y peligroso, pero también uno de los más improbables, ya que solo existía un rango muy estrecho de fallas probables a las que se podía sobrevivir, pero que, sin embargo, eran tan críticas en términos de tiempo que descartaban modos de aborto que consumían más tiempo. El astronauta Mike Mullane se refirió al aborto RTLS como un "acto antinatural de la física", y muchos astronautas piloto esperaban no tener que realizar un aborto de ese tipo debido a su dificultad. [5]
Un aterrizaje abortado transoceánico (TAL, por sus siglas en inglés) implicaba aterrizar en una ubicación predeterminada en África, Europa Occidental o el Océano Atlántico (en el Campo Lajes en las Azores ) aproximadamente entre 25 y 30 minutos después del despegue. [6] Se debía utilizar cuando la velocidad, la altitud y la distancia de aterrizaje no permitían regresar al punto de lanzamiento mediante el Retorno al Sitio de Lanzamiento (RTLS, por sus siglas en inglés). También se debía utilizar cuando una falla menos crítica en el tiempo no requería el aborto RTLS más rápido pero más peligroso.
En caso de problemas de rendimiento, como fallos de motor, se habría declarado un aborto de TAL entre aproximadamente T+2:30 (dos minutos y 30 segundos después del despegue) y aproximadamente T+5:00 (cinco minutos después del despegue), después de lo cual el modo de aborto cambiaría a Abort Once Around (AOA) seguido de Abort To Orbit (ATO). Sin embargo, en caso de un fallo crítico en el tiempo, o uno que pusiera en peligro la seguridad de la tripulación, como una fuga de cabina o un fallo de refrigeración, se podría solicitar TAL hasta poco antes del corte del motor principal (MECO) o incluso después del MECO en condiciones de baja velocidad severa. El transbordador habría aterrizado entonces en una pista de aterrizaje designada previamente al otro lado del Atlántico. Los últimos cuatro sitios TAL fueron la base aérea de Istres en Francia, las bases aéreas de Zaragoza y Morón en España, y la RAF Fairford en Inglaterra. Antes del lanzamiento de un transbordador, se seleccionarían dos sitios en función del plan de vuelo y se dotarían de personal de reserva en caso de que se utilizaran. La lista de sitios TAL cambió con el tiempo debido a factores geopolíticos. Los sitios exactos se determinaron de un lanzamiento a otro dependiendo de la inclinación orbital. [6]
Los preparativos de los sitios de TAL tomaron de cuatro a cinco días y comenzaron una semana antes del lanzamiento, con la mayoría del personal de la NASA, el Departamento de Defensa y los contratistas llegando 48 horas antes del lanzamiento. Además, dos aviones C-130 de la oficina de apoyo de vuelo espacial de la adyacente Base de la Fuerza Espacial Patrick (entonces conocida como Base de la Fuerza Aérea Patrick) llevarían ocho miembros de la tripulación, nueve paracaidistas de rescate , dos cirujanos de vuelo , una enfermera y un técnico médico, y 2.500 libras (1.100 kg) de equipo médico a Zaragoza, Istres o ambos. También se desplegarían uno o más aviones C-21S o C-12S para proporcionar reconocimiento meteorológico en caso de un aborto con un TALCOM , o controlador de vuelo de astronautas a bordo para las comunicaciones con el piloto y el comandante del transbordador. [6]
Este modo de aborto nunca fue necesario durante toda la historia del programa del transbordador espacial.
Un aborto de una sola vuelta (AOA) estaba disponible si el transbordador no podía alcanzar una órbita estable pero tenía suficiente velocidad para rodear la Tierra una vez y aterrizar alrededor de 90 minutos después del despegue. Alrededor de cinco minutos después del despegue, el transbordador alcanza una velocidad y altitud suficientes para una sola órbita alrededor de la Tierra. [7] El orbitador luego procedería al reingreso; la NASA podría elegir que el orbitador aterrice en la Base de la Fuerza Aérea Edwards , el Puerto Espacial White Sands o el Centro Espacial Kennedy . [7] La ventana de tiempo para usar el aborto AOA era muy corta, solo unos segundos entre las oportunidades de aborto TAL y ATO. Por lo tanto, tomar esta opción debido a un mal funcionamiento técnico (como una falla del motor) era muy poco probable, aunque una emergencia médica a bordo podría haber requerido un aborto AOA.
Este modo de aborto nunca fue necesario durante toda la historia del programa del transbordador espacial.
Un aborto a órbita (ATO) estaba disponible cuando no se podía alcanzar la órbita prevista pero era posible una órbita estable más baja por encima de 120 millas (190 km) sobre la superficie de la Tierra. [7] Esto ocurrió durante la misión STS-51-F , cuando el motor central del Challenger falló cinco minutos y 46 segundos después del despegue. [7] Se estableció una órbita cercana a la órbita planificada de la nave, y la misión continuó a pesar del aborto a una órbita más baja. [7] [8] El Centro de Control de Misión en el Centro Espacial Johnson observó una falla del SSME y llamó " Challenger -Houston, abortar ATO". Más tarde se determinó que la falla del motor fue un apagado involuntario del motor causado por sensores de temperatura defectuosos. [7]
El momento en el que se hacía posible una ATO se denominaba el momento de "presionar para ATO". En una situación de ATO, el comandante de la nave espacial giraba el interruptor de modo de aborto de la cabina a la posición ATO y presionaba el botón de aborto. Esto iniciaba las rutinas del software de control de vuelo que manejaban el aborto. En caso de pérdida de comunicación, el comandante de la nave espacial podría haber tomado la decisión de abortar y tomado medidas de forma independiente.
Una fuga de combustible de hidrógeno en uno de los SSMEs durante la misión STS-93 resultó en una ligera subvelocidad en el corte del motor principal (MECO), pero no requirió un ATO, y Columbia logró su órbita planificada; si la fuga hubiera sido más grave, podría haber requerido una de las opciones de aborto anteriores.
Había un orden de preferencia para los modos de aborto:
A diferencia de todos los demás vehículos tripulados con capacidad para orbitar de los Estados Unidos (tanto los anteriores como los posteriores, a partir de 2024), el transbordador nunca voló sin astronautas a bordo. Para proporcionar una prueba extraorbital, la NASA consideró convertir la primera misión en un aborto RTLS. Sin embargo, el comandante de la STS-1, John Young , se negó, diciendo: "no practiquemos la ruleta rusa " [9] y "RTLS requiere milagros continuos intercalados con actos de Dios para tener éxito". [10]
Los abortos de contingencia implicaban la falla de más de un SSME y generalmente habrían dejado al orbitador incapaz de llegar a una pista. [11] Estos abortos tenían como objetivo asegurar la supervivencia del orbitador el tiempo suficiente para que la tripulación pudiera saltar. La pérdida de dos motores generalmente se habría podido sobrevivir utilizando el motor restante para optimizar la trayectoria del orbitador de modo de no exceder los límites estructurales durante el reingreso. La pérdida de tres motores podría haberse sobrevivido fuera de ciertas "zonas negras" donde el orbitador habría fallado antes de que fuera posible el rescate. [4] Estos abortos de contingencia se agregaron después de la destrucción del Challenger .
Antes del desastre del Challenger durante la misión STS-51-L , las opciones de aborto del ascenso que implicaban el fallo de más de un SSME eran muy limitadas. Si bien el fallo de un solo SSME era sobrevivible durante todo el ascenso, el fallo de un segundo SSME antes de unos 350 segundos (el punto en el que el orbitador tendría suficiente velocidad hacia abajo para llegar a un sitio TAL con un solo motor) significaría una LOCV, ya que no existía una opción de rescate. Los estudios mostraron que un amaraje en el océano no era sobrevivible. Además, la pérdida de un segundo SSME durante un aborto RTLS habría causado una LOCV excepto por el período de tiempo justo antes de MECO (durante el cual el orbitador podría llegar a KSC prolongando el tiempo de combustión del motor restante), al igual que una falla triple de SSME en cualquier momento durante un aborto RTLS.
Tras la pérdida del Challenger en la misión STS-51-L, se añadieron numerosas mejoras para la interrupción del vuelo. Con esas mejoras, la tripulación pudo sobrevivir a la pérdida de dos SSME durante todo el ascenso, y el vehículo pudo sobrevivir y aterrizar durante gran parte del ascenso. Los puntales que sujetan el orbitador al tanque externo se reforzaron para soportar mejor una falla múltiple de SSME durante el vuelo SRB. La tripulación pudo sobrevivir a la pérdida de tres SSME durante la mayor parte del ascenso, aunque la supervivencia en caso de que fallaran tres SSME antes de T+90 segundos era poco probable debido a las cargas de diseño que se superarían en los puntos de sujeción del orbitador/ET y SRB/ET de avanzada, y seguía siendo problemática en cualquier momento durante el vuelo SRB debido a la capacidad de control durante la preparación. [4]
Una mejora particularmente significativa fue la capacidad de rescate. A diferencia del asiento eyectable en un avión de combate, el transbordador tenía un sistema de escape de la tripulación en vuelo [12] (ICES). El vehículo se puso en un planeo estable con piloto automático, se voló la escotilla y la tripulación se deslizó hacia afuera en un poste para despejar el ala izquierda del orbitador. Luego se lanzarían en paracaídas a la tierra o al mar. Si bien esto al principio parecía utilizable solo en condiciones excepcionales, hubo muchos modos de falla en los que no era posible llegar a un lugar de aterrizaje de emergencia pero el vehículo todavía estaba intacto y bajo control. Antes del desastre del Challenger , esto casi sucedió en el STS-51-F , cuando un solo SSME falló aproximadamente a T+345 segundos. El orbitador en ese caso también era el Challenger . Un segundo SSME casi falló debido a una lectura de temperatura falsa; sin embargo, el apagado del motor fue inhibido por un controlador de vuelo de reacción rápida. Si el segundo SSME hubiera fallado dentro de los 69 segundos aproximadamente del primero, no habría habido suficiente energía para cruzar el Atlántico. Sin la capacidad de rescate, toda la tripulación habría muerto. Después de la pérdida del Challenger , se logró sobrevivir a ese tipo de fallas. Para facilitar los rescates a gran altitud, la tripulación comenzó a usar el traje de entrada al despegue y, más tarde, el traje de escape avanzado para la tripulación durante el ascenso y el descenso. Antes del desastre del Challenger , las tripulaciones para misiones operativas usaban solo trajes de vuelo de tela.
Otra mejora posterior al Challenger fue la incorporación de aterrizajes abortados en la Costa Este/Bermudas (ECAL/BDA). Los lanzamientos con una inclinación elevada (incluidas todas las misiones a la ISS ) habrían podido llegar a una pista de emergencia en la Costa Este de Norteamérica en determinadas condiciones. La mayoría de los lanzamientos con una inclinación menor habrían aterrizado en Bermudas (aunque esta opción no estaba disponible para los lanzamientos con una inclinación muy baja (aquellos con una inclinación orbital de 28,5°) que se lanzaron hacia el este desde el KSC y pasaron muy al sur de Bermudas).
Un aborto ECAL/BDA era similar a RTLS, pero en lugar de aterrizar en el Centro Espacial Kennedy , el orbitador intentaría aterrizar en otro sitio a lo largo de la costa este de América del Norte (en el caso de ECAL) o Bermudas (en el caso de BDA). Varios sitios de aterrizaje potenciales de ECAL se extendían desde Carolina del Sur hasta Terranova, Canadá. El sitio de aterrizaje designado en Bermudas era la Estación Aérea Naval de Bermudas (una instalación de la Armada de los Estados Unidos ). ECAL/BDA era un aborto de contingencia que era menos deseable que un aborto intacto, principalmente porque había muy poco tiempo para elegir el sitio de aterrizaje y prepararse para la llegada del orbitador. Todos los sitios pre-designados eran aeródromos militares o instalaciones civiles/militares conjuntas. Los sitios de emergencia ECAL no estaban tan bien equipados para acomodar un aterrizaje de orbitador como aquellos preparados para abortos RTLS y TAL. [13] Los sitios no estaban dotados de empleados o contratistas de la NASA y el personal que trabajaba allí no había recibido capacitación especial para manejar un aterrizaje de transbordador. Si alguna vez hubieran sido necesarios, los pilotos del transbordador habrían tenido que confiar en el personal de control de tráfico aéreo regular utilizando procedimientos similares a los utilizados para aterrizar un avión planeador que ha sufrido una falla total del motor.
Se añadieron otras numerosas mejoras en la interrupción del vuelo, principalmente en lo que respecta a un software mejorado para gestionar la energía del vehículo en varios escenarios de interrupción del vuelo. Esto permitió aumentar las posibilidades de llegar a una pista de emergencia en varios escenarios de fallo del SSME.
En muchas ocasiones se ha hablado de un sistema de escape de eyección, a veces llamado " sistema de escape de lanzamiento ", para el transbordador. Tras las pérdidas del Challenger y el Columbia , se expresó un gran interés por ello. Todos los vehículos espaciales tripulados estadounidenses anteriores y posteriores tienen sistemas de escape de lanzamiento, aunque a fecha de 2024 [actualizar]ninguno de ellos se ha utilizado nunca en un vuelo tripulado estadounidense.
Los dos primeros transbordadores, Enterprise y Columbia , fueron construidos con asientos eyectables . Estos dos vehículos estaban destinados a ser parte del programa de pruebas de transbordadores y volarían con una tripulación de dos pilotos de prueba o astronautas. Los transbordadores posteriores Challenger , Discovery , Atlantis y Endeavour se construyeron para misiones operativas con una tripulación de más de dos personas, incluidos asientos en la cubierta inferior, y las opciones de asientos eyectables se consideraron inviables. El tipo utilizado en los dos primeros transbordadores fueron versiones modificadas del asiento Lockheed SR-71 . Las pruebas de aproximación y aterrizaje voladas por Enterprise tenían estos como una opción de escape, y los primeros cuatro vuelos de Columbia también lo tenían como una opción de aborto de la tripulación. [14] Como STS-5 marcó el final del programa de vuelos de prueba de Columbia, y como una misión operativa con cuatro miembros de tripulación, los dos asientos eyectables de la cabina tenían sus motores de cohete retirados para el vuelo. El siguiente vuelo de Columbia ( STS-9 ) también se voló con los asientos deshabilitados de esta manera. Cuando el Columbia volvió a volar ( STS-61-C , lanzado el 12 de enero de 1986), ya había pasado por una revisión de mantenimiento completa en Palmdale y los asientos eyectables (junto con las escotillas explosivas) habían sido completamente removidos. Los asientos eyectables no se desarrollaron más para el transbordador por varias razones:
... En verdad, si hubieras tenido que usarlos mientras había sólidos, no creo que hubieras sobrevivido. Si hubieras salido y luego hubieras caído por el camino de fuego que hay detrás de los sólidos, no habrías sobrevivido, o si lo hubieras hecho, no habrías tenido paracaídas, porque se habría quemado en el proceso. Pero cuando los sólidos se hubieran quemado, ya habrías subido a una altitud demasiado alta para usarlo. ... Así que, personalmente, no sentí que los asientos eyectables fueran a ayudarnos realmente si realmente nos encontrábamos con una contingencia. [15]
Se planeó que el transbordador soviético Buran estuviera equipado con el sistema de escape de emergencia para la tripulación, que habría incluido asientos K-36RB (K-36M-11F35) y el traje de presión completa Strizh , calificado para altitudes de hasta 30.000 metros (98.000 pies) y velocidades de hasta Mach tres. [16] Buran voló solo una vez en modo completamente automatizado sin tripulación, por lo que los asientos nunca se instalaron y nunca se probaron en un vuelo espacial humano real.
Una alternativa a los asientos eyectables era una cápsula de escape para la tripulación o un sistema de escape de cabina en el que la tripulación se eyectaba en cápsulas protectoras o se eyectaba toda la cabina. Este tipo de sistemas se han utilizado en varios aviones militares. El B-58 Hustler y el XB-70 Valkyrie utilizaban eyección por cápsula, mientras que el General Dynamics F-111 y los primeros prototipos del Rockwell B-1 Lancer utilizaban eyección por cabina.
Al igual que los asientos eyectables, la eyección de la cápsula del transbordador habría sido difícil porque no existía una manera fácil de salir del vehículo. Varios miembros de la tripulación estaban sentados en la cubierta intermedia, rodeados por una estructura sustancial del vehículo.
La eyección de la cabina funcionaría en una porción mucho mayor del espacio de vuelo que los asientos eyectables, ya que la tripulación estaría protegida de la temperatura, las ráfagas de viento y la falta de oxígeno o vacío. En teoría, se podría haber diseñado una cabina eyectable para soportar el reingreso, aunque eso implicaría un costo, peso y complejidad adicionales. La eyección de la cabina no se llevó a cabo por varias razones:
Fuente: [18]
Los lugares de aterrizaje de emergencia predeterminados para el transbordador se eligieron en función de cada misión, según el perfil de la misión, las condiciones meteorológicas y la situación política regional. Los lugares de aterrizaje de emergencia durante el programa del transbordador incluyeron: [19] [20]
Un orbitador aterrizó en tres sitios que también están designados como sitios de aterrizaje de emergencia: la Base Aérea Edwards , el Centro Espacial Kennedy y el Puerto Espacial White Sands . Sin embargo, ninguno de los aterrizajes en estos tres sitios fue de emergencia. Estos sitios se enumeran en negrita a continuación.
Argelia
Australia
Bahamas
Barbados
Canadá [25]
Cabo Verde
Chile
Francia
Gambia
Alemania
Grecia
Islandia
Irlanda
Jamaica
Liberia
Marruecos
Portugal
Arabia Saudita
España
Somalia
Sudáfrica
Suecia
Pavo
Reino Unido
Territorios británicos de ultramar
Estados Unidos
República Democrática del Congo
Otras ubicaciones
En caso de una salida de órbita de emergencia que hiciera que el orbitador aterrizara en una zona que no estuviera dentro del alcance de un sitio de aterrizaje de emergencia designado, el orbitador teóricamente podría aterrizar en cualquier pista pavimentada de al menos 3 km (9.800 pies) de largo, lo que incluía la mayoría de los grandes aeropuertos comerciales. En la práctica, se hubiera preferido un aeródromo militar estadounidense o de un país aliado por razones de seguridad y para minimizar la interrupción del tráfico aéreo comercial.