Los modos de aborto del transbordador espacial eran procedimientos mediante los cuales se podía terminar el lanzamiento nominal del transbordador espacial de la NASA . Se produjo un aborto en la plataforma después del encendido de los motores principales del transbordador pero antes del despegue. Un aborto durante el ascenso que provocaría que el orbitador regresara a una pista o a una órbita inferior a la planificada se denominaba "aborto intacto", mientras que un aborto en el que el orbitador no podría alcanzar una pista, o cualquier aborto que implicara una falla de más de un motor principal, se denominó "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 (SSME) se encendieron aproximadamente 6,6 segundos antes del despegue, y las computadoras monitorearon su desempeño a medida que aumentaban el empuje. Si se detectara una anomalía, los motores se apagarían automáticamente y la cuenta atrás terminaría antes del encendido de los propulsores de cohetes sólidos (SRB) 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 comprometió a despegar. Si ocurría un evento que requería una interrupción después del encendido del SRB, no era posible comenzar el aborto hasta después del agotamiento y la separación del SRB, aproximadamente dos minutos después del lanzamiento. Hubo 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 cubrieron una amplia gama de problemas potenciales, pero el problema más comúnmente esperado fue una falla del motor principal , lo que provocó que el vehículo tuviera un empuje insuficiente para alcanzar su órbita planificada. Otras posibles fallas que no involucraron a los motores pero que requirieron una interrupción incluyeron una falla de la unidad de potencia auxiliar (APU) múltiple, una falla hidráulica progresiva, una fuga en la cabina y una fuga en el tanque externo.
Había cuatro modos de aborto intactos para el transbordador espacial. Los abortos intactos fueron diseñados para proporcionar un regreso seguro del orbitador a un lugar de aterrizaje planificado o a una órbita más baja que la que se había planeado para la misión.
El regreso al sitio de lanzamiento (RTLS) fue el primer modo de aborto disponible y podía seleccionarse justo después del descarte del SRB. El transbordador continuaría descendiendo para quemar el exceso de propulsor, así como subiría para mantener la velocidad vertical en abortos con una falla del motor principal. Después de quemar suficiente propulsor, el vehículo se inclinaría completamente y comenzaría a retroceder hacia el lugar de lanzamiento. Esta maniobra se denominó "lanzamiento motorizado" (PPA) y se programó para garantizar que quedara menos del 2% de propulsor en el tanque externo cuando la trayectoria del transbordador lo trajera de regreso al Centro Espacial Kennedy . Además, los motores OMS y del sistema de control de reacción (RCS) del transbordador impulsarían continuamente para quemar el exceso de propulsor OMS para reducir el peso del aterrizaje y ajustar el centro de gravedad del orbitador.
Justo antes de apagar el motor principal, se ordenaría al orbitador que se inclinara hacia abajo para garantizar la orientación adecuada para el lanzamiento 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 desechado, 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 aproximadamente 230.000 pies (70.000 m), lo suficientemente alta como para evitar someter el tanque externo a un estrés aerodinámico y calentamiento excesivos. La velocidad de corte dependería de la distancia que aún queda por recorrer para llegar al lugar de aterrizaje y aumentaría según la distancia del orbitador en el punto de corte. En cualquier caso, el orbitador volaría demasiado lento para deslizarse suavemente a una altitud tan elevada y comenzaría a descender rápidamente. Una serie de maniobras en rápida sucesión elevaría el morro del orbitador para nivelarlo una vez que alcanzara aire más denso, al mismo tiempo que se garantizaría que no se excedieran los límites estructurales del vehículo (el límite de carga operativa se fijó en 2,5 Gs). , y a 4,4 Gs se esperaba que las cápsulas OMS fueran arrancadas del orbitador).
Una vez completada esta fase, el orbitador estaría a unas 150 millas náuticas (278 km) del lugar de aterrizaje y en planeo estable, procediendo a realizar un aterrizaje normal unos 25 minutos después del despegue. [3]
Si un segundo motor principal fallara en algún momento durante la PPA, el transbordador no podría llegar a la pista de KSC y la tripulación tendría que abandonar. Una falla de un tercer motor durante el PPA provocaría la pérdida de control y la posterior pérdida de tripulación y vehículo (LOCV). La falla de los tres motores cuando la velocidad horizontal se acercaba a cero o justo antes del lanzamiento del tanque externo también resultaría en LOCV. [4]
El comunicador de la cápsula indicaría el punto del ascenso en el que ya no era posible un RTLS como "retorno negativo", aproximadamente cuatro minutos después del despegue, momento en el que el vehículo no podría liberar de forma segura la velocidad que había ganado en la distancia entre su posición en el rango descendente y el sitio de lanzamiento.
El modo de aborto RTLS nunca fue necesario en la historia del programa lanzadera. Se consideró 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 el tiempo como para descartar modos de aborto que consumían más tiempo. El astronauta Mike Mullane se refirió al aborto RTLS como un "acto de física antinatural", y muchos pilotos astronautas esperaban no tener que realizar tal aborto debido a su dificultad. [5]
Un aterrizaje abortado transoceánico (TAL) implicaba aterrizar en un lugar predeterminado 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] Debía usarse cuando la velocidad, la altitud y la distancia hacia abajo no permitían el regreso al punto de lanzamiento mediante Return To Launch Site (RTLS). También debía usarse cuando una falla menos crítica no requería el aborto RTLS, más rápido pero más peligroso.
Para problemas de rendimiento como fallas de motor, se habría declarado una interrupción 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 El modo de aborto cambió a Abortar una vez (AOA) seguido de Abortar en órbita (ATO). Sin embargo, en caso de una falla crítica en el tiempo, o una que pudiera poner en peligro la seguridad de la tripulación, como una fuga en la cabina o una falla en el enfriamiento, se podría llamar a TAL hasta poco antes del corte del motor principal (MECO) o incluso después de MECO en condiciones severas de baja velocidad. Luego, el transbordador habría aterrizado en una pista de aterrizaje previamente designada 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 del transbordador, se seleccionarían dos sitios según el plan de vuelo y contarían con 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 TAL tomaron de cuatro a cinco días y comenzaron una semana antes del lanzamiento, y la mayoría del personal de la NASA, el Departamento de Defensa y los contratistas llegaron 48 horas antes del lanzamiento. Además, dos aviones C-130 de la oficina de apoyo a los vuelos espaciales de la adyacente Base de la Fuerza Espacial Patrick (entonces conocida como Base de la Fuerza Aérea Patrick) transportarían a ocho miembros de la tripulación, nueve pararescatistas , 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 un controlador de vuelo de astronautas a bordo para comunicarse 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 una vez alrededor (AOA) estaba disponible si el transbordador no podía alcanzar una órbita estable pero tenía velocidad suficiente para rodear la Tierra una vez y aterrizar alrededor de 90 minutos después del despegue. Unos cinco minutos después del despegue, el transbordador alcanza una velocidad y una altitud suficientes para realizar una única órbita alrededor de la Tierra. [7] El orbitador luego procedería al reingreso; La NASA podría optar por 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 utilizar el aborto AOA fue muy corta, solo unos segundos entre las oportunidades de aborto TAL y ATO. Por lo tanto, era muy poco probable tomar esta opción debido a un mal funcionamiento técnico (como una falla del motor), aunque una emergencia médica a bordo podría haber requerido un aborto del AOA.
Este modo de aborto nunca fue necesario durante toda la historia del programa del Transbordador Espacial.
Un aborto de 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 cerca de 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 se debió a un apagado involuntario del motor causado por sensores de temperatura defectuosos. [7]
El momento en el que se hizo posible una ATO se denominó momento de "presionar hacia la ATO". En una situación ATO, el comandante de la nave espacial giró el interruptor del modo de aborto de la cabina a la posición ATO y presionó el botón de aborto. Esto inició las rutinas del software de control de vuelo que manejaron el aborto. En caso de pérdida de comunicación, el comandante de la nave espacial podría haber tomado la decisión de abortar y haber tomado medidas de forma independiente.
Una fuga de combustible de hidrógeno en una de las SSME durante la misión STS-93 provocó una ligera baja velocidad en el corte del motor principal (MECO), pero no requirió una ATO, y Columbia alcanzó su órbita planificada; si la fuga hubiera sido más grave, podría haber requerido un aborto ATO, RTLS o TAL.
Había un orden de preferencia para los modos de aborto:
A diferencia de todos los demás vehículos tripulados con capacidad orbital de los Estados Unidos (tanto anteriores como posteriores, a partir de 2021), el transbordador nunca voló sin astronautas a bordo. Para proporcionar una prueba no orbital incremental, la NASA consideró abortar la primera misión RTLS. Sin embargo, el comandante del STS-1, John Young , se negó y dijo: "no practiquemos la ruleta rusa " [9] y "RTLS requiere milagros continuos intercalados con actos de Dios para tener éxito". [10]
Los abortos de contingencia implicaron la falla de más de un SSME y, en general, habrían dejado al orbitador incapaz de llegar a una pista. [11] Estos abortos estaban destinados a garantizar la supervivencia del orbitador el tiempo suficiente para que la tripulación saliera del apuro. En general, se habría podido sobrevivir a la pérdida de dos motores utilizando el motor restante para optimizar la trayectoria del orbitador para no exceder los límites estructurales durante la reentrada. Se podría haber sobrevivido a la pérdida de tres motores 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 se podía sobrevivir al fallo de un único SSME durante el ascenso, el fallo de un segundo SSME antes de aproximadamente 350 segundos (el punto en el que el orbitador tendría suficiente velocidad descendente para llegar a un sitio TAL con un solo motor) significaría un LOCV, ya que no Existía la opción de rescate. Los estudios demostraron que no se podía sobrevivir a un hundimiento en el océano. Además, la pérdida de un segundo SSME durante un aborto RTLS habría causado un LOCV excepto durante el período de tiempo justo antes de MECO (durante el cual el orbitador podría llegar a KSC prolongando el tiempo de funcionamiento del motor restante), como Se produciría una triple falla de SSME en cualquier momento durante un aborto RTLS.
Después de la pérdida del Challenger en STS-51-L, se agregaron numerosas mejoras de aborto. Con esas mejoras, la tripulación ahora podía sobrevivir a la pérdida de dos SSME durante todo el ascenso, y el vehículo podía sobrevivir y aterrizar durante grandes partes del ascenso. Los puntales que sujetan el orbitador al tanque externo se reforzaron para soportar mejor una falla múltiple del SSME durante el vuelo del SRB. La tripulación pudo sobrevivir a la pérdida de tres SSME durante la mayor parte del ascenso, aunque la supervivencia en el caso de tres SSME fallidos antes de T+90 segundos era poco probable debido a las cargas de diseño que se excederían en el orbitador delantero/ET y SRB/ET adjuntos. puntos, y sigue siendo problemático en cualquier momento durante el vuelo del SRB debido a la controlabilidad durante la puesta en escena. [4]
Una mejora particularmente significativa fue la capacidad de rescate. A diferencia del asiento eyectable de un avión de combate, el transbordador tenía un sistema de escape para la tripulación a bordo [12] (ICES). El vehículo se puso en planeo estable con piloto automático, se abrió la escotilla y la tripulación deslizó un poste para despejar el ala izquierda del orbitador. Luego se lanzarían en paracaídas a la tierra o al mar. Si bien al principio esto solo parecía utilizable en condiciones excepcionales, hubo muchos modos de falla en los que no fue posible llegar a un lugar de aterrizaje de emergencia aunque el vehículo aún estuviera intacto y bajo control. Antes del desastre del Challenger , esto casi sucedió en STS-51-F , cuando un único SSME falló aproximadamente T+345 segundos. El orbitador en ese caso también era el Challenger . Un segundo SSME casi fracasa debido a una lectura de temperatura falsa; sin embargo, el apagado del motor fue inhibido por un controlador de vuelo de pensamiento rápido. Si el segundo SSME hubiera fallado aproximadamente 69 segundos después del primero, no habría habido energía suficiente para cruzar el Atlántico. Sin capacidad de rescate, toda la tripulación habría muerto. Después de la pérdida del Challenger , se pudo sobrevivir a ese tipo de fallas. Para facilitar los rescates a gran altitud, la tripulación comenzó a usar el traje de entrada al lanzamiento y luego el traje de escape avanzado para la tripulación durante el ascenso y el descenso. Antes del desastre del Challenger , las tripulaciones de las misiones operativas sólo vestían trajes de vuelo de tela.
Otra mejora posterior al Challenger fue la adición de aterrizajes abortados en la Costa Este/Bermuda (ECAL/BDA). Los lanzamientos de alta inclinación (incluidas todas las misiones de la ISS ) habrían podido llegar a una pista de aterrizaje de emergencia en la costa este de América del Norte bajo ciertas condiciones. La mayoría de los lanzamientos con inclinación más baja habrían aterrizado en Bermuda (aunque esta opción no estaba disponible para los lanzamientos con inclinación más baja, aquellos con una inclinación orbital de 28,5°, que se lanzaron hacia el este desde KSC y pasaron muy al sur de Bermuda).
Un aborto ECAL/BDA era similar al 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 posibles sitios de aterrizaje de ECAL se extendieron desde Carolina del Sur hasta Terranova, Canadá. El lugar de aterrizaje designado en las Bermudas fue la Estación Aérea Naval de las Bermudas (una instalación de la Armada de los Estados Unidos ). ECAL/BDA fue un aborto de contingencia menos deseable que un aborto intacto, principalmente porque había muy poco tiempo para elegir el lugar de aterrizaje y prepararse para la llegada del orbitador. Todos los sitios predesignados eran aeródromos militares o instalaciones civiles y militares conjuntas. Los sitios de emergencia ECAL no estaban tan bien equipados para acomodar el aterrizaje de un orbitador como los preparados para abortos RTLS y TAL. [13] Los sitios no contaban con empleados o contratistas de la NASA y el personal que trabajaba allí no recibió capacitación especial para manejar el aterrizaje de un transbordador. Si alguna vez fueran necesarios, los pilotos del transbordador habrían tenido que depender del personal regular de control de tráfico aéreo utilizando procedimientos similares a los utilizados para aterrizar un avión planeador que ha sufrido una falla total del motor.
Se agregaron muchas otras mejoras de aborto, principalmente relacionadas con software mejorado para administrar la energía del vehículo en varios escenarios de aborto. Esto permitió una mayor posibilidad de llegar a una pista de emergencia para varios escenarios de falla de SSME.
Se había discutido muchas veces para el transbordador un sistema de escape de eyección, a veces llamado " sistema de escape de lanzamiento ". Después de las pérdidas del Challenger y del Columbia , se expresó un gran interés en esto. Todos los vehículos espaciales tripulados estadounidenses anteriores y posteriores tienen sistemas de escape de lanzamiento, aunque hasta 2021 [actualizar]ninguno se ha utilizado para un vuelo con tripulación estadounidense.
Los dos primeros transbordadores, Enterprise y Columbia , fueron construidos con asientos eyectables . Estos dos vehículos estaban destinados a formar parte del programa de pruebas del transbordador y volarían con una tripulación de dos pilotos de pruebas o astronautas. Los transbordadores posteriores Challenger , Discovery , Atlantis y Endeavour se construyeron para misiones operativas con una tripulación de más de dos personas, incluidos los 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 realizadas por Enterprise las tenían como opción de escape, y los primeros cuatro vuelos de Columbia también las tenían como opción de aborto de la tripulación. [14] Con STS-5 marcando el final del programa de vuelo de prueba de Columbia, y como una misión operativa con cuatro miembros de la tripulación, a los dos asientos eyectables de la cabina se les quitaron los motores de cohete para el vuelo. El siguiente vuelo de Columbia ( STS-9 ) también se realizó con los asientos inhabilitados de esta manera. Cuando el Columbia voló de nuevo ( STS-61-C , lanzado el 12 de enero de 1986), había pasado por una revisión de mantenimiento completa en Palmdale y los asientos eyectables (junto con las escotillas explosivas) se habían retirado por completo. Los asientos eyectables no se desarrollaron más para el transbordador por varias razones:
...en verdad, si tuvieras que usarlos mientras los sólidos estaban allí, no creo que [sobrevivieras]—si salieras y luego bajaras por el rastro de fuego que está detrás de los sólidos, tendrías sobrevivido alguna vez, o si lo hubieras hecho, no tendrías paracaídas, porque se habría quemado en el proceso. Pero cuando los sólidos se quemaron, ya estabas a una altura demasiado alta para usarlos. ... Así que personalmente no sentí que los asientos eyectables realmente nos fueran a ayudar si realmente nos encontráramos con una contingencia. [15]
Se planeó equipar el transbordador soviético Buran con el sistema de escape de emergencia de la tripulación, que habría incluido asientos K-36RB (K-36M-11F35) y el traje de presión total Strizh , calificado para altitudes de hasta 30.000 metros (98.000 pies). y acelera hasta Mach tres. [16] Buran voló sólo una vez en modo totalmente 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 en la cabina en el que la tripulación era expulsada en cápsulas protectoras o toda la cabina era expulsada. Estos sistemas se han utilizado en varios aviones militares. El B-58 Hustler y el XB-70 Valkyrie utilizaron expulsión de cápsula, mientras que el General Dynamics F-111 y los primeros prototipos del Rockwell B-1 Lancer utilizaron expulsión de cabina.
Al igual que los asientos eyectables, la expulsión 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 central, rodeados por una importante estructura de vehículos.
La eyección de la cabina funcionaría para una porción mucho mayor de la envolvente del 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 de eyección para resistir el reingreso, aunque eso implicaría costos, peso y complejidad adicionales. No se llevó a cabo la expulsión de la cabina por varias razones:
Fuente: [18]
Los lugares de aterrizaje de emergencia predeterminados para el orbitador se eligieron misión por misión de acuerdo con el perfil de la misión, el clima y las situaciones políticas regionales. Los sitios de aterrizaje de emergencia durante el programa del transbordador incluyeron: [19] [20]
Un orbitador ha aterrizado en tres sitios que también están designados como sitios de aterrizaje de emergencia: la Base de la Fuerza Aérea Edwards , el Centro Espacial Kennedy y el Puerto Espacial White Sands . Sin embargo, ninguno de los aterrizajes en estos tres sitios ha sido aterrizajes 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 el caso de una salida de órbita de emergencia que derribara al orbitador en un área que no estuviera dentro del alcance de un sitio de aterrizaje de emergencia designado, el orbitador era teóricamente capaz de aterrizar en cualquier pista pavimentada que tuviera al menos 3 km (9.800 pies) de largo, lo que incluía la mayoría de los grandes aeropuertos comerciales. En la práctica, se habría preferido un aeródromo militar estadounidense o aliado por razones de seguridad y para minimizar la interrupción del tráfico aéreo comercial.