Lássunk tisztán: Mi történt a Szojuz űrhajóval?

Nemzetközi Űrállomás

A Nemzetközi Űrállomás (International Space Station - ISS) jelenleg az egyetlen állandó jelleggel lakott űreszköz, első modulját 1998-ban állították alacsony Föld körüli pályára. 5 űrügynökség (Roszkoszmosz - orosz, NASA - amerikai, JAXA - japán, ESA - európai, CSA - kanadai) együttműködésének köszönhetően 2011-re érte el mai, közel teljesnek mondható felépítettségét (kb. 932 köbméter nyomás alatt lévő térfogat, hosszában és széltében körülbelül egy futballpályányi kiterjedés). Az űrállomás az egyetlen alkalmas hely mikrogravitációs környezetben végzendő kísérletekhez. Jelenleg az 57. számú expedíció három űrhajósa által lakott űrállomás működéséhez elengedhetetlen állandó ember által elvégzett karbantartás.

 

 

A Nemzetközi Űrállomás a Space Shuttle-ról fotózva.

 

Szojuz űrhajórendszer

Az amerikai űrsikló (Space Shuttle) program 2011-es leállítása óta, az orosz Szojuz (Сою́з) űrhajórendszer az egyetlen ember szállítására alkalmas űreszköz amely képes a Nemzetközi Űrállomás legénységcseréinek megbízható végrehajtására. Az űrhajórendszer az október eleji anomália előtt egymás után 90 sikeres küldetést tudhat magáénak (utoljára 1983-ban volt sikertelen indítás), összesen 139 emberes űrrepülésből 129 volt sikeres és 10 sikertelen. A Szojuz-MSZ 2016 óta használt, hatodik generációs, új digitális fedélzeti számítógéppel ellátott modifikációjának tizedik repülése volt a múltheti. A jelenlegi, még főképp spekuláción alapuló magyarázat szerint, a Szojuz-MSZ űrhajó teljesen megfelelően működött a repülés teljes időtartalma alatt.

 

 

 

A Szojuz-MSZ űrhajó felépítése balról jobbra: orbitális modul, visszatérő modul, szervíz modul

 

Szojuz hordozórakéta

A Szojuz hordozórakéta a legtöbbet repült rakétatípus, az 1960-as években a szovjet rakétakonstruktőr Szergej Koroljov által tervezett, a Gagarin által is használt Vosztok rakétához hasonlóan az R-7 interkontinentális ballisztikus rakétából származtatott rakétacsalád. Ebbe a rakétacsaládba tartozott az a Szojuz-FG hordozórakéta is, amelynek feladata lett volna a Szojuz-MSZ űrhajó orbitális pályára állítása. Jelenlegi ismereteink szerint a hordozórakéta meghibásodása okozta az MSZ-10 küldetés megszakítását. A rakétacsalád különböző variánsai több mint 1200 repülést hajtottak végre, 97 % körüli sikerességi rátával. A legújabb Szojuz 2.1x verziójú rakétával az utóbbi időben több probléma is felmerült, de az emberes űrrepülések mindegyike még a régebbi FG típust használta, amely kiváló megbízhatóságáról ismert.

 

 

Az emberes űrrepülések még a Szojuz-FG rakétatípust használják, amely az MSZ-10 küldetés előtt hibátlan statisztikával rendelkezett.

 

A Szojuz MSZ-10 küldetés előzményei

A Szojuz MSZ-10 volt az idei év harmadik emberes indítása az ISS-re, a csökkentett orosz finanszírozásnak köszönhetően a háromszemélyes űrhajó repülésére ez alkalommal csak két űrhajóst, az orosz Alekszej Ovcsinyint és az amerikai Nick Haguet jelölték ki. Ovcsinyin parancsnoknak második, Hague számára pedig az első űrrepülés lett volna az MSZ-10. Az űrhajósok repülését alapos, hosszan tartó kiképzés előzte meg, továbbá Nick Hague felkészült az általa elvégzendő űrsétára is, amelynek keretében az űrállomás energiaellátó rendszerének karbantartása lett volna a feladata. A rakéta indítását 2018. október 11-én helyi idő szerint 14 óra 40 percre tervezték, a Bajkonuri űrrepülőtér 1/5 (Gagarin) indítóállásából.

 

 

A két űrhajós a repülést megelőző sajtótájékoztatón. Balról jobbra: Nick Hague - pilóta (amerikai), Alekszej Ovcsinyin - parancsnok (orosz).

 

 

A két űrhajós a startálláson, indulás előtt. Úgy készültek, hogy hat órás repülés után érkeznek meg a Nemzetközi Űrállomásra. Ezzel szemben bő 25 perc múlva újra visszatértek a Földre, miután a hordozórakéta meghibásodása miatt az automatika megszakította a küldetést.

 

A repülésről részletesen

A Szojuz-FG hordozórakéta, tetején a Szojuz-MSZ űrhajórendszerrel és a két űrhajóssal október 11-én helyi idő szerint 14 óra 40 perckor sikeresen elhagyta az indítóállást, és az első fokozat normális működése mellett szuperszónikus sebességre gyorsított. A küldetés kezdete után 1 perccel és 54 másodperccel  a mentőrakéta (SAS rendszer) sikeresen levált a rakéta tetejéről. Ettől a pillanattól kezdve az űrhajót vészhelyzet esetén az aerodinamikai borításba épített apró hajtóművek távolíthatják el megfelelő távolságra. Négy másodperccel később az első fokozatot alkotó négy oldal gyorsítórakéta elfogyasztotta a teljes üzemanyagkészletét, ennek megfelelően a hordozórakéta fedélzeti számítógépe kiadta a parancsot a gyorsítórakétákat leválasztó folyamatsor megindítására.

 

 

A repülés első pillanatai, ekkor még minden rendben volt a Szojuz-FG rakétával.

 

A négy gyorsítórakéta mindegyike sikeresen levált a középső fokozatról, de a jelenlegi bizonyítékok alapján nagy bizonyossággal kijelenthető, hogy az egyik gyorsítórakéta tizedmásodpercekkel később nekiütközött a középső, működésben lévő fokozatnak. Ekkor láthattunk utoljára élő képet a NASA TV közvetítésében, amelyben szakavatott szem számára már ekkor kiderült, hogy valami nincs rendben. Az adás elvesztése előtt előbb láthattuk a Szojuz űrhajó belső kamerás felvételét, amint a fokozatleválasztás hatására szokatlan erős oldalirányú erőhatás éri az űrhajósokat (repült az űrhajós által használt tablet), majd megakadt a kép, ekkor a közvetítés földi kamerára váltott, ahol szokatlan fehér füst és törmelékhalmaz volt látható.

 

 

A televíziós közvetítés utolsó képkockája a jelvesztés előtt. A fokozat leválasztást követően erős oldalerők érték az űrhajót, az űrhajósok kezéből elszabadultak a repülési tervdokumentációt tartalmazó tabletek. Nick Hague szerint az erőhatásokat az űrhajórendszer mentőrakétái okozták, miközben biztonságos távolságra vitték a legénységet a megsemmisülő rakétától. Hamarosan a rádiókapcsolat és a telemetria is elveszett, a leszállás után műholdas telefonon jelezték a moszkvai küldetésirányításnak, hogy sikeresen földet értek.

 

Ezután már nem ismerni pontosan a történteket, a cikkíró a jelenlegi bizonyítékok alapján próbálja meg rekonstruálni az eseményeket. Ekkor már nem volt lejövő kép az űrhajóról, egy repülési animációt láthattunk, és hallhattuk az angol tolmács jóvoltából amint a parancsnok vészhelyzetet jelent, és leolvassa a műszerekről, hogy meghibásodott a hordozórakéta. Ezután Ovcsinyin beszámol arról, hogy súlytalanságot tapasztalnak amely arra utalt, hogy a második fokozat nem üzemel. Szemtanúk beszámolói alapján, a vizsgálat jelenlegi állása szerint és az utolsó bejövő képek alapján feltételezhető, hogy a rakétának csapódó üres fokozat megsértette a második fokozat alsó felét, és valamilyen hajtóanyag szabadon távozhatott, ez okozta a fehér füstöt. Nagyobb esély van arra, hogy nem a fő üzemanyagtartály és a hajtóművek sérültek meg, azok leállását a fedélzeti számítógép rendelhette el. Kézenfekvő magyarázat, hogy a rakéta térbeli orientációját biztosító hajtóművek üzemanyaga távozott, és ennek volt köszönhető az élőképen látható teljes rakétát érintő imbolygás. Röviddel ezután az űrkapszula fedélzeti számítógépe elrendelte a visszatérő modul és az orbitális modul leválasztását a rakétáról, majd begyújtotta a mentőrakétákat, így az űrhajó biztonságos távolságba eltávolodott a törmelékfelhőtől.

 

 

Füst és törmelék röviddel a fokozatleválasztás után. Az egyik nem megfelelően leváló gyorsítórakéta egyenesen a második fokozat üzemanyagtartályának csapódhatott és az üzemanyag a levegőbe távozott.

 

Az ekkorra elért sebesség elégtelen arra, hogy az űrhajó orbitális pályára álljon, így az űrhajó megkezdte a felkészülést a visszatérésre. Ebben a konfigurációban nincs lehetőség az aerodinamikát kihasználó visszatérésre, amelynek nagy előnye, hogy a visszatérő modul forgása segítségével felhajtóerőt termeljen, így hosszabb úton oszlik el a visszatéréskor fellépő lassulás, kisebb G értékeket eredményezve. Ennek okán az űrhajó ballisztikus pályán, a megszokottnál jóval magasabb 6,7 G lassulással lassult hangsebesség alá, majd ejtőernyős fékezéssel "puha" leszállást hajtott végre, az indítás helyétől kb. 200 kilométerre, Zsezkazgan városától 8 kilométerre. A mentőcsapatoknak másfél órát vett igénybe a leszállóhely megközelítése. A két "űrhajóst" (Hague nem kvalifikált űrhajósnak, mert nem érte el az űr határát jelképező 100 km magasan elhelyezkedő Kármán-vonalat) helikopterrel Bajkonurba szállították orvosi vizsgálatra, ahol az orvosok semmilyen problémát nem észleltek a legénység állapotában, majd hazatérhettek családjuk körébe. Jelenlegi tervek szerint a két űrhajós tavasszal az MSZ-12 küldetés során próbálkozhat újra az űrrepüléssel.

 

 

A Szojuz MSZ-8 űrhajó leszállása a kazak sztyeppén. Az MSZ-10 leszállásáról nem készültek képek, de a visszatérést követően azonos koreográfia szerint történtek az események egy nominális küldetéshez képest. A mentőcsapatok megérkezése másfél órát vett igénybe, az űrhajósok röviddel a földet érés után műholdas telefonon értesítették családjukat és a moszkvai küldetésirányítást a sikeres leszállásról.

 

Miért ütközhetett az egyik gyorsítórakéta a második fokozatnak?

Nem sokkal a repülés után a Roszkoszmosz és a NASA is elindította a vizsgálatokat a hibaok(ok) felderítésére. Minden emberes űrrepülést azonnali hatállyal a vizsgálat lezárultáig felfüggesztettek. Az orosz űrügynökség október 20-ra ígérte az előzetes eredményeket a vizsgálattal kapcsolatban, így csak találgathatunk mi okozta a balesetet. Több magyarázat is kering szakmai berkekben az esettel kapcsolatban, amelyek közül a legvalószínűbb, a meglévő bizonyítékokat maradéktalanul megmagyarázó a következő: az egyik gyorsítórakéta üzemanyag-kieresztő szelepének meghibásodása. A Szojuz rakéta mivel igen régi technológia, elég speciális fokozatleválasztó mechanizmust használ. A gyorsítórakétát két fő rögzítési ponton, alul, illetve felül rögzítik a középső fokozathoz. A leválasztási folyamat részeként elsőként az alsó rögzítési pontot oldják, ezután a még meglévő tolóerő által generált forgatónyomaték a felső rögzítési pont körül elfordítja a gyorsítórakéta alját, így azt eltávolítva a rakéta többi részétől. Pillanatokkal később kiold a felső rögzítési pont is, amellyel egyidőben a gyorsítórakéta tetején egy üzemanyag szelepnek kell kinyílnia, ahol a maradék hajtóanyag kiáramlása által az is eltávolodik a középső fokozattól. Ez az a szelep ami feltételezhetően nem megfelelően működött, így a gyorsítórakéta teteje a rakéta irányába állt, és a maradék tolóerő egyenesen belevezette a kiürült fokozatot az üzemelő második fokozatba.

 

 

 

A Szojuz gyorsítórakétáinak nominális leválasztása. 1.: alsó rögzítési pont oldása 2.: forgatónyomaték eltávolítja a booster fokozat alját 3.: felső rögzítési pont oldása 4.: üzemanyag kiáramoltatása szelep segítségével, booster fokozat ütközésmentes eltávolítása. Az MSZ-10 repülés során feltehetően a 4. lépésben történt anomália, valószínűleg az üzemanyag kiáramoltatását szabályzó szelep meghibásodása miatt.

 

Milyen hatása van az esetnek az emberes űrrepülésre?

Most még korai erről beszélni, de néhány dolog már kezd kirajzolódni. A vizsgálat ideális esetben lezárulhat pár héten belül és ha beigazolódik a szelepes teória, egy novemberi Progress teherűrhajó repülésén lehetne is a javításokat tesztelni. Ebben az esetben december közepén maximum pár napos csúszással megvalósulhat az előre tervezett MSZ-11 személyzetcsere. A jelenleg az ISS-en lévő személyzet visszatérése decemberre van szintén előirányozva, és mivel az általuk visszatérésre használt űrhajó (MSZ-9) 200 napos szavatossági ideje december végén lejár, így a küldetés jelentős meghosszabbítása nem jöhet szóba, kivéve, ha egy automatikus üzemmódban repülő új űrhajót indítanak az űrállomásra, lecserélve a már nem használható Szojuzt. Legvégső esetben lehetséges az űrállomás magára hagyása, amely 2000 óta állandóan lakott. Az év elejére tervezett a SpaceX újgenerációs Dragon Crew űrhajójának legénység nélküli berepülése, amelynek szüksége van az űrállomáson tartózkodó űrhajósokra, így ebben az esetben ez is újabb jelentős késéseket szenvedne. Rövidtávú következményként említhető a jövő heti űrséta elmaradása, mivel Nick Hague volt az egyik űrhajós akit kijelöltek erre a feladatra.

 

 

Amerikai űrhajósok dolgoznak a Nemzetközi Űrállomás rácsszerkezetének (truss elements) karbantartásán egy űrséta során. A most földön ragadt Nick Hague lett volna az egyik űrhajós akinek a feladata az új áramellátó rendszer telepítése lett volna.

 

 

 

A Space Exploration Technologies (SpaceX) cég által fejlesztett újgenerációs Dragon Crew emberes űrhajó renderelt képe ahogyan dokkol a Nemzetközi Űrállomásra. Az űrhajó személyzet nélküli berepülése 2019 januárra volt ütemezve, jelenleg nem tudni érinti e a Szojuz incidens.

 

A cikket írta: Kovács Krisztián, képek forrása a NASA Flickr oldala. A vizsgálat lezárulta után újabb cikkel jelentkezem.