Приложение Ф: личные наблюдения по поводу надежности шаттла

Раздумья

 

Сейчас, когда я провел больше времени, размышляя обо всем произошедшем, я понимаю, что мне все же нравится мистер Роджерс, и мне кажется, что все, в общем‑ то, прошло хорошо. Я считаю, что он замечательный человек. За время работы комиссии я сумел оценить его таланты и его способности и очень его уважаю. Мистер Роджерс – очень хороший и спокойный человек, так что я оставляю возможность – не как подозрение, но как нечто неизвестное, – что он мне нравится, потому что он знал, как сделать так, чтобы мне понравиться. Я предпочитаю считать, что он действительно прекрасный человек и что он именно такой, каким кажется. Но я пробыл в Вашингтоне достаточно долго, чтобы знать, что я могу и ошибаться.

Я не совсем уверен, что мистер Роджерс думает обо мне. Он создает у меня впечатление, что, несмотря на то, что в начале я был для него как геморрой, он все же очень хорошо ко мне относится. Возможно, я ошибаюсь, но если он относится ко мне так же, как отношусь к нему я, то это здорово.

 

Мистер Роджерс, будучи юристом, выполнял сложную работу по руководству комиссией, расследующей, в сущности, проблему технического характера. С помощью доктора Кила он, по‑ моему, отлично справился с ее технической стороной. Однако меня поразили те странные вещи, которые были связаны с большими шишками в НАСА.

Всякий раз, когда мы разговаривали с руководителями высшего звена, они беспрестанно твердили, что ничего не знали о проблемах, возникавших внизу. То же самое мы получаем и в слушаниях по делу «Иран‑ Контра»[41], но в то время такая ситуация была для меня в новинку: либо парни, которые занимают высокие посты, действительно не знали ничего, но они просто должны были знать, либо они знали, тогда они нам лгут.

Когда мы узнали, что мистер Маллой надавил на «Тиокол», чтобы получить согласие на запуск, мы продолжали выслушивать, что менеджеры каждого последующего звена НАСА ничего об этом не знали. Вы подумали бы, что мистер Маллой во время этого обсуждения уведомил вышестоящих лиц, сказав что‑ то вроде: «Есть вопрос по поводу завтрашнего запуска шаттла, и инженеры компании “Тиокол” возражают против запуска, но мы все равно решили запускать шаттл – что вы думаете по этому поводу»? Но вместо этого Маллой сказал что‑ то вроде: «Все вопросы разрешены». Судя по всему, была какая‑ то причина того, почему парни, занимающие нижний уровень, не сообщают о своих проблемах на следующий уровень.

Я изобрел теорию, которую обсудил с немалым количеством людей, многие из которых объяснили мне, почему она ошибочна. Но я не помню их объяснений, а потому не могу удержаться от того, чтобы рассказать вам, что, на мой взгляд, привело к подобному отсутствию передачи информации в НАСА.

Когда НАСА пыталась осуществить проект по отправке человека на Луну, то все были охвачены жутким энтузиазмом: это была цель, достичь которой стремился каждый. Никто не знал, возможно ли это, но все помогали друг другу.

Эта мысль появилась у меня потому, что я работал в Лос‑ Аламосе и испытал напряжение и давление совместной работы по созданию атомной бомбы. Когда у кого‑ то возникает проблема – скажем, с детонатором, – каждый знает, что это серьезная проблема, все придумывают разные способы ее решения, вносят свои предложения, и, услышав о решении, все приходят в восторг, потому что это значит, что их работу теперь можно использовать: если бы детонатор не сработал, то не сработала бы и бомба.

Я понял, что то же самое происходило раньше и в НАСА: если не получится сделать хороший скафандр, то они не смогут отправиться на Луну. Таким образом, каждый заинтересован в проблемах другого.

Но потом, по завершении проекта по полету на Луну, у НАСА остались все люди, которые им занимались: огромная организация в Хьюстоне, огромная организация в Хантсвилле, не говоря уже о Кеннеди во Флориде. Вы же не захотите увольнять людей и выбрасывать их на улицу по завершении большого проекта, так что встает проблема – что делать?

Вы должны убедить Конгресс в существовании проекта, который способна реализовать только НАСА. Чтобы это сделать, необходимо – по крайней мере, в этом случае казалось, что необходимо – преувеличить: преувеличить, насколько экономичным будет шаттл, преувеличить частоту его полетов, преувеличить количество грандиозных научных открытий, которые будут сделаны. «Шаттл способен выполнять столько‑ то полетов, это будет стоить столько‑ то; мы летали на Луну, поэтому мы можем сделать это! »

Тем временем, я могу догадываться, что инженеры на нижних уровнях говорят: «Нет, нет! Мы не можем сделать столько полетов. Если мы должны реализовать столько полетов, то это будет означать то и то! » И: «Нет, мы не можем это сделать с таким количеством денег, потому что это значит, что мы должны делать так и эдак! »

Однако вышестоящие парни, которые пытаются получить у Конгресса «добро» на свои проекты, не хотят слышать ничего подобного. Будет лучше, если они не будут это слышать, так они будут «честнее» – они не хотят лгать Конгрессу! Так что очень скоро отношение начинает изменяться: неприятная информация, поступающая снизу – «У нас проблема с уплотнениями; ее нужно решить до следующего полета», – подавляется большими шишками и менеджерами среднего звена, которые говорят: «Если вы будете говорить мне о проблеме уплотнений, то нам придется запретить полеты шаттла, чтобы ее решить». Или: «Нет, нет, продолжайте полеты, потому что иначе это будет плохо выглядеть со стороны»; или: «Не говорите мне ничего; я не хочу этого слышать».

Возможно, они не говорят открыто: «Не говорите мне», – но они препятствуют передаче информации, что равносильно тому же. Вопрос состоит не в том, что было записано или кто кому и о чем должен рассказывать, а в том, действительно ли, когда вы рассказываете кому‑ то о какой‑ то проблеме, этот человек с удовольствием вас слушает и говорит: «Расскажите мне еще» и «А вы вот это и это пробовали? » или «Что ж, посмотрим, что вы можете сделать», – что создает совершенно иную атмосферу. Но если вы раз, другой пытаетесь что‑ то сказать и вас все время отталкивают, то очень скоро вы решаете: «Да идите вы все к черту».

Так вот моя теория: из‑ за того, что преувеличение верхов не совпадало с действительностью, с которой сталкивались низы, передача информации сначала замедлялась, а потом и вовсе прекратилась. Вот так и появилась одна из возможностей, что шишки многого не знали.

 

Другая возможность состоит в том, что эти шишки на самом деле знали и просто говорили, что не знают.

Я попробовал найти предыдущего директора НАСА – сейчас я не помню его имени, – который возглавляет какую‑ то компанию в Калифорнии. Я подумал, что поговорю с ним, когда буду дома во время одного из своих коротких отпусков, и скажу ему: «Все они говорят, что не знают. В этом есть смысл? Как узнать, правда ли это? »

Он так и не ответил ни на один из моих звонков. Быть может, он не хотел разговаривать с членом комиссии, который расследует поведение вышестоящих лиц; быть может, он уже по горло был сыт НАСА и больше не хотел с этим связываться. А поскольку я тоже был занят, то не слишком настаивал.

Было множество разных вопросов, которые мы не расследовали. Один из них был связан с загадкой мистера Беггса, бывшего директора НАСА, которого сняли с поста во время некоего расследования, которое не имело никакого отношения к шаттлу; незадолго до катастрофы его заменил Граэм. Тем не менее, оказалось, что Бегтс каждый день приходил в свой старый офис. К нему приходили люди, хотя он никогда не разговаривал с Граэмом. Чем он занимался? Руководил ли он по‑ прежнему каким‑ нибудь направлением деятельности НАСА?

Время от времени я пытался заинтересовать мистера Роджерса подобными мелочами. Я говорил: «В нашей комиссии есть юристы, есть руководители компаний: прекрасные люди с опытом работы в различных областях. У нас есть люди, которые знают, как вытянуть ответ из парня, когда он не хочет что‑ нибудь говорить. Я не знаю, как это сделать. Если кто‑ то говорит мне, что вероятность выхода из строя равна 1 к 10⁵, я знаю, что он несет чушь – но я не знаю, что естественно для бюрократической системы. Мы должны были собрать больших шишек вместе и задавать им вопросы: как мы расспрашивали менеджеров второго уровня вроде мистера Маллоя, так мы должны расспросить и менеджеров первого уровня».

Он отвечал: «Да, я с Вами согласен».

Позже мистер Роджерс рассказал мне, что написал письмо каждому из высокопоставленных лиц, но они ответили, что им нечего нам рассказать.

 

Был также и вопрос давления со стороны Белого Дома.

Идея отправить в космос учителя в качестве символа приверженности нации к образованию принадлежала президенту. Он выдвинул эту идею год назад в обращении к Конгрессу. Теперь, год спустя, опять приближалось время ежегодного обращения. Было бы идеально, если бы во время этого обращения учитель из космоса говорил с президентом и Конгрессом. Случайные свидетельства всегда производят самое сильное впечатление.

Я переговорил на этот счет со многим людьми и узнал разные мнения, но, в конечном итоге, пришел к выводу, что давления со стороны Белого Дома не было.

Во‑ первых, человек, который вынудил «Тиокол» изменить свою позицию, мистер Маллой, был менеджером второго уровня. Заранее никто не мог предсказать, что может помешать запуску шаттла. Если представить, что Маллою сказали: «Сделайте так, чтобы завтра шаттл полетел, так как этого хочет президент», – то нужно представить, что все остальные на его уровне тоже должны были получить это предупреждение – а на его уровне много людей. Сообщить подобную информацию такому количеству людей – значит точно знать, что будут утечки. Так что такое давление было, скорее всего, невероятно.

Ко времени окончания работы комиссии я гораздо лучше понял характер операций в Вашингтоне и в НАСА. Наблюдая за их работой, я понял, что люди, работающие в большой системе наподобие НАСА знают, что нужно делать и им не нужно об этом говорить.

Большое давление в отношении продолжения полетов шаттла уже существовало. У НАСА был графиков полетов, которого старались придерживаться просто для того, чтобы показать возможности НАСА – вне зависимости от того, собирается ли президент выступать с речью или нет. Поэтому я не верю, чтобы Белый Дом прикладывал какие‑ то усилия или напрямую давил на НАСА. В этом не было необходимости, поэтому я не верю, что это имело место.

Я мог бы провести для вас небольшую аналогию с тем, что происходило. Все вы знаете знаки, которые иногда появляются в задних окнах автомобиля – маленькие желтые ромбики, на которых написано: В МАШИНЕ РЕБЕНОК, или что‑ нибудь вроде того? Вам не нужно говорить мне, что в машине ребенок; я все равно буду ехать осторожно! Что я должен сделать, увидев подобную надпись: вести себя как‑ то иначе? Будто бы я прямо сразу поеду более осторожно и не стану врезаться в машину с ребенком, когда я и так не собираюсь врезаться в эту машину!

Точно также и НАСА пыталась запустить шаттл при любых обстоятельствах: не нужно сообщать, что там ребенок или что там учитель, или что именно этот шаттл важно запустить для президента.

 

Теперь, когда я обсудил с некоторыми людьми свои впечатления от работы в комиссии, я думаю, что начал понимать кое‑ что, чего не понимал раньше. Например, то, что я сказал доктору Килу и что его так сильно расстроило. Недавно я поговорил с человеком, который провел в Вашингтоне очень много времени, и я задал ему конкретный вопрос, который, если бы он не воспринял его правильно, можно было бы счесть серьезным оскорблением. Мне бы хотелось подробнее остановиться на этом вопросе, потому что, по‑ моему, именно об этом я и пытался заговорить с доктором Килом.

Единственная возможность достичь реального успеха в науке, знакомой мне области, – аккуратно описать полученные факты, независимо от того, какими вам хочется их представить. Если у вас есть теория, то вы должны попытаться объяснить все ее хорошие и плохие стороны, уделив им равное внимание. В науке учишься нормальной цельности и честности.

В других областях, например, в бизнесе, все иначе. Скажем, почти каждая реклама, которую вы видите, совершенно очевидно предназначена, так или иначе, для того, чтобы обмануть покупателя: то, что вам не хотят показывать, напечатано мелким шрифтом; все предложения составлены весьма двусмысленно. Любому человеку ясно, что продукт представляют не по‑ научному, так как отсутствует равновесие между его плохими и хорошими качествами. Поэтому в торговле наблюдается недостаток честности.

Моему отцу были присущи дух и честность ученого, но он занимался торговлей. Я помню, что как‑ то спросил у него: «Как честный человек может торговать? »

Он ответил: «Откровенно говоря, многие торговцы ведут себя нечестно – им кажется, что так легче продавать. Но я пытался быть честным и нахожу, что у такого поведения есть свои преимущества. На самом деле я и не сумел бы торговать по‑ другому. Если покупатель вообще думает, то он поймет, что с другим продавцом у него был неприятный опыт, тогда как с тобой ничего подобного не было. Таким образом, в конце концов, некоторые покупатели работают только с тобой и ценят это».

Мой отец не был важным, преуспевающим, знаменитым торговцем; он работал менеджером по продажам в небольшой компании, которая торговала униформой. Он был успешным, но не до умопомрачения.

Когда я вижу конгрессмена, который выражает свое мнение по какому‑ то вопросу, я всегда думаю, действительно ли это его настоящее мнение или мнение, которое он придумал, чтобы победить на выборах. Судя по всему, это составляет центральную проблему для политиков. Поэтому я часто думаю: как честность связана с работой в правительстве?

Доктор Кил же начал с того, что сказал мне, что имеет степень по физике. Я всегда думаю, что любой человек, который занимается физикой, обладает честностью – возможно, в этом отношении я тоже наивен, – так что я, должно быть, задал ему вопрос, над которым часто размышляю: «Как честный человек может работать в Вашингтоне? »

Этот вопрос очень легко истолковать превратно: «Поскольку вы работаете в Вашингтоне, вы не можете быть честным человеком! »

 

Кроме того, теперь я лучше понимаю еще кое‑ что, связанное с местом рождения идеи о том, что холод оказывает влияние на кольца. Это была идея генерала Кутины, который позвонил мне и сказал: «Я работал со своим карбюратором и подумал: каким образом холод влияет на кольца? »

Как бы то ни было, оказывается, что один из астронавтов НАСА рассказал ему, что где‑ то в документах НАСА содержится информация о том, что кольца вообще утрачивают свою эластичность при низких температурах – в НАСА же не говорили об этом ни слова.

Но генерала Кутину заботила карьера этого астронавта, так что, работая над карбюратором, генерал, на самом деле, размышлял над вопросом: «Как бы мне рассказать об этом, не подвергая опасности своего друга‑ астронавта? » Тогда он решил занять этим вопросом профессора, и его план сработал идеальным образом.

 

Приложение Ф: личные наблюдения по поводу надежности шаттла

 

Введение

 

Судя по всему, насчет вероятности неудачного полета с потерей шаттла и человеческих жизней существуют совершенно разные мнения[42]. Оценки колеблются примерно от 1 к 100 до 1 к 100 000. Более высокие цифры исходят от работающих инженеров, а самые низкие – от руководства. В чем же состоят причины и следствия подобного разногласия? Так как вероятность выхода из строя 1 к 100 000 полетов означает, что можно запускать шаттл каждый день в течение 300 лет и ожидать потери всего одного шаттла, то уместно спросить: «Какова причина такой, прямо таки фантастической веры руководителей в данное оборудование? »

Кроме того, мы обнаружили, что критерии оценки, которые используют при смотре готовности полета, зачастую постепенно становятся все менее строгими. Аргумент, связанный с тем, что полеты с той же степенью риска осуществляли и раньше, причем выхода из строя не было, часто принимается в качестве аргумента, что совершенно безопасно осуществлять такие полеты и сейчас. По этой причине очевидные недостатки принимаются снова и снова – порой, даже без достаточно серьезной попытки как‑ то их исправить, иногда без задержки полета, потому что они присутствуют постоянно.

Имеется несколько источников информации: есть опубликованные критерии оценки, включающие историю модификаций в виде отказов и отклонений; кроме того, записи смотров готовности, проводимых перед каждым полетом, содержат аргументы, которые были использованы, чтобы принять решение о запуске шаттла, несмотря на определенный риск. Эта информация представляет собой прямое свидетельство и доклады сотрудника службы безопасности, Луиса Дж. Уллиана, в отношении истории успешного использования твердотопливных ракет. Он провел дальнейшее изучение (в качестве председателя Совета по Аварийному Прекращению Полета в целях Безопасности, САППБ), пытаясь определить процент возможности несчастных случаев, которые могут привести к радиоактивному загрязнению, при попытке запуска будущих ракет с плутониевым источником питания (который называют радиоактивным термическим генератором, РТГ) на борту. Имеется также исследование этого вопроса НАСА. Что касается истории использования основных двигателей шаттла, то с руководителями и инженерами Маршалла были проведены официальные беседы, а с инженерами Рокетдайна – неофициальные встречи. Была также проведена неофициальная встреча с независимым инженером‑ механиком (из Калтеха), который консультировал НАСА по вопросу двигателей. В целях сбора информации по надежности авиационной электроники (компьютеры, сенсоры, исполнительные органы) был нанесен визит в Джонсон. Наконец, имеется отчет «Обзор оценочных практик, потенциально применимых для ракетных двигателей многоразового использования», подготовленный в Лаборатории по реактивным двигателям Н. Муром и другими в феврале 1986 года для Штаб‑ квартиры НАСА, Службы по Космическим Полетам. Он связан с методами, которые используются ФУГА и военными для аттестации своих газовых турбин и двигателей ракет. С авторами этого отчета также проводились неофициальные встречи.

 

Твердотопливные ракета‑ носители (ТРН)

 

Оценка надежности твердотопливных ракета‑ носителей была проведена служащим по безопасности дальних полетов в процессе изучения опыта всех предыдущих полетов ракет. Из общего числа полетов, равного примерно 2900, не удалось осуществить 121 (1 из 25). Однако это число включает то, что можно назвать «ошибками, обнаруженными на ранней стадии» – ракеты, которые запустили первые несколько раз и в которых ошибки конструкции были обнаружены и исправлены. Более разумной цифрой для готовых ракет можно назвать 1 к 50. Если особенно тщательно отбирать детали ракет и проверять их, то можно достигнуть цифры около 1 к 100, но цифра 1 к 1000 при современной технологии, вероятно, недостижима. (Поскольку на каждом шаттле два ракета‑ носителя, то частоту отказов ракет нужно умножать на два, чтобы получить частоту отказов шаттла из‑ за отказов ТРН. )

Официальные лица НАСА утверждают, что эта цифра гораздо ниже. Они указывают, что «поскольку на шаттле есть люди, то вероятность успешного выполнения задания непременно очень близка к 1, 0». Это значит, что она действительно близка к 1 или что она должна быть близка к 1? Они продолжают свое объяснение: «Исторически сложилось так, что эта чрезвычайно высокая степень успешности полета породила разницу в философии программ полета в космос пилотируемых и непилотируемых ракет; т. е. использование численной вероятности против суждения инженеров». (Эти цитаты взяты из отчета «Данные по космическому шаттлу для анализа безопасности ТРН, выполняющих задачу полета в космос», страницы 3‑ 1 и 3‑ 2, 15 февраля, 1985, НАСА. ) Совершено истинно то, что если бы вероятность отказа была столь низкой, как 1 к 100 000, то потребовалось бы чрезмерно большое количество испытаний, чтобы ее определить: вы бы не получили ничего, кроме вереницы идеальных полетов без какой бы то ни было точной цифры – за исключением того, что, вероятность, скорее всего, не превышает количество таких полетов в данной веренице, которые уже были выполнены. Но если реальная вероятность не так мала, то полеты не проходили бы идеально: возникали бы проблемы, близкие к аварийным ситуациям и, возможно, реальные аварии при разумном числе пробных запусков, так что стандартные статистические методы вполне могли бы обеспечить разумную оценку. На самом деле, предыдущий опыт НАСА, время от времени, показывал почти подобные проблемы, близкие к авариям, и даже аварии, что являет собой предупреждение о том, что вероятность отказа в действительности не так уж мала.

Еще одна несообразность в аргументе, связанном с отсутствием необходимости проверять надежность в процессе опыта (как это делал служащий по безопасности дальних полетов), – это обращение НАСА к истории: «Исторически, эта высокая степень успешности полета…» Наконец, если мы хотим заменить стандартно используемую численную вероятность суждением инженеров, почему мы обнаруживаем такое огромное несоответствие между оценками менеджеров и суждением инженеров? Создается такое ощущение, что, какой бы ни была цель – будь эта оценка предназначена для использования внутри организации или вовне нее, – руководство НАСА преувеличивает надежность своего продукта до уровня фантастики.

Я не буду повторять здесь историю смотров готовности полета и его оценки (см. другие части отчета комиссии), но феномен принятия уплотнений, которые выказали эрозию и прорыв газов при предыдущих полетах, – совершен очевиден. Полет «Челленджера» – превосходный пример: есть несколько ссылок на предыдущие полеты; принятие и успех этих полетов принимаются в качестве доказательства надежности всех последующих. Однако эрозия и прорыв газов конструкцией шаттла не предусмотрены.

Они предупреждают о том, что что‑ то не в порядке. Оборудование работает не так, как должно, а потому существует опасность того, что оно начнет работать с еще большими отклонениями, совершенно неожиданным и не до конца понятым образом. Тот факт, что ранее это не привело к катастрофе, не гарантирует, что катастрофа не произойдет в следующий раз, если только все это не будет понято до конца. При игре в русскую рулетку тот факт, что при первом нажатии на курок выстрела не последовало, ничуть не гарантирует того, что его не последует и при повторном нажатии на курок. Происхождение и следствия эрозии и прорыва газов не были поняты. Эрозия и прорыв газов не были одинаковыми во всех полетах и во всех стыках: иногда они были сильнее, иногда слабее. Почему не могло случиться так, что однажды, когда определяющие эти явления условия оказались подходящими, произошло их усиление, которое и привело к катастрофе?

Несмотря на эти изменения, которые происходили от случая к случаю, официальные лица вели себя так, словно они все понимают, приводя друг другу, на первый взгляд, логичные аргументы – зачастую ссылаясь на «успех» предыдущих полетов. Например, при определении, насколько безопасно осуществить полет 51‑ L в виду эрозии кольца во время полета 51‑ С, было замечено, что глубина эрозии была равна лишь одной трети его радиуса. Во время эксперимента, когда кольцо разрезали, обнаружилось, что разрезание кольца на глубину радиуса необходимо до его выхода из строя. Вместо того, чтобы начать беспокоиться из‑ за того, что изменения плохо понятых условий на этот раз вполне могут создать более глубокую эрозию, утверждалось, что «коэффициент безопасности равен трем».

Это весьма странный метод использования инженерного термина «коэффициент безопасности». Если мост строят для того, чтобы он выдерживал определенную нагрузку и чтобы его балки при этом не испытывали постоянную деформацию, не трескались и не ломались, то его могут спроектировать так, чтобы используемые материалы выдерживали нагрузку, фактически в три раза большую. Этот «коэфициент безопасности» необходим, чтобы учесть неопределенные превышения нагрузки, неизвестные перегрузки или слабые места материала, который может иметь непредвиденные дефекты и прочее. Но если новый мост подвергается ожидаемой нагрузке и на балке при этом появляется трещина, то это недостаток конструкции. В этом случае ни о каком коэффициенте безопасности не может быть и речи, даже несмотря на то, что мост не развалился, потому что балка треснула только на одну треть диаметра. В конструкции колец твердотопливных ракета‑ носителей эрозия не предусматривалась. Эрозия являла собой ключ, который указывал на какие‑ то неполадки. Эрозия не могла служить основой для вывода о безопасности.

Нет совершенно никакого способа, за исключением полного понимания, обрести уверенность в том, что в следующий раз не возникнет эрозия, в три раза большая, чем та, что была в прошлый раз. Тем не менее, официальные лица обманывали сами себя, считая, что они обладают подобным пониманием и уверенностью, несмотря на своеобразные изменения, происходившие от случая к случаю. Для вычисления эрозии была создана математическая модель. Однако эта модель основывалась не на физическом понимании, а на вычерчивании по точкам эмпирической кривой. В частности, предполагалось, что струя горячего газа ударяется о материал кольца, а тепло определяется в точке застывания (согласно разумным физическим законам термодинамики). Но, чтобы определить, насколько глубоко эродировала резина, допускалось, что эрозия изменяется как 0, 58 степень от тепла, причем число 0, 58 было получено с помощью самой близкой точки эмпирической кривой. Как бы то ни было, при подгонке других чисел было найдено, что модель совпадает с эрозией (на глубину одной трети радиуса кольца). В этом анализе нет ничего более ужасного, чем вера в полученный результат! Неопределенности просто переполняют созданную модель. Невозможно было предсказать силу струи газа; она зависела от размера отверстий, образовавшихся в замазке. Прорыв газов показал, что кольцо могло отказать, несмотря на то, что эрозия поразила его лишь частично. Всем была известна неопределенность эмпирической формулы, так как кривая проходила не прямо через данные точки, посредством которых она была найдена. Точек было целое облако: некоторые располагались в два раза выше, другие в два раза ниже нашей кривой, так что, исходя уже из одной этой причины, можно было предсказать эрозии, в два раза большие. Подобные неопределенности существовали и в отношении других констант в формуле и т. д., и т. п. Однако при использовании математической модели на неопределенности, в ней заложенные, следует обращать особое внимание.

 

Основные двигатели космического шаттла (ОДКШ)

 

Во время полета 51‑ L все три основные двигателя шаттла работали идеально, даже начиная останавливаться в последние мгновения, когда началось прекращение подачи топлива. Однако возникает вопрос, обнаружили ли бы мы – в случае отказа двигателей и столь же детального расследования причины этого отказа нами, какое мы провели для твердотопливных ракета‑ носителей, – подобное отсутствие внимания к недостаткам и снижение критериев безопасности. Другими словами, ограничивались ли те слабые места организации, которые внесли свой вклад в катастрофу, только сектором твердотопливных ракета‑ носителей или их можно было назвать общей характеристикой НАСА? В этой связи были исследованы основные двигатели космического шаттла и авиационная электроника. Однако подобного исследования орбитальной ступени или внешнего топливного резервуара проведено не было.

Двигатель представляет собой гораздо более сложную структуру, чем твердотопливный ракета‑ носитель, так что он требует гораздо более детальных инженерных разработок. В общем, эти разработки производят впечатление высококачественных, и, судя по всему, значительное внимание уделяется недостаткам и нарушениям, обнаруженным в работе двигателя.

Обыкновенно такие двигатели создаются (для военной или гражданской авиации) в виде так называемой составной системы, или по методу проектирования «снизу вверх». Прежде всего, необходимо полностью понять свойства и ограничения материалов, которые будут использоваться (например, для лопаток турбины), для чего на экспериментальных установках проводят специальные испытания. По получении необходимой информации начинают проектировать и по отдельности проверять более крупные детали (такие как подшипники). По мере обнаружения недостатков и ошибок проектирования их исправляют и проверяют на следующем этапе испытаний. Поскольку испытывают только детали, то испытания и модификации обходятся не слишком дорого. Наконец, дело доходит до окончательной конструкции всего двигателя согласно заданным техническим условиям. К этому времени уже высока вероятность того, что двигатель будет работать нормально или что любые отказы можно будет с легкостью устранить и проанализировать, потому что виды отказа, ограничения материалов и тому подобное абсолютно ясны. Существует очень высокая вероятность того, что модификации, которые будут сделаны, чтобы устранить сложности, присутствующие в окончательной конструкции двигателя, окажутся не слишком трудоемкими, так как большая часть серьезных проблем уже была обнаружена и решена ранее, на более дешевых этапах процесса.

Основной двигатель космического шаттла был спроектирован иначе – «сверху вниз», так сказать. Все детали двигателя проектировались и составлялись в одно целое одновременно при относительно небольшом детальном предварительном изучении материалов и составляющих. Но сейчас, когда обнаруживаются неполадки в подшипниках, лопатках турбины, трубах для подачи охлаждающей жидкости и т. п., обнаружить причины всего этого и внести какие‑ то изменения гораздо сложнее и дороже. Например, на лопатках турбины кислородного турбонасоса высокого давления были обнаружены трещины. Вызваны ли они дефектами материала, влиянием кислородной атмосферы на свойства материала, температурными напряжениями, появляющимися при запуске или остановке, вибрациями и напряжением, создающимися в процессе нормальной работы, или, главным образом, неким резонансом, возникающим при определенных скоростях или чем‑ то еще? Сколько времени может работать насос от появления трещины до отказа по причине ее появления, и как это зависит от уровня мощности? Использовать весь двигатель в качестве испытательного стенда для разрешения подобных вопросов чрезвычайно дорого. Никто не желает терять целые двигатели, чтобы узнать, где и каким образом возникает проблема. Тем не менее, точное знание этого факта необходимо для появления уверенности в надежности двигателя при его использовании. Без полного понимания о такой уверенности не может быть и речи.

Следующий недостаток метода проектирования «сверху вниз» состоит в том, что, если достигнуто понимание неисправности, простое ее устранение – например, новая форма корпуса турбины – может оказаться невозможным без изменения конструкции всего двигателя.

Основной двигатель космического шаттла – совершенно замечательный механизм. Отношение силы тяги, создаваемой им, к его весу больше, чем у какого‑ либо предыдущего двигателя. Он создан на грани – за которую, в некоторых отношениях, даже выходит – предыдущего инженерного опыта. А потому, как и можно было ожидать, в нем присутствует много разнообразных недостатков и сложностей. И, поскольку, к несчастью, он был спроектирован по варианту «сверху вниз», эти недостатки сложно обнаружить и исправить. Цель создания двигателя со сроком службы, достаточным для выполнения 55 заданий (27 000 секунд работы либо в каждом задании длительностью по 500 секунд, либо на испытательном стенде), достигнута не была. Сейчас двигатель требует очень частого ремонта и замены важных деталей, таких как: турбонасосы, подшипники, корпуса из листового металла и т. п. Топливный турбонасос высокого давления нужно заменять через каждые три или четыре испытания, эквивалентные заданию (хотя эту проблему можно устранить), а кислородный турбонасос высокого давления – через каждые пять или шесть. Все это составляет максимум 10 процентов технических условий исходной конструкции. На самая главная наша забота – это определение надежности.

За 250 000 секунд работы основные двигатели отказывали, вероятно, раз 16. Инженеры уделяют особое внимание этим отказам и стараются исправить их максимально быстро с помощью изучения испытаний на специальных установках, спроектированных специально для рассматриваемого недостатка, а также тщательной проверки двигателя для обнаружения ключей, способных дать ответ (например, трещин), и их серьезного изучения и анализа. Таким образом, несмотря на сложности конструкции, спроектированной «сверху вниз», благодаря тяжелой работе, множество проблем, судя по всему, были решены.

 

Список некоторых проблем (и их состояния):

 

Трещины лопаток турбины в топливных турбонасосах высокого давления (ТТНВД). (Возможно, решена. )

Трещины лопаток турбины в кислородных турбонасосах высокого давления (КТНВД). (Не решена. )

Пробой линии форсажного искрового воспламенителя (ФИВ). (Возможно, решена. )

Отказ контрольного вентиля для выпуска газов. (Вероятно, решена. )

Эрозия корпуса ФИВ. (Вероятно, решена. )

Растрескивание листового металла корпуса турбины ТТНВД. (Вероятно, решена. )

Повреждение футеровки труб для охлаждения ТТНВД. (Вероятно, решена. )

Отказ выходного коленчатого патрубка основной камеры сгорания. (Вероятно, решена. )

Смещение сварного шва входного коленчатого патрубка основной камеры сгорания. (Вероятно, решена. )

Субсинхронный вихрь КТНВД. (Вероятно, решена. )

Система аварийного отключения ускорения полета (частичный отказ системы с резервированием). (Вероятно, решена. )

Растрескивание подшипников. (Частично решена. )

Вибрация с частотой 4 000 герц, которая приводит некоторые двигатели в нерабочее состояние. (Не решена. )

 

Многие из этих, на первый взгляд, решенных проблем были видны уже на ранних стадиях использования новой конструкции: 13 из них появились в первые 125 000 секунд эксплуатации двигателя и только 3 – во вторые 125 000 секунд. Естественно, никогда нельзя быть уверенным, что все недостатки устранены; однако, возможно, в отношении некоторых недостатков стремились устранить не ту причину. Вполне разумно предположить, что в следующие 250000 секунд может произойти, по крайней мере, один сюрприз: вероятность равна 1/500 на двигатель на задание. На одном задании присутствуют три двигателя, но возможно, что некоторые неполадки будут автономными и повлияют только на двигатель. (Шаттл может прервать выполнение задания всего с двумя двигателями. ) Поэтому скажем, что неизвестные сюрпризы, сами по себе, не позволяют нам предположить, что вероятность невыполнения задания из‑ за отказа основных двигателей шаттла менее, чем 1/500. К этому мы должны добавить вероятность отказа, вызванного известными, но еще нерешенными проблемами. Эти проблемы мы рассмотрим ниже.

(Инженеры в Рокетдайне, где производятся двигатели, оценивают полную вероятность как 1/10 000. Инженеры в Маршалле оценивают ее как 1/300, тогда как руководство НАСА, которому эти инженеры отправляют свои отчеты, утверждает, что вероятность равна 1/100 000. Независимый инженер, дающий НАСА консультации, счел разумной оценкой 1 или 2 к 100. )

История принципов аттестации этих двигателей весьма запутана, поэтому ее сложно объяснить. Исходным правилом, судя по всему, было то, что два образца двигателя должны проработать безотказно в течение времени, в два раза превышающего аттестационное, после определения аттестационного времени работы двигателя (правило 2x). По крайней мере, такова практика ФУГА, и, судя по всем

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: