ALT – Próby podejścia i lądowania

Próby podejścia i lądowania

Próby podejścia i lądowania (ang. Approach and Landing Tests – ALT) to seria testów przeprowadzonych na orbiterze testowym Enterprise przy użyciu Boeinga 747 SCA. Celem tych prób było zbadanie zachowania orbitera podczas lądowania oraz transportu na grzbiecie Boeinga 747.

Wstęp

OV-101 Enterprise nie był stworzony do lotów w przestrzeni kosmicznej. Jego głównym zadaniem było przejście programu testowego, aby kolejny wahadłowiec (OV-102) mógł rozpocząć loty na orbitę okołoziemską po zakończeniu budowy. Enterprise opuścił stanowisko montażowe 16 września 1976 roku, co miało miejsce nieco ponad dwa lata po rozpoczęciu budowy. W dniu 31 stycznia 1977 roku pojazd został umieszczony na specjalnej platformie kołowej i przetransportowany przez kołowy ciągnik siodłowy z Palmdale do oddalonej o 58 km bazy Edwards AFB, a konkretnie do ośrodka Centrum Badania Lotu imienia Neila A. Armstronga. Trasa przebiegała przez centrum miasta Lancaster, co wzbudziło duże zainteresowanie wśród mieszkańców. W celu umożliwienia transportu niezwykłego obiektu konieczne było podniesienie sieci elektrycznej oraz telefonicznej, a wojsko zbudowało na pustyni 13 km asfaltowej drogi.

Pierwszy program testów koncentrował się na ostatniej fazie lotu atmosferycznego: podejściu i lądowaniu, oznaczonym skrótem ALT (ang. Approach and Landing Test). W pierwszych dniach lutego 1977 roku Enterprise został podniesiony przy użyciu specjalnego urządzenia dźwigowego MDD (ang. Mate/Demate Device) i umieszczony na grzbiecie Boeinga 747-SCA. Na ogonowej części orbitera zamontowano stożkową osłonę zespołu silników SSME i OMS o długości około 11 m i średnicy 6,7 m, mającą na celu zmniejszenie oporu powietrza. NASA wyznaczyła załogi do przeprowadzenia prób. Dowódcą Boeinga 747-SCA został Fitzhugh L. Fulton, weteran lotów na B-52 w programie X-15, a drugim pilotem był Thomas C. McMurtry. Inżynierami pokładowymi byli Victor W. Horton oraz Louis E. Guidry Jr. Wybór dwóch załóg dla Enterprise padł na astronautów. Pierwsza załoga składała się z Fred W. Haise Jr (dowódca, były członek załogi Apollo 13) oraz Charles Gordon Fullerton (pilot), natomiast w drugiej załodze znaleźli się Joe H. Engle (dowódca) oraz Richard H. Truly (pilot).

Bezzałogowe próby bierne

Pierwsza seria prób miała miejsce 15 lutego 1977 roku i polegała na rozpędzaniu się na betonowym pasie lotniska w Edwards zarówno nosiciela, jak i orbitera. W trakcie trzech prób osiągnięto kolejno prędkości 139, 222 i 250 km/h, a w ostatniej z nich podwozie Boeinga uniosło się 1,5 m nad powierzchnią pasa. 18 lutego o godzinie 8:30 czasu lokalnego Boeing 747-SCA, niosący na grzbiecie Enterprise, oderwał się od ziemi, eskortowany przez trzy odrzutowce treningowe Northrop T-38 oraz jednego Cessna T-37. Cała masa obu maszyn wynosiła około 264 900 kg, co było mniejsze niż masa standardowego Boeinga 747 z pasażerami, ładunkiem i paliwem startującym do lotu z Los Angeles do Londynu. Rozbieg miał długość 1828 m, a start odbył się przy prędkości 274 km/h. W czasie trwającego 2 godziny i 15 minut lotu załoga zauważyła, że zespół pilotuje się niemal identycznie jak samolot Boeing, a dla nieprzygotowanego pilota było by trudno zauważyć obecność orbitera na grzbiecie.

Druga bezzałogowa próba bierna miała miejsce 22 lutego. Głównym celem trwającego 3 godziny i 13 minut lotu było zbadanie zjawiska drgań samowzbudnych (ang. flatter) oraz stateczności połączenia nosiciela i orbitera. W trzecim locie, który odbył się 25 lutego i trwał 2 godziny i 28 minut, wyłączono jeden z silników Boeinga, symulując jego awarię, aby ocenić wpływ na stabilność połączonych maszyn. Czwarta próba bierna miała miejsce 28 lutego. Polegała na symulacji nieudanego podejścia do lądowania, po którym nastąpił pełny wzlot przy mocy silników z wysokości kilku metrów nad pasem. Lądowanie zespołu odbyło się przy pracujących jałowo silnikach nosiciela (symulacja lądowania awaryjnego), a po przyziemieniu po raz pierwszy zastosowano odwracacze ciągu silników Boeinga, co pozwoliło na skrócenie dobiegu poniżej 2000 m. Początkowo obawiano się, że odchylone strugi gazów wylotowych mogą mieć negatywny wpływ na niesiony Orbiter, jednak te obawy nie znalazły potwierdzenia. Lot trwał 2 godziny i 11 minut. Ostatnia bezzałogowa próba miała miejsce 2 marca i obejmowała dwukrotną symulację odłączenia orbitera na wysokości około 7500 m. Po locie trwającym 1 godzinę i 39 minut, Boeing z Enterprise na grzbiecie wylądował po raz drugi w Edwards AFB, używając odwracaczy ciągu. Sprawdzenie możliwości skracania dobiegu miało kluczowe znaczenie, ponieważ po zakończeniu prób ALT Orbiter miał zostać przewieziony do ośrodka NASA Marshall Space Flight Center w Huntsville w stanie Alabama, gdzie pas miał długość zaledwie 2300 m.

Załogowe próby bierne

Po tym przystąpiono do drugiej fazy prób ALT, która obejmowała załogowe próby bierne. W trakcie ich trwania Orbiter pozostawał wciąż połączony z nosicielem, jednak za sterami Enterprise zasiadali astronauty, a większość instalacji pokładowych, takich jak pomocnicze jednostki napędowe APU (ang. Auxiliary Power Unit), instalacja hydrauliczna, awionika oraz ogniwa paliwowe, były włączone. 18 czerwca 1977 roku przeprowadzono pierwszy lot tej serii. Astronauci Fred Haise i Charles Gordon Fullerton zostali podniesieni na platformie przymocowanej do żurawia, aby zająć miejsca w kabinie Enterprise. Na ich twarzach znajdowały się maski przeciwgazowe, chroniące przed parami amoniaku wydobywającymi się z jednostek APU. Po zajęciu miejsc w kabinie i starcie, Haise i Fullerton przeprowadzili próbę działania aparatury pokładowej. Lot odbywał się na wysokości 4500 m z prędkością 335 km/h. Zbadano wibracje spowodowane drganiami powierzchni sterujących, próby giroskopów oraz hamulców aerodynamicznych, a także badano odkształcanie się konstrukcji samolotu kosmicznego. Lot trwał 55 minut i 46 sekund. W następnej załogowej próbie, przeprowadzonej 28 czerwca 1977 roku, uczestniczyła druga załoga: Joe Engle i Richard Truly. Podobnie jak poprzednio, testowano drgania przy prędkościach 400 i 500 km/h. Następnie zespół wzbił się na wysokość ponad 6000 m, gdzie rozpoczęto symulację manewru oddzielenia orbitera od nosiciela. Lot, trwający 1 godzinę i 2 minuty, zakończył się symulacją samodzielnego lądowania orbitera z wykorzystaniem automatycznego systemu sterowania oraz danych z naziemnego mikrofalowego systemu lądowania. W trzecim locie z tej serii, który odbył się 26 lipca, za sterami Enterprise ponownie znaleźli się Haise i Fullerton. Po osiągnięciu wysokości 8530 m zespół nosiciela i orbitera wszedł w lot nurkowy, symulując beznapędowe podejście do lądowania orbitera. Po 59 minutach i 53 sekundach lotu koła Boeinga dotknęły pasa lotniska, a chwilę później wysunęło podwozie umieszczone na jego grzbiecie Enterprise.

Pierwsze próby lądowania

Trzecia faza prób ALT miała na celu przeprowadzenie samodzielnych lotów oraz lądowań orbitera. 12 sierpnia 1977 roku o godzinie 8:00 czasu lokalnego Boeing 747-SCA uniósł Enterprise z pasa startowego bazy Edwards. 46 minut później, z prędkością 500 km/h, zespół znalazł się na wysokości 6955 m, gdzie rozpoczęto manewr odłączenia. Nosiciel wszedł w płytki lot ślizgowy pod kątem 7°. Jego załoga wysunęła spojlery płatów oraz zdławiła silniki, aby Boeing mógł przyjąć konfigurację zapewniającą duży opór aerodynamiczny, co miało zapobiec uderzeniu statku kosmicznego w statecznik pionowy po rozłączeniu. Następnie eksplodowały małe ładunki pirotechniczne w sworzniach podtrzymujących Enterprise, oddzielając go od nosiciela. Po 20 sekundach Haise i Fullerton wyrównali lot na wysokości 6010 m i powoli oswajali się z pilotowaniem największego i najcięższego szybowca świata. Przy prędkości 500 km/h Enterprise wykonał dwa zakręty ze zniżeniem.

W początkowej fazie samodzielnego lotu zawiódł jeden z komputerów pokładowych orbitera, co jednak nie wpłynęło na przebieg próby. W odległości 13 km od lotniska, na wysokości 1950 m, Enterprise wszedł na ścieżkę podejścia do pasa nr 17 bazy Edwards, wyposażony w mikrofalowy system lądowania. Prędkość była jednak o około 25 km/h większa od przewidywanej, co skutkowało tym, że orbiter przeleciał nad planowanym punktem przyziemienia z prędkością 460 km/h. Na wysokości 55 m, 20 sekund przed lądowaniem, wysunięto podwozie. Kontakt kół podwozia głównego z ziemią miał miejsce przy prędkości 400 km/h, kończąc pierwszy samodzielny lot Enterprise, który trwał 315 sekund.

Awaria komputera, którą naprawiono u producenta (firmy IBM), oraz intensywne opady deszczu, które nawiedziły zwykle suchy i słoneczny rejon pustyni Mojave, zmusiły NASA do przesunięcia daty drugiego lotu swobodnego na 13 września. Z uwagi na to, że wcześniej używany gruntowy pas nr 17, wytyczony na dnie wyschniętego jeziora, został w kilku miejscach zmiękczony przez deszcz, zdecydowano się przenieść lądowanie na pas nr 15, który nie był wyposażony w mikrofalowy system lądowania. Zespół oderwał się od ziemi o godzinie 8:00 czasu lokalnego, a następnie wzniósł się na wysokość 7320 m. Po 49 minutach, przy prędkości 500 km/h, nastąpiło oddzielenie orbitera. W locie ślizgowym załoga Enterprise, tym razem w składzie Engle i Truly, doprowadziła do rozpędzenia pojazdu do prędkości 537 km/h. W fazę hamowania przed podejściem do lądowania Orbiter wszedł z kątem pochylenia 3°, a następnie zmniejszył prędkość do 348 km/h i zwiększył kąt pochylenia do +15°. Po ponownym zwiększeniu prędkości do 500 km/h, załoga wykonała kilka prób z hamulcem aerodynamicznym. Lot, trwający 300 sekund, zakończył się zgodnie z planem na pasie nr 15, gdy Enterprise z prędkością 343 km/h osiadł 200 m za wyznaczonym punktem przyziemienia.

Dalsze próby lądowania

Trzeci lot, który odbył się 23 września, wykonany przez Haise’a i Fullertona, miał już charakter rutynowej operacji. W tylnej części ładowni umieszczono balast, który przesunął środek ciężkości orbitera w kierunku ogona. Po oddzieleniu od nosiciela na wysokości 7260 m, Enterprise wykonał dwa zakręty z przeciążeniami odpowiednio 1,8 g i 1,5 g. Przeprowadzono badania stateczności w konfiguracji z przesuniętym środkiem ciężkości, w tym również w przechyle. Aby sprawdzić, jak zachowa się Orbiter przy gwałtownym wychodzeniu z zakrętu, załoga utrzymała go w przechyle dłużej, niż było to konieczne (zakręt 130° w lewo, przeciążenie 1,8 g, przechył 55°), a następnie „ostro” przechyliła Orbiter na prawo i wyrównała lot. Próby te doprowadziły astronautów do przekonania, że pilotaż statku bardziej przypominał pilotowanie ciężkiego myśliwca przechwytującego niż dużego samolotu transportowego odpowiadającego rozmiarami. Czas trwania trzeciego samodzielnego lotu wyniósł 334 sekundy. Podczas dobiegu, który wynosił 2799 m, przeprowadzono test hamowania za pomocą hamulców kół, co ujawniło wady układu przeciwpoślizgowego.

Wszystkie dotychczasowe próby Enterprise odbywały się z osłoną aerodynamiczną zamontowaną na ogonowej części. NASA zdecydowała, że dwa ostatnie loty ALT będą przeprowadzone bez tej osłony, w konfiguracji orbitera powracającego z kosmosu. W wyniku zdjęcia osłony doskonałość aerodynamiczna zmniejszyła się z 8 do 4. Ponadto obawiano się wystąpienia turbulencji za ostro uciętym kadłubem, co mogło negatywnie wpływać na nosiciela. Aby temu zapobiec, w dziobowej części Boeinga umieszczono balast o masie 453,6 kg, mający na celu tłumienie drgań. Start czwartego samodzielnego lotu odbył się 12 października 1977 roku o godzinie 7:45 czasu lokalnego. Oddzielenie orbitera, za sterami którego siedzieli Engle i Truly, miało miejsce na wysokości 6830 m (730 m wyżej niż planowano). Ze względu na mniejszą wysokość oddzielenia niż w poprzednich lotach, Enterprise nie przeprowadził skomplikowanych manewrów, lecz po dość stromym torze (25°) podążał w kierunku lotniska. Wyrównanie zmniejszyło kąt podejścia z 20° do 6° i przy prędkości 350 km/h Orbiter dotknął powierzchni pasa po 154 sekundach lotu. Zmodyfikowany układ przeciwpoślizgowy hamulców tym razem działał prawidłowo, co pozwoliło na skrócenie dobiegu do zaledwie 1737 m. Ostatnią, piątą próbę lotu swobodnego zrealizowano 26 października. 50 minut po starcie z Edwards Enterprise z załogą Haise/Fullerton oddzielił się od nosiciela. Po raz pierwszy lądowanie zaplanowano nie na gruntowej powierzchni wyschniętego dna jeziora, lecz na utwardzonym betonowym pasie nr 04. Zakończenie piątego lotu, najkrótszego z całej serii (115 sekund), nie obyło się bez problemów. Okazało się, że doskonałość aerodynamiczna orbitera była większa niż zaplanowano. Gdy przy prędkości 410 km/h koła podwozia głównego dotknęły pasa, Haise próbował opuścić podniesiony dziób przez opuszczenie sterolotek. Dało to jednak efekt odwrotny do zamierzonego: wzrosła siła nośna i Enterprise ponownie uniósł się w powietrze. Próby skorygowania sytuacji zakończyły się wprowadzeniem pojazdu w oscylacje. Pilot puścił więc drążek, a 6 sekund po pierwszym dotknięciu pasa Orbiter już na dobre osiadł na powierzchni lotniska.

Ostatnie testy

W dniach 15–18 listopada 1977 roku wykonano ostatnie cztery loty próbne (bez rozłączania zespołu w powietrzu), w których Orbiter ponownie otrzymał osłonę silników, a kąt między osiami orbitera a nosicielem zmniejszono z 6° do 3°. Taka konfiguracja obu maszyn, o mniejszym oporze aerodynamicznym, posłużyła do transportu orbitera na większe odległości.