Romfergeferd 51-I: Reparasjon av Leasat-satellitt i rommet

Av Ivar Johansen

Innledning

Romfergen blir i manges øyne betraktet som amerikanernes nasjonale stolthet rent teknologisk, noe som i de fleste tilfeller stemmer fullt ut etter hva den så langt har vist verden. At romfergen er et effektivt verktøy i rommet skulle også bevises på romfergeprogrammets 20. ferd. Ferden skulle flys under betegnelsen 51-I, og ble i romfartskretser omtalt som «The Leasat Rescue Mission». Kommunikasjonssatellitten Leasat 3, som ble utplassert fra romfergen Discovery den 13. april i år på 51-D, virket jo ikke som den skulle. Den innebygde tidsbryteren ble aldri aktivisert, og dermed ble ikke antennen foldet ut. Rakettmotoren som skulle bringe satellitten ut av romfergens bane, ble heller ikke tent.

På grunn av disse problemene ble 51-D forlenget i to dager for at astronautene skulle få anledning til å rette feilen. En spasertur som egentlig ikke var planlagt for ferden, ble foretatt for å spenne fast en «fluesmekker»-mekanisme på enden av manipulatorarmen. Man hadde et visst håp om at dette improviserte verktøyet skulle redde Leasat 3. Mannskapet jobbet iherdig etter en improvisasjonsplan som ble kokt sammen i Houston, men det hjalp så lite, desverre. Aktiviseringsbryteren på utsiden av satellitten ble truffet hele tre ganger av «fluesmekkeren», men man forstod snart at noe mer enn selve tidsbryteren var ute av funksjon i Leasat 3. Som så ofte før satte man seg ned i NASA, og lagde på rekordtid en plan for en redningsferd.

Foruten at man skulle prøve å redde Leasat på denne ferden, hadde astronautene ellers et travelt program. Man skulle utplassere tre kommunikasjonssatellitter på ferdens tre første dager. Etter at den tredje satellitten var blitt satt ut, skulle man «ta opp jakten» på Leasat 3. Denne møtemanøveren er en meget tidkrevende prosess som er delt opp i flere faser som strekker seg over flere døgn. Kommandøren og piloten vil i denne tiden ha nok å gjøre mens deres kolleger sjekker ut romdraktene som skal brukes i lasterommet. Astronautene har selvfølgelig hatt et visst tidspress under både planlegging og trening for denne ferden, og de to astronautene som skulle ut i lasterommet har mang en time i Johnson Space Center's store vanntank der det meste av treningen for oppholdet ute i lasterommet har foregått. Men før vi går videre, la oss stoppe opp for å se litt nærmere på mannskapet til denne ferden.

Besetningen

Besetningen bestod denne gangen av «bare» fem astronauter, hvorav to hadde en romfergeferd fra før. Kommandør var den 53 år gamle Joe H. Engle. Han er en av de «gamle gutta» med lang flyerfaring fra sin tid som testpilot. Han ble tatt ut som astronaut av NASA i 1966. Han har over 10 800 flytimer, 7300 av dem i jetfly. Han var med som testpilot i romfergeprogrammets barndom, med testromfergen Enterprise, og deltok da i to av de fem slipp- og landingstestene som ble utført i 1977. Han fikk sin første romfergetur med Columbia under STS-2.

Pilot på 51-I var den 39 år gamle Richard O. Covey, som er major i USAF. Han har over 3000 flytimer og erfaring fra 20 forskjellige flytyper. Han ble tatt ut som astronaut i 1978.

Den første ferdspesialisten vi skal stifte bekjentskap med er den 41 år gamle James D. A. van Hoften. Han ble tatt ut som astronaut samtidig som Covey. Han er 1,93 meter høy, og overstiger dermed grensen som gjaldt for astronauter i tidligere programmer som Mercury, Gemini og Apollo. Av sine medastronauter blir han kalt «Oksen» og at han har et meget hardt håndtrykk kan artikkelforfatteren skrive under på. Van Hoftens spesialfelt er hydraulikk. Han har undervist i dette faget som dosent ved universitetet i Houston. Han fikk sin første ferd med romfergen Challenger under betegnelsen 41-C, bedre kjent som Solar Maximum Mission, og han fikk da god erfaring i å arbeide ute i lasterommet.

Den 39 år gamle John M. Lounge var den andre ferdspesialisten på denne ferden. Han ble ansatt ved Johnson Space Center i 1978 og var sjefingeniør for integrasjon av spinnstabiliserte satellitter. I 1980 ble han tatt ut som astronaut. Hans spesialfelt er romfergens datamaskinsystem. På denne ferden skulle han være ansvarlig for styring av manipulatorarmen.

Den tredje ferdspesialisten var den 39 år gamle Willam F. Fisher. Foruten at han har 1100 timer i fly, er han utdannet innen medisin og kirurgi, som sin kone. Han er gift med astronauten Anna L. Fisher som vi kjenner fra 51-A. William Fisher har vært involvert i med utviklingen av romdraktsystemet, samt prosedyrer i forbindelse med opphold ute i romfergens lasterom. På denne ferden skulle han ut i lastrommet sammen med van Hoften.

Reparasjonsarbeidet

Engle og Covey vil manøvrere Discovery etter et standardisert manøvreringsprogram som man er kommet fram til ved hjelp av erfaringene man nå har fra tidligere ferder. Romfergen vil først bli stasjonert flere hundre meter under Leasat. Litt senere vil Engle manøverere Discovery opp i samme banehøyde som Leasat, men ca 100 meter foran den. Deretter blir avstanden redusert til den er ca 10-12 meter. På dette tidspunkt vil van Hoften og Fisher allerede ha startet på sitt opphold i lasterommet, og van Hoften vil befinne seg i bakre del, der han skal spenne fast en fotplattform på manipulatorarmen. Fisher vil være travelt opptatt med klargjøring av utstyr og verktøy ved en arbeidsstasjon man har utviklet til bruk ved reparasjonen. Tre kvarter etter at denne første utflukten er begynt, vil van Hoften spenne seg fast i fotplattformen. Lounge vil så manøvrere manipulatorarmen med van Hoften mot Leasat 3 slik at han kan ta tak i satellitten. Satellitten vil på dette tidspunkt rotere med én omdreining i minuttet. Det var ikke ventet at det skulle by på problemer for van Hoften å stanse denne rotasjonen. Verre trodde man det ville bli å trekke satellitten ned i lasterommet der Fisher skulle stå klar til å ta den i mot.

Van Hoften skulle etter planen montere et langsgående håndtak på siden av Leasat mens satellitten fremdeles roterer. Dette håndtaket var selvfølgelig spesiallaget med tanke på å bruke de eksisterende festepunkter på Leasat 3. Hver gang van Hoften er i berøring med Leasat via håndtaket vil Leasat få en viss oppdrift som vil bli kompensert ved at Engle justerer Discoverys posisjon i forhold til satellitten. Van Hoften bør ha greid å stoppe rotasjonen i løpet av 15 minutter. På grunn av manipulatorarmens vinkel og de visuelle forhold vil van Hoften og Leasat befinne seg over bakre del av lasterommet når satellitten skal overleveres til Fisher som står nede i lasterommet. I bakre del av lasterommet står de tomme beholderne for de andre satellittene som settes ut i løpet av de første tre dagene, og for å få Leasat ned foran disse, må Engle «rygge» hele romfergen under van Hoften mens Lounge manøvrerer armen slik at dette går smertefritt for seg.

Til slutt vil nye gripeanordninger bli montert på Leasat, fotplattformen på manipulatorarmen blir demontert, og så kan manipulatorarmen benyttes til å holde Leasat. Da er det klart for reparasjonsarbeidet. Det er Fisher som skal gjøre det første «inngrepet» i Leasat. Først må det installeres flere sikkerhetsmekanismer for å forhindre at noen av systemene i Leasat plutselig skal begynne å fungere. Viktigst er det å sikre aktiviseringsbryteren som man uten hell forsøkte å bruke til å aktivisere satellitten etter utplasseringen i april. Etter at dette er gjort vil de elektriske systemene og faststoffmotoren bli sikret.

Selve reparasjonen vil bestå av en mengde detaljerte operasjoner, men kort fortalt vil følgende skje: Etter at Fisher har demontert noen paneler på utsiden av satellitten, vil han montere to elektronikkbokser og utenpåliggende kabler, slik at man kopler seg forbi den elektroniske kretsen som det er noe galt med. Siden drivstoffet i Leasat er frosset, skal det også monteres et spesielt aluminiumsdeksel over faststoffmotoren. Dette vil på grunn av sin varmeabsorberende effekt hjelpe til med å tine opp drivstoffet. Dekselet inneholder også instrumenter som vil registerere temperaturen. Når dette er gjort , skal første dags opphold i lasterommet avsluttes. Det var planlagt at astronautene måtte tilbringe seks timer utenfor romfergens kabin denne dagen. Neste dag skulle så satellitten settes ut igjen. Mange av operasjonene skulle nå utføres i motsatt rekkefølge. Van Hoften skulle igjen spenne seg fast på fotplattformen i enden av manipulatorarmen. Før Fisher overlater Leasat helt og holdent til van Hoften skulle han aktivisere de to nye elektronikkboksene som ble montert dagen før. På Leasat skulle van Hoften nå bruke et nytt håndtak til å sette satellitten i rotasjon. Fordi drivstoffet var frosset, ville man ikke få vite noe om hvor vellykket reparasjonen har vært før etter ca to måneder.

Øvrige nyttelaster

Når det gjelder de øvrige nyttelaster hadde man denne gangen med seg tre kommunikasjonssatellitter, en australsk og to amerikanske. To av disse satellittene skulle utplasseres på den vanlige måten, mens den tredje skulle utplasseres etter den såkalte «frisbee»-metoden.

ASC-1

ASC-1 er den første satellitten i et system bestående av to operasjonelle satellitter i rommet og en i reserve på bakken. Det er selskapet American Satellite Company som står bak dette systemet. Satellitten har en masse på ca 670 kg, og med solcellepanelene ute har den et «vingespenn» på ca 15 meter. Satellitten er bygget av RCA Astro Electronics i New Jersey.

AUSSAT-1

AUSSAT-1 er den første satellitten i et system på tre satellitter som vil bli kontrollert av Australias nasjonale satellittselskap, AUSSAT Proprietary Ltd. Satellittene skal overvåkes av bakkestasjoner ved Sydney, Perth, Brisbane og Adelaide. Massen til AUSSAT-1 er ca 600 kg og «vingespennet» med solcellepaneler ute er nesten 22 meter. Satellitten er bygget ved Hughes Space and Communications Group i California.

Leasat 4

Leasat 4, også kjent som Syncom 4, er den fjerde satellitten i Leasat-serien. Disse satellittene kan kun utplasseres fra romfergens lasterom etter «frisbee»-metoden. Leasat 1 og 2 ble utplassert på henholdsvis ferd 41-D og 51-A. Leasat 3 ble vellykket utplassert på 51-D, men satellitten selv var som vi har hørt ikke i orden.

Leasat 4s vekt i Discoverys lasterom var 7730 kg, inkludert drivstoff og faststoffrakettmotor, mens dens masse i geostasjonær bane skal ligge på ca 1390 kg. Med sin antennestruktur utstrakt måler den 6,56 meter fra ende til ende. 45 minutter etter utplasseringen vil Leasat 4, om aktiviseringsmekanismen fungerer, ved hjelp av faststoffrakettmotoren, som er identisk med tredjetrinnet av en Minuteman-rakett, bringe satellitten til sin geostasjonære bane. I og med at Leasat 3 ikke ble aktivisert, var man denne gang spente på hva som ville skje med Leasat 4.

Forberedelser

Utrullingen av Discovery fra VAB (Vehicle Assembly Building) fant sted natt til den 7. august. Mannskapet ankom KSC (Kennedy Space Center) senere samme dag fra Houston om bord i sine T-38 jagerfly. To dager etter at Discovery var på plass ved oppskytingskompleks 39 A, ble den «tørre» nedtellingen foretatt og avsluttet med en simulert oppskyting. Etter at denne simuleringen var vel overstått, gjennomførte mannskapet evakueringsøvelser, noe som er vanlig etter den «tørre» nedtellingen. Nå har man jo hatt to avbrutte nedtellinger ved T-3 sekunder, for 41-D og 51-F, men i ingen av disse tilfellene ble evakueringsplanen satt ut i live. Nå nærmet oppskytingen for 51-I seg med stormskritt, tidspunktet var fastsatt til kl. 1438 norsk sommertid den 24. august.

Atter en gang - forsinkelser

Den vanlige nedtellingsprosedyren startet kl. 0300 om morgenen den 22. august. Mannskapet drev med den siste finpussen og treningen med Gulfstream 2, flyet som blir brukt til å trene på romfergelandinger, denne formiddagen. Den påfølgende natten tok fylling av flytende oksygen og hydrogen til, mens nedtellingen, som også denne gangen var på de vanlige 43 timene, gikk jevnt og trutt.

På oppskytingsdagen ble astronautene vekket kl. 0415 om morgenen lokal tid, og etter frokosten bar det av sted ut til Discovery, hvor besetningen inntok sine seter 2 timer senere.

Oppskytingsvinduet denne morgenen var på 34 minutter, og nedtellingen stoppet som vanlig ved T-9 minutter. Det var grått og overskyet, og den ene uværsskyen avløste den andre. Likevel fortsatte nedtellingen til T-5 minutter før den igjen stoppet. Man håpet i det lengste at været skulle bedre seg. Til slutt ble man imidlertid, som flere ganger tidligere, nødt til å avlyse oppskytingen for denne dagen.

Neste dag, 25. august 1985, hadde man et oppskytingsvindu på 15 minutter, men været var ikke blitt særlig bedre. Da det så ut til å letne ved T-20 minutter, oppdaget man en feil i romfergens reservedatamaskin. Atter en gang måtte astronautene forlate fergen uten å ha kommet opp fra rampen. Presset på NASA for å få Discovery opp i tide for et møte med Leasat 3 økte.

Denne gang ville man ha en dags pause ved KSC slik at tredje oppskytingsforsøk ble fastsatt til 27. august 1985. 26. august ble benyttet til inspeksjoner av Discoverys hovedmotorer. Besetningen brukte dagen til trening og på å forberede seg på et nytt oppskytingsforsøk.

Nedtellingen ble startet tidlig om morgenen 26. august lokal tid, og neste dags oppskytingsvindu var på 54 minutter, fra klokken 12.55 til 13.49 norsk sommertid.

Heller ikke 27. august var været helt på topp. Over deler av KSC regnet det, men det var opphold rundt plattform 39A og et hull i skydekket nærmet seg KSC. Klokken 12.58 norsk sommertid startet faststoffmotorene og med dem den 20. ferden i romfergeprogrammet. Discovery, som nå ble skutt opp for sjette gang, forsvant gjennom skydekket. Romfergesystemets startmasse var denne gang 2 054 001 kg.

Travel første dag

Oppstigningsfasen gikk normalt, uten problemer med temperaturfølerne i hovedmotorene, som denne gang var byttet ut på grunn av problemene under oppstigningen på 51-F/Spacelab 2. Discovery kom inn i en bane på 350 km x 166 km, før banen ble gjort sirkulær i 350 km høyde 40 minutter etter oppskyting. Ifølge planen skulle ASC utplasseres sent samme dag, fulgt av AUSSAT neste dag og Leasat den tredje dagen. Både AUSSAT og ASC var dekket av et solskjermende deksel før de skulle utplasseres. Disse dekslene er åpne under oppskytingen, men så snart lasteromsdørene åpnes, lukkes dekslene for å beskytte satellittene mot sollyset.

Før dekslene lukkes av astronautene, skal de undersøke at satellittene er i tilfredsstillende stand etter oppskytingen. Astronautene undersøkte ASC, men glemte AUSSAT. Dekslene ble så lukket etter planen, før man oppdaget forglemmelsen med AUSSAT. Dermed måtte dekslet over denne satellitten åpnes igjen. Under denne operasjonen hang den høyre delen av dekslet seg opp i toppstrukturen på AUSSAT. Astronautene kunne rapportere at de klart kunne se at dekslet hadde hengt seg opp på innsiden. Dette skulle naturligvis normalt ikke ha skjedd, men gjorde det likevel på grunn av en feil i sjekklisten astronautene benyttet.

Man bestemte seg da for å prøve å dytte dekslet løs med manipulatorarmen. Da den skulle brukes, sviktet en servostyrt forsterker i albueleddet. Følgen var at man ikke kunne styre armen via datamaskinsystemet, men måtte gjøre det manuelt. Armen måtte derfor styres ved at man slo på ulike brytere for å få den posisjonert riktig. Dette ble gjort av Lounge. 4,5 timer etter oppskytingen kunne han begynne å løfte og dytte dekslet bort. Etter cirka 10 minutters inspeksjon viste det seg at AUSSAT var i skjønneste orden. Man bestemte seg likevel for å utplassere AUSSAT først og ASC senere.

På grunn av dette ble AUSSAT utplassert alt på femte omløp, 6 timer og 35 minutter etter oppskyting, mens ASC ble utplassert tre omløp senere, da ferden var 11 timer og 10 minutter gammel. Dette var første gang i romfergeprogrammet at to satellitter ble utplassert på samme dag.

Satellittenes PAM-trinn startet automatisk og de ble plassert i en elliptisk overføringsbane til den geostasjonære banen.

Ferdens andre dag ble det tid til en del hvile for astronautene etter en meget hard første dag, og Leasat 4 (Syncom 4-4) ble utplassert som planlagt på ferdens tredje dag. Satellittens motor startet helt etter planen og brakte også denne satellitten over i en geostasjonær overføringsbane.

Resten av ferden kunne nå konsentreres om Leasat 3. De første manøvrene for å komme i kontakt med Leasat 3 ble utført av Covey, mens Engle tok seg av de siste metrene. Van Hoften og Fisher var alt på plass i lasterommet, klar til å sette i gang med sin del av jobben.

Van Hoften hadde funnet sin plass på fotplattformen, og mens Discovery beveget seg utenfor nordkysten av Venezuela «løftet» Lounge van Hoften mot Leasat 3. Astronautene hadde en god del problemer med å få kontroll over satellitten, og etter to timer kunne Fisher, som stod i lasterommet med benene hektet fast i stropper, ta tak i Leasat med hendene sine. Engle brukte en god del mer drivstoff enn planlagt for å manøvrere romfergen slik at van Hoften lettere skulle få kontroll over satellitten. Mens Fisher holdt Leasat, som har en masse på cirka 6500 kg med drivstoff til motorene om bord, over hodet, fjernet van Hoften plattformen fra enden av manipulatorarmen. Dermed kunne armen nå brukes til å gripe tak i Leasat i et nytt håndtak van Hoften hadde montert. Etter at dette var gjort, kunne reparasjonen begynne. Mens Discovery passerte over det sydlige indiske hav etter at astronautene hadde vært ute i lasterommet i drøyt 5 timer, kunne Fisher koble sammen kablene fra SBU-boksene slik at Leasat kunne ta imot kommandoer direkte fra bakken.

Via en batteriboks Fisher hadde montert, fikk han gitt ordre til Leasat om å folde ut rundstråleantenne, noe som fungerte fint. Etter et rekordlangt opphold utenfor romfergen, som varte i 7 timer og 8 minutter, gikk astronautene inn igjen og tok pause til neste dag. Så lenge har ingen vært utenfor et romfartøy i rommet, om vi ser bort fra Apollo 17-astronautene Eugene Cernan og Harrison Schmitt. På en av utfluktene fra Apollo 17s månelandingsfartøy i desember 1972, tilbrakte de 36 minutter mer på måneoverflaten enn Fisher og van Hoften gjorde utenfor Discovery.

1. september ble reparasjonsarbeidet fullført i løpet av 1 time og 22 minutter. Dermed kunne man starte forberedelsene til å utplassere Leasat igjen. Dette ble gjort på omtrent samme måte som da den ble hentet inn. Van Hoften lyktes å puffe til utplasseringshåndtaket hele fem ganger slik at Leasat fikk en rotasjon på tre omdreininger per minutt.

Før man kom så langt, hadde man en del problemer med å få den i riktig stilling. Årsaken viste seg å være at romfergens stillingskontrollmotorer ikke var slått av. Da det ble gjort, var det også slutt på problemene.

En time etter utplasseringen av Leasat mottok en bakkestasjon for Hughes på Guam radiosignaler fra satellitten, og 11 timer senere startet den klokken som Fisher hadde montert, slik at det ble mulig for bakkestasjonene å sende mer utførlige kommandoer til Leasat.

«Leasat Rescue Mission» hadde så langt vært en suksess, og van Hoften og Fisher var svært godt fornøyde med sin innsats.

Feil med Leasat 4

Astronautene kunne så begynne å pakke ned alt utstyr med tanke på tilbakevendingen. Etter en ferd på 8 døgn landet Discovery på Edwards Air Force Base uten problemer av noe slag.

Noe senere kom det melding om at Leasat 4 hadde sluttet å fungere 6. september, 8 døgn etter utplasseringen fra Discovery. Feilen, som antas å ligge i en kabel til antennen, gjør satellitten ubrukelig. I dette tilfelle vil det imidlertid være umulig å foreta en reparasjonsferd med romfergen fordi den ikke har noen mulighet til å komme seg opp til geostasjonær bane.

51-I-ferden vil nok gå inn i rekken av de mer spesielle romfergeferdene som man husker særlig godt, sammen med 41-B-, 41-C- og 51-A-ferdene.

Neste romfergetur som nå stod på programmet, var av militær karakter, med betegnelsen 51-J. Det mest interessante her var at dette skulle være første ferd med den siste av romfergene, Atlantis.

Vellykket avfyring av Leasat 3s motor

Fra en følgestasjon Hughes har på stillehavsøya Guam ble det 27. oktober 1985 sendt kommandoer til Leasat 3 om å starte faststoffmotoren som skulle bringe den inn i en geostasjonær overføringsbane. Fordi satellitten svært lenge har vært utsatt for lave temperaturer i rommet, var man meget bekymret for at hele satellitten rett og slett skulle eksplodere idet motoren startet. Dette skjedde imidlertid ikke, og motoren brant i omtrent 1 minutt, som planlagt. Fra radiosignalene den sendte tilbake, var det helt tydelig at satellitten akselererte mens motoren brant.

Selv om motoravfyringen gikk bra, var man ennå bekymret for satellittens tilstand bare få døgn senere. Man er tydeligvis svært usikker på hvordan satellitten har tålt de lave temperaturene den i lang tid var utsatt for før man fikk kontroll over den og kunne rette den mot Solen slik man ønsket det. Etter omtrent én måneds utprøving i bane regnet man med at Leasat 3 skulle være operativ fra slutten av november 1985, dersom ingen problemer oppstår.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Besetningen som deltok på 51-I-ferden. I midten ses John M. Lounge og rundt ham med klokken fra nederst til venstre ses: Joe H. Engle, James D. A. van Hoften, William F. Fisher og Richard O. Covey. (NASA)

Kommunikasjonssatellitten fra American Satellite Company (ASC) stiger opp fra lasterommet på Discovery 27. august 1985. (NASA)

Fisher ses her fastspent til en arbeidsplattform i Discoverys lasterom under det andre oppholdet utenfor kabinen. Bildet er tatt av van Hoften som da var fastspent til enden av manipulatorarmen. (NASA)

Fisher, som er festet til en arbeidsplattform i lasterommet på Discovery, holder her Leasat 3 i en tidlig fase i arbeidet med å reparere satellitten. (NASA)

På dette bildet er Fisher i ferd med å feste et beskyttelsesdeksel over dysen til Leasat 3s faststoffmotor. (NASA)

Her har van Hoften nettopp gitt Leasat 3 ett av flere puff for å sette den i rotasjon igjen etter reparasjonen. Van Hoften er fastspent til en arbeidsplattform ved enden av manipulatorarmen. Den hvite stangen som stikker ut fra Leasat 3 og nedover mot høyre, er den direktive antennen som ble foldet ut etter kommando fra astronautene. Månen ses som en lysende, hvit sirkel rett under direktivantennen. (NASA)

51-I-besetningen med en av romdraktene. Fra venstre bak: Fisher, Lounge, Engle og van Hoften. Foran ses Covey. (NASA)