STS-83/MSL-1/Spacelab: Avbrutt romfergeferd
Av Ivar Johansen
|
Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 27. årgang, nummer 103, juli-september 1997, sidene 36-39 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.
|
Skriv ut
Tips bekjent
|
NASAs kontinuerlige analyser for å forstå kompleksiteten rundt mikrogravitasjon/vektløshet og hvordan dette innvirker på vårt daglige liv vil være det primære fokus på denne ferden. Mannskapet på syv astronauter vil utføre mange eksperimenter innen forbrenningsteknologi og hvordan forskjellige typer materialer og flytende substanser forandrer seg i det vektløse miljøet. Denne ferden er en brobygger mellom dagens relativt korte laboratorieferder av typen Spacelab og ferder av lengre varighet som i fremtiden skal flys om bord på den internasjonale romstasjonen.
Vitenskapsmenn og forskere fra European Space Agency, Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten, National Space Development Agency of Japan samt NASA (National Aeronautics and Space Administration) vil på denne ferden være ansvarlige for 33 forskjellige ekperimentområder. En slik ferd, med drøye 15 dagers vitenskapelig arbeid, vil nok i fremtiden likevel bli omtalt som en kort ferd hva varighet angår. Alle berørte parter på bakken hadde mye å se frem til, en forventning som i første omgang bare ble delvis innfridd.
Forberedelser
På folkemunne er det liksom romfergen Columbia vanlige folk kjenner til, og snakker man med slike er det ikke mange som vet at man for tiden har fire operative romferger. For oss som følger litt med klinger navnene Columbia, Discovery, Atlantis og Endeavour som nydelig musikk i våre ører, og man blir aldri mett av å få med seg mer og mer fakta om hver enkelt av NASAs «storfugler». Individuelt er det mange interessante ting man gjerne skulle ha skrevet om fra den ene romferden til den andre, men hvordan man enn snur og vender på det hele, var det Columbia som startet romfergeprogrammet med brask og bram den 12. april 1981. Frem til hennes hittil siste ferd, som var STS-80, har hun i og for seg «oppført» seg brukbart, selv om det har vært litt «småtteri» relatert til «gamledama».
Etter å ha returnert til rullebane 33 etter STS-80 den 7. desember 1996, en ferd hvor astronautenes aktivitet i lasterommet som vi husker måtte kanselleres i og med at man ikke fikk opp luken ut til lasterommet, ble hun tauet til OPFs hangar 1 (Orbiter Processing Facility), slik at man kunne begynne å forberede henne for STS-83 og dens nyttelast.
Selve nyttelasten, som altså bestod av 12 forskjellige seksjoner, var ferdig integrert allerede i midten av november 1996. Deretter kunne man trekke Spacelab-modulens ytre skall over seksjonene, før endelokket ble montert slik at MSL-1 ble en komplett, integrert enhet. Dette fant sted rett før jul i fjor. Den primære nyttelasten ble montert i Columbias lasterom den 30. og 31. januar i år. Som vi skjønner er en komplett Spacelab-modul en komplisert enhet som krever mye tid rent forberedelsesmessig.
Den 13. februar ble Columbias lasterom utstyrt med den lange tunnelseksjonen som fører astronautene ut i romlaboratoriet Spacelab, mens man helt bakerst nok en gang hadde med seg EDO-pallen (Extended Duration Orbiter). Romfergen ble 5. mars transportert fra OPFs hangar 1 til VAB-bygningen (Vehicle Assembly Building), hvor nok et sett med drivstofftank og faststoffraketter stod og ventet. Utrullingen til oppskytingsplattform 39A fant sted om ettermiddagen lokal tid seks dager senere, slik at romfergesystemet var på plass ute på plattformen idet Sola gikk ned. Med romfergesystemet som en gedigen silhuett og Sola på vei ned, kan man få gåsehud av et slikt skue, som artikkelforfatteren kan bekrefte er meget imponerende...
Tørrtrening og benbrudd
Astronautene ankom KSC to dager etter at Columbia var rullet ut, og foruten det primære mannskapet var to reserveastronauter med for å ta del i den obligatoriske tørrtreningen. Som en følge av at astronaut og ferdspesialist Donald A. Thomas brakk høyre ankel den 29. januar under rutinemessig trening i Houston, ble «vår» norgesvenn og astronaut Catherine G. «Cady» Coleman plukket ut til trening som reserve for Thomas i tilfelle ankelbruddet ikke skulle gro raskt nok til at han kunne bli med på ferden. Hennes bakgrunn fra STS-73 gjorde sitt til at hun raskt kunne sette seg inn i Thomas' oppgaver som ferdspesialist på denne ferden. Som seg hør og bør hadde man også med seg en nyttelastspesialist som reserve; Paul D. Ronney het han. Det er helt vanlig i en mannskapssammensetning med reservenyttelastspesialister; det ekstraordinære denne gangen var Colemans deltagelse etter å være blitt satt inn som reserveferdspesialist.
Den tørre nedtellingen ble gjennomført rutinemessig, og en haltende Thomas, som grunnet ankelbruddet hadde en slags slalåmstøvel på høyre fot, var optimistisk på pressekonferansen i troen på at denne skaden ville gro relativt fort, slik at han kunne delta på STS-83, som nå var berammet med oppskyting den 3. april.
Artikkelforfatteren hadde en telefonsamtale med Cady Coleman den 24. februar hvor hun blant annet takket for sist i forbindelse med sitt besøk hos oss i NAF den 29. juli 1996, og hvor hun kom inn på den travle perioden hun nå var inne i, takket være treningen for STS-83. Hun hadde et lite håp om at det kunne bli en tur i rommet, men som hun sa: «Denne ankelen til Don ser ut til å gro fortere enn vi trodde, så jeg tviler på at det blir min tur denne gangen». Hun hadde så rett, så rett, men med hennes plikter i NASA i dag i forbindelse med den internasjonale romstasjonen, har hun mer enn nok annet å tenke på.
Nyttelast
STS-83 markerer at det er trettende gangen selve Spacelab-modulen blir brukt i romfergesammenheng.
Vitenskapsmenn og forskere fra de fire før nevnte romorganisasjonene har utviklet 33 eksperimenter hvor samtlige er en slags brobyggere mot det eksperimentkonseptet som vil bli primæroppsettet på den internasjonale romstasjonen.
Forbrenningsteknologi vil stå høyt i kurs på denne ferden, hvor mannskapet ved bruk av forskjellige ovner vil være i stand til å produsere en mengde materialstrukturer i området fra krystaller til forskjellige legeringstyper benyttet innen metallindustrien. Man vil også, takket være det vektløse miljøet om bord, være i stand til å studere oppførselen og konsistensnivået til forskjellige flytende substanser om bord.
Denne prosessen, som på Jorden alltid innebærer en risiko for et mindre vellykket utfall, vil i rommet hjelpe oss å fremskaffe en ny generasjon av materialer innen høyteknologiske områder, med hovedvekt på datateknologi og komposittmaterialer for fremtiden.
Som på tidligere Spacelab-ferder befinner romlaboratoriet Spacelab seg litt over midtveis i Columbias lasterom. Astronautene tar seg inn i modulen ved hjelp av en tunnel som er 5,75 m lang og har en diameter på 1,02 m. Spacelab-modulen måler 7,0 m i lengde og 4,1 m i diameter, og den primære nyttelasten, Spacelab/MSL-1, hadde denne gangen en masse på 10 168 kg.
Lokalisert rett bak romlaboratoriet Spacelab finner vi EDO-pallen, som med sine fire sett av hydrogen- og oksygentanker er et supplement til Columbias fem standardiserte tanksett for flytende oksygen og hydrogen. EDO-pallen er på denne ferden med for niende gang. Fra før av har Columbia hatt den med seg syv ganger og Endeavour én gang. Med fulle tanker har denne pallen en masse på 3175,2 kg, og den gjør at romfergen kan forbli i kretsløp rundt Jorden i 16 dager, med en mulighet til å forlenge dette med ytterligere to dager dersom det skulle være nødvendig.
Ser vi nå litt på Columbia i perspektiv skulle STS-83 bli hennes 22. ferd i rommet. Fra hennes første ferd, som vi alle husker startet på den historiske datoen 12. april 1981 med STS-1, og frem til STS-80, som startet den 19. november 1996, har hun bokført 217 dager, 15 timer, 58 minutter og 36 sekunder i rommet. Dette gir en akkumulert tid i snitt på 10,37 dager per ferd, fordelt på 21 ferder, og gjør henne så absolutt til den harde arbeidshesten hva bokført tid i rommet angår. Med én oppskyting mindre enn Discovery er hun en god nummer to når det gjelder antall ferder, men muligheten til å ta inn dette også var nærmere enn man trodde.
Oppskyting
Etter at astronautene hadde ankommet KSC, gjennomgikk de de vanlige rutinene, slik som finpuss av ferdplanen. Kommandør og pilot fløy Shuttle Training Aircraft - et Gulfstream-fly som man bruker for å simulere landinger med romfergen ved Shuttle Landing Facility - mens oppskytingen nærmet seg. Man utsatte oppskytingen én dag grunnet en ekstra inspeksjon av isolasjonsmaterialet i lasterommet på Columbia. Etter dette kunne man lukke lasteromsdørene i trygg forvissning om at alt var klappet og klart om bord før oppskyting.
Nedtellingen gikk sin gang mens astronautene ble hjulpet på plass av teknikerne fra United Space Alliance oppe i det hvite rommet ute på oppskytingsplattformen. Luken ble lukket da nedtellingsklokken viste T-1 time og 20 minutter. Ved T-9 minutter «and holding» ble nedtellingen stoppet som vanlig, men denne gangen ble varigheten 19 minutter lengre enn planlagt da luken ifølge sine sensorer ikke var tett nok for oppskyting. Dette viste seg bare å være et sensorproblem, og nedtellingen kunne forsette...
De tre brenselcellene ble aktivisert ved T-5 minutter, og man fikk, som et par ganger tidligere, indikasjoner på at det var svingninger i spenningen til brenselcellene. Denne gangen var det nummer to som var i ulage. Man hadde hatt de samme indikasjonene under nedtellingen på begge de to siste ferdene til Atlantis uten at dette fikk noen følger for ferdene, og basert på dette så man ikke noen grunn til å «holde igjen» Columbia.
Oppskytingskontrollen på KSC og astronautene gjennomgikk nå sine sjekklister samtidig med at de fleste systemene om bord ble aktivisert. Brenselcelle nummer to var nå litt mer medgjørlig, med mindre spenningsavvik enn tidligere, og alt så bra ut der Columbia nå utålmodig og majestetisk raget mot en blå ettermiddagshimmel lokal tid i Florida. Ferden med MSL-1 startet klokken 21.20.32,019 norsk tid denne 4. aprildagen, og årets tredje, Columbias 22. og romfergeprogrammets 83. oppskyting var et faktum. Romfergen klatret opp mot sin bane med en ekvatorvinkel på 28,45°, og innledningsvis hadde banen parametrene 75,9 km x 346,3 km, hvilket senere ble endret til 301,8 km x 296,3 km.
Spacelab MSL-1 aktiviseres
Banen var nådd, og astronautene kunne begynne å aktivisere de forskjellige systemene om bord. Lasteromsdørene ble åpnet ved T+1 time og 28 minutter etter oppskyting, og lasterommet var litt av et skue der tunnelseksjonen, romlaboratoriet og EDO-pallen ble eksponert mot sollyset. De rene fargene i rommet, som blant annet kommer godt frem på IMAX-filmen The Dream Is Alive, er enn så lenge en positiv bekreftelse på at det forhåpentligvis vil ta mange år før miljøet i bane rundt Jorden blir noe mer «grumsete» og forurenset.
Mannskapet var delt inn i to skift, slik at man kunne jobbe kontinuerlig 24 timer i døgnet, og mens det blå laget, som bestod av Janice Voss, Mike Gernhardt og Roger Crouch, begynte å jobbe, kunne det røde laget innlede sin første hvileperiode. Basert på samtaler med en rekke romfergeastronauter kan man trekke den slutning at det ikke alltid er like lett å gå til sengs i en så tidlig fase av en ferd, selv om man er aldri så forhåndsakklimatisert.
Men med kommandør Jim Halsell i spissen, fulgt av Susan Still, Donald Thomas og Greg Linteris, innledet det røde laget sin hvileperiode enten de var trøtte eller ikke. Litt søvn ble det helt sikkert, og samtidig med at noen sov, «åpnet» Janice Voss og Roger Crouch MSL-1. Spacelab var nå klar til å bli tatt i bruk. Nesten 16 dager med romlaboratoriearbeid lå foran astronautene, så det var bare å brette opp ermene.
Brenselcellen: Et alvorlig problem
I Houston var det én ting man holdt et spesielt våkent øye med denne gangen, nemlig Columbias tre brenselceller. Etter spenningsvingninger under nedtellingen hadde man enda noen uregelmessigheter med brenselcelle nummer to, og det skulle bare vise seg å bli verre.
Hvilken funksjon har disse brenselcellene, hvor store er de og hvor er de lokalisert i romfergen?
Romfergens tre brenselceller opererer som individuelle, elektriske kraftforsyningsenheter som hver leverer 28 V likestrøm til de forskjellige systemer om bord. Det er i disse tre brenselcellene at flytende hydrogen og oksygen blir omdannet til elektrisk kraft, vann og varme. Hver brenselcelle består av 96 celler, som er gruppert i tre pakker på 32 celler. Brenselcellene er 35,5 cm høye, 38,1 cm brede og 101,6 cm lange, og veier 115,6 kg. De er montert under den fremre delen av lasterommet.
De fleste av romfergens elektriske systemer er avhengige av disse tre brenselcellene, og når én av dem oppfører seg som brenselcelle nummer 2 etter hvert skulle vise seg å gjøre, snakker vi om en alvorlig, men kontrollert situasjon. All unormal oppførsel i brenselcellenes interne «cellepakkesystem» av 32 celler blir målt ved å sammenligne data fra de 16 cellene på hver sin side av «cellepakken». Hvert par på 16 celler må helst gi samme ladespenning, ellers har systemet et problem. Manifolder langs hver av disse tre «cellepakkene» distribuerer flytende hydrogen og oksygen til den motsatte siden av systemet, hvor strøm, vann og varme blir generert.
Det vanligste avviket i strømforsyningen mellom de sammensatte parene på 16 celler har på tidligere ferder ligget på 20-50 mV, hvilket er innenfor toleransegrensene. Som før nevnt hadde man relativt store avvik i strømtilførselen i én av de tre «cellepakkene» på brenselcelle 2 rett etter oppstart fem minutter før oppskyting. Hele 500 mV var avviket på, hvilket var uvanlig og et tankekors for personellet i oppskytingskontrollen ved KSC. Men etter hvert som mer og mer strøm ble generert, flatet noe av avviket ut, slik at oppskytingen kunne gå etter planen.
Sikkerhet i første rekke
Astronautene om bord i Columbia var nå travelt opptatt med en rekke forskjellige eksperimenter, og etter at den første skiftovertagelsen var gjennomført på ferdens andre dag, monterte Jim Halsell og Susan Still en ergometersykkel på midtre kabindekk slik at besetningen kunne benytte denne til fysisk trening om bord. Nye eksperimenter ble startet opp i romlaboratoriets forbrenningsovner for studier av hvordan flammer og sot oppfører seg i det mikrogravitasjonelle miljøet om bord.
Eksperimentkonsollene som nå var i bruk var prototyper av dem som skal brukes om bord i den internasjonale romstasjonen, og astronautene hadde bare lovord å si om disse til de ansvarlige på bakken. Greg Linteris dyrket proteinkrystaller, mens Donald Thomas kunne beskrive hvordan sotdannelser i en av forbrenningsovnene artet seg. Stemningen om bord var god. Et par av astronautene kunne også rapportere at det å sove under den første hvileperioden om bord var litt vanskelig på grunn av den flotte utsikten man hadde ned mot Jorden. Litt utsikt og litt søvn ble etter hvert en god kombinasjon for effektiv utnyttelse av hvileperioden.
Nede i Houston fulgte man brenselcelle 2, som på ferdens andre dag var oppe i et avvik på 250 mV, og dette økte sakte, men sikkert. Problemet var ikke høy eller lav strømforsyning, men forskjellen mellom «cellepakkene» var urovekkende. En arbeidsgruppe satte seg ned med firmaet International Fuel Cells, som er en divisjon av konsernet Hamilton Standard ved Windsor Locks i Connecticut, for å diskutere problemet. Her ble man fort enige om at man fikk slå av brenselcelle to, slik at man kunne forebygge en gjennombrenning av «cellepakken», hvilket ville ha fått katastrofale følger dersom de forskjellige gassubstansene hadde blandet seg.
En beslutning om å returnere til Jorden i løpet av 48 timer, som regelverket krever dersom en brenselcelle ikke er i drift, ble tatt klokken 14.00 norsk tid den 6. april, og «capcom» («capsule communicator») Chris Hadfield informerte mannskapet 21 minutter senere. Skuffelsen var stor om bord, men sikkerheten prioriteres, og mannskapet hadde full forståelse for den avgjørelsen som var tatt.
Brenselcelle 2 ble slått av klokken 20.30 norsk tid, og man foretok så en omprioritering hva eksperimenter angikk, slik at man blant annet fikk fullført 14 av 142 planlagte forbrenningseksperimenter før Spacelab-modulen ble lukket for retur til Jorden på ferdens fjerde dag.
Retur til KSC
Det røde laget ble vekket klokken 06.21 norsk tid den 8. april, og etter å ha fått nyheten om at ferden etter all sannsynlighet ville bli fløyet om igjen med samme nyttelast og mannskap i begynnelsen av juli, steg stemningen betraktelig.
Det blå laget innledet en seks timer lang hvileperiode mens det røde laget pakket «skuta» for hjemturen. Lasteromsdørene ble lukket klokken 18.00 norsk tid, og nede i Houston håpet man at været både ved KSC og Edwards Air Force Base ville bli bedre den neste timen. Ferdsjef Linda Ham i Houston var litt urolig grunnet for mye sidevind ved KSC, men etter at dette bedret seg ga hun mannskapet om bord beskjed om å avfyre bremserakettene til forutbestemt tid. Denne tre minutters avfyringen fant sted klokken 19.31 norsk tid, og 30 minutter senere møtte Columbia de ytterste lagene av jordatmosfæren mens hun passerte vest av Hawaii.
På grunn av problemet med brenselcellen ble noen av navigasjonsinstrumentene om bord ikke aktivisert før ca 20 minutter før landing. Columbias landingsvekt på 107 000 kg var den største så langt i romfergeprogrammet idet Halsell og Still satte henne ned på rullebane 33 ved KSC klokken 20.33.11 norsk tid den 8. april.
Grunnet avbruddet av ferden var Columbia 9980 kg tyngre enn planlagt. Dette var hennes 10. landing ved KSC, den 36. for romfergene totalt sett.
STS-83 vil bli stående som den tredje avbrutte ferd så langt i romfergeprogrammet. Fra før av ble STS-2 i november 1981 og STS-44 i november/desember 1991 avbrutt tidligere enn planlagt.
Etter landing ble Columbia tauet til OPFs hangar 1. MSL-1 skulle flys på nytt, datoen var satt til den 1. juli, og NASA og bakkemannskapene fra United Space Alliance begynte en aldri så liten kamp mot klokken.
| 
