Ричард Фейнман - Не все ли равно, что думают другие?

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

• Сдвиг 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 4000 герц, которая приводит к неисправности для некоторых двигателей. (Не решена.)

Многие из этих вроде бы решенных проблем были трудностями ранней стадии новой конструкции: 13 из них случились в первые 125 000 секунд и только 3 – в последующие 125 000 секунд. Естественно, никогда нельзя быть уверенным, что с недочетами покончено; но при устранении некоторых из них искали не ту причину. Нет ничего нерационального в предположении, что может быть хотя бы один сюрприз в следующие 250 000 секунд, вероятность равна 1/500 для каждого двигателя на каждом задании. Во время выполнения полета имеются три двигателя, но возможно, что некоторые аварии будут автономными и повлияют только на один двигатель. (Шаттл может прервать задание всего с двумя двигателями.) Следовательно, скажем, что сами по себе неизвестные сюрпризы не позволяют нам предположить, что вероятность провала задания из-за основных двигателей шаттла менее чем 1/500. К этому мы должны добавить вероятность неудачи, вызванной известными, но еще не решенными проблемами. Эти проблемы мы рассмотрим ниже.

(Инженеры «Рокетдайна», изготовителя, оценивают полную вероятность как 1/10 000. Инженеры Маршалла оценивают ее как 1/300, тогда как руководство НАСА, которых информируют инженеры, заявляют, что она 1/100 000. Независимый инженер-консультант НАСА счел корректной оценкой 1 или 2 к 100.)

История того, по какому принципу проводится аттестация, сбивает с толку и труднообъяснима. Первоначально вроде бы правило было такое: два образца двигателя должны каждый безотказно проработать двойной срок, поскольку время непрерывной эксплуатации устанавливается в соответствии с правилом 2x . По крайней мере такова практика ФУГА, и, видимо, первоначально она была принята и НАСА; по их предположениям, этот установленный срок соответствует 10 заданиям (то есть 20 заданиям для каждого образца). Очевидно, что лучшими двигателями, используемыми для сравнения, будут те из них, у которых самый большой полный срок эксплуатации (полет плюс испытания), так называемые флагманы флота. Но что, если третий образец двигателя и несколько других выйдут из строя за короткое время? Конечно, мы не можем считать, что безопасность обеспечена, потому что два двигателя проработали необычно долго. Короткий срок может лучше характеризовать реальные возможности, и в духе коэффициента безопасности, равного 2, нам следует оперировать половиной времени недолговечных образцов.

Медленный сдвиг в сторону снижения коэффициента безопасности можно увидеть на многих примерах. Возьмем из их числа лопатки турбины ТТНВД. Прежде всего отказались от идеи тестирования всего двигателя. Каждый двигатель состоит из множества важных компонентов (таких как сами турбонасосы), которые часто заменяют, так что правило 2x нужно сдвигать от двигателей к их составляющим. Таким образом, мы принимаем ТТНВД на данный установленный аттестационный срок, если два образца успешно проработали вдвое больше этого времени (и, конечно же, на практике, больше не настаиваем, что это время равно 10 заданиям). Но что значит «успешно»? ФУГА называет трещину лопатки турбины отказом, для того чтобы действительно обеспечить коэффициент безопасности более 2 на практике. Между моментом зарождения трещины и тем моментом, когда она станет достаточно большой, чтобы произошла поломка, есть интервал, когда двигатель еще может работать. (ФУГА разрабатывает новые правила, которые учитывают это дополнительное время, но примет их только в том случае, если будет проведен доскональный анализ по известным моделям, в рамках известного опыта и для основательно протестированных материалов. Ни одно из этих условий не применимо к главным двигателям шаттла.)

Трещины были обнаружены на лопатках турбины многих ТТНВД второй ступени. В одном случае трещины обнаружили после 1900 секунд работы, а в другом они не были обнаружены после 4200 секунд, хотя обычно такие более длительные периоды работы выявляют трещины. Чтобы понимать, о чем здесь идет речь, мы должны осознать, что нагрузка очень сильно зависит от уровня мощности. Полет «Челленджера», как и предыдущие полеты, был на уровне, обозначенном как 104 процента от номинальной мощности в течение большей части времени работы двигателей. Судя по некоторым данным документов, предполагается, что при 104 процентах номинальной мощности трещины не появляются примерно вдвое дольше, чем при 109 процентах, или уровне полной мощности (УПЛ). Будущие полеты должны были выполняться при 109 процентах из-за более тяжелых полезных нагрузок, и очень многие испытания проводились именно при таком уровне мощности. Следовательно, при делении времени при 104 процентах на 2 мы получаем единицы, которые называются эквивалентным уровнем полной мощности (ЭУПЛ). (Очевидно, этим вводится некоторая неопределенность, но она не была изучена.) Самые ранние трещины, упомянутые выше, образовались при 1375 секундах ЭУПЛ.

Теперь правило аттестации стало таким: «ограничить все лопатки турбин второй ступени максимум 1375 секундами ЭУПЛ». Если кто-то возразит, что коэффициент безопасности 2 при этом потерян, то ему скажут, что одна турбина проработала в течение 3800 секунд ЭУПЛ без трещин, и половина от этого 1900, так что мы более консервативны. Мы одурачили самих себя трояко. Первое, у нас есть только один образец, и он не флагман флота: у двух других образцов за 3800 секунд (или больше) ЭУПЛ имелись 17 треснувших лопаток. (В двигателе 59 лопаток.) Затем мы отказались от правила 2x и произвели замену на эквивалентное время (1375). И наконец, 1375 – то, где трещина была обнаружена. Мы можем сказать, что не было найдено трещин ниже 1375, но последний раз, когда мы смотрели и трещин не было, – это 1100 секунд ЭУПЛ. Мы не знаем, когда именно образовалась трещина между этими двумя моментами. Например, трещины могли образоваться при 1150 секундах ЭУПЛ. (Примерно две трети наборов лопаток, тестируемых с превышением 1375 секунд ЭУПЛ, имели трещины. Некоторые недавние эксперименты действительно показали трещины уже при 1150 секундах.) Было важно не снижать это число, так как шаттл должен был использовать свои двигатели очень близко к их пределу ко времени окончания полета.

Наконец, заявляют, что от коэффициента не отказались и что система безопасна, при этом отказываясь от принятой практики ФУГА, что трещин быть не должно и считая отказом только полностью разрушенную лопатку. С таким определением еще ни один двигатель не вышел из строя. Идея состоит в том, что, поскольку есть достаточное время для роста трещины до разрушения, мы можем гарантировать, что все безопасно, проверяя все лопатки на предмет трещин. Если трещины обнаружены, то заменить лопатки, а если ничего не обнаружено, у нас есть достаточно времени для безопасного полета. Таким образом, утверждается, что проблема трещин уже не проблема безопасности полета, а просто проблема технического обслуживания.