18 lipca 2018


Podczas podróżowania można natrafić na ciekawe miejsca związane z polskimi lub polskobrzmiącymi nazwiskami. Na południu Stanów Zjednoczonych, w Nowym Meksyku znajduje się baza wojsk rakietowych USA – White Sands Northrup Gazy. Bazę tę można częściowo zwiedzać, a nawet wykonywać zdjęcia różnych rakiet i samolotów historycznych. Wartownicy pilnują tylko, żeby w tle zdjęć były otaczające bazę góry, a nie sama baza.

Jest tam też tablica pamiątkowa poświęcona rodzinie Paczynskich, jak się okazuje niezwykle zasłużonych dla programu wahadłowców i rozwoju rakiet. Zwłaszcza magister inżynier elektryk i mechanik Aleksander (Alex) S. Paczynski, który w swojej karierze odegrał kluczową rolę przy awaryjnym lądowaniu promu Columbia w misji STS 3, właśnie w bazie w White Sands Northrup Gazy. 30 marca 1982 roku, wahadłowiec wylądował w bazie. Paczyński, który opracował ścieżkę podejścia i lądowania awaryjnego w bazie, a także zorganizował to lądowanie, został wprowadzony do Sław White Sands.

1
Alex S. Paczynski

Alex S. Paczynski urodził się w 28 sierpnia 1931 w Niagara Falls w stanie Nowy Jork. Uczęszczał do College'u na Uniwersytecie w Cincinnati, gdzie otrzymał tytuł Bachelor of Science in Electrical Engineering. Po okresie pracy na kilku stanowiskach inżynierskich przeniósł się do Nowego Meksyku w 1956 roku, gdzie został zatrudniony w NASA. Następnie zdobył tytuł Master of Science w inżynierii mechanicznej w New Mexico State University. Kontynuował naukę pracując nad doktoratem. Słynął też ze swoich profesjonalnych wkładów podczas szkolenia pilotów. Mieszkał w Las Cruces w Nowym Meksyku. Zmarł 26 marca 2012 roku.

2
Moment lądowania wahadłowca Columbia w bazie White Sands kończącego lot STS-3

Był to trzeci doświadczalny lot wahadłowca Columbia. Planowo lot miał się zakończyć w bazie Edwards w Kalifornii ale ulewne deszcze uniemożliwiły to lądowanie, więc zdecydowano o zmianie lądowiska. Podstawowym lądowiskiem jest pas 15/33 na Kennedy Space Center na Florydzie. Pas położony jest w odległości kilku kilometrów od hangaru obsługi wahadłowca. Lądowanie w tym miejscu skraca znacznie, o pięć dni, czas przygotowania wahadłowca do następnego startu. Każde lądowanie w innym miejscu związane jest z transportem wahadłowca do miejsca następnego startu, tj. właśnie do KSC na Florydzie.
Droga startowa w KSC jest dłuższa i szersza, niż jakakolwiek inna na lotniskach cywilnych. Ma długość 4570 m z dobiegami po obu końcach – 308 m każdy. Szerokość pasa wynosi 91 m z 15-metrowymi asfaltowymi poboczami. Pas ma grubość 0,4 metra. Płyta lądowiska nie jest idealnie płaska, ale pochylona – od osi pasa do krawędzi.
Oprócz tego, w południowo-wschodnim końcu pasa startowego znajduje się teren strefy przeładunkowej nosiciela wahadłowców (specjalnie wykonanego Boeinga) o wymiarach 167  na 150 m. W rogu terenu strefy przeładunkowej znajduje się olbrzymia suwnica bramowa, która ma wymiary 46 m długości, 28 m szerokości i 32 m wysokości. Urządzenie to potrafi podnieść 104 tys. kilogramów.
Zapasowym lotniskiem jest baza Sił Powietrznych USA w Edwards w Kalifornii, położona na terenie wyschniętego jeziora, na pustyni Mojave. Lądowały tam wszystkie wahadłowce do roku 1983, a także wszystkie, odbywające swój pierwszy lot orbitalny.  
Załogę promu promu Columbia w misji STS 3, stanowili Jack R. Lousma i Ch. Gordon Fullerton. Misja zaczęła się z problemami. Podczas wznoszenia promu jeden z pomocniczych układów zasilających, który dostarczał energię do systemu hydraulicznego układu kierowania ruchami wahadłowca, uległ przegrzaniu i został wyłączony. W czasie powrotu jednak wszystkie układy działały normalnie.
W STS-3 zrealizowano bardziej złożone zadania niż w czasie dotychczasowych lotów. Badano zachowanie się Columbii w czasie wznoszenia na orbitę, na samej orbicie i w okresie powrotu przez atmosferę w bardziej surowych warunkach niż uprzednio. Eksperymenty dotyczyły fizyki plazmy ośrodka okołoziemskiego, fizyki słońca, astronomii, bioastronautyki i technologii kosmicznej. Do głównych celów misji należały testy wytrzymałości termicznej – poprzez długotrwałe ustawienia wahadłowca pod różnym kątem względem słońca. Przeprowadzono całą serię prób manipulatora RMS. Próby polegały na przenoszeniu zestawu o masie około 160 kg, przeznaczonego do diagnostyki plazmy, w której poruszała się Columbia. Lot zakończył się pełnym sukcesem. Również koordynacja działań załogi wahadłowca, działania aparatury i współpracy z Ośrodkiem Kontroli Przebiegu Doświadczeń w Houston okazała się bardzo dobra. Lot był zaplanowany na tydzień, lecz został wydłużony o jeden dzień z powodu złych warunków pogodowych na Ziemi. Columbia bez problemu wylądowała w bazie White Sands w Nowym Meksyku – było to jedyne lądowanie w tej bazie w całej historii wahadłowców.

3
White Sands (Białe Piaski)

Sama baza w White Sands (po polsku Białe Piaski) to pierwszy duży poligon rakietowy, zbudowany w roku 1945 w US,A w stanie Nowy Meksyk. Nazwę swą zawdzięczał kolorowi okolicznego piasku. Teren o powierzchni 3200 mil kwadratowych (ok. 8287 km²) jest jedną z największych instalacji wojskowych w USA. W skład wyposażenia wchodzą: wyrzutnie rakietowe, urządzenia radiowe i radiolokacyjne potrzebne do śledzenia rakiet i łączności z nimi, urządzenia sterujące i manewrujące startem i lotem rakiet, podziemne magazyny. Większość z tych aparatów, jak i personel sterujący, znajduje się podczas prób w specjalnych bunkrach. Niektóre z tych pomieszczeń mają grubość ścian dochodzącą do 3 metrów, a sufit – nawet do 8 m. Miały one za zadanie ewentualną ochronę na wypadek nieprzewidzianych okoliczności np. przy wybuchu rakiety startującej.
Jedną z pierwszych prób rakietowych było wystrzelenie 24 lutego 1949 r. dwuczłonowej rakiety nośnej Bumper 5. Rakieta osiągnęła pułap 400 km i prędkość 2300 m/s. Ponoć również odbyła się tu pierwsza eksplozja bomby atomowej, ale biały kolor tutejszego piasku jest naturalny, a nie zawdzięcza barwę temu wydarzeniu.
Baza nie zajmuje całej powierzchni Białych Piasków. Znaczną część wspaniałego terenu udostępniono turystom. Krajobraz na tej pustyni jest jak z innej planety, absolutnie bajkowy, zwłaszcza w pogodną, księżycową noc wrażenia są spotęgowane. Ale i w dzień robi niesamowite wrażenie. Miałki piasek gipsowy o olśniewającej bieli jest chyba jedynym takim na świecie. Wykonano drogi, poprzez odgarnięcie piasku, dla umożliwienia poruszania się po tym terenie samochodem.  Łacha piasku ciągnie się na 70 mil długości, więc mimo, że jest wielu turystów, za bardzo ich nie widać. Trzeba tylko uważać na grzechotniki.

4
Wyrzutnia rakiet Patriot w bazie White Sands

Żeby zdać sobie sprawę co znaczy szybkie (w krótkim czasie) opracowanie trajektorii i ścieżki podejścia do lądowania wahadłowca, poniżej przedstawiam w uproszczeniu, jak takie lądowanie wahadłowca wygląda normalnie, gdy wszystko jest opracowane jeszcze na kilka miesięcy przed startem.
Powrót wahadłowca z orbity okołoziemskiej do Kenedy Space Center (KSC) na Florydzie rozpoczyna się na odwrotnej stronie planety, nad Oceanem Indyjskim. Następnie trajektoria lotu prowadzi poprzez Pacyfik, poprzez Meksyk i południowy Teksas, nad Zatoką Meksykańską, do południowego wybrzeża Florydy, gdzie znajduje się KSC.
Na dwie godziny przed lądowaniem prom kosmiczny sterowany ręcznie, przy użyciu dysz Systemu Sterowania Reakcyjnego, przyjmuje położenie właściwe do opuszczenia orbity  – dyszami silników głównych w kierunku poruszania się promu. Na godzinę przed lądowaniem następuje zapłon dwóch silników Orbitalnego Systemu Manewrowego. Celem 2,5-minutowej pracy silników OMS jest zmniejszenie prędkości promu, a w konsekwencji zejście z orbity. Kiedy prędkość promu zostanie dostatecznie obniżona, silniki manewrowe OMS zostają wyłączone, a załoga ręcznie, przy pomocy dysz RCS, ustawia prom dziobem w kierunku ruchu.
Trzydzieści minut przed dotknięciem pasa prom kosmiczny wchodzi do atmosfery, a odbywa się to na wysokości 122 tys. metrów i w odległości 9500 km do pasa lądowania. W zależności od orbitalnych parametrów misji, ścieżki podejścia promów kosmicznych przy wchodzeniu do atmosfery są bardzo różne.
Na dwadzieścia minut przed dotknięciem pasa prom przechodzi przez barierę ognia. Następuje okres najwyższej temperatury na zewnątrz wahadłowca. Prom ogarnia obłok plazmy, znika łączność radiowa. Stan taki trwa około sześciu minut, potem temperatura spada, łączność wraca.
Podczas wchodzenia do atmosfery i podczas lądowania prom kosmiczny nie jest napędzany, leci jak szybowiec wysokiej techniki. W warstwach rozrzedzonej atmosfery do sterowania promem wykorzystuje się silniki rakietowe małej mocy systemu sterowania reakcyjnego. W miarę obniżania wysokości wzrasta ciśnienie atmosferyczne i sterowanie staje się coraz bardziej aktywne.
Aby zużyć nadmiar energii potencjalnej i kinetycznej,wynikającej z faktu, że istnieje nadmiar wysokości w stosunku do drogi, jaką należy przebyć, prom wykonuje wiraże – raz w jedną, raz w drugą stronę. Serię wiraży wskazuje wahadłowcowi zaprogramowana ścieżka schodzenia w kierunku lądowiska i swoim wyglądem przypomina wydłużoną literę „S”, a operacja ta nazwana jest „esowaniem”.
Końcowe zbliżanie do pasa lądowania w KSC orbiter wykonuje nad Titusvile-Mims, gdzie wykonuje okrąg  (wiraż) decydujący o lądowaniu z południa lub z północy. Podczas wykonywania wirażu następuje ostateczne wytracenie wysokości i prędkości. Prędkość promu spada poniżej prędkości dźwięku, w odległości 40 kilometrów od pasa. Na wysokości około 13 700 metrów wahadłowiec zaczyna manewry, które umożliwią mu przechwycenie ścieżki lądowania, która wyznacza korytarz do pasa. Wybór numeru pasa zależy głównie od kierunku i siły wiatru. Kiedy prom zbliży się do lądowiska, dowódca przechodzi na sterowanie ręczne i steruje do najbliższej, spośród dwóch, stacji Heading Alignment Cone,  naprowadzającej na oś pasa do lądowania.
Po wyrównaniu do osi pasa, prom rozpoczyna strome zniżanie z dziobem opuszczonym 19°  w stosunku do linii horyzontu. Ścieżka schodzenia do pasa jest siedem razy bardziej pochyła niż ścieżka podejścia samolotu pasażerskiego. Podczas końcowego zbliżania się promu do pasa prędkość opadania jest 20 razy większa od prędkości opadania przeciętnego samolotu pasażerskiego. W odległości mniejszej niż 600 metrów od pasa pilot podnosi powoli dziób promu i przygotowuje się do przyziemienia. Na 15 sekund przed przyziemieniem opuszczone zostaje podwozie. Prom przyziemia kołami podwozia głównego przy prędkości 346 km/godz. Po dotknięciu pasa przednim kołem zostaje rozwinięty spadochron hamujący.
Proces wejścia do atmosfery i lądowania musi być perfekcyjnie wykonany, ponieważ w wypadku nieudanego podejścia do lądowania drugi krąg nie wchodzi w grę, ze względu na lot szybowcowy. Widać więc, jak trudny jest to proces i jak skomplikowana procedura lądowania wahadłowca.
Aleksander Paczynski miał bardzo mało czasu na wyliczenie i opracowanie ścieżki podejścia oraz organizację samego lądowania wahadłowca w bazie, chociaż pewne sprawy z wahadłowcami były już wcześniej w bazie opracowywane i testowane. Potrzebne były i tak dwa pełne składy pociągów do przewiezienia z Kalifornii różnego sprzętu do obsługi wahadłowca, do odholowania w bezpieczne miejsce, jak i do załadunku wahadłowca i transportu do KSC na Florydzie. Oprócz tego konieczne było przygotowanie ekipy ratunkowej. Wzmocniona ona została przez strażaków z sąsiedniej bazy lotniczej. Konieczne było też zapewnienie odpowiedniej częstotliwości telemetrycznej. Trzeba było w tej sprawie polecieć na Hawaje. Potrzeba było wielu wartowników i strażników. Zaangażowane zastało CIA. W krótkim czasie trzeba było to wszystko zorganizować i ogarnąć, chociaż o problemach w bazie Edwards było wiadomo już na pięć dni przed startem promu Columbia. Proces tego lądowania obsługiwało około 1000 osób.  Gdyby to lądowanie w bazie w White Sands nie mogło się odbyć, wahadłowiec musiałby zostać na orbicie ok. miesiąca, do czasu całkowitego wyschnięcia pasa w bazie Edwars w Kalifornii i jego naprawy, co powodowałoby poważne straty finansowe.
Nie obyło się bez problemów. Jednym z nich był silny wiatr. Innym – zbyt krótki pas startowy do lądowania. Poza tym także pewne „tarcia” między różnymi oficjelami i szefami, a jakże. Samym lądowaniem żyło wielu Amerykanów, którzy mogli to oglądać w telewizji. Ale wszystko się udało.

5
Tablica pamiątkowa rodziny Paczynskich w bazie rakietowej White Sands

Doświadczenia te na pewno nie pójdą w zapomnienie. Co prawda program lotów kosmicznych wahadłowców został zakończony, ale jakieś inne orbitery będą tę działalność kontynuować. I okazuje się, że zawsze w trudnych sytuacjach, a do takich zaliczyć można nietypowe lądowanie promu kosmicznego, odwaga, determinacja i wiedza człowieka odgrywa decydujące znaczenie.  

Aleksander Łukomski

www.nasa.gov