Űrbalesetek, űrkatasztrófák
IV. rész

Azt sokan tudják, hogy az Apollo-1 űrhajó három űrhajósa megégett az űrhajójában, és éltét vesztette, de azt már kevesebben tudják, hogy miért történhetett ez meg.

1967. január 27-én V. Grissom, E. White és R. Chaffee éppen a második ellenőrző gyakorlatot teljesítette az űrhajó fedélzetén. Sikeresen zajlott a gyakorlat, már csak 10 perc volt hátra a befejezésig. Helyi idő szerint 18 óra 31 percet mutattak az órák, amikor bekövetkezett a tragédia.

18:31:03 – a műszerek még normális légnyomás és a hőmérséklet adatokat mutattak. E. White – akin egyedül volt orvosi mérőrendszer – szívverése még rendben volt, amikor váratlanul tüzet észleltek.

18:31:04 – E. White szívverése felgyorsult, az űrhajósok mozgása következtében a kabin inogni kezdett.

18:31:05 – E. White szívverése tovább gyorsult, a kabinban nőtt a nyomás és a hőmérséklet. Hangos kiáltások hallatszottak: Égés szagát érzem! Tűz a kabinban!

18:31:09 – R. Chaffee kétségbeesetten felkiáltott: Hatalmas tűz a kabinban! A fülke nyomása tovább nőtt, a kabin mozgása is tovább erősödött az űrhajósok kétségbeesett mozgásától.

18:31:12 – R. Chaffee kikapcsolta a külső áramforrásokat, és jelezte a fény növekedését. A kivizsgálás később megállapította, hogy az asztronauták ekkor megkísérelték kinyitni az ajtót, és küzdöttek a kijutásért.

18:31:14 – Egyre jobban ingadozott az oxigénellátás az űrhajósok ruhájában és a kabinban, a rádiókapcsolat megszakadt. A kabinból érkező utolsó szavakat R. Chaffee kiáltotta: Égünk, vigyetek ki innen minket!

18:31:17 – Ebben az időben a kabin hőmérséklete már meghaladta az 500 Celsius fokot, a tűz teljesen elborított mindent. A nyomás növekedése közepette a fülke is megsérült. A tűz feketére festette a szürke burkolatot, a kabin belseje teljesen kiégett. A vizsgálat megállapította, hogy a tüzet elektromos rövidzárlat okozta, amely a tiszta oxigén légkörben pillanatok alatt elháríthatatlan katasztrófához vezetett. A kivizsgálás után a tervezésért és építésért felelős Joseph F. Shea-t leváltották, az Apollo program pedig másfél év késedelmet szenvedett.

Annak érdekében, hogy megértsük a hermetikus, túlnyomásos repülőgépkabinok meghibásodása miatt bekövetkező katasztrófák lényegét, repülés élettani szempontból át kell tekintenünk az életfenntartó rendszerek működési elveit. A földön hozzászoktunk a 20 C° körüli komfort hőmérséklethez és páratartalomhoz, a 760 Hgmm körüli légnyomáshoz, a 21% oxigént, 0,04% széndioxint, a 78% nitrogént, és még más közömbös gázokat tartalmazó levegőhöz. A földi légkör nem tartalmaz káros mennyiségben szennyeződést, port, kémiai anyagot. Az oxigén aránya a kilélegezett levegőben alacsonyabb (16%), mint a belélegezett levegőben (21%), mert az anyagcsere során felhasználódik. A széndioxid százalékos megoszlása nő (0,04%-ról 4%-ra), mert az anyagcsere során széndioxid keletkezik. A nitrogén aránya (78%) nem változik, mert légzéssel nem veszünk fel nitrogént. A kilélegezett levegő melegebb és páratartalma nagyobb a belélegezettnél, mert az anyagcsere során energia és víz keletkezik.

A fentiek alapján az űrhajókba bonyolult életfenntartó rendszereket építettek, amelyek képesek voltak az elhasznált oxigént pótolni, megkötötték a termelődött széndioxidot és felesleges párát, valamint eltávolították a keletkező szennyeződéseket, méreganyagokat és a kellemetlen illatanyagokat is. Biztosították a komfort léghőmérsékletet és páratartalmat, valamint a megfelelő légnyomást és légáramlást. Mivel a levegő nagy részét képező nitrogén a légzés szempontjából közömbös, ezért az amerikaiak feleslegesnek vélték, és olyan mesterséges légkört terveztek, amelyik nem tartalmazott nitrogént.

Az űrhajósok oxigénellátása szempontjából a belélegzett levegő oxigén résznyomása a fontos, ez normális esetben a földi 760 Hgmm légnyomásnak a 21%-át jelenti, vagyis 159,6 Hgmm oxigén résznyomást jelent. Ennyi kell az űrhajósok normális oxigén ellátásához. Ha nitrogén tartalmú levegőt állítanak elő az űrhajó kabinjában, akkor a légnyomásnak 760 Hgmm-nek kell lennie. Ha tiszta oxigén légkört állítanak elő a kabinban, akkor a légnyomást harmadára (253 Hgmm-re) le lehet csökkenteni. Ez az oxigénnyomás bőven elegendő a szervezet oxigén ellátására. Így tervezték az Apolló mesterséges légkörét. A szovjet konstruktőrök ezt a gázkeveréket túlságosan tűzveszélyesnek tartották, és maradtak a földi összetételű légkörnél.

Talán nem tudták az amerikaiak, hogy ez tűzveszélyes? Nyilván tudták, azonban a konstrukció előnyei miatt vállalták a kockázatot, bízva abban, hogy a fedélzeten nem fog tűz keletkezni. Ezáltal jelentős súlymegtakarítást értek el, az alacsony kabinnyomás miatt vékonyabb falú űrkabin is elegendő volt, ezenkívül űrséta előtt nem kellett a szervezetből tiszta oxigén légzéssel a nitrogént eltávolítani (deszaturálni). Vákuumban ugyanis a szervezetben lévő nitrogén gáz buborékok alakjában kiválik, ami végzetes embóliát okozhat (buborék betegség). A Holdra lépés előtt például hosszas tiszta oxigén légzésre lett volna szükség a szervezet nitrogéngáztól való mentesítése céljából. Ezen kívül az űrhajó életfenntartó rendszerének felépítése is sokkal egyszerűbb tiszta oxigén légzés esetén, szemben a levegő légzésre tervezett életfenntartó rendszerekkel.

Az Apollo kabinok űrrepülés alatt 0,3 atm légnyomáson, vagyis 253 Hgmm-en működtek. A földi tréningek alatt azonban ezt az alacsony légnyomást nem lehetett a kabinban alkalmazni, mert a rendszer úgy volt tervezve, hogy a környezetéhez képest a kabinban kellett túlnyomásnak lennie (hiszen az űrben ez a helyzet). Ezért január 27-én, ezen a tragikus startgyakorlaton a tiszta oxigén légnyomása a kabinban 1 atmoszféránál is magasabb volt. Kezdetben többen is javasolták, hogy a gyakorlatok alatt normális oxigén-nitrogén gázkeveréket használjanak, de ezt elutasították. Arra hivatkoztak, hogy ez a megoldás további konstrukciós munkát követelne, és ha véletlenül gyakorlás közben a kabin egy meghibásodás miatt teleszaladna nitrogénnel, akkor ez az űrhajósok halálát okozná. A NASA a tiszta oxigén levegőjű kabinok terén nagy tapasztalattal rendelkezett, hiszen a Mercury és a Gemini kabinok is ilyenek voltak, ezért az Apollo kabinokat is minden alkalommal repülésre alkalmasnak és biztonságosak minősítették. A katasztrófa kivizsgáló bizottság azonban megállapította, hogy az űrhajóban használatos egyes anyagok, különösen a műanyag tépőzárak nagynyomású oxigén atmoszférában rendkívül gyúlékonyak. A katasztrófa előtt egy héttel, egy felülvizsgálati megbeszélésen a legénység tagjai hiába tiltakoztak a kabinban lévő sok éghető anyag miatt, aggodalmukat nem vették figyelembe.

Később a kivizsgálás során feltárt konstrukciós hibákat kijavították. A földi gyakorlatok alkalmával nitrogén-oxigén gázkeveréket alkalmaztak, a világűrben pedig megtartották az eredeti egyharmad atmoszféra nyomású tiszta oxigén légzésen alapuló életfenntartó rendszerüket, így a Holdon nem kellett hosszasan deszaturálni.

Az Apolló kabinok tiszta oxigén atmoszférája még egy alkalommal okozott bonyodalmakat, mégpedig a Szojuz-Apollo közös űrrepülés idején. Ekkor ugyanis eltérő légnyomású és gázösszetételű űreszközöket kellett egymáshoz csatlakoztatni. Egyszerű légnyomás kiegyenlítést nem lehetett alkalmazni, mert a dekompresszió idején fellépő buborékbetegség miatt a földi atmoszférájú Szojuz űrhajó legénysége éltét vesztette volna. A bonyolult feladatot az úgynevezett átmeneti egységgel oldották meg, a két űreszköz ezen keresztül dokkolt egymáshoz. Ez egy kb. 3 méter hosszú és másfél méter átmérőjű, 2 tonnás űr-barokamra volt. Először az Apollo légnyomását emelték meg egy kissé 258 Hgmm-re, a Szojuz-ét pedig lecsökkentették 520 Hgmm-re, megemelve 40 %-ra az oxigén arányát. Ezután az űrhajósok az átmeneti egységben 8, illetőleg 3 órán keresztül deszaturáltak a buborékbetegség elkerülése céljából, attól függően, hogy a Szojuzból az Apollóba, vagy az Apollóból a Szojuzba történt az átdokkolás. A Szojuz és az Apolló kabin légtere közvetlenül sohasem volt összekapcsolva egymással, az űrhajósok az átmeneti egységen keresztül csak bezsilipelték magukat az idegen űrhajóba, és fordítva, kizsilipelték magukat, amikor hazatértek. A bonyolult feladat levezénylésére az átmeneti egység pilótájának D. Slaytont nevezték ki.

Igen ám, de a Szojuz űrhajósok szokásos űröltözéke is tűzveszélyesnek bizonyult a nagynyomású tiszta oxigént tartalmazó Apollo kabinba történő bezsilipeléskor. A szovjet ruházati szolgálat ezért rövid idő alatt olyan új típusú hőálló polimereket kísérletezett ki, amelyek – mint később kiderült – még az amerikaiaknál is jobbaknak bizonyultak. Ebből készítették a Lola fantázia nevű hőálló szövetet, amelyből már megfelelő űrruhát tudtak készíteni. Először az amerikai űrhajó dokkolt a Szojuzon, majd 44 órás repülés után szétváltak és másodszorra a Szojuz dokkolt sikeresen az Apollón. Az űrhajósok kölcsönösen meglátogatták egymást űrhajóikban. Repülés élettani szempontból ezeket a rendkívül bonyolult és veszélyes manővereket a szovjet A. Leonov, és V. Kubaszov, valamint az amerikai T. Stafford, D. Slayton és V. Brand hajtotta végre.

A tiszta oxigén atmoszféra veszélyes voltára mutatott rá a szovjet V. Bondarenkó űrhajós halála is, aki a felkészülési periódusban, 19 nappal J. Gagarin űrrepülése előtt, 1961. március 23-án szenvedett halálos égési sérüléseket egy barokamrában. Abban az időben a Vosztok űrhajósok 10 napos izolációs gyakorlatokon vettek részt. Tiszta oxigént tartalmazó barokamrába zárták, és elvágták őket a külvilágtól. Azt vizsgálták, hogyan viselik a tartós magányt, bezártságot, a teljes csendet és az ingerszegény környezetet.

V. Bondarenkó éppen befejezte a 10 napos elszigeteltséget, készülődött a kiszállásra és miután alkoholos vattával lemosta testéről a felragasztott EKG érzékelőket, az alkoholos vattát a szemetesbe akarta dobni. Az azonban célt tévesztett és a villanyrezsóra esett, lángra kapott, és a tiszta oxigén atmoszférában heves tűz keletkezett. A légnyomáskülönbség miatt a barokamra ajtaját nem lehetett azonnal kinyitni, mire ez sikerült V. Bondarenkó olyan súlyos égési sérüléseket szenvedett, hogy 8 óra múlva elhunyt.

Űrhajóshalál 115 másodperc alatt.

Az űrhajó mesterséges légköre csak bonyolult rendszerek pontos együttműködése esetén tartható fenn. Láttuk, hogy nemcsak a légkör összetétele, hanem a nyomása (a kabinlégnyomás) is milyen fontos, egymással összefüggő rendszert alkot. Az űrrepülések történetének második hármas katasztrófájában szovjet űrhajósok vesztették el az életüket. 1971. június 29-én G. Dobrovolszkij, V. Volkov és V. Pacajev halála a mesterséges légnyomás szabályozás és kiegyenlítés hibája miatt következett be.

Eredetileg P. Kologyin, A. Leonov, V. Kubaszov repült volna, de repülés előtti orvosi vizsgálaton V. Kubaszov tüdején gyanús árnyékokat fedeztek fel, ami miatt a repülésről – a kitűzött start előtt mindössze 11 órával – letiltották (később kiderült, hogy ez mentette meg az éltét, a gyanús árnyékokról pedig megállapították, hogy azok allergiás reakció következtében jöttek létre, és így idővel V. Kubaszov újra repülési engedélyt kaphatott). Azonban nem csupán ez a hirtelen személyzetcsere borzolta fel az idegeket. Bár a Szaljut-1 űrállomásra az előírásoknak megfelelően esemény nélkül sikerült dokkolniuk, amikor azonban kinyitották az űrállomás ajtaját látták, hogy annak légköre füsttel telt meg. A szellőző rendszer javítása után a következő napokat a leszálló egységben töltötték, és a levegő regenerálódására vártak. Ez meg is történt és a legénység hozzáláthatott a tervezett feladatok elvégzéséhez, a korábbi füstképződés okát nem találták. TV kapcsolatban voltak a földdel, a fedélzeti munka jól haladt. A 11. napon azonban ismét tűz ütött ki a fedélzeten, amit sikerült eloltaniuk, azonban elhatározták, hogy a repülést megszakítják és elhagyják az űrállomást.

Az ajtó bezárása után azonban égve maradt, a „Nyílás nyitva” jelzőfény. A CUP az ajtónyílás szélén lévő érzékelő üzemzavarának minősítette az esetet, arra utasította az űrhajósokat, hogy blokkolják az érzékelőt, és úgy ellenőrizzék a leszállóegység hermetikusságát, hogy szüntessék meg az orbitális egység légnyomását. Ez meg is történt és úgy gondolták, hogy minden rendben van. 1971. június 29-én, moszkvai idő szerint:

21:25:15 – a Szojuz-11 parancsnoka jelentette a CUP-ba, hogy az űrhajó elvált az űrállomástól. Másnap:

01:35:24 – bekapcsolták a fékezőrakétákat.

01:47:28 – megtörtént az orbitális egység és a leszálló egység szétválása, a légkörbe való belépéskor megszakadt a kapcsolat az űrhajóval.

01:54:00 – a légvédelem már 2200 km távolságból felfedezte az érkező űrhajót.

02:02:54 – 7000 m magasban kinyílt a leszállóegység fő ejtőernyője, a kutató-mentő szolgálat helikopterei észlelték a leszállóegységet, azonban az űrhajó legénysége nem lépett rádiókapcsolatba velük.

02:16:52 – működésbe léptek a puha leszállást biztosító fékezőrakéták, az űrhajó leszállt a tervezett körzetben. A kutató-mentő szolgálat élettelenül találta az űrhajósokat, az újraélesztési kísérletek eredménytelenek voltak, a dekompressziós betegség következtében létrejött szöveti sérülések összeegyeztethetetlenek voltak az élettel. A későbbi boncolás légbuborékokat mutatott ki az űrhajósok szív-érrendszerében, levegő volt a szívkamrákban és a dobhártyáikat is átszakítva találták. A vállhevederek mindhármójuknál nyitva voltak, csak a deréköv volt becsatolva. A két szellőző szelepből az egyik nyitott helyzetben volt. Ez a szelep normális esetben csak a földközelben, biztonságos magasságban nyílik ki a külső és belső légnyomás kiegyenlítése céljából.

A kivizsgálás azt állapította meg, hogy 150 km magasban az orbitális egység és a leszállóegység szétválásakor kezdett a légnyomás hirtelen csökkenni a kabinban, és115 másodperc alatt 50 Hgmm-re zuhant. A dekompresszió mértéke megfelelt a nyitott kiegyenlítő szelep hatásának, tehát a légnyomás szelep rendellenesen, már 150 km magasban kinyílt. Ebben az időben a Szojuz űrhajók három személyesek voltak, az űrhajósok magassági ruha nélkül repültek, így a dekompresszió az életükbe került. Elvileg módjuk lett volna elzárni ezt a szelepet, amit az űrhajósok testhelyzetéből következtethetően meg is próbáltak. Azonban a hirtelen légnyomásesés miatt a levegőből kiváló pára miatt olyan ködképződés indult be, ami lehetetlenné tette a látás utáni tájékozódást. A hirtelen dobhártya szakadás pedig süketté tette őket, vagyis nem hallották egymás hangját sem. A dekompresszió miatti szöveti sérülések test szerte olyan erős fájdalmakat okoztak, amelyek akadályozták mozgásukat. Így az űrhajósok a vészhelyzetben a szelepet nem tudták elzárni, és mire G. Dobrovolszkij észlelte a kihermetizálódás okát, már kifutottak az időből.

A katasztrófa után a szovjet űrrepülésben több, mint 2 éves szünet következett, a Szojuz-12 csak 1973 szeptemberében emelkedett a magasba. Ezalatt áttervezték az űrhajót, javítottak az irányíthatóságán, új kezelőszerveket terveztek, előírták a Szokol-szkafander használatát, amely megvédte volna az űrhajósokat egy esetleges újbóli kihermetizálódás esetén. Az űrhajó kétszemélyes lett, mivel a harmadik ülés helyére a szkafandereket ellátó folyékony oxigéntartály és az életfenntartó rendszer került.

Az 1980-90-es években Kecskeméten, a Repülőorvosi Vizsgáló és Kutató Intézetben is működött a hasonló problémák vizsgálatára és megelőzésére egy úgynevezett explozív dekompressziós termobarokamra rendszer, hiszen repülés-élettani szempontból a nagymagasságú katonai repülés és az űrhajózás életbiztosító rendszerei hasonló elvek szerint működnek.

A barokamrában magassági felszállás alatt a pilóták megtapasztalhatták, hogy mi történik a kabin kihermetizálódása esetén, és meggyőződhettek arról, hogy a magassági életbiztosító rendszerek miként biztosítják számukra a túlélést nagymagasságú explozív dekompresszió esetén is. Miután a pilóta magassági ruhában beült a pilóta kabint szimuláló kisebb barokamrába, csatlakoztattuk az életbiztosító rendszerhez, a sisakot lezártuk, és a ruha-sisak hermetikusságának nyomás ellenőrzése után rázártuk a kabintetőt. Magassági repülés esetén 1 órás nitrogén deszaturáció után (eközben tiszta oxigént lélegezett a pilóta) parancsot kapott az „emelkedésre”. Amint elkezdődött az emelkedés, a pilótakabin körül szimulálni lehetett a tengerszint feletti magasságnak megfelelő légnyomás- és hőmérséklet csökkenést, mivel ez a pilótakabint szimuláló kisebb barokamra egy másik, -56 Cº-ra hűthető barokamrában volt elhelyezve. A kisebb barokamra – amelyikben a pilóta ült – túlnyomásos vadászrepülőgép kabin szerint kezdett működni, és a valós helyzetnek megfelelően (0,3 Δ P értékű harci rezsim esetén) a körlevegő nyomásához képest 230 Hgmm túlnyomáson tartotta a kabinnyomást. A pilóta életbiztosító rendszere pedig tiszta oxigén légzést biztosított. Nagy magasságban aztán váratlanul kinyitottuk (berobbantottuk) a pilóta túlnyomásos kabinjának a légnyomás kiegyenlítő szelepét. Ekkor hatalmas csattanás után a kabin légnyomása hirtelen néhány Hgmm-re zuhant, páratartalma kicsapódott, köd képződött és nem lehetett látni semmit. A pilóta magassági ruhája felfújt, életbiztosító rendszere 125 Hgmm túlnyomást biztosított, és ellátta oxigénnel. A ruha ellennyomása megakadályozta a buborékbetegséget és a dekompressziós ártalmakat. A -56 C°-os hidegben a megfelelő ruházat pedig megvédte a pilótát fagyási sérülésektől is. A vizsgálati személy rádiókapcsolatban volt a vizsgálatot vezető orvossal, vérnyomásmérővel és EKG érzékelőkkel volt felszerelve, így kívülről, az orvosi pultról folyamatosan ellenőrizni tudtuk az aktuális élettani állapotát. A nagy légnyomás változás következtében hirtelen kitágultak a test légtartalmú üregeiben lévő gázok, az arcüregből, orr melléküregekből és a dobüregből pillanatok alatt nagymennyiségű gáz távozott, a kitáguló gyomor léghólyag és a bélgázok pedig heves hasi görcsöket okoztak. Sokszor hallottam az irigykedőket, hogy lám-lám a pilóták különleges öltözéket kapnak, különleges hajózó konyhán étkeznek, „jó dolgukban már azt sem tudják, mit csináljanak”. Ezek az emberek persze nem tudhatták, hogy a pilóták sokszor egyáltalán nincsenek irigylésre méltó helyzetben. Nem ehetnek például puffasztó ételeket, foglalkozásukhoz tartozik, hogy számura külön kell főzni.

A vizsgálat nem volt veszélytelen. Csak célzott orvosi vizsgálat után, „barokamra felszállásra alkalmas” minősítés után lehetett a barokamrába belépni. Rendkívüli esemény esetén lehetetlen volt a mentés mindaddig, amíg a barokamra „le nem szállt”. A vákuum kamra ajtaját ugyanis a légnyomáskülönbség olyan erővel szívta magára, hogy azt fizikai erővel nem lehetett kinyitni. A tiszta oxigén légzés is rejtett magában veszélyeket. Alacsony légnyomáson a kilélegzett levegő is túl sok oxigént tartalmazott, és a kislégterű barokamrában az oxigén könnyen felszaporodhatott, dekompressziónál már egyetlen kilélegzett levegőmennyiség is közel 100%-os oxigén koncentrációt jelentett. Ezért a vizsgálatok alatt nagyteljesítményű vákuum szivattyúk működtek, és biztosították minden magasságon a megfelelő szellőzést, így megakadályozták a veszélyes oxigén felszaporodást.

Szolgálati időm alatt csak a barokamra berepülése alatt fordult elő néhány rendkívüli esemény, egyszer például felszállás közben villámcsapás érte az épületet, és az áramkimaradás miatt a szivattyúk, és a rádióösszeköttetés is leállt, a légnyomás szelepek pedig lezártak. A barokamra szellőzés átmenetileg szünetelt. Amint a tartalék áramforrás működésbe lépett, ismét lehetett vezérelni a rendszert, és a helyzet megoldódott. Később, az üzemelés során rendkívüli esemény, vagy katasztrófa szerencsére már nem fordult elő.

A leírtakból talán érzékelhető, hogy az űrrepülés bonyolult repülő- és űrorvosi problémák megismerését és megoldását igényelte a katonai repülés és űrrepülés hajnalán. Az Egyesült Államokban is és a Szovjetunióban is különleges önkéntes csoportokat alakítottak, akik ugyan nem voltak hivatalosan űrhajósok, mégis ők álltak hozzájuk legközelebb, rajtuk végezték el a legkülönfélébb és legextrémebb terhelési próbákat. Ezeken a vizsgálatokon dőlt el, hogy mit kell kibírnia az űrhajósnak ahhoz, hogy repülhessen.