11 апреля 1970 г. в 19 ч 13 мин по Гринвичу стартовала ракета-носитель Saturn V и корабль Apollo-13 с экипажем в составе: Джеймс Ловелл (командир корабля), Джон Суиджерт (пилот командного отсека) и Фред Хейс (пилот лунного корабля).

В первоначальный состав экипажа в качестве пилота командного отсека входил Томас Мэттингли. Но за неделю до старта заболел краснухой астронавт Чарльз Дьюк, входивший в состав дублирующего экипажа. Все члены основного экипажа находились в контакте с Ч. Дьюком и при медицинском анализе оказалось, что все астронавты имеют иммунитет, кроме Т. Мэттингли, и возникло опасение, что он может заболеть краснухой в полете. Руководство NASA приняло решение заменить его Д. Суиджертом из дублирующего экипажа.

Д. Ловелл возражал против такого решения и предлагал перенести запуск на 10…11 мая 1970 г., однако руководство NASA не согласилось отсрочить полет, так как это потребовало бы дополнительных расходов в сумме 800 тыс. долл.

В течение двух дней на м. Кеннеди были проведены совместные тренировки Д. Ловелла, Д. Суиджерта и Ф. Хейса, которые показали, что Д. Суиджерт способен эффективно выполнить свои обязанности в составе основного экипажа. После этого директор NASA Т. Пейн с полного согласия командира корабля Д. Ловелла официально включил Д. Суиджерта в состав основного экипажа корабля Apollo-13.

Во многих газетах, по радио и телевидению в США высказывалось мнение людьми, далекими от космической техники, что полеты на Луну становятся обычным делом, полет Apollo-13 это уже пятый пилотируемый полет к Луне и он не вызывает сомнений в надежности.

Однако, как показали дальнейшие события, когда Apollo-13 находился в Дальнем космосе на расстоянии 320 000 км от Земли, произошел взрыв бака в служебном отсеке.

Продолжая полет в облет Луны на аварийном корабле, экипаж в течение более 3 сут находился на грани катастрофы, а на Земле были приняты все меры для спасения экипажа.

Программой полета Apollo-13 предусматривалось следующее.

1. Произвести точную посадку лунного корабля на расстоянии 0,5 км от кратера Фра Мауро высотой 122 м в центре лунного диска. С этой целью основной блок должен перевести корабль Apollo на эллиптическую орбиту с высотой над поверхностью Луны в периселении 18 км до расстыковки с лунным кораблем.

2. Исследования Луны в районе посадки; с этой целью отойти от лунного корабля на расстояние 1 км и подняться ла высоту 100 м.

3. Установить иа Луне комплект научного оборудования.

4. Собрать 46 кг различных пород лунного грунта.

Программа была рассчитана на пребывание астронавтов на поверхности Луны вне лунного корабля в течение 8…9 ч; общая продолжительность пребывания на Луне 33,5 ч; основной блок на орбите ИСЛ должен был сделать 45 оборотов вокруг Луны. Общая продолжительность полета по программе 241 ч.

Начальный вес космической системы Saturn V Apollo-13 был равен 2 953 659,1 кг.

Тяга двигательной установки первой ступени ракеты была увеличена на взлете до 3 443 405,2 кг и перед выключением центрального ЖРД F-1 до 4 083 779 кг. Тяга двигательной установки ступени S-II была увеличена от 418 590 до 527 237 кг и средняя тяга двигателя ступени S-IVB была 90 715 кг.

В To -1 ч 28 мин перед стартом отказал клапан жидкого кислорода № 2 ступени S-IC.

После нескольких циклов включения и выключения и проливки вокруг клапана его удалось закрыть в To -1 ч 21 мин.

После происшедших во время старта корабля Apollo-12 двух ударов молнии в ракету, были установлены следующие условия, запрещающие старт ракеты Saturn V на Луну если:

1. Номинальная траектория полета ракеты проходит в ливневых и грозовых облаках или в 8 км от штормовой облачности.

2. Холодный фронт простирается выше 3 км.

3. Средняя облачность толще 2000 м и возможно обледенение,

4. Кучевая облачность высотой 3000 м или более.

При старте ракеты-носителя Saturn V с кораблем Apollo-13 метеорологические условия были хорошие, старт произошел в расчетное время.

Ступень S-IC отработала нормально, но наружные ЖРД F-1 выключились на 0,4 сек. раньше. В момент времени To +02 мин 46,0 сек произошло зажигание ЖРД J-2 ступени S-II и возникли сильные колебания давления в системе жидкого кислорода одновременно с вибрацией подвески центрального ЖРД. Колебания давления в системе питания жидким кислородом явились причиной падения давления ниже требуемого минимума, возникшая кавитация на входе в кислородный насос снизила к. п. д. насоса и вызвала падение тяги ЖРД, как показало исследование давления в камере сгорания. Падение и колебания тяги явились причиной того, что сработало реле тяги, выключившее двигатель в To +05 мин 30,6 сек.

Сильные колебания низкой частоты 14…16 гц были локальными. Датчик на кожухе центрального ЖРД показал ускорение более 20 g, в то время как на командном отсеке было зарегистрировано ~0,1 g. Колебания, возникшие на ракете-носителе Saturn V в полете Apollo-13, превысили все ранее наблюдавшиеся колебания.

После выключения центрального ЖРД J-2S, (на 2 мин 12,4 сек раньше срока) колебания ступени и наружных ЖРД снизились до номинального уровня. Вследствие уменьшения тяги 4 наружных ЖРД J-2S проработали сверх запланированного номинального времени 34,1 сек. В результате в момент выключения наружных ЖРД скорость полета была на 68 м/сек меньше расчетной. Отделение второй ступени произошло на высоте 183,5 км. Двигательная установка ступени S-IVB начала работать в момент времени To +09 мин 56,9 сек и работала на 9,2 сек больше расчетного времени, чтобы компенсировать недостающую скорость. Однако, при выключении ступени S-IVB скорость полета все же оставалась меньше расчетной на 0,37 м/сек, и орбита, на которую вышел корабль (185/188 км), оказалась ниже расчетной круговой орбиты высотой 190 км. После выхода на орбиту ожидания был тщательно проанализирован имевшийся запас топлива, так как перерасход топлива ступенью S-IVB был весьма существенным.

Однако оказалось, что топлива достаточно, чтобы вывести корабль Apollo-13 на траекторию полета к Луне.

После 1,5 витков по орбите ожидания в момент времени To +02 ч 35 мин 46,4 сек был вторично включен ЖРД ступени S-IVB; он проработал 5 мин 50,7 сек, на 5 сек больше, чем требовалось по параметрам орбиты ожидания. Экипаж доложил о небольшой вибрации, возникшей за 90 сек до выключения ЖРД; управление, навигация и все системы приборного отсека и корабля работали нормально. Корабль Apollo-13 был выведен на траекторию свободного возвращения с начальной скоростью полета к Луне 10 700 м/сек.

Д. Ловелл передал управление кораблем Л. Суиджерту, который осуществил перестроение отсеков и отделение корабля Apollo-13 от ступени S-IVB.

В отличие от предыдущих полетов, в которых ступень S-IVB выводилась на гелиоцентрическую орбиту, в полете Apollo-13 было решено сбросить S-IVB на поверхность Луны в цель диаметром 700 м с центром в восточной части кратера Ландсберг (3° ю. ш., 30° з. д.), в 200 км западнее места посадки Apollo-12. Сейсмический удар заданной силы использовался для тарировки находящихся на Луне пассивных сейсмометров и исследования характера распространения сейсмических волн в поверхностном слое Луны.

После запуска ЖРД РСУ для осуществления маневра отклонения орбиты S-IVB от траектории полета Apollo-13 через 21 мин был произведен сброс остатков жидкого кислорода через ЖРД ступени S-IVB. Первый запуск ЖРД РСУ для направления S-IVB в цель на поверхности Луны был произведен на 11 мин 2 сек раньше запланированного времени, скорость возросла на 8,5 м/сек. Анализ траектории полета показал, что удар произойдет в точке с координатами 6°53' ю. ш., 30°53' з. д., поэтому вторая коррекция не потребовалась. Перед ударом ступень S-IVB двигалась по траектории с углом наклона к горизонту Луны 80° и со скоростью 2,68 км/сек, обладая энергией 5,3.1017 эрг, эквивалентной взрыву 11,5 т тринитротолуола.

Фактическая и номинальная последовательность операций при выводе корабля Apollo-13 на траекторию полета к Луне приведена в табл. 25.

Таблица 25

* Расчетные данные взяты из материалов Центра космических полетов им. Маршалла и являются рабочей траекторией полета Apollo-13

12 апреля в момент времени To +11 ч 41 мин должна была состояться первая коррекция, но так как траектория полета Apollo-13 была близка к расчетной, от коррекции отказались. В To +24 ч 42 мин корабль находился на расстоянии от Земли приблизительно 300 тыс. км.

13 апреля в момент времени To +30 ч 41 мин с помощью ЖРД служебного отсека, включенного на 3,4 сек, был произведен маневр перехода Apollo-13 с траектории свободного возвращения на гибридную траекторию. Утром 13 апреля, находившийся на связи в Центре управления полетом астронавт В. Бранд, сообщил экипажу, что курс корабля весьма точен и по достижении окрестностей Луны корабль должен выйти на минимальное расстояние 114 км над поверхностью обратной стороны Луны. В момент времени To +37 ч начался запланированный отдых экипажа продолжительностью около 10 ч.

Центр управления полетом решил провести незапланированную проверку баллонов с гелием системы подачи топлива в лунном корабле, так как за 4 сут до старта при испытаниях обнаружилось, что баллоны с гелием нагреваются быстрее, чем это следует при нормальном процессе. 14 апреля в To +54 ч 47 мин Ф. Хейс произвел в лунном корабле проверку баллонов с гелием и установил, что давление и температура в них близки к нормальным. Вскоре после возвращения астронавта в командный отсек произошел взрыв бака с кислородом в служебном отсеке. Впоследствии аварийной комиссией было установлено, что в момент времени To +55 ч 55 мин взорвался кислородный бак № 2, взрыв повредил и бак № 1, в результате вытек почти весь кислород, предназначавшийся для топливных элементов и создания в кабине командного отсека кислородной атмосферы.

В To +55 ч 58 мин пилот командного отсека Д. Суиджерт сообщил в Центр управления полетом, что полностью упало напряжение в электромагистрали В, снабжавшей электроэнергией системы и оборудование основного блока. Центр управления полетом дал указание экипажу свести расход электроэнергии к минимуму. Вскоре стало падать напряжение и в электромагистрали А и система электроснабжения основного блока полностью вышла из строя. Экипаж доложил, что давление в кислородном баке № 2 равно нулю, а в баке № 1 продолжает падать. В момент времени To +56 ч 47 мин давление в кислородном баке № 1 упало до уровня ниже 50% от нормального.

Это означало, что система жизнеобеспечения командного отсека сможет обеспечить жизнь экипажа только в течение 15 мин.

Д. Ловелл и Ф. Хейс перешли в лунный корабль, включили энергетическую установку и систему жизнеобеспечения экипажа в лунном корабле. Д. Суиджерту, оставшемуся в командном отсеке, кислород подавался из лунного корабля через переходной туннель.

В To +58 ч 07 мин руководство NASA приняло решение об отказе от посадки Apollo-13 на Луну и аварийном возвращении на Землю после облета Луны. И через 30 мин это решение было объявлено официально. В To +58 ч 22 мин представители заявили, что для ускорения полета Apollo-13 по траектории возвращения к Земле 15 апреля в To +79 ч 30 мин будет произведена коррекция траектории не с помощью ЖРД служебного отсека, который работать не может, а с помощью двигательной установки посадочной ступени лунного корабля.

В To +61 ч 29 мин экипаж успешно осуществляет все необходимые маневры и производит коррекцию траектории полета Apollo-13, в результате которой корабль снова перешел на траекторию свободного возвращения к Земле; коррекция выполнялась с помощью ЖРД посадочной ступени лунного корабля, который проработал 2 мин.

В To +67 ч 08 мин произведенный расчет траектории полета показал, что посадка командного отсека Apollo-13 должна произойти примерно в To +142 ч 47 мин (17 апреля в 18 ч по Гринвичу) в Тихом океане на расстоянии 1200 км к северо-востоку от Новой Зеландии.

Однако терпящий бедствие Apollo-13 продолжает удаляться от Земли. Еще не ясно, хватит ли оставшегося кислорода для возвращения экипажа на Землю, если не хватит, то им грозит гибель. Возникают предложения увеличить скорость полета и уменьшить продолжительность возвращения к Земле. В частности, предлагается вариант посадки в Индийском океане на 1 сут раньше (16 апреля в 18 ч по Гринвичу).

В момент времени To +77 ч 07 мин корабль Apollo-13 уходит за диск Луны и на 25 мин радиосвязь с ним прекращается. Корабль облетел Луну на минимальном расстоянии от ее поверхности около 250 км.

В To +77 ч 56 мин ступень S-IVB упала на Луну. Позднее ученые установили, что пассивный сейсмометр, установленный на поверхности Луны регистрировал в течение 4 ч колебания лунной коры.

В To +79 ч 28 мин на 10 сек были включены 2 ЖРД РСУ для осадки топлива в баках посадочной ступени лунного корабля, затем был включен посадочный ЖРД, проработавший 5 сек на тяге 10% максимальной, 21 сек на тяге 40% максимальной и 3 мин 54 сек на максимальной тяге. В результате курс Apollo-13 не изменился, а скорость полета к Земле увеличилась на 265 м/сек. Коррекция скорости полета прошла успешно и было объявлено, что посадка произойдет в To +141 ч 54 мин (17 апреля в 17 ч 07 мин по Гринвичу) в Тихом океане в точке с координатами 21°40'ю. ш., 165°83' в. д. В Центре управления полетом было решено, что поврежденный служебный отсек корабля будет сброшен за 2 ч до входа в атмосферу, а лунный корабль – часом позже.

15 апреля в To +90 ч 25 мин Apollo-13 находился на расстоянии 332 843 км от Земли.

16 апреля в Центре управления полетом установили, что корабль отклонился от правильного курса и снова необходимо произвести коррекцию траектории. В противном случае промах при пролете Земли составит 167 км, Apollo-13 не войдет в атмосферу, пойдет по сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг Земли, и астронавты погибнут от недостатка кислорода еще до того, когда можно будет снова произвести попытку посадить корабль на Землю.

16 апреля в To +102 ч 12 мин Apollo-13 находился в 296 730 км от Земли; температура внутри кабин лунного корабля и командного отсека упала до +2…4°C; от холода астронавты не могут уснуть. В To +105 ч 12 мин с целью коррекции траектории полета производится третье включение ЖРД посадочной ступени лунного корабля. Двигатель проработал 7,4 сек и скорость полета уменьшилась на 2 м/сек.

Но и эта коррекция не обеспечила требуемой траектории полета и промах мимо Земли не устранила. В To +125 ч 39 мин 17 апреля предпринимается четвертая коррекция траектории, рассчитанная так, чтобы корабль вошел в атмосферу Земли и находился в пределах расчетного коридора входа. В результате этой коррекции, проведенной с помощью ЖРД РСУ лунного корабля, скорость Apollo-13 уменьшилась на 1,5 м/сек.

Корабль приближался к Земле. В центре управления полетом снова возникли серьезные сомнения в возможности спасения экипажа. Предстояло произвести сброс аварийного служебного отсека. Отделение служебного отсека осуществляется взрывными болтами. Сработает ли исправно эта система? Кроме того, нерасчетное выполнение операции отделения может создать боковые усилия и отклонить Apollo-13 от правильного курса. В To +138 ч 02 мин операция отделения служебного отсека была успешно выполнена астронавтами. После отделения были произведены осмотр и фотографирование служебного отсека. Астронавты обнаружили, что одна панель обшивки секции № 4 целиком разрушена взрывом, происшедшим в служебном отсеке. Д. Ловелл и Ф. Хейс возвращаются в командный отсек и вместе с Д. Суиджертом используют оставшийся ограниченный запас кислорода.

В To +141 ч 17 мин отделяется лунный корабль.

В дальнейшем время стало весьма критическим фактором. Хватит ли экипажу остатков кислорода до посадки на Землю? Ранее по этой причине обсуждался вопрос об отделении лунного корабля за 15 мин до входа в атмосферу. Специалистов в Центре управления полетом беспокоило состояние теплозащитного экрана командного отсека. Сохранилась ли целой конструкция экрана? Он мог быть разрушен взрывом. В этом случае температура внутри командного отсека могла сильно возрасти.

Командный отсек Apollo-13 вошел в атмосферу со скоростью 11 000 м/сек, выше чем во всех предыдущих полетах, но эксперты NASA считали эту скорость допустимой. В To +142 ч 49 мин раскрылись главные парашюты и в To +142 ч 54 мин командный отсек Apollo-13 произвел посадку в Тихом океане в 100 км к юго-востоку от о. Самоа.

Полет Apollo-13 продемонстрировал исключительную роль астронавтов в предотвращении катастрофы после происшедшего на корабле взрыва в Дальнем космосе. Только исключительные качества экипажа – мужество и выдержка, большой летный опыт, развитая техническая интуиция – позволили принять правильное решение в сложной аварийной ситуации и избежать катастрофы.

Центром управления полетов были приняты все меры по оказанию помощи экипажу в управлении кораблем и аварийном возвращении Apollo-13 на Землю.

Согласно заключению аварийной комиссии, непосредственной причиной взрыва кислородного бака № 2 в служебном отсеке Apollo-13 было короткое замыкание в электропроводке вентиляторов внутри бака. Короткое замыкание возникло в результате неправильных действий персонала на космодроме в ходе предстартовой проверки Apollo-13 27…28 марта. После проверки систем служебного отсека, когда сливали жидкий кислород из бака № 2, полностью осуществить слив не удалось; включили нагреватели в баке, чтобы вызвать интенсивное испарение жидкого кислорода и газообразный кислород стравить; такая процедура допустима, но при включении нагревателей было подано напряжение 65 в, в то время как они рассчитаны на напряжение не более 28 в. Специальные испытания показали, что повышенное напряжение выводит из строя предохранительные устройства (свариваются контакты), которые должны автоматически выключать нагреватели, если температура в баке превысит 27°C. Сваривание контактов предохранительных устройств приводит к повышению температуры в баке до 500°C и тефлоновая изоляция электропроводки отслаивается, оголяя провода. При включении вентиляторов в кислородном баке № 2 Apollo-13, произошло короткое замыкание оголенных проводов, загорелась изоляция и бак взорвался от возросшего давления. Взрыв бака № 2 привел к повышению давления в секции № 4 служебного отсека, повреждению бака № 1 и разрушению панелей обшивки служебного отсека. Аварийная комиссия рекомендовала сделать следующие доработки корабля Apollo.

1. Установить в служебном отсеке третий бак с кислородом.

2. Не ставить внутри кислородных баков вентиляторы.

3. Заключить всю электропроводку внутри кислородных баков в стальные кожухи.

4. Полностью заменить в кислородных баках материалы, способные гореть в кислородной атмосфере при большом давлении.

5. Установить бортовую систему сигнализации, предупреждающую об угрозе подобной аварии.