Радость познания

Многие из этих решенных проблем на начальном этапе проектирования оказались очень сложными, 13 из них происходят в первые 12 500 секунд, и только 3 — в следующие 12 500 секунд. Естественно, никогда нельзя быть уверенным, что все ошибки устранены. Поэтому бессмысленно гадать, случился ли сюрприз в следующие 25 000 секунд с вероятностью 1/500 на один двигатель в одном полете. В полете задействованы три двигателя, но на некоторые несчастные случаи может повлиять и один двигатель. Система может аварийно прекратить работу и при двух двигателях. Давайте предположим, что неизвестных сюрпризов не существует, тогда вероятность нарушения полета из-за основного двигателя челнока менее 1/500. К этому следует добавить вероятность крушения от известных, но пока не решенных проблем (без звездочки в приведенном выше списке). Их мы обсудим ниже. (Инженеры и производители из «Рокет дайн» оценили полную вероятность как 1/1000. Инженеры в Маршалл — как 1/300, в то время как руководство НАСА, которому эти инженеры сообщают свои соображения, называет цифру 1/10000. Независимый инженер, консультирующий НАСА, оценивает эту цифру с 1–2-процентной вероятностью.)

История принципов сертификации для этих двигателей весьма запутанна и труднообъяснима. Первоначально правило для двух работающих машин гласило, что каждая должна работать без сбоев за сертификационное время работы («правило двух»). По крайней мере это правило исходит из Федерального авиационного агентства, и НАСА усвоила его, предлагая исходное сертификационное время, равное 10 полетам (то есть 20 полетов для каждой машины). Очевидно, что самыми лучшими используемыми двигателями окажутся при сравнении те, у которых наибольшее время работы (полет плюс испытания) — так называемые эксплуатационные лидеры. Но что, если третий образец и несколько других разрушатся за короткое время? Безусловно, мы не можем находиться в безопасности только благодаря двум необычно долго прожившим двигателям. Короткое время больше отвечает реальным возможностям, и, несмотря на фактор безопасности 2, мы должны работать только половину времени короткоживущих образцов.

Медленный крен к снижению фактора безопасности доказывается многими примерами. Возьмем лопасти топливной турбины. От первой идеи тестирования всего двигателя отказались. Каждый номер двигателя содержит много важных деталей (такие, как все турбонасосы), заменяемые через повторяющийся интервал, так что правило должно меняться от двигателей к их компонентам. Мы принимаем топливный насос за сертификационное время, если два образца по отдельности дважды проработали успешно за это время (и конечно, на практике никто не настаивает, чтобы это время соответствовало 10 полетам). Но что значит «успешно»? Федеральное авиационное агентство называет трещину турбинной лопасти поломкой, что на практике обеспечивает фактор безопасности больше 2. Проходит некоторый период, пока двигатель работает между временем начала образования трещины и временем, пока она не станет достаточно большой для полного разрыва. (Федеральное авиационное агентство размышляет над новыми правилами, которые учитывают это дополнительное время, но только при условии, что его тщательно проанализируют с помощью известных моделей в рамках известных экспериментов и с полностью протестированными материалами. Ни одно из этих условий не годится для основного двигателя космического челнока.)

Трещины обнаруживаются в турбинных лопастях через много секунд. В одном случае были обнаружены три трещины через 1900 секунд, а в другом случае не обнаружили ни одной через 4200 секунд, хотя при более длительной работе вероятность возникновения трещин выше. Чтобы проследить за ситуацией, представим, что напряжение зависит от уровня мощности. Полет «Челленджера», как и предыдущий полет, происходил на уровне 104 % от проектной мощности — двигатели большую часть времени работали на этой мощности. На основании некоторых данных о материалах можно предположить, что при уровне в 104 % от проектного уровня время образования трещины окажется вдвое больше, чем при 109 % или полном уровне мощности. Будущие полеты должны проходить на этом уровне из-за более высоких грузоподъемностей, и многие тесты выполняются на этом же уровне. Поэтому, разделив время при уровне мощности 104 % на 2, мы получим единицы, эквивалентные полному уровню мощности. (Очевидно, тут вводится некоторая неопределенность, но мы не приняли ее во внимание.) Самые ранние трещины, упомянутые выше, появлялись при цифре 1,375 от полного уровня мощности.

Теперь правило сертификации выглядит так: «предел работы лопастей стремится к максимуму, равному 1375 секунд, при эквивалентном полном уровне мощности».