

 ####  #####   ####   #### ####   ######   ####  #####  ##
##     ##  ## ##  ## ##   ##  ## ## ## ## ##  ## ##  ## ##
## ### #####  ###### #### ##  ## ## ## ## ###### ##  ## ##
##  ## ##  ## ##  ## ##   ##  ## ## ## ## ##  ## ##  ##   
 ####  ##  ## ##  ## ##    ####  ##    ## ##  ## ##  ## ##

----------------------------------------------------------
Irodalmi on-line weblap
Alapítva: 1996. július 17.-én
----------------------------------------------------------
                      http://www.net.hu/interpen/grafoman/
                 http://www.hungary.com/interpen/grafoman/
                   http://www.lib.uni-miskolc.hu/grafoman/

From: Peter Mork 
Date: Wed, 12 Nov 1997 01:12:39 -0800

A Challenger-katasztrófa

Könyvájnlat: Edward R. Tufte: Visual Explanations"

1986 január 28.-án, 78 másodperccel az indítás után "major malfunction" történt a Challenger űrsiklón. A kilövést vezető diszpécser udvarias kifejezése valójában azt jelenti, hogy a space shuttle felrobbant, hét ember halálát okozva; a roncsok látványos füstcsíkot húzva repültek szanaszét a helyszínen bámészkodó kíváncsi látogatók és TV kamerák szeme előtt. A balesetet követő vizsgálat csakhamar arra a következtetésre jutott, hogy a katasztrófát az egyik szilárd hajtóanyagú rakéta tömítésének szivárgása okozta. A kilövésről készült TV felvételen jól látszik a gyorsító rakétából előtörő láng.

Az indítás után egy perccel megjelenik
a gyorsító rakétából kifújó láng.

A kilövést megelőző napon a szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták gyártója tizenhárom oldalas faxot küldött a NASA-nak, amelyben a korábbi kilövéseknél felhasznált gyorsító rakéták tömítőgyűrűinek vizsgálati eredményeire alapozva a másnapi indítás elhalasztását kérte. Az indítást mégsem halasztották el, amit azóta is elrettentő példaként hoznak fel a tankönyvek. A döntéshozókra erős politikai nyomás nehezedett a Fehér Házból, sokan ezt a nyomást okolják a hibás döntésért. Népszerű feltételezés, hogy a döntést öltönyös-nyakkendős-rádiótelefonos menedzserek hozták, akik a hátsó padban ültek a gimnáziumi fizikaórákon. Edward Tufte szerint azonban, ahogyan ezt a "Visual Explanations" című könyvében részletesen ki is fejti, a tragédiát az okozta, hogy a rakéta gyártói nem tudták elég meggyőzően ábrázolni a vizsgálati eredményeket.

A szilárd hajtóanyagú rakéták újrafelhasználhatók, a kilövés után a haditengerészek kihalásszák a kiégett rakétákat a tengerből, és a gyártó cég újratölti őket. A rakéta teste egymáshoz illesztett, 3,7 m átmérőjű hengerekből áll; az illesztéseket gumiból készült O-gyűrűk tömítik, hogy a láng ne fújjon ki az illesztések mentén a rakéta működése közben.

A korábbi kilövések után összegyűjtött kiégett rakéták vizsgálata során megfigyelték, hogy a szegmensek közti tömítő O-gyűrűk néhány esetben erodálódtak, két gyűrűn pedig átfújást is tapasztaltak. (Minden tömítésnél két O-gyűrű van, a megfigyelt esetekben átfújás csak a belső gyűrűn történt, magát az űrsiklót tehát nem fenyegette veszély.)

A gyártó cég az erózióval és a lángátfújással kapcsolatos tapasztalatait az alábbi nagyszabású táblázatban összegezte:

                HISTORY OF O-RING DAMAGE ON SRM FIELD JOINTS
 +----------+-------------------------+---------------------------+--------+
 |          |  Cross Sectional View   |          Top View         |        |
 +-----+----+-------+---------+-------+-----------+---------------+--------+
 |     |    |Erosion|Perimeter|Nominal|Length of  |Total Heat     |Clocking|
 |NASA |SRM |Depth  |Affected |Dia.   |Max Erosion|Affected Length|Location|
 |Code |No. |(in.)  |(deg.)   |(in.)  |(in.)      |(in.)          |(deg.)  |
 +-----+----+-------+---------+-------+-----------+---------------+--------+
 |61A* |22A | None  |   None  | 0.280 |   None    |     None      | 36 - 66|
 |61A* |22A | None  |   None  | 0.280 |   None    |     None      |338 - 18|
 |51C* |15A | 0.010 |  154.0  | 0.280 |   4.25    |     5.25      |    163 |
 |51C**|15B | 0.038 |  130.0  | 0.280 |  12.50    |    58.75      |    354 |
 |51C**|15B | None  |   45.0  | 0.280 |   None    |    29.50      |    354 |
 |41D  |13B | 0.028 |  110.0  | 0.280 |   3.00    |     None      |    275 |
 |41C+ |11A | None  |   None  | 0.280 |   None    |     None      |    --- |
 |41B  |10A | 0.040 |  217.0  | 0.280 |   3.00    |    14.50      |    351 |
 |STS2 |2B  | 0.053 |  116.0  | 0.280 |    ---    |      ---      |     90 |
 +-----+----+-------+---------+-------+-----------+---------------+--------+

Az első oszlopban a rakéta NASA által használt azonosítója szerepel. (Minden rakétánál több O-gyűrűt is használnak, ez az oka, hogy a táblázatban többször is szerepel ugyanaz a kódszám. Ilyenkor ugyanannak a rakétának két különböző tömítőgyűrűjéről van szó.) A második oszlop a gyártó által használt azonosító, ami (természetesen) különbözik a NASA azonosítótól. Az eredeti táblázatban szerepel még a rakéták indításának dátuma, nekem ez már nem fért ide. (Eredetileg nekik sem: a dátumok kézzel vannak utólag odafirkálva a papír szélére.)

A következő három oszlop az erózió mértékét tartalmazza a tömítőgyűrű keresztmetszete mentén (erózió mélysége, az érintett tartomány nagysága, a gyűrű névleges átmérője).

A "Top View" oszlop felülnézetből vizsgálja a tömítőgyűrűt: a "Length of Max Erosion" a leghosszabb eróziós szakasz hossza, a "Total Affected Length" pedig a károsodott szakaszok hosszának összege. A táblázat utolsó oszlopa nem egészen világos, ha helyesen értelmezem, akkor ez adja meg, hogy felülről nézve az eróziós szakasz hol helyezkedik el a gyűrű mentén.

Ezek az adatok mind az erózióra vonatkoznak, az átfújást lábjegyzetben (!) adták meg. Amelyik gyűrű neve mellett egy csillag van, ott átfújást találtak a belső O-gyűrűn. A két csillaggal jelölt esetben a gáz átfújt a belső gyűrűn és kikezdte a második gyűrűt: forró gáz nyomait figyelték meg a külső gyűrűn. A + jellel jelölt O-gyűrű megégett, de nem keletkezett átfúvás.

A mérnökök arra gyanakodtak, hogy az eróziót és az átfúvást az indításkor fellépő nyomástranziens okozza, ami hajlító igénybevételnek teszi ki az illesztési pontokat, és ezzel deformálja az O-gyűrűket. Gyanakodtak a hőmérsékletre is, az egyes rakéták indításakor mért környezeti hőmérsékletet a táblázatban mégsem tüntették fel.

Az indításkori környezeti hőmérsékletet egy külön táblázatban adták meg.


       History of O-ring temperatures

     Motor   MBI     AMB   O-RING    WIND
     -----   ---     ---   ------    ----
     DM-4     68      36       47    10 MPH
     DM-2     76      45       52    10 MPH
     QM-3     72.5    40       48    10 MPH
     QM-4     76      48       51    10 MPH
     SRM-15   52      64       53    10 MPH
     SRM-22   77      78       75    10 MPH
     SRM-25   55      26       29    10 MPH
                               27    25 MPH
     --------------------------------------

Itt megint csak van egy pár félrevezető dolog. Azonosítóként a gyártó által használt kódokat használják a NASA kódok helyett. Az utolsó oszlop a szélsebesség, az O-RING feliratú a tömítőgyűrűk hőmérséklete, az AMB a környezeti hőmérséklet, az MBI-t sajnos nem tudtam kitalálni.

Ez a táblázat nem egészen ugyanazokat a rakétákat tartalmazza, mint az előző: az első négy rakéta kísérleti példány volt, próbapadon "lőtték ki" őket, és sohasem hagyták el a földet. (Ezen kívül a kísérleti példányoknál a szegmenseket nem csak O-gyűrűkkel tömítették, hanem valamilyen gitt-szerű anyaggal is bekenték az illesztéseket.)

Az utolsó rakéta (SRM-25) a másnapi Challenger-indítás előre jelzett hőmérséklete. Csupán két olyan rakéta szerepel a táblázatban (SRM-15 és SRM-22), amely az eróziós táblázatban is megtalálható.

A NASA illetékesek azt mondták, hogy "Igaz, hogy a leghidegebb hőmérsékleten indított (53 Fahrenheit) rakéta O-gyűrűin átfújásokat találtak, de ugyanúgy találtak átfújást az SRM-22 jelű rakétánál is, pedig azt 75 fokon indították. Továbbá a fejlesztés során végeztek kísérleteket 53 Fahrenheit fok alatti hőmérsékleten is, és sem átfújást, sem eróziót nem tapasztaltak. Az O-gyűrűk károsodását tehát a környezeti hőmérséklet nem befolyásolja döntő mértékben."

Jégcsapok az indítóálláson a Challenger kilövésének
reggelén. A háttérben az egyik szilárd hajtóanyagú
gyorsító rakéta látszik.

Nem lett igazuk, és Edward Tufte azt állítja a könyvében, hogy mindez nem történt volna meg, ha a rendelkezésre álló kísérleti eredményeket nem ilyen dilettáns módon ábrázolják. Közöl egy javított táblázatot, és felsorolja az eredeti táblázat hibáit:

Egy kilövés során két rakétát használnak fel. Mindkét rakétában hat-hat tömítőgyűrű van. Logikusnak látszik tehát, hogy az eredményeket ne O-gyűrűnként külön-külön, hanem űrsikló-indításonként csoportosítva ábrázoljuk.
A tömítő gyűrűk károsodását ábrázoló táblázat túlságosan sok különféle adatot tartalmaz, nincs viszont egy összesített mérőszám, aminek alapján az egyes rakéták károsodását össze lehetne hasonlítani. Tufte egyszerűen megszámolta az egyes űrsikló-indítások során történt eróziós és átfújási esetek számát, és ezekből, figyelembe véve az egyes esetek súlyosságát, képzett egy "károsodási indexet".
Sehol nem volt szó arról, hogy a táblázatokban ábrázolt eseteken kívül tizenhét olyan űrsikló-indítás is történt, ahol minden a legnagyobb rendben zajlott. Tufte ezeket az eseteket is feltüntette a táblázatban. Megadta továbbá minden egyes indításhoz az indításkor uralkodó környezeti hőmérsékletet.
A legfontosabb gondolat: az űrsikló-indításokat nem ABC sorrendben, nem is dátum szerint, hanem környezeti hőmérséklet szerint kell sorba rendezni.

Itt látható az így készült táblázat. Az első oszlop az űrsikló-indítás kódja, a második a dátum, a harmadik a környezeti hőmérséklet, a negyedik az eróziós károsodási esetek száma, az ötödik az átfújási esetek száma, az utolsó oszlop pedig a fent leírt károsodási index. (N.B. szerintem Tufte táblázata hibás: az 51-C kódjelű indítás során nem két, hanem három átfújási incidens történt, de a lényegen ez nem változtat.)


  Flight  Date    Temp.  Erosion  Blow-by   Index  
  -----------------------------------------------
  51-C   01/24/85   53         3        2      11  
  41-B   02/03/84   57         1                4
  61-C   01/12/86   58         1                4
  41-C   04/06/84   63         1                2
     1   04/12/81   66                          0
     6   04/04/83   67                          0
  51-A   11/08/84   67                          0
  51-D   04/12/85   67                          0
     5   11/11/82   68                          0
     3   03/22/82   69                          0
     2   11/12/81   70                          0
     9   11/28/83   70                          0
  41-D   08/30/84   70                          0   
  51-G   06/17/85   70                          0
     7   06/18/83   72                          0
     8   08/30/83   73                          0
  51-B   04/29/85   75                          0
  61-A   10/30/85   75                  2       4
  51-I   08/27/85   76                          0
  61-B   11/26/85   76                          0
  41-G   10/05/84   78                          0
  51-J   10/03/85   79                          0
     4   06/27/82   80                          ?
  51-F   07/29/85   81                          0
  -----------------------------------------------

Az 51-4 jelű indítás után a gyorsító rakétákat nem találták meg, ezért a tömítőgyűrűk állapota sem ismert (ezt jelenti a kérdőjel). A 61-C rakéta adatai nem szerepeltek a NASA-nak elfaxolt táblázatban (a kilövés két héttel a Challenger indítása előtt történt), ezt az értéket Tufte a balesetet kivizsgáló jelentésből szedte. Ugyancsak kimaradtak a kísérleti rakéták (a hőmérsékleti táblázat első négy sorában szerepelnek), mivel ezeknél kissé eltérő tömítést alkalmazak. (És szerintem azért is, mert ezekkel nem volt semmi baj, és így elrontanák a diagram szépségét :-)

Ha a fenti táblázat adatait diagramban ábrázoljuk és feltűntetjük rajta a Challenger űrsikló indításakor uralkodó környezeti hőmérsékletet (27 - 29 Fahrenheit fok) akkor nagyon látványos eredményt kapunk. A diagram alapján ugyanis nemhogy az illetékesek, de még a takarítónő is elhalasztotta volna a másnapi indítást.

Nekem két észrevételem van, az egyik az, hogy utólag könnyű okosnak lenni. Ha a hőmérséklet szerint rendezzuk sorba az adatokat, akkor persze, hogy ordít a diagramról, hogy a Challenger másnap reggel alighanem fel fog robbanni, csakhogy ehhez előbb el kell jutni arra a gondolatra, hogy a tömítőgyűrűk károsodása a hőmérséklettől függ.

A másik: szerintem egy tapasztalt és széles látókörű mérnöknek erre rá kellett volna éreznie. Amikor Dániában voltam, én is hetekig küzdöttem egy ilyen problémával, szerencsére én nem robbantottam fel semmit. Egy hőmérsékletszabályozó hol működött, hol nem; végül nagy nehezen rájöttem, hogy pár óra alatt bemelegszik az elektronika, és olyankor már nem szabályoz rendesen. De akinek van pár ilyen élménye a mérnöki praxisa során, az szerintem kapásból azt mondta volna, hogy "Uraim! Hőmérséklet!!"

A katasztrófa előtti utolsó pillanat: lángra
kap az űrsikló hasa alatti üzemanyag tartály.
A következő pillanatban bekövetkezik a robbanás

Visual Explanations : Images and Quantities, Evidence and Narrative

by Edward R. Tufte

Hardcover, 156 pages
Published by Graphics Pr
Publication date: March 1, 1997
Dimensions (in inches): 10.80 x 8.91 x .89
ISBN: 0961392126

A könyv online is megrendelhető a http://www.amazon.com webhelyen.

Grafoman Mailgroup Webpage v1.52 (c) Ali Ttaik-al-Rep 1996

Grafoman!