Astronauci Roger Chaffee, Virgil Grissom i Edward H. White zginęli w pożarze podczas testu przedstartowego statku kosmicznego Apollo 1

Do tragedii doszło na kompleksie startowym LC-34 na przylądku Canaveral. Nazwę Apollo 1 oficjalnie zatwierdzono ze względu na pamięć o astronautach, którzy uczestnicząc w programie Apollo ponieśli śmierć. Chociaż niezwłocznie została powołana komisja do ustalenia przyczyn tragedii, to jednak nigdy, jednoznacznie, w sposób rozstrzygający, nie ustalono źródła ognia. Śmierć astronautów przypisano szerokiemu spektrum przesłanek tkwiących w wadach konstrukcyjnych modułu dowodzenia. Załogowa faza projektu została opóźniona o dwadzieścia miesięcy zanim problemy wynikające z tragicznego wypadku zostały rozwiązane. Rakieta nośna Saturn IB (Saturn/Apollo-204) została użyta później w pierwszym bezzałogowym locie testowym modułu księżycowego, Apollo 5.

Tło misji

Apollo/Saturn-204 był pierwszym planowanym, załogowym lotem Modułu Dowodzenia/Serwisowego (ang. CSM – Command Service Module) na niską orbitę okołoziemską. Do jego wyniesienia miała być wykorzystana rakieta Saturn IB.
Moduł dowodzenia CM-012 statku kosmicznego Apollo był wczesnym projektem, określanym jako Block I – powstał, gdy nie były jeszcze opracowane techniki lądowania modułu księżycowego. W tej wersji modułu dowodzenia nie było wyposażenia umożliwiającego połączenie z modułem księżycowym. Dodanie włazu dokowania przewidywano w późniejszej konstrukcji – Block II, zgodnie z wnioskami, jakie spodziewano się uzyskać z doświadczeń z wersją Block I. Planowaną misję dwuosobowego pojazdu Block I anulowano pod koniec roku 1966.

Misję Apollo/Saturn-204 zaplanowano na 21 stycznia 1967 roku (minął wtedy poprzedni termin wyznaczony na ostatni kwartał roku 1966), obawiano się bowiem, że pierwszy lot Apollo będzie kolidować z ostatnim lotem programu Gemini. Lot miał trwać, zależnie od wyników, do 14 dni i stanowić test operacji startu, naziemnego śledzenia lotu i działania urządzeń sterowania. Kontynuacją misji Apollo/Saturn-204 miały być dwie kolejne – latem i jesienią 1967 roku. Podczas pierwszej z nich, rakieta Saturn IB miała wynieść CSM, Block II, równolegle drugi Saturn IB miał wynieść bezzałogowy moduł księżycowy LM w celu przetrenowania manewrów spotkania i dokowania na niskiej orbicie okołoziemskiej. W drugiej misji moduły dowodzenia/serwisowy CSM i księżycowy LM miały być wyniesione razem przez rakietę Saturn V na średnią orbitę okołoziemską.

Konstrukcyjne problemy z modułem dowodzenia

Moduł dowodzenia statku kosmicznego Apollo był najbardziej złożonym elementem, jaki do tej pory skonstruowano. Jego budową zajmowała się amerykańska wytwórnia lotnicza North American Aviation, sugerująca początkowo, że właz wejściowy modułu dowodzenia powinien być wyposażony w zamki z ładunkami pirotechnicznymi, pozwalającymi na szybkie otwarcie luku w sytuacjach awaryjnych. NASA nie wyrażała zgody, obawiając się, iż zastosowanie zamków pirotechnicznych może doprowadzić do niezamierzonego otwarcia włazu, jak to miało miejsce w kapsule Liberty Bell 7, podczas misji Mercury 4. Przed pożarem modułu dowodzenia Apollo 1, astronauci opowiadali się za włazem otwieranym na zewnątrz. NASA twierdziła później, że astronauci myśleli o łatwości wyjścia/wejścia podczas spacerów kosmicznych i opuszczenia CM po wodowaniu, a nie o bezpieczeństwie.

Firma North American Aviation sugerowała użycie w atmosferze modułu dowodzenia CM mieszanki tlenowo-azotowej takiej, jaka jest na powierzchni Ziemi. NASA protestowała przeciw takiemu składowi mieszanki oddechowej, powołując się na zwiększone ryzyko wystąpienia choroby dekompresyjnej powodującej utratę przytomności, a nawet śmierć w przypadku losowej dekompresji. Urzędnicy NASA zapewniali, że atmosferę czystego tlenu stosowano bez wypadków w programach Mercury i Gemini (niedokładnie tak było: pożar i jednocześnie niemożność szybkiego otwarcia włazu były znanymi problemami) i dowodzili, iż czysty tlen z powodzeniem można zastosować w statku kosmicznym Apollo. Ważnym argumentem był też fakt, iż użycie czystego tlenu zmniejszało wagę modułu dowodzenia.

CM 012 dostarczono do NASA wraz ze 113 niezrealizowanymi, a uprzednio zaplanowanymi, ważnymi zmianami technicznymi. Dalsze 623 zmiany techniczne wprowadzono już po dostarczeniu modułu. Załoga wyraziła poważne zaniepokojenie dotyczące zagrożenia pożarem. W dokumentalnym filmie BBC „NASA: Triumf i tragedia” James McDivitt powiedział, że NASA nie orientowała się, jak 100% tlenowa atmosfera modułu wpłynie na spalanie. Podobne uwagi innych astronautów przedstawiono w dokumencie zatytułowanym „W cieniu Księżyca”.

Tragedia

Plugs out

27 stycznia 1967 roku została przeprowadzona symulacja startu, oficjalnie uważana za względnie bezpieczną, ponieważ rakieta Saturn IB nie była załadowana paliwem. Był to test polegający na odłączeniu wszystkich zewnętrznych kabli i przewodów od statku kosmicznego i sprawdzeniu czy zestaw będzie działał na zasilaniu z akumulatorów. Po pomyślnym przejściu tego testu statek kosmiczny byłby gotów do startu 21 lutego 1967 r.

O godzinie 1:00 po południu (18:00 GMT) astronauci weszli do modułu dowodzenia, zostali przypięci do stanowisk, podłączeni do systemów statku kosmicznego w przygotowaniu do testu odłączenia instalacji naziemnej i przejścia na układy wewnętrzne. Od razu wystąpiły problemy. Kwaśny zapach maślanki, który pojawił się w powietrzu modułu opóźnił symulację startu aż do godziny 2:42. Trzy minuty później właz został zamknięty i czysty tlen zaczął wypierać powietrze z atmosfery modułu.

Dalsze problemy dotyczyły epizodów związanych z przepływem tlenu pod zbyt dużym ciśnieniem przez skafandry astronautów. Były też trudności z uzyskaniem łączności pomiędzy załogą statku kosmicznego, pokojem kontroli misji, budynkiem kontroli działania załogowego statku kosmicznego i kompleksu startowego 34. Kłopoty z łącznością spowodowały opóźnienie symulacji do godz 5:40. Większość operacji wchodzących w zakres przedstartowego odliczania była pomyślnie zrealizowana do godziny 6:30, lecz odliczanie zostało wstrzymane w momencie T minus 10 minut, kiedy jeszcze do modułu dowodzenia były podłączone wszystkie kable i przewody startowe, nadal próbowano rozwiązać problemy z łącznością.

Pożar

Załoga w module dowodzenia leżała na swoich stanowiskach sprawdzając listę kontrolną, kiedy o 6:30:54 (23:30:54 GMT) został zapisany chwilowy zanik napięcia. Dziesięć sekund później (o 6:31:04) Chaffee powiedział, "Hej..." Następnie było słychać odgłosy szamotania i po trzech sekundach krzyknął "Pożar!". Następnie Chaffee zawołał "Mamy pożar w kokpicie," a White potwierdził "Pożar w kokpicie!". Po 12 sekundach Chaffee krzyczał: "Mamy groźny pożar! Wydostańcie nas! Palimy się! Jesteśmy w ogniu!". Niektórzy świadkowie mówili, że widzieli Eda White'a na monitorach telewizyjnych jak dotarł do uchwytu włazu usiłując go otworzyć, jak płomienie w kabinie rozprzestrzeniały się od lewej do prawej liżąc szyby okienne. Następnie komunikacja z kapsułą została zerwana, a po 14 sekundach od pierwszej informacji od załogi o pożarze, ciśnienie wzrosło do ok. 2 atm, doprowadzając do pęknięcia kabiny.

Intensywny żar, gęsty toksyczny dym, niewydolne maski przeciwgazowe, fale uderzeniowe eksplozji z kabiny modułu dowodzenia, utrudniały wysiłki naziemnych grup ratunkowych. Istniała obawa, że pożar modułu dowodzenia może uruchomić ucieczkowe rakiety ratunkowe (LES) na paliwo stałe, zabijając prawdopodobnie obsługę naziemną w pobliżu. Minęło pięć minut, zanim otworzono wewnętrzny i zewnętrzny właz, procedura otwierania składała się z trzech wielostopniowych zapadek. Podczas otwierania włazów, pożar w module dowodzenia się wypalił. Chociaż światło w kabinie nadal działało, drużyny naziemne nie mogły znaleźć astronautów. Kiedy dym nieco się przerzedził, znaleziono ciała, ale nie można było ich ruszyć. Wysoka temperatura stopiła nylonowe kosmiczne kombinezony astronautów z wężami łączącymi ich z systemem podtrzymywania życia. Ciało Grissoma leżało po prostu na pokładzie. Kombinezony jego i White'a były stopione razem. Ciało Eda White'a leżało na centralnym stanowisku. Według protokołu misji jego zadaniem było otwarcie włazu otwierającego się do wewnątrz, co było niemożliwe ze względu na ciśnienie wewnątrz modułu, które było wyższe od ciśnienia zewnętrznego (atmosferycznego). Zadaniem Chaffee`ego było wyłączenie wszystkich systemów statku kosmicznego z wyjątkiem łączności. Jego ciało nadal było przypięte pasami bezpieczeństwa do prawego stanowiska.

Następstwa

Zgodnie z wynikami komisji powypadkowej, Grissom odniósł oparzenia III stopnia na 1/3 części powierzchni ciała a jego skafander kosmiczny był poważnie zniszczony. White odniósł poparzenia III stopnia na połowie powierzchni ciała, a czwarta część jego skafandra została stopiona. Chaffee odniósł poparzenia III stopnia na jednej czwartej powierzchni ciała. Jak wykazało dochodzenie astronauci ponieśli śmierć poprzez uduszenie.

Jak ustaliła komisja powypadkowa, według dokumentacji CM-012 nie można było ustalić stanu faktycznego modernizacji modułu w chwili pożaru.

Przyczyny pożaru

Ponieważ moduł dowodzenia (CM) był tak zaprojektowany, aby wytrzymał zewnętrzne ciśnienie próżni kosmicznej, test plugs out został uruchomiony z ciśnieniem 16 psi wewnątrz kabiny, prawie 2 psi powyżej ciśnienia nad poziomem morza i blisko górnej granicy pomiarowej urządzeń w statkach kosmicznych. Stanowiło to gęstość tlenu 5 razy większą niż w statkach kosmicznych programów Mercury i Gemini. Obserwując wyniki światowych badań nad sztucznymi środowiskami bogatymi w tlen, należy zauważyć, że w wielu przypadków, w podobnym środowisku, zawierającym 100% tlenu pod tak wysokim ciśnieniem, materiały normalnie uważane za niełatwopalne, potrafiły się spontanicznie zapalić. Dochodzenie wykazało też wiele przykładów niespełniających obowiązujących standardów dotyczących elementów okablowania i instalacji hydraulicznej modułu dowodzenia. Pożar mógł więc powstać od iskry powstałej gdzieś w ponad 25 kilometrach kabli w module dowodzenia.

Komisja śledcza zauważyła miedziany drut platerowany srebrem znajdujący się blisko centrum foteli astronautów pozbawiony teflonowej izolacji, zdartej poprzez wielokrotne otwieranie i zamykanie włazu, który mimo to przeszedł kontrolę jakości. Ten słaby punkt w okablowaniu przebiegał w pobliżu skrzyżowania z linią chłodzącą etylenowo-glikolowo-wodną znaną z jej skłonności do przeciekania. Elektroliza etylenowo-glikonowego roztworu z srebrną anodą stwarzała poważne zagrożenie, które mogło spowodować gwałtowną reakcję egzotermiczną powodującą zapłon etylenowo-glikolowej mieszanki w żrącej testowej atmosferze bogatej w sprężony tlen.

W module dowodzenia zainstalowano 3,2 m² posadzki Velcro. Rzep Velcro okazał się być materiałem wybuchowym, zwłaszcza w środowisku z atmosferą zawierającą 100% tlenu o podniesionym ciśnieniu. W projekt wkradło się 31 kg niemetalicznych materiałów łatwopalnych.

W 1968 roku zespół fizyków z Instytutu Technologii w Massachusetts (ang. Massachusetts Institute of Technology) przybył na przylądek Kennedy'ego i wykonał testy wyładowań statycznych w module dowodzenia CM-103, który był przygotowywany do startu w misji Apollo 8.

Przy pomocy elektroskopu zmierzono przybliżoną energię statycznych rozładowań powodowanych przez testową załogę ubraną w nylonowe skafandry kosmiczne i leżących na nylonowych rozkładanych fotelach. Naukowcy znaleźli źródła o energii wystarczającej do zapłonu. Rozładowywania ładunków elektrycznych następowały wielokrotnie, gdy członkowie załogi pocierali ich skafandry o fotele, a następnie dotykali aluminiowych paneli.

Jednakże, źródła zapłonu pożaru Apollo 1 nigdy oficjalnie nie określono.

Modernizacja Modułu Dowodzenia

Po pożarze, program Apollo zawieszono do czasu zakończenia przeglądu i modernizacji. Z perspektywy czasu, projekt Modułu Dowodzenia uznano za niezrozumiały i skrajnie niebezpieczny, a w niektórych przypadkach niedbale zmontowany (zagubiony komplet kluczy nasadowych znaleziono w CM). Zostały dokonane następujące zmiany w projekcie:

• Skład atmosfery kabiny CM w czasie startu został zmieniony do następujących proporcji: 60% O2, 40% N2 z ciśnieniem takim jak na poziomie morza (14,7 psi lub 1013 milibarów). Zakładano, że w czasie wznoszenia ciśnienie miałoby szybko spadać do 5 psi (345 mbar), uwalniając 2/3 tlenu i azotu obecnego podczas startu. Następnie obniżanie ciśnienia miałoby być wstrzymane i pozostawione na poziomie 5 psi, podczas gdy na zewnątrz CM ciśnienie spadałoby aż do osiągnięcia ciśnienia próżni. Następnie atmosfera kabiny miała być bardzo powoli oczyszczona, tak aby koncentracja azotu asymptotycznie spadła do zera (uwalniając azot do przestrzeni kosmicznej i jednocześnie napełniając kabinę 100% tlenem). Proces miałby trwać do następnego dnia. Chociaż atmosfera w nowej kabinie podczas startu stała się znacznie bezpieczniejsza niż 100% O2, ciągle jednak była bardziej niebezpieczna niż zwykła nad poziomem morza (21% O2). Takie rozwiązanie było jednak konieczne w celu zapewnienia wystarczającego ciśnienia cząstkowego tlenu, kiedy astronauci zdejmą hełmy krótko po starcie. 60% nominalnego ciśnienia (z 5 psi) równa się 3 psi; ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu nad poziomem morza wynosi 3,07 psi (20,9% z 14,7 psi), i tyle samo wynosi w kabinie modułu dowodzenia w kosmosie, kiedy astronauci zdejmą hełmy krótko po starcie.

• Środowisko wewnątrz skafandrów astronautów nie było zmieniane. Z powodu gwałtownego spadku ciśnienia wewnątrz kabiny (i wewnątrz skafandrów) podczas wznoszenia, wystąpienie choroby dekompresyjnej było całkiem prawdopodobne, jeżeli przed startem nie przeprowadzono u astronautów usunięcia azotu z ich tkanek. Aby uzyskać całkowitą pewność uniknięcia choroby dekompresyjnej astronauci powinni byli zacząć oddychanie czystym tlenem parę godzin przed startem, kontynuować to oddychanie bez przerwy podczas startu i w czasie lotu, aż do osiągnięcia orbity.

• Właz został kompletnie przekonstruowany do otwierania na zewnątrz w czasie mniejszym niż jedna sekunda. W tym celu użyto nabój ze sprężonym azotem do zwolnienia mechanizmu otwierania włazu w przypadku zagrożenia, w opozycji do pirotechnicznych sworzni ścinanych wybuchowo stosowanych w programie Merkury.

• Elementy z materiałów łatwo palnych zostały zastąpione materiałami samogasnącymi.
• Elementy okablowania i hydrauliki pokryte zostały izolacją termiczną.
• Zostało rozwiązanych 1407 problemów związanych z okablowaniem.
• Nylonowe skafandry zostały zastąpione skafandrami wykonanymi z tkaniny ognioodpornej, nietopliwej pod wpływem wysokiej temperatury i pokrytej teflonem.

Poprzedni incydent

W marcu 1961 roku radziecki kosmonauta Walentyn Bondarenko poniósł tragiczną śmierć w pożarze w izolowanej komorze wypełnionej tlenem. Związek Radziecki ukrywał tę tragedię przez ponad 20 lat.

Miejsca pochówku

Gus Grissom i Roger Chaffee zostali pochowani na Narodowym Cmentarzu w Arlington. Edd White został pochowany na cmentarzu akademii West Point w stanie Nowy Jork.

Pozostałości CM 012

Moduł dowodzenia Apollo 1 nigdy nie był publicznie wystawiany. Po pożarze, moduł został wymontowany i zabrany do Centrum Lotów Kosmicznych, w celu przeprowadzenia dochodzenia wyjaśniającego przyczyny pożaru. Po zakończeniu dochodzenia moduł przeniesiono do NASA Langley Research Center w Hampton, w Wirginii i umieszczono w chronionym magazynie. W lutym 2007 roku wrak CM-012 przeniesiono do nowszego klimatyzowanego magazynu odległego o 30 metrów. Parę tygodni wcześniej brat Gusa Grissoma publicznie zasugerował, aby CM-012 na stałe zabetonować w pozostałościach Kompleksu Startowego LC-34.