برنامه دولت آمریکا STS (سیستم حمل و نقل فضایی) در سراسر جهان بیشتر با عنوان شاتل فضایی شناخته می شود. این برنامه توسط متخصصان ناسا اجرا شد ، هدف اصلی آن ایجاد و استفاده از یک فضاپیمای حمل و نقل سرنشین دار چندبار مصرف بود که برای رساندن افراد و محموله های مختلف به مدارهای کم ارتفاع و برگشت طراحی شده بود. از این رو نام واقعی - "شاتل فضایی".
کار بر روی این برنامه در سال 1969 با بودجه دو بخش دولتی ایالات متحده آغاز شد: ناسا و وزارت دفاع. توسعه و توسعه به عنوان بخشی از یک برنامه مشترک بین ناسا و نیروی هوایی انجام شد. در همان زمان ، متخصصان تعدادی راه حل فنی را که قبلاً بر روی ماژول های ماه برنامه برنامه آپولو در دهه 1960 آزمایش شده بود ، به کار گرفتند: آزمایش با تقویت کننده های جامد هیدرولیک ، سیستم های جداسازی آنها و دریافت سوخت از یک مخزن خارجی. اساس سیستم حمل و نقل فضایی در حال ایجاد ، یک فضاپیمای قابل استفاده مجدد با سرنشین بود. این سیستم همچنین شامل مجتمع های پشتیبانی زمینی (مجتمع مرکز فضایی کندی ، آزمایش و پرتاب فرود واقع در پایگاه هوایی وندنبرگ ، فلوریدا) ، مرکز کنترل پرواز در هوستون (تگزاس) ، و همچنین سیستم های انتقال داده و ارتباط از طریق ماهواره ها و وسایل دیگر. …
همه شرکتهای برجسته هوافضا آمریکایی در کار روی این برنامه شرکت کردند. این برنامه واقعا مقیاس بزرگ و ملی بود ، بیش از 1000 شرکت از 47 ایالت محصولات و تجهیزات مختلفی را برای شاتل فضایی تهیه کردند. قرارداد ساخت اولین کشتی مداری در سال 1972 توسط راکول اینترنشنال برنده شد. ساخت دو شاتل اول در ژوئن 1974 آغاز شد.
اولین پرواز شاتل فضایی کلمبیا. مخزن سوخت خارجی (مرکز) فقط در دو پرواز اول سفید رنگ شده بود. در آینده ، مخزن رنگ آمیزی نشده است تا وزن سیستم کاهش یابد.
توضیحات سیستم
سیستم حمل و نقل فضایی فضایی شاتل که دارای قابلیت استفاده مجدد است ، شامل دو تقویت کننده سوخت جامد بود که به عنوان اولین مرحله عمل می کرد و یک فضاپیمای قابل استفاده مجدد در مدار (مدارگرد ، مدارگرد) با سه موتور اکسیژن-هیدروژن و همچنین یک محفظه بزرگ سوخت خارجی که تشکیل شده بود. مرحله دوم. پس از اتمام برنامه پروازهای فضایی ، مدارگرد به طور مستقل به زمین بازگشت و در آنجا مانند یک هواپیما روی باند های مخصوص فرود آمد.
دو تقویت کننده موشک جامد حدود دو دقیقه پس از پرتاب کار می کنند و فضاپیما را به پیش می برند و هدایت می کنند. پس از آن ، در ارتفاع حدود 45 کیلومتری ، آنها جدا می شوند و با کمک یک سیستم چتر نجات ، به اقیانوس می پاشند. پس از تعمیر و پر کردن مجدد ، دوباره مورد استفاده قرار می گیرند.
مخزن سوخت خارجی ، که در جو زمین می سوزد ، پر از هیدروژن مایع و اکسیژن (سوخت موتورهای اصلی) ، تنها عنصر یکبار مصرف سیستم فضایی است. خود مخزن همچنین چارچوبی برای اتصال تقویت کننده های جامد پیشران به فضاپیما است. این هواپیما حدود 8.5 دقیقه پس از بلند شدن در ارتفاع حدود 113 کیلومتری به پرواز در می آید ، بیشتر مخزن در جو زمین می سوزد و قسمت های باقی مانده به اقیانوس می افتد.
معروف ترین و قابل تشخیص ترین قسمت سیستم ، خود فضاپیمای قابل استفاده مجدد است - شاتل ، در واقع خود "شاتل فضایی" ، که به مدار نزدیک زمین پرتاب می شود. این شاتل به عنوان محل آزمایش و بستر تحقیقات علمی در فضا و همچنین خانه برای خدمه دو تا هفت نفر عمل می کند. خود شاتل طبق طرح هواپیما با بال مثلثی در نقشه ساخته شده است. برای فرود ، از دنده فرود هواپیما استفاده می کند. اگر تقویت کننده های موشک با سوخت جامد تا 20 بار مورد استفاده قرار گیرند ، خود شاتل - حداکثر 100 پرواز به فضا.
ابعاد کشتی مداری در مقایسه با سایوز
سامانه شاتل فضایی آمریکا می تواند در ارتفاع 185 کیلومتری و شیب 28 درجه تا 24.4 تن بار هنگام گردش به سمت شرق از کیپ کاناورال (فلوریدا) و 11.3 تن هنگام پرتاب از قلمرو پرواز فضایی کندی به مدار زمین برسد. مرکز را در مدار با ارتفاع 500 کیلومتر و شیب 55 درجه قرار دهید. هنگامی که از پایگاه نیروی هوایی واندنبرگ (کالیفرنیا ، ساحل غربی) پرتاب می شود ، می توان تا 12 تن محموله را در مدار دور قطبی با ارتفاع 185 کیلومتر قرار داد.
آنچه ما موفق به اجرای آن شدیم و برنامه های ما فقط روی کاغذ ماند
به عنوان بخشی از سمپوزیوم اختصاص یافته به اجرای برنامه شاتل فضایی ، که در اکتبر 1969 برگزار شد ، "پدر" شاتل ، جورج مولر ، خاطرنشان کرد: "هدف ما کاهش هزینه حمل یک کیلوگرم محموله به از 2000 دلار برای Saturn-V به 40-100 دلار در هر کیلوگرم می رسد. بنابراین ما می توانیم دوره جدیدی از اکتشافات فضایی را آغاز کنیم. چالش هفته ها و ماه های آینده برای این سمپوزیوم و برای ناسا و نیروی هوایی این است که اطمینان حاصل کنیم که می توانیم به این هدف برسیم. " به طور کلی ، برای انواع مختلف بر اساس شاتل فضایی ، هزینه پرتاب محموله بین 90 تا 330 دلار در هر کیلوگرم پیش بینی شده بود. علاوه بر این ، اعتقاد بر این بود که شاتل های نسل دوم این مقدار را به 33-66 دلار در هر کیلوگرم کاهش می دهند.
اما در واقعیت ، این اعداد حتی نزدیک به هم غیرقابل دستیابی به نظر می رسند. علاوه بر این ، طبق محاسبات مولر ، هزینه پرتاب شاتل باید 1-2.5 میلیون دلار بود. در واقع ، طبق اعلام ناسا ، هزینه متوسط پرتاب شاتل حدود 450 میلیون دلار بوده است. و این تفاوت قابل توجه را می توان مغایرت اصلی بین اهداف اعلام شده و واقعیت نامید.
شاتل "Endeavor" با محفظه بار باز
پس از اتمام برنامه سیستم حمل و نقل فضایی در سال 2011 ، ما می توانیم با اطمینان بگوییم که در طول اجرای آن چه اهدافی به دست آمده است ، و کدام نه.
اهداف برنامه شاتل فضایی محقق شده است:
1. اجرای تحویل انواع محموله به مدار (مراحل فوقانی ، ماهواره ها ، بخشهای ایستگاههای فضایی ، از جمله ISS).
2. امکان تعمیر ماهواره های واقع در مدار زمین پایین.
3. امکان بازگشت ماهواره ها به زمین.
4- توانایی پرواز حداکثر 8 نفر به فضا (در طول عملیات نجات ، خدمه را می توان تا 11 نفر آورد).
5. اجرای موفقیت آمیز پروازهای قابل استفاده مجدد و استفاده مجدد از خود شاتل و شتاب دهنده های جامد پیشران.
6. پیاده سازی در عمل طرح اساساً جدید فضاپیما.
7. قابلیت انجام مانورهای افقی توسط کشتی.
8. حجم زیادی از محفظه بار ، توانایی بازگشت به زمین محموله وزن تا 14 ، 4 تن.
9. هزینه و زمان توسعه با مهلت هایی که در سال 1971 به رئیس جمهور آمریکا نیکسون وعده داده شده بود ، برآورده شد.
اهداف نرسیده و شکست ها:
1. تسهیل کیفی دسترسی به فضا. شاتل فضایی به جای آنکه هزینه تحویل یک کیلوگرم محموله به مدار را تا دو مرتبه کاهش دهد ، در واقع یکی از گران ترین روش های ارسال ماهواره به مدار زمین بود.
2. آماده سازی سریع شاتل ها بین پروازهای فضایی. به جای بازه زمانی مورد انتظار ، که بین دو هفته بین پرتاب ها برآورد شده بود ، شاتل ها می توانند ماه ها برای پرتاب به فضا آماده شوند.قبل از فاجعه شاتل فضایی چلنجر ، رکورد بین پروازها 54 روز بود ، پس از فاجعه - 88 روز. در کل دوره عملیات خود ، آنها به طور متوسط 4 ، 5 بار در سال پرتاب می شدند ، در حالی که حداقل تعداد مجاز موجه از نظر اقتصادی 28 پرتاب در سال بود.
3. سادگی خدمات. برای حفظ راه حل های فنی انتخاب شده در هنگام ایجاد شاتل ها ، کار سختی بود. موتورهای اصلی به روشهای برچیدن و زمان طولانی سرویس نیاز داشتند. واحدهای توربوپمپ موتورهای مدل اول پس از هر پرواز به فضا نیاز به دیواره و تعمیر کامل خود داشتند. کاشی های محافظ حرارتی منحصر به فرد بودند - هر لانه کاشی مخصوص به خود را داشت. در کل ، 35 هزار عدد از آنها وجود داشت ، علاوه بر این ، کاشی ها می توانند در طول پرواز آسیب ببینند یا از بین بروند.
4. همه رسانه های یکبار مصرف را جایگزین کنید. این شاتل ها هرگز به مدار قطبی راه نیافتند ، که عمدتا برای استقرار ماهواره های شناسایی ضروری بود. در این راستا ، کارهای مقدماتی انجام شد ، اما پس از فاجعه چلنجر ، آنها متوقف شدند.
5. دسترسی مطمئن به فضا. چهار شاتل فضایی به این معنی بود که از دست دادن هر یک از آنها 25 درصد کل ناوگان را از دست داد (همیشه بیش از 4 مدارگرد پرواز وجود نداشت ، شاتل اندیور به جای چلنجر گمشده ساخته شد). پس از فاجعه ، پروازها برای مدت طولانی متوقف شد ، به عنوان مثال ، پس از فاجعه چلنجر - به مدت 32 ماه.
6. ظرفیت حمل و نقل شاتل ها 5 تن کمتر از میزان مورد نیاز در مشخصات نظامی (24.4 تن به جای 30 تن) بود.
7. قابلیت مانور بزرگ افقی هرگز در عمل اعمال نشده است ، به این دلیل که شاتل ها به مدارهای قطبی پرواز نکرده اند.
8. بازگشت ماهواره ها از مدار زمین در سال 1996 متوقف شد ، در حالی که تنها 5 ماهواره در کل این دوره از فضا بازگردانده شدند.
9. معلوم شد که تعمیر ماهواره ها تقاضای کمی دارد. در مجموع ، 5 ماهواره تعمیر شده است ، با این حال ، شاتل ها همچنین 5 بار تعمیر و نگهداری تلسکوپ معروف هابل را انجام داده اند.
10. راه حل های مهندسی پیاده سازی شده بر قابلیت اطمینان کل سیستم تأثیر منفی می گذارد. در زمان برخاست و فرود ، مناطقی وجود داشت که در مواقع اضطراری خدمه را نجات نمی داد.
11. این واقعیت که شاتل فقط می تواند پروازهای سرنشین دار انجام دهد ، فضانوردان را بدون خطر در معرض خطر قرار می دهد ، به عنوان مثال ، اتوماسیون برای پرتاب ماهواره های معمولی به مدار کافی خواهد بود.
12. تعطیلی برنامه شاتل فضایی در سال 2011 بر لغو برنامه صورت فلکی اضافه شد. این امر باعث شد ایالات متحده دسترسی مستقل خود به فضا را برای سالهای طولانی از دست بدهد. در نتیجه ، از دست دادن تصاویر و نیاز به دستیابی به مکان هایی برای فضانوردان خود در فضاپیمای یک کشور دیگر (فضاپیمای سرنشین دار روسی "سایوز").
شاتل دیسکاوری قبل از اتصال به ISS مانوری را انجام می دهد
برخی آمارها
شاتل ها طوری طراحی شده اند که دو هفته در مدار زمین بمانند. معمولاً پروازهای آنها بین 5 تا 16 روز به طول انجامید. رکورد کوتاهترین پرواز در تاریخ برنامه متعلق به شاتل فضایی کلمبیا است (همراه با خدمه در 1 فوریه 2003 ، بیست و هشتمین پرواز به فضا جان باخت) ، که در نوامبر 1981 تنها 2 روز ، 6 ساعت و 13 وقت صرف کرد. دقیقه در فضا همین شاتل در نوامبر 1996 طولانی ترین پرواز را انجام داد - 17 روز و 15 ساعت و 53 دقیقه.
در مجموع ، در طول عملیات این برنامه از 1981 تا 2011 ، 135 پرتاب توسط شاتل های فضایی انجام شد ، از جمله Discovery - 39 ، Atlantis - 33 ، Columbia - 28 ، Endeavor - 25 ، Challenger - 10 (همراه با خدمه جان باختند) در 28 ژانویه 1986). در مجموع ، در چارچوب برنامه ، پنج شاتل فوق ساخته شد که باعث پرواز به فضا شد. شاتل دیگر ، Enterprise ، اولین شات بود که ساخته شد ، اما در ابتدا فقط برای آزمایش زمینی و جوی و همچنین کارهای مقدماتی در محل های پرتاب در نظر گرفته شده بود ، اما هرگز به فضا پرواز نکرد.
شایان ذکر است که ناسا قصد داشت از شاتل ها بسیار فعالتر از آنچه در واقع معلوم شد استفاده کند.در سال 1985 ، کارشناسان آژانس فضایی آمریکا انتظار داشتند که تا سال 1990 هر سال 24 پرتاب انجام دهند و کشتی ها تا 100 پرواز به فضا انجام دهند ، در عمل ، هر 5 شاتل تنها 135 پرواز را در 30 سال انجام دادند ، که دو پرواز آنها به پایان رسید. یک فاجعه. رکورد تعداد پروازها به فضا متعلق به شاتل "Discovery" است - 39 پرواز به فضا (اولین پرواز در 30 اوت 1984).
فرود شاتل "آتلانتیس"
شاتل های آمریکایی همچنین دارای غم انگیزترین ضد ضبط در بین تمام سیستم های فضایی - از نظر تعداد کشته شدگان هستند. دو فاجعه با مشارکت آنها باعث مرگ 14 فضانورد آمریکایی شد. در 28 ژانویه 1986 ، هنگام برخاستن ، در نتیجه انفجار در یک مخزن سوخت خارجی ، شاتل چلنجر سقوط کرد ، این اتفاق در 73 ثانیه پرواز رخ داد و منجر به مرگ همه 7 خدمه ، از جمله اولین فضانورد خوابیده شد. - معلم سابق کریستا مک آلیف ، که در مسابقه سراسری آمریکا برای حق پرواز به فضا برنده شد. دومین فاجعه در 1 فوریه 2003 ، هنگام بازگشت فضاپیمای کلمبیا از بیست و هشتمین پرواز خود به فضا رخ داد. علت این فاجعه تخریب لایه خارجی محافظ حرارتی در صفحه چپ بال شاتل بود که در اثر سقوط قطعه ای از عایق حرارتی مخزن اکسیژن بر روی آن در زمان پرتاب ایجاد شد. در بازگشت ، شاتل در هوا سقوط کرد و 7 فضانورد را کشت.
برنامه سیستم حمل و نقل فضایی در سال 2011 به طور رسمی تکمیل شد. همه شاتل های عملیاتی منسوخ شده و به موزه ها ارسال شدند. آخرین پرواز در 8 جولای 2011 انجام شد و توسط شاتل آتلانتیس انجام شد و خدمه آن به 4 نفر کاهش یافت. این پرواز صبح زود در 21 جولای 2011 به پایان رسید. این سفینه های فضایی برای 30 سال فعالیت خود 135 پرواز انجام داده اند ، در مجموع 21152 دور زمین را طی کرده اند و 1600 تن محموله مختلف را به فضا منتقل کرده اند. در این مدت ، خدمه شامل 355 نفر (306 مرد و 49 زن) از 16 کشور مختلف بودند. فضانورد فرانکلین استوری ماسگریو تنها کسی بود که با هر پنج شاتل ساخته شده پرواز کرد.
