Program ameriške vlade STS (Space Transportation System) je po vsem svetu bolj znan kot vesoljski šatl. Ta program so izvajali NASA-jevi strokovnjaki, njegov glavni cilj je bil ustvariti in uporabiti transportno vesoljsko plovilo za večkratno uporabo, namenjeno dostavi ljudi in različnih tovorov na nizke zemeljske orbite in nazaj. Od tod tudi dejansko ime - "Space Shuttle".
Delo na programu se je začelo leta 1969 s sredstvi dveh ameriških vladnih služb: NASA in obrambnega ministrstva. Razvojno in razvojno delo je potekalo v okviru skupnega programa NASA in letalskih sil. Hkrati so strokovnjaki uporabili številne tehnične rešitve, ki so bile predhodno preizkušene na lunarnih modulih programa Apollo iz šestdesetih let prejšnjega stoletja: poskuse z ojačevalci na trda goriva, sisteme za njihovo ločevanje in pridobivanje goriva iz zunanjega rezervoarja. Osnova vesoljskega transportnega sistema je bilo vesoljsko plovilo za večkratno uporabo s posadko. Sistem je vključeval tudi komplekse za podporo na tleh (kompleks za montažo, preskušanje in izstrelitev vesoljskega centra Kennedy, ki se nahaja v letalski bazi Vandenberg na Floridi), center za nadzor letenja v Houstonu (Teksas), pa tudi prenos podatkov in komunikacijske sisteme prek satelitov in druga sredstva ….
Pri delu na tem programu so sodelovala vsa vodilna ameriška vesoljska podjetja. Program je bil resnično obsežen in nacionalni, več kot 1000 podjetij iz 47 držav je dobavilo različne izdelke in opremo za vesoljski šatl. Naročilo za gradnjo prve orbitalne ladje leta 1972 je dobil Rockwell International. Gradnja prvih dveh avtobusov se je začela junija 1974.
Prvi let vesoljskega plovila Columbia. Zunanji rezervoar za gorivo (na sredini) je bil na prvih dveh letih le belo pobarvan. V prihodnosti rezervoar ni bil pobarvan, da bi zmanjšal težo sistema.
Opis sistema
Strukturno vesoljski transportni sistem Space Shuttle za večkratno uporabo je vključeval dva reševalna ojačevalca na trda goriva, ki sta služila kot prva stopnja in vesoljsko plovilo za večkratno uporabo v orbiti (orbiter, orbiter) s tremi motorji s kisikom in vodikom, ter velik izvenkrmni prostor za gorivo, ki je tvoril druga stopnja. Po zaključku programa vesoljskega poleta se je orbiter neodvisno vrnil na Zemljo, kjer je kot letalo pristal na posebnih vzletno -pristajalnih stezah.
Dva trdna raketna ojačevalca delujeta približno dve minuti po izstrelitvi, poganjata in vodita vesoljsko plovilo. Po tem se na nadmorski višini približno 45 kilometrov ločita in s pomočjo padala spuščata v ocean. Po popravilu in polnjenju se ponovno uporabijo.
Zunanji rezervoar za gorivo, ki gori v zemeljski atmosferi, napolnjen s tekočim vodikom in kisikom (gorivo za glavne motorje), je edini element vesoljskega sistema za enkratno uporabo. Rezervoar sam je tudi okvir za pritrditev ojačevalcev trdnega goriva na vesoljsko plovilo. Med letom ga vržejo približno 8,5 minut po vzletu na nadmorski višini približno 113 kilometrov, večina rezervoarja izgori v zemeljski atmosferi, preostali deli pa padejo v ocean.
Najbolj znan in prepoznaven del sistema je vesoljsko plovilo za večkratno uporabo - šatl, pravzaprav sam »vesoljski šatl«, ki se izstreli v orbito okoli Zemlje. Ta shuttle služi kot poligon in platforma za znanstvene raziskave v vesolju, pa tudi kot dom za posadko od dveh do sedmih ljudi. Sam shuttle je izdelan po letalski shemi s trikotnim krilom v načrtu. Za pristanek uporablja podvozje letala. Če so raketni ojačevalci s trdnim pogonom zasnovani za uporabo do 20 -krat, potem pa sam shuttle - do 100 poletov v vesolje.
Mere orbitalne ladje v primerjavi s Sojuzom
Ameriški sistem Space Shuttle bi lahko dal v orbito nadmorsko višino 185 kilometrov in nagib 28 ° do 24,4 tone tovora, ko bi ga izstrelili vzhodno od Cape Canaveral (Florida) in 11,3 tone, ko bi ga izstrelili z ozemlja vesoljskega leta Kennedy Sredi v orbito z nadmorsko višino 500 kilometrov in naklonom 55 °. Ob izstrelitvi iz letalske baze Vandenberg (Kalifornija, zahodna obala) bi lahko v krožno polarno orbito z višino 185 kilometrov postavili do 12 ton tovora.
Kaj nam je uspelo uresničiti in kaj od naših načrtov je ostalo le na papirju
V okviru simpozija, posvečenega izvajanju programa Space Shuttle, ki je potekal oktobra 1969, je "oče" shuttlea George Mueller zapisal: "Naš cilj je zmanjšati stroške dostave kilograma tovora v orbiti od 2.000 USD za Saturn-V do 40-100 dolarjev za kilogram. Tako lahko odpremo novo obdobje raziskovanja vesolja. Izziv v naslednjih tednih in mesecih tega simpozija ter NASA -e in letalskih sil je zagotoviti, da to lahko dosežemo. " Na splošno so bili za različne različice, ki temeljijo na vesoljskem čolnu, predvideni stroški izstrelitve tovora v razponu od 90 do 330 dolarjev na kilogram. Poleg tega je veljalo, da bodo shuttle druge generacije zmanjšale znesek na 33-66 USD na kilogram.
V resnici pa so se te številke izkazale za nedosegljive. Poleg tega bi morali po Muellerjevih izračunih stroški izstrelitve shuttlea znašati 1-2,5 milijona dolarjev. Dejansko so po podatkih NASA povprečni stroški izstrelitve shuttlea znašali približno 450 milijonov dolarjev. In to pomembno razliko lahko imenujemo glavno neskladje med navedenimi cilji in realnostjo.
Shuttle "Endeavour" z odprtim prtljažnim prostorom
Po zaključku programa sistema vesoljskega prometa leta 2011 lahko že samozavestno rečemo, kateri cilji so bili med njegovo izvedbo doseženi in kateri ne.
Cilji programa Space Shuttle so doseženi:
1. Izvajanje dostave različnih vrst tovora v orbito (zgornje stopnje, sateliti, segmenti vesoljskih postaj, vključno z ISS).
2. Možnost popravila satelitov v nizki zemeljski orbiti.
3. Možnost vrnitve satelitov nazaj na Zemljo.
4. Sposobnost letenja do 8 ljudi v vesolje (med reševalno akcijo bi lahko posadko pripeljali do 11 ljudi).
5. Uspešna izvedba letenja za večkratno uporabo in večkratna uporaba samega čolna in pospeševalnikov na trda goriva.
6. Izvajanje v praksi temeljno nove postavitve vesoljskega plovila.
7. Sposobnost izvajanja horizontalnih manevrov z ladjo.
8. Velika prostornina tovornega prostora, možnost vračanja na Zemljo tovora, ki tehta do 14, 4 tone.
9. Stroški in čas razvoja so bili doseženi v rokih, ki so bili leta 1971 obljubljeni ameriškemu predsedniku Nixonu.
Neuspešni cilji in neuspehi:
1. Kakovostno olajšanje dostopa do vesolja. Namesto da bi znižali stroške pošiljanja kilograma tovora v orbito za dva reda velikosti, se je vesoljski šatl dejansko izkazal za enega najdražjih načinov dostave satelitov na Zemljino orbito.
2. Hitra priprava shuttleov med vesoljskimi leti. Namesto pričakovanega časovnega okvira, ki je bil ocenjen na dva tedna med izstrelitvami, bi se lahko shuttle dejansko pripravljali na izstrelitev v vesolje več mesecev. Pred katastrofo vesoljskega čolna Challenger je bil rekord med leti 54 dni, po katastrofi - 88 dni. V celotnem obdobju delovanja so jih sprožili v povprečju 4-5 krat na leto, medtem ko je bilo minimalno dopustno ekonomsko upravičeno število izstrelitev 28 izstrelkov na leto.
3. Enostavnost storitve. Tehnične rešitve, izbrane med ustvarjanjem shuttleov, so bile precej naporne za vzdrževanje. Glavni motorji so zahtevali postopke demontaže in dolge čase servisiranja. Turbo črpalne enote motorjev prvega modela so zahtevale popolno pregrado in popravilo po vsakem letu v vesolje. Toplotno zaščitne ploščice so bile edinstvene - vsako gnezdo je imelo svojo ploščico. Skupaj jih je bilo 35 tisoč, poleg tega se lahko ploščice med letom poškodujejo ali izgubijo.
4. Zamenjajte vse medije za enkratno uporabo. Čolni nikoli niso izstrelili v polarne orbite, kar je bilo potrebno predvsem za namestitev izvidniških satelitov. V tej smeri so bila opravljena pripravljalna dela, ki pa so bila po katastrofi Challenger omejena.
5. Zanesljiv dostop do prostora. Štirje vesoljski čolni so pomenili, da je bila izguba katerega izmed njih izguba 25% celotne flote (vedno ni bilo več kot 4 letečih orbiterjev, shuttle Endeavour je bil zgrajen, da nadomesti izgubljenega Challengerja). Po katastrofi so bili leti dolgo ustavljeni, na primer po katastrofi Challengerja - 32 mesecev.
6. Izkazalo se je, da je nosilnost čolnov za 5 ton manjša, kot zahtevajo vojaške specifikacije (24,4 tone namesto 30 ton).
7. Velike horizontalne manevrske zmogljivosti v praksi niso bile nikoli uporabljene, ker šatli niso leteli v polarne orbite.
8. Vrnitev satelitov iz zemeljske orbite se je ustavila že leta 1996, medtem ko je bilo v celotnem obdobju iz vesolja vrnjenih le 5 satelitov.
9. Popravilo satelitov se je izkazalo za malo povpraševanja. Skupaj je bilo popravljenih 5 satelitov, kljub temu pa so shuttlei petkrat opravili vzdrževanje znamenitega Hubblovega teleskopa.
10. Izvedene inženirske rešitve so negativno vplivale na zanesljivost celotnega sistema. V času vzleta in pristanka so bila območja, ki posadki v sili niso pustila možnosti reševanja.
11. Dejstvo, da je shuttle lahko opravljal le lete s posadko, je astronavte po nepotrebnem ogrozilo, na primer avtomatizacija bi zadostovala za rutinske izstrelitve satelitov v orbito.
12. Zaprtje programa Space Shuttle leta 2011 je bilo namenjeno preklicu programa Constellation. Zaradi tega so ZDA za več let izgubile neodvisen dostop do vesolja. Posledično je prišlo do izgube slike in potrebe po pridobitvi mest za njihove astronavte na vesoljskem plovilu druge države (rusko vesoljsko plovilo s posadko "Sojuz").
Shuttle Discovery izvede manever pred priklopom na ISS
Nekaj statistike
Ladje so bile zasnovane tako, da ostanejo v zemeljski orbiti dva tedna. Običajno so njihovi leti trajali od 5 do 16 dni. Rekord za najkrajši let v zgodovini programa pripada vesoljskemu čolnu Columbia (umrl je skupaj s posadko 1. februarja 2003, 28. letom v vesolje), ki je novembra 1981 preživel le 2 dni, 6 ur in 13 minut v vesolju. Isti shuttle je imel najdaljši let novembra 1996 - 17 dni 15 ur 53 minut.
Skupaj je med delovanjem tega programa od leta 1981 do 2011 vesoljski čolni izvedli 135 izstrelb, od tega Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (umrlo skupaj s posadko) 28. januarja 1986). Skupaj je bilo v okviru programa zgrajenih pet zgoraj navedenih shuttleov, ki so leteli v vesolje. Prvi je bil zgrajen še en shuttle, Enterprise, ki je bil sprva namenjen le zemeljskim in atmosferskim preskušanjem, pa tudi pripravljalnim delom na izstrelitvenih lokacijah, nikoli ni letel v vesolje.
Omeniti velja, da je NASA načrtovala uporabo šatlov veliko bolj aktivno, kot se je v resnici izkazalo. Strokovnjaki ameriške vesoljske agencije so leta 1985 pričakovali, da bodo do leta 1990 vsako leto izvedli 24 izstrelitev, ladje pa bodo v vesolje letele do 100 letov, v praksi je vseh 5 shuttleov v 30 letih opravilo le 135 letov, od katerih sta se dva končala katastrofa. Rekord po številu letov v vesolje pripada shuttleu "Discovery" - 39 letov v vesolje (prvi 30. avgusta 1984).
Pristanek shuttlea "Atlantis"
Ameriški shuttle imajo tudi najbolj žalosten proti rekord med vsemi vesoljskimi sistemi - glede na število ubitih ljudi. Dve katastrofi z njuno udeležbo sta povzročili smrt 14 ameriških astronavtov. 28. januarja 1986 se je med vzletom zaradi eksplozije v zunanjem rezervoarju za gorivo zrušil šatl Challenger, to se je zgodilo v 73. sekundi leta in pripeljalo do smrti vseh 7 članov posadke, vključno s prvim laičnim astronavtom - nekdanja učiteljica Christa McAuliffe, ki je zmagala na državnem ameriškem tekmovanju za pravico do letenja v vesolje. Druga nesreča se je zgodila 1. februarja 2003 med vrnitvijo vesoljskega plovila Columbia z 28. poleta v vesolje. Vzrok za katastrofo je bilo uničenje zunanje toplotno zaščitne plasti na levi ravnini krila šatla, ki je nastala zaradi padca kosa toplotne izolacije rezervoarja s kisikom v času izstrelitve. Ob vrnitvi se je shuttle zrušil v zrak in ubil 7 astronavtov.
Program vesoljskega prometa je bil uradno zaključen leta 2011. Vse delujoče avtobuse so razgradili in poslali v muzeje. Zadnji let je bil 8. julija 2011 in ga je izvedel shuttle Atlantis s posadko, zmanjšano na 4 osebe. Let se je končal 21. julija 2011 zgodaj zjutraj. Za 30 let delovanja so te vesoljske ladje opravile 135 letov, skupaj so opravile 21.152 kroženj okoli Zemlje in v vesolje prinesle 1600 ton različnih tovorov. V tem času je bilo v posadki 355 ljudi (306 moških in 49 žensk) iz 16 različnih držav. Astronavt Franklin Storey Musgrave je bil edini, ki je letel vseh pet zgrajenih shuttleov.
