Het Amerikaanse overheidsprogramma STS (Space Transportation System) is wereldwijd beter bekend als de Space Shuttle. Dit programma werd uitgevoerd door NASA-specialisten, het belangrijkste doel was de creatie en het gebruik van een herbruikbaar bemand ruimtevaartuig voor transport, ontworpen om mensen en verschillende ladingen naar lage banen om de aarde en terug te brengen. Vandaar de eigenlijke naam - "Space Shuttle".
Het werk aan het programma begon in 1969 met financiering van twee Amerikaanse overheidsdepartementen: NASA en het ministerie van Defensie. Ontwikkelings- en ontwikkelingswerk werd uitgevoerd als onderdeel van een gezamenlijk programma tussen NASA en de luchtmacht. Tegelijkertijd pasten de specialisten een aantal technische oplossingen toe die eerder waren getest op de maanmodules van het Apollo-programma van de jaren zestig: experimenten met boosters voor vaste stuwstof, systemen om ze te scheiden en het verkrijgen van brandstof uit een externe tank. De basis van het ruimtetransportsysteem dat werd gecreëerd, was een bemand herbruikbaar ruimtevaartuig. Het systeem omvatte ook grondondersteuningscomplexen (het assemblage-, test- en lanceringslandingscomplex van het Kennedy Space Center op de Vandenberg Air Force Base, Florida), het vluchtcontrolecentrum in Houston (Texas), evenals datarelay- en communicatiesystemen via satellieten en andere middelen. …
Alle toonaangevende Amerikaanse lucht- en ruimtevaartbedrijven namen deel aan het werk aan dit programma. Het programma was echt grootschalig en nationaal, meer dan 1000 bedrijven uit 47 staten leverden verschillende producten en apparatuur voor de Space Shuttle. Het contract voor de bouw van het eerste orbitale schip in 1972 werd gewonnen door Rockwell International. De bouw van de eerste twee shuttles begon in juni 1974.
De eerste vlucht van de spaceshuttle Columbia. De externe brandstoftank (midden) was alleen bij de eerste twee vluchten wit geverfd. In de toekomst werd de tank niet geverfd om het gewicht van het systeem te verminderen.
Systeembeschrijving
Het structureel herbruikbare ruimtetransportsysteem Space Shuttle omvatte twee bergingsboosters voor vaste brandstoffen, die als eerste trap dienden en een in een baan rond de aarde herbruikbaar ruimtevaartuig (orbiter, orbiter) met drie zuurstof-waterstofmotoren, evenals een groot buitenboordbrandstofcompartiment dat de tweede podium. Na de voltooiing van het ruimtevluchtprogramma keerde de orbiter zelfstandig terug naar de aarde, waar hij als een vliegtuig op speciale startbanen landde.
De twee solide raketboosters werken ongeveer twee minuten na de lancering en stuwen en geleiden het ruimtevaartuig. Daarna scheiden ze op een hoogte van ongeveer 45 kilometer en spatten ze met behulp van een parachutesysteem naar beneden in de oceaan. Na reparatie en bijvullen worden ze weer gebruikt.
De externe brandstoftank, die in de atmosfeer van de aarde brandt, gevuld met vloeibare waterstof en zuurstof (brandstof voor de hoofdmotoren), is het enige beschikbare element van het ruimtesysteem. De tank zelf is ook een frame om de boosters voor vaste stuwstof aan het ruimtevaartuig te bevestigen. Het wordt ongeveer 8,5 minuten na het opstijgen in de vlucht gegooid op een hoogte van ongeveer 113 kilometer, het grootste deel van de tank verbrandt in de atmosfeer van de aarde en de resterende delen vallen in de oceaan.
Het meest bekende en herkenbare onderdeel van het systeem is het herbruikbare ruimtevaartuig zelf - de shuttle, in feite de 'space shuttle' zelf, die in een baan om de aarde wordt gelanceerd. Deze shuttle dient als proeftuin en platform voor wetenschappelijk onderzoek in de ruimte, maar ook als thuisbasis voor een bemanning van twee tot zeven personen. De shuttle zelf is gemaakt volgens het vliegtuigschema met een driehoekige vleugel in bovenaanzicht. Voor de landing gebruikt hij een landingsgestel van het vliegtuigtype. Als raketboosters met vaste stuwstof zijn ontworpen om tot 20 keer te worden gebruikt, dan kan de shuttle zelf - tot 100 vluchten de ruimte in.
Afmetingen van het orbitale schip in vergelijking met de Sojoez
Het Amerikaanse Space Shuttle-systeem kan een hoogte van 185 kilometer en een helling van 28 ° tot 24,4 ton vracht in een baan om de aarde brengen wanneer het vanuit Cape Canaveral (Florida) naar het oosten wordt gelanceerd en 11,3 ton wanneer het wordt gelanceerd vanaf het grondgebied van de Kennedy Space Flight Center in een baan met een hoogte van 500 kilometer en een helling van 55 °. Bij lancering vanaf Vandenberg Air Force Base (Californië, westkust), kon tot 12 ton vracht in een circumpolaire baan worden gebracht met een hoogte van 185 kilometer.
Wat we hebben weten te implementeren, en wat van onze plannen alleen op papier bleef
Als onderdeel van een symposium gewijd aan de implementatie van het Space Shuttle-programma, dat plaatsvond in oktober 1969, merkte de "vader" van de shuttle, George Mueller, op: "Ons doel is om de kosten van het leveren van een kilogram lading in baan van $ 2.000 voor Saturn-V tot 40-100 dollar per kilogram. Dus we kunnen een nieuw tijdperk van ruimteverkenning openen. De uitdaging voor de komende weken en maanden voor dit symposium, en voor NASA en de luchtmacht, is ervoor te zorgen dat we dit kunnen waarmaken.” Over het algemeen werd voor verschillende varianten op basis van de Space Shuttle voorspeld dat de kosten voor het lanceren van een lading tussen 90 en 330 dollar per kilogram zouden liggen. Bovendien werd aangenomen dat de shuttles van de tweede generatie het bedrag zouden verminderen tot $ 33-66 per kilogram.
In werkelijkheid bleken deze aantallen echter zelfs in de buurt onbereikbaar. Bovendien zouden de kosten van het lanceren van de shuttle volgens de berekeningen van Mueller 1-2,5 miljoen dollar moeten bedragen. Volgens NASA waren de gemiddelde kosten van het lanceren van een shuttle ongeveer $ 450 miljoen. En dit significante verschil kan de belangrijkste discrepantie tussen de gestelde doelen en de realiteit worden genoemd.
Shuttle "Endeavour" met open laadruimte
Na de afronding van het Space Transportation System-programma in 2011 kunnen we nu al met vertrouwen zeggen welke doelen tijdens de implementatie zijn bereikt en welke niet.
De doelen voor het Space Shuttle-programma zijn behaald:
1. Implementatie van levering van verschillende soorten vracht in een baan om de aarde (bovenste trappen, satellieten, segmenten van ruimtestations, inclusief het ISS).
2. Mogelijkheid om satellieten te repareren die zich in een lage baan om de aarde bevinden.
3. Mogelijkheid om satellieten terug naar de aarde te brengen.
4. De mogelijkheid om tot 8 personen de ruimte in te vliegen (tijdens de reddingsoperatie kon de bemanning tot 11 personen worden gebracht).
5. Succesvolle implementatie van herbruikbare vlucht en herbruikbaar gebruik van de shuttle zelf en vaste stuwstofversnellers.
6. Implementatie in de praktijk van een fundamenteel nieuwe lay-out van het ruimtevaartuig.
7. Mogelijkheid om horizontale manoeuvres door het schip uit te voeren.
8. Groot volume van het laadcompartiment, de mogelijkheid om terug te keren naar de aardelading met een gewicht tot 14, 4 ton.
9. De kosten en ontwikkelingstijd werden beheerd om de deadlines te halen die in 1971 aan de Amerikaanse president Nixon waren beloofd.
Niet behaalde doelen en mislukkingen:
1. Kwalitatieve facilitering van toegang tot de ruimte. In plaats van de kosten om een kilo vracht in een baan om de aarde te brengen met twee orden van grootte te verlagen, bleek de Space Shuttle eigenlijk een van de duurste methoden te zijn om satellieten in de baan van de aarde te brengen.
2. Snelle voorbereiding van shuttles tussen ruimtevluchten. In plaats van het verwachte tijdsbestek, dat werd geschat op twee weken tussen lanceringen, konden shuttles zich maandenlang voorbereiden op lancering in de ruimte. Vóór de ramp met de spaceshuttle Challenger was het record tussen vluchten 54 dagen, na de ramp - 88 dagen. Gedurende de gehele periode van hun operatie werden ze gemiddeld 4, 5 keer per jaar gelanceerd, terwijl het minimaal toelaatbare economisch verantwoorde aantal lanceringen 28 lanceringen per jaar was.
3. Eenvoud van service. De technische oplossingen die bij het maken van de shuttles werden gekozen, waren nogal arbeidsintensief om te onderhouden. De hoofdmotoren vereisten demontageprocedures en lange onderhoudstijden. De turbopompeenheden van de motoren van het eerste model moesten na elke vlucht in de ruimte hun volledige kopschot en reparatie ondergaan. Hittewerende tegels waren uniek - elk nest had zijn eigen tegel. In totaal waren het er 35 duizend, bovendien konden de tegels tijdens de vlucht beschadigd raken of verloren gaan.
4. Vervang alle wegwerpmedia. De shuttles zijn nooit in polaire banen gelanceerd, wat vooral nodig was voor de inzet van verkenningssatellieten. In deze richting werden voorbereidende werkzaamheden uitgevoerd, maar die werden ingeperkt na de ramp met de Challenger.
5. Betrouwbare toegang tot de ruimte. Vier spaceshuttles betekenden dat het verlies van een van hen het verlies van 25% van de hele vloot betekende (er waren altijd niet meer dan 4 vliegende orbiters, de Endeavour-shuttle werd gebouwd om de verloren Challenger te vervangen). Na de ramp werden vluchten lange tijd stilgelegd, bijvoorbeeld na de ramp met de Challenger - 32 maanden lang.
6. Het draagvermogen van de shuttles bleek 5 ton lager te zijn dan vereist door de militaire specificaties (24,4 ton in plaats van 30 ton).
7. Grote horizontale manoeuvreermogelijkheden zijn in de praktijk nooit toegepast, omdat de shuttles niet in polaire banen vlogen.
8. De terugkeer van satellieten uit de baan van de aarde stopte al in 1996, terwijl er gedurende de hele periode slechts 5 satellieten uit de ruimte zijn teruggekeerd.
9. Er bleek weinig vraag naar reparatie van satellieten. In totaal zijn er 5 satellieten gerepareerd, maar de shuttles hebben ook 5 keer onderhoud gepleegd aan de beroemde Hubble-telescoop.
10. De geïmplementeerde technische oplossingen hadden een negatieve invloed op de betrouwbaarheid van het gehele systeem. Op het moment van opstijgen en landen waren er gebieden waar de bemanning in geval van nood geen kans had op redding.
11. Het feit dat de shuttle alleen bemande vluchten kon uitvoeren, bracht astronauten onnodig in gevaar. Automatisering zou bijvoorbeeld voldoende zijn voor routinematige satellietlanceringen in een baan om de aarde.
12. De sluiting van het Space Shuttle-programma in 2011 kwam bovenop de annulering van het Constellation-programma. Hierdoor zijn de Verenigde Staten jarenlang hun onafhankelijke toegang tot de ruimte kwijtgeraakt. Dientengevolge, beeldverlies en de noodzaak om plaatsen voor hun astronauten te verwerven op het ruimtevaartuig van een ander land (Russisch bemand ruimtevaartuig "Sojoez").
Shuttle Discovery voert een manoeuvre uit voordat hij aanmeert bij het ISS
enkele statistieken
De shuttles zijn ontworpen om twee weken in de baan van de aarde te blijven. Meestal duurden hun vluchten 5 tot 16 dagen. Het record voor de kortste vlucht in de geschiedenis van het programma behoort tot de spaceshuttle Columbia (stierf samen met de bemanning op 1 februari 2003, de 28e vlucht naar de ruimte), die in november 1981 slechts 2 dagen, 6 uur en 13 minuten in de ruimte. Dezelfde shuttle maakte de langste vlucht in november 1996 - 17 dagen 15 uur 53 minuten.
In totaal werden tijdens de werking van dit programma van 1981 tot 2011 135 lanceringen uitgevoerd door spaceshuttles, waarvan Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (stierf samen met de bemanning op 28 januari 1986). In totaal zijn er in het kader van het programma vijf van bovenstaande shuttles gebouwd, die ruimtevluchten maakten. Een andere shuttle, Enterprise, was de eerste die werd gebouwd, maar aanvankelijk was deze alleen bedoeld voor grond- en atmosferische tests, evenals voorbereidend werk op lanceerplaatsen, hij vloog nooit de ruimte in.
Het is vermeldenswaard dat NASA van plan was de shuttles veel actiever te gebruiken dan het in werkelijkheid was. In 1985 verwachtten experts van het Amerikaanse ruimteagentschap dat ze tegen 1990 elk jaar 24 lanceringen zouden maken en schepen tot 100 vluchten de ruimte in zouden vliegen. In de praktijk maakten alle 5 shuttles slechts 135 vluchten in 30 jaar, waarvan er twee eindigden een ramp. Het record voor het aantal vluchten naar de ruimte behoort tot de shuttle "Discovery" - 39 vluchten naar de ruimte (de eerste op 30 augustus 1984).
Landing van de shuttle "Atlantis"
De Amerikaanse shuttles bezitten ook het meest trieste anti-record van alle ruimtesystemen - in termen van het aantal doden. Twee rampen met hun deelname veroorzaakten de dood van 14 Amerikaanse astronauten. Op 28 januari 1986, tijdens het opstijgen, als gevolg van een explosie in een externe brandstoftank, stortte de Challenger-shuttle in, dit gebeurde in de 73e seconde van de vlucht en leidde tot de dood van alle 7 bemanningsleden, inclusief de eerste leken-astronaut - voormalig leraar Christa McAuliffe, die de landelijke Amerikaanse competitie voor het recht om de ruimte in te vliegen won. De tweede ramp vond plaats op 1 februari 2003, tijdens de terugkeer van het Columbia-ruimtevaartuig van zijn 28e vlucht naar de ruimte. De oorzaak van de ramp was de vernietiging van de buitenste hittewerende laag op het linkervlak van de shuttlevleugel, die werd veroorzaakt door een stuk thermische isolatie van de zuurstoftank die erop viel tijdens de lancering. Bij zijn terugkeer stortte de shuttle in de lucht in, waarbij 7 astronauten omkwamen.
Het Space Transportation System-programma werd in 2011 officieel voltooid. Alle operationele shuttles werden buiten dienst gesteld en naar musea gestuurd. De laatste vlucht vond plaats op 8 juli 2011 en werd uitgevoerd door de Atlantis-shuttle met een bemanning van 4 personen. De vlucht eindigde vroeg in de ochtend op 21 juli 2011. Gedurende 30 jaar hebben deze ruimteschepen 135 vluchten uitgevoerd, in totaal hebben ze 21.152 banen rond de aarde voltooid, waarbij ze 1.600 ton aan verschillende ladingen de ruimte in hebben gebracht. Gedurende deze tijd bestond de bemanning uit 355 mensen (306 mannen en 49 vrouwen) uit 16 verschillende landen. Astronaut Franklin Storey Musgrave was de enige die met alle vijf de shuttles vloog.
