Космический шаттл - Space Shuttle

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Космический шаттл
STS120LaunchHiRes-edit1.jpg
Дискавери стартует на старте STS-120 .
Функция Запуск с экипажем на орбиту и возвращение в атмосферу
Производитель
Страна происхождения Соединенные Штаты
Стоимость проекта 211   миллиардов долларов США   (2012)
Стоимость за запуск От 576   млн долларов США   (2012 г.) до 1,64   млрд долларов США   (2012 г.)
Размер
Высота 56,1 м (184 футов 1 дюйм)
Диаметр 8,7 м (28 футов 7 дюймов)
Масса 2 030 000 кг (4 470 000 фунтов)
Этапы 1.5
Вместимость
Полезная нагрузка на низкую околоземную орбиту (НОО) (204 км или 127 миль)
Масса 27500 кг (60600 фунтов)
Полезная нагрузка на Международную космическую станцию ​​(МКС) (407 км или 253 мили)
Масса 16,050 кг (35,380 фунтов)
Полезная нагрузка на геостационарную переходную орбиту (GTO)
Масса 10890 кг (24010 фунтов) с инерционным верхним каскадом
Полезная нагрузка на геостационарную орбиту (GEO)
Масса 2270 кг (5000 фунтов) с инерционным верхним каскадом
Полезная нагрузка на Землю возвращается
Масса 14400 кг (31700 фунтов)
История запуска
Статус На пенсии
Сайты запуска
Всего запусков 135
Успех (а) 133
Отказ (ы) 2
Первый полет 12 апреля 1981 г.
Последний полет 21 июля 2011 г.
Заметная полезная нагрузка
Бустеры - твердотопливные ракетные ускорители
Двигатели 2 твердотопливных ракетных двигателя
Толкать 12 500 кН (2 800 000 фунтов силы) каждый, отрыв от уровня моря
Удельный импульс 242 секунды (2,37 км / с)
Время горения 124 с
Топливо Твердое ( композиционное топливо на основе перхлората аммония )
Первая ступень - Орбитальный аппарат + внешний бак
Двигатели 3 двигателя РС-25 размещены на орбитальном корабле
Толкать 5,250 кН (1,180,000 фунт-сила), отрыв от уровня моря
Удельный импульс 455 секунд (4,46 км / с)
Время горения 480 с
Топливо LH 2 / LOX
Бустеры
Нет бустеров 2

Шаттл был частично многоразовой низкой орбитальной Земля космического аппарата Система работала с 1981 по 2011 году в США Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в рамках программы Space Shuttle . Его официальное название программы было Space Transportation System (STS), взятое из плана 1969 года для системы многоразовых космических кораблей, где это был единственный элемент, финансируемый для разработки. Первый из четырех испытательных орбитальных полетов произошел в 1981 году, после чего в 1982 году были начаты оперативные полеты. С 1981 по 2011 год было построено пять полных орбитальных аппаратов Space Shuttle, которые совершили 135 полетов, запущенных из Космического центра Кеннеди (KSC) в Флорида. Оперативные миссии начали многочисленные спутники , межпланетные зонды и космического телескопа Хаббла (HST), проводили научные эксперименты на орбите, участвовал в Shuttle- Мир программы с Россией, а также участвовал в строительстве и обслуживании на Международной космической станции (МКС). Общее время полета космических шаттлов составило 1322 дня 19 часов 21 минуту и ​​23 секунды.

Компоненты Space Shuttle включают в себя орбитальный аппарат (OV) с тремя сгруппированными главными двигателями Rocketdyne RS-25 , парой восстанавливаемых твердотопливных ракетных ускорителей (SRB) и одноразовым внешним баком (ET), содержащим жидкий водород и жидкий кислород . Space Shuttle был запущен вертикально , как обычная ракета, причем два SRB работали параллельно с тремя главными двигателями орбитального корабля , которые питались от ET. SRB были сброшены до того, как аппарат достиг орбиты, а ET был сброшен непосредственно перед выходом на орбиту , в котором использовались два двигателя орбитальной системы маневрирования (OMS). По завершении миссии орбитальный аппарат запустил свою СУО, чтобы спуститься с орбиты и снова войти в атмосферу . Орбитальный аппарат был защищен во время входа в атмосферу его системы тепловой защиты плитки, и она скользила в качестве космического самолета на взлетно - посадочной полосы посадки, как правило , к Shuttle Landing Facility в КНЦ, штат Флорида, или в Rogers Сухое озеро в базе Edwards Air Force , штат Калифорния. Если посадка происходила в Эдвардсе, орбитальный аппарат отправлялся обратно в KSC на самолете-челноке , специально модифицированном Боинге 747 .

Первый орбитальный аппарат " Энтерпрайз" был построен в 1976 году и использовался в испытаниях на заход на посадку и посадку , но не имел возможности выхода на орбиту. Первоначально было построено четыре полностью действующих орбитальных корабля: Columbia , Challenger , Discovery и Atlantis . Двое из них были потеряны в результате несчастных случаев: « Челленджер» в 1986 году и « Колумбия» в 2003 году , в результате чего погибло 14 астронавтов. Пятый действующий (и шестой по счету) орбитальный аппарат Endeavour был построен в 1991 году для замены Challenger . Шаттл был уволен от службы после завершения Атлантис " последний полет с 21 июля 2011 года США полагались на русском космическом корабле Союз для транспортных космонавтов на МКС из последнего полета МТКК до старта экипажа Dragon демо- 2 в мае 2020 года на ракете SpaceX Falcon 9 в рамках программы Commercial Crew Program .

Дизайн и развитие

Историческое прошлое

В 1950-х годах ВВС США предложили использовать многоразовый пилотируемый планер для выполнения военных операций, таких как разведка, спутниковая атака и применение оружия класса "воздух-земля". В конце 1950-х годов ВВС начали разработку частично многоразового X-20 Dyna-Soar . Военно-воздушные силы сотрудничали с НАСА над Dyna-Soar и начали обучение шести пилотов в июне 1961 года. Рост затрат на разработку и определение приоритетности проекта Gemini привели к отмене программы Dyna-Soar в декабре 1963 года. -Горь, в 1957 году ВВС провели исследование, чтобы проверить возможность многоразового использования ускорителей. Это стало основой для аэрокосмического самолета, космического корабля многоразового использования, который так и не был разработан после начальной стадии проектирования в 1962–1963 годах.

Начиная с начала 1950-х годов НАСА и ВВС сотрудничали в разработке подъемных кузовов для испытаний самолетов, которые в основном создавали подъемную силу от их фюзеляжей вместо крыльев, и протестировали NASA M2-F1 , Northrop M2-F2 , Northrop M2-F3 , Northrop HL. -10 , Martin-Marietta X-24A и Martin-Marietta X-24B . В рамках программы были проверены аэродинамические характеристики, которые позже будут учтены в конструкции космического челнока, в том числе посадка без двигателя с большой высоты и скорости.

Процесс проектирования

В сентябре 1966 года НАСА и ВВС опубликовали совместное исследование, в котором был сделан вывод о том, что для удовлетворения их соответствующих будущих потребностей требовалось новое транспортное средство, и что система частичного повторного использования была бы наиболее экономически эффективным решением. Глава Управления пилотируемых космических полетов НАСА Джордж Мюллер объявил о плане создания многоразового шаттла 10 августа 1968 года. НАСА опубликовало запрос предложений (RFP) на проектирование интегрированной ракеты-носителя для запуска и возврата в атмосферу (ILRV). , который позже станет космическим шаттлом. Вместо того, чтобы заключить контракт на основе первоначальных предложений, НАСА объявило о поэтапном подходе к заключению контрактов и разработке космических челноков; Фаза A представляла собой запрос на исследования, выполненные конкурирующими аэрокосмическими компаниями, фаза B представляла собой соревнование между двумя подрядчиками за конкретный контракт, фаза C включала проектирование деталей компонентов космического корабля, а фаза D была производством космического корабля.

В декабре 1968 года НАСА создало рабочую группу по космическому шаттлу для определения оптимальной конструкции многоразового космического корабля и заключило контракты на исследования с компаниями General Dynamics , Lockheed , McDonnell Douglas и North American Rockwell . В июле 1969 года целевая группа по космическому шаттлу опубликовала отчет, в котором было определено, что шаттл будет поддерживать краткосрочные миссии с экипажем и космическую станцию, а также возможности запускать, обслуживать и возвращать спутники. В отчете также были созданы три класса будущего многоразового шаттла: класс I будет иметь многоразовый орбитальный аппарат, установленный на одноразовых ускорителях, класс II будет использовать несколько одноразовых ракетных двигателей и один топливный бак (полуторную) и класс III. будет иметь как многоразовый орбитальный аппарат, так и многоразовую ракету-носитель. В сентябре 1969 года космическая целевая группа под руководством вице-президента Спиро Агнью опубликовала отчет, в котором содержался призыв к разработке космического челнока для доставки людей и грузов на низкую околоземную орбиту (НОО), а также космического буксира для переброски. между орбитами и Луной, а также многоразовый ядерный разгонный блок для путешествий в дальний космос.

После выпуска отчета рабочей группы по космическому шаттлу многие аэрокосмические инженеры отдали предпочтение конструкции класса III, полностью многоразового, из-за предполагаемой экономии затрат на оборудование. Макс Фэджет , инженер НАСА, который работал над созданием капсулы « Меркурий» , запатентовал конструкцию двухступенчатой ​​полностью извлекаемой системы с орбитальным аппаратом с прямым крылом, установленным на более крупном ракетном ускорителе с прямыми крыльями. Лаборатория динамики полета ВВС утверждала, что конструкция с прямым крылом не сможет противостоять высоким тепловым и аэродинамическим нагрузкам во время входа в атмосферу и не обеспечит необходимую дальность полета. Вдобавок ВВС требовали большей грузоподъемности, чем позволяла конструкция Фаже. В январе 1971 года руководство НАСА и ВВС решило, что многоразовый орбитальный аппарат с треугольным крылом, установленный на топливном баке одноразового использования, будет оптимальной конструкцией для космического корабля "Шаттл".

После того, как они установили потребность в многоразовом тяжелом космическом корабле, НАСА и ВВС определили требования к конструкции своих соответствующих служб. ВВС рассчитывали использовать космический шаттл для запуска больших спутников и требовали, чтобы он был способен поднимать 29 000 кг (65 000 фунтов) на восточную низкоорбитальную орбиту или 18 000 кг (40 000 фунтов) на полярную орбиту . При проектировании спутников также требовалось, чтобы космический шаттл имел отсек для полезной нагрузки 4,6 на 18 м (15 на 60 футов). НАСА оценило двигатели F-1 и J-2 от ракет «Сатурн» и пришло к выводу , что их недостаточно для требований космического корабля «Шаттл»; в июле 1971 года он заключил с Rocketdyne контракт на начало разработки двигателя RS-25 .

НАСА рассмотрело 29 потенциальных проектов космического челнока и решило, что следует использовать конструкцию с двумя боковыми ускорителями, а ускорители должны быть многоразовыми, чтобы снизить затраты. НАСА и ВВС решили использовать твердотопливные ускорители из-за более низкой стоимости и простоты их ремонта для повторного использования после приземления в океане. В январе 1972 года президент Ричард Никсон одобрил шаттл, и в марте НАСА приняло решение о его окончательном дизайне. В августе того же года НАСА заключило контракт на строительство орбитального аппарата с North American Rockwell, контракт на твердотопливные ракеты-носители с Morton Thiokol и контракт на внешний танк с Мартином Мариеттой .

Разработка

Строящийся космический шаттл "Колумбия"
Columbia укладывает керамическую плитку

4 июня 1974 года Роквелл начал строительство первого орбитального корабля OV-101, который позже будет называться « Энтерпрайз» . Энтерпрайз был спроектирован как испытательный автомобиль и не имел двигателей и теплозащиты. Строительство было завершено 17 сентября 1976 года, и « Энтерпрайз» переместили на базу ВВС Эдвардс для начала испытаний. Компания Rockwell сконструировала главный объект для испытаний силовой установки (MPTA) -098 , который представлял собой структурную ферму, установленную на ET с тремя присоединенными двигателями RS-25. Он был протестирован в Национальной лаборатории космических технологий (NSTL), чтобы гарантировать, что двигатели могут безопасно работать через профиль запуска. Компания Rockwell провела испытания на механическую и термическую нагрузку на Structural Test Article (STA) -099, чтобы определить влияние аэродинамических и термических напряжений во время запуска и входа в атмосферу.

Начало разработки главного двигателя космического корабля RS-25 было отложено на девять месяцев, в то время как Pratt & Whitney оспорила контракт, выданный Rocketdyne. Первый двигатель был завершен в марте 1975 года после проблем с разработкой первого многоразового двигателя с дроссельной заслонкой. Во время испытаний двигателя на РС-25 произошло несколько отказов форсунок, а также поломка лопаток турбины. Несмотря на проблемы во время испытаний, в мае 1978 года НАСА заказало девять двигателей RS-25, необходимых для своих трех орбитальных аппаратов.

НАСА столкнулось со значительными задержками в разработке системы тепловой защиты космического корабля "Шаттл" . Предыдущие космические аппараты НАСА использовали абляционные тепловые экраны, но их нельзя было использовать повторно. НАСА решило использовать керамическую плитку для термозащиты, поскольку шаттл можно было бы построить из легкого алюминия , а при необходимости плитки можно было бы заменять по отдельности. Строительство началось в Колумбии 27 марта 1975 года, и оно было доставлено в KSC 25 марта 1979 года. На момент прибытия в KSC в Колумбии все еще оставалось установить 6000 из 30 000 плиток. Однако многие из первоначально установленных плиток пришлось заменить, что потребовало двух лет установки, прежде чем Columbia смогла летать.

5 января 1979 года НАСА ввело в эксплуатацию второй орбитальный аппарат. Позже в том же месяце Rockwell начал преобразовывать STA-099 в OV-099, позже названный Challenger . 29 января 1979 года НАСА заказало два дополнительных орбитальных аппарата, OV-103 и OV-104, которые получили названия Discovery и Atlantis . Строительство OV-105, позже названного Endeavour , началось в феврале 1982 года, но в 1983 году НАСА решило ограничить флот Space Shuttle четырьмя орбитальными аппаратами. После потери Challenger НАСА возобновило производство Endeavour в сентябре 1987 года.

Тестирование

Предприятие снимается с самолета-носителя для проведения заходных и посадочных испытаний
Предприятие во время
захода на посадку и захода на посадку
Запуск космического корабля "Колумбия" в рамках первого полета космического челнока
Колумбия запускает STS-1

После прибытия на авиабазу Эдвардс « Энтерпрайз» прошел летные испытания с самолетом-носителем Shuttle Carrier , Boeing 747, который был модифицирован для перевозки орбитального аппарата. В феврале 1977 года « Энтерпрайз» начал испытания на заход на посадку и посадку и совершил полеты в неволе, где он оставался прикрепленным к самолету-перевозчику-челноку на все время полета. 12 августа 1977 года « Энтерпрайз» провела свои первые испытания на планирование, в ходе которых он отделился от самолета-носителя челнока и приземлился на авиабазе Эдвардс. После четырех дополнительных полетов 13 марта 1978 года « Энтерпрайз» был переведен в Центр космических полетов им. Маршалла (MSFC). « Энтерпрайз» прошел испытания на сотрясение в ходе испытания на сопряженную вертикальную вибрацию земли, где он был прикреплен к внешнему резервуару и твердотопливным ракетным ускорителям, и подвергся испытаниям. вибрации для имитации напряжения при запуске. В апреле 1979 года " Энтерпрайз" доставили в КСК, где к нему прикрепили внешний бак и твердотопливные ускорители, и перевели на ЛК-39 . После установки на стартовой площадке космический шаттл использовался для проверки правильности расположения оборудования стартового комплекса. Энтерпрайз вернулся в Калифорнию в августе 1979 года, а позже участвовал в разработке SLC-6 на авиабазе Ванденберг в 1984 году.

24 ноября 1980 года « Колумбия» была соединена с внешним резервуаром и твердотопливными ракетами-носителями, а 29 декабря была переведена на LC-39. Первая миссия космического челнока, STS-1 , будет первым полетом НАСА с экипажем. -полет космического корабля. 12 апреля 1981 года космический шаттл впервые был запущен, и его пилотировали Джон Янг и Роберт Криппен . Во время двухдневной миссии Янг и Криппен протестировали оборудование на борту шаттла и обнаружили, что несколько керамических плиток упали с верхней стороны « Колумбии» . НАСА скоординировало с ВВС использование спутников для получения изображений нижней части Колумбии и определили, что повреждений нет. Columbia снова вошла в атмосферу и приземлилась на авиабазе Эдвардс 14 апреля.

НАСА провело три дополнительных испытательных полета с Колумбией в 1981 и 1982 годах. 4 июля 1982 года STS-4 , которым управляли Кен Маттингли и Генри Хартсфилд , приземлился на бетонную взлетно-посадочную полосу на авиабазе Эдвардс. Президент Рональд Рейган и его жена Нэнси встретили команду и произнесли речь. После STS-4 НАСА объявило о введении в действие своей космической транспортной системы (STS).

Описание

Space Shuttle был первым действующим орбитальным космическим кораблем, предназначенным для повторного использования . Каждый орбитальный аппарат Space Shuttle был рассчитан на 100 запусков или десять лет эксплуатации, хотя позже он был продлен. На момент запуска он состоял из орбитального аппарата , в котором находились экипаж и полезная нагрузка, внешнего бака (ET) и двух твердотопливных ракетных ускорителей (SRB).

Ответственность за компоненты шаттла была распределена между несколькими полевыми центрами НАСА. KSC отвечал за запуск, посадку и разворот на экваториальных орбитах (единственный профиль орбиты, фактически используемый в программе). Военно-воздушные силы США на базе ВВС Ванденберг отвечали за запуск, посадку и перелет на полярные орбиты (хотя это никогда не использовалось). Космический центр имени Джонсона (JSC) служил в качестве центрального пункта для всех операций Shuttle и MSFC был ответственен за главных двигателей, внешний бак и твердотопливные ракетные ускорители. John C. Stennis Космический центр обрабатывается главным тестированием двигателя, и Goddard Space Flight Center удался глобальная сеть слежения.

Орбитальный аппарат

Запуск пяти космических кораблей "Шаттл"
Профили запуска шаттла. Слева направо: Колумбия , Челленджер , Дискавери , Атлантида и Индевор.

Орбитальный аппарат имел конструктивные элементы и возможности как ракеты, так и самолета, что позволяло ему запускать вертикально, а затем приземляться как планер. Его трехсекционный фюзеляж служил опорой для боевого отделения, грузового отсека, поверхностей полета и двигателей. В задней части орбитального корабля находились главные двигатели космического челнока (SSME), которые обеспечивали тягу во время запуска, а также систему орбитального маневрирования (OMS), которая позволяла орбитальному аппарату достигать, изменять и выходить на свою орбиту после выхода в космос. Его крылья с двойным треугольником имели длину 18 м (60 футов) и имели стреловидность 81 ° по внутренней передней кромке и 45 ° по внешней передней кромке. Каждое крыло имело внутренний и внешний элевон для управления полетом при входе в атмосферу, а также закрылки, расположенные между крыльями, под двигателями, для управления тангажом . Вертикальный стабилизатор орбитального аппарата был отклонен назад под углом 45 ° и содержал руль направления, который можно было разделить, чтобы действовать как торможение скорости . Вертикальный стабилизатор также содержал двухкомпонентную тормозную парашютную систему для замедления орбитального аппарата после приземления. На орбитальном аппарате использовалось убирающееся шасси с передним шасси и двумя основными шасси, каждое из которых содержало по две шины. Основное шасси содержало по два тормозных узла каждый, а переднее шасси - электрогидравлический рулевой механизм.

Экипаж

Экипаж космического челнока менялся в зависимости от миссии. В испытательных полетах участвовали только два участника, командир и пилот, оба были квалифицированными пилотами, которые могли летать и садить орбитальный аппарат. Операции на орбите, такие как эксперименты, развертывание полезной нагрузки и выход в открытый космос, проводились в основном специалистами миссии, которые были специально обучены для их предполагаемых миссий и систем. В начале программы Space Shuttle НАСА летало со специалистами по полезной нагрузке, которые, как правило, были специалистами по системам, которые работали на компанию, оплачивая развертывание или операции с полезной нагрузкой. Последний специалист по полезной нагрузке, Грегори Б. Джарвис , летал на STS-51-L , и будущие непилоты были назначены специалистами по полету. Астронавт летал в качестве космического инженера с экипажем как на STS-51-C, так и на STS-51-J, чтобы служить в качестве военного представителя полезной нагрузки Национального разведывательного управления . Экипаж космического челнока обычно состоял из семи астронавтов, а на STS-61-A - восемь.

Отсек для экипажа

Экипажное отделение состояло из трех палуб и было герметичной жилой зоной во всех миссиях космических шаттлов. Кабина экипажа состояла из двух кресел для командира и пилота, а также дополнительных двух-четырех кресел для членов экипажа. Средняя палуба располагалась под кабиной экипажа, на ней располагались камбуз и койки для экипажа, а также три или четыре места для членов экипажа. На средней палубе находился воздушный шлюз, который мог поддерживать двух астронавтов во внекорабельной деятельности (EVA), а также доступ к герметичным исследовательским модулям. Под средней палубой находился отсек для оборудования, в котором хранились системы экологического контроля и управления отходами.

В первых четырех миссиях «Шаттла» астронавты были одеты в модифицированные высотные скафандры ВВС США с полным давлением, которые включали в себя шлем с полным давлением во время подъема и спуска. С пятого полета, STS-5 , до гибели Challenger , экипаж носил слитные голубые летные костюмы из номекса и шлемы с парциальным давлением. После катастрофы Challenger члены экипажа были одеты в стартовый костюм (LES), версию высотных скафандров с частичным давлением и шлемом. В 1994 году LES был заменен на Advanced Crew Escape Suit с полным давлением (ACES), который повысил безопасность космонавтов в чрезвычайной ситуации. Columbia изначально имела модифицированные сиденья SR-71 с нулевым катапультированием, установленные для ALT и первых четырех миссий, но они были отключены после STS-4 и сняты после STS-9 .

Вид из кабины Атлантиды на орбите
Atlantis был первым шаттлом, который летал со стеклянной кабиной на STS-101 .

Кабина экипажа была верхним уровнем экипажа и содержала органы управления орбитальным аппаратом. Командир сидел на переднем левом сиденье, а пилот - на переднем правом сиденье, с двумя-четырьмя дополнительными сиденьями для дополнительных членов экипажа. Приборные панели содержали более 2100 дисплеев и элементов управления, а командир и пилот были оснащены дисплеем на лобовом стекле (HUD) и контроллером вращающейся руки (RHC) для балансировки двигателей во время полета с двигателем и управления орбитальным аппаратом во время полета без двигателя. Оба сиденья также имели органы управления рулем направления , позволяющие перемещать руль направления в полете и управлять носовым колесом по земле. Первоначально на орбитальных аппаратах была установлена ​​многофункциональная система отображения на ЭЛТ (MCDS) для отображения и управления полетной информацией. MCDS отображал полетную информацию на сиденьях командира и пилота, а также на кормовых сиденьях, а также контролировал данные на HUD. В 1998 году Atlantis был модернизирован многофункциональной электронной системой отображения (MEDS), которая представляла собой модернизацию стеклянной кабины летных приборов, которая заменила восемь дисплеев MCDS 11 многофункциональными цветными цифровыми экранами. MEDS впервые был запущен в мае 2000 года на STS-98 , и другие орбитальные аппараты были модернизированы до него. В кормовой части летной палубы имелись окна, выходящие в отсек полезной нагрузки, а также RHC для управления системой удаленного манипулятора во время грузовых операций. Кроме того, в кормовой части кабины экипажа были мониторы для системы видеонаблюдения для просмотра грузового отсека.

На средней палубе располагались складские помещения для экипажа, спальная зона, камбуз, медицинское оборудование и пункты гигиены для экипажа. Экипаж использовал модульные шкафчики для хранения оборудования, масштабируемого в зависимости от их потребностей, а также стационарные напольные отсеки. На средней палубе был люк по левому борту, который экипаж использовал для входа и выхода на Земле. Кроме того, каждый орбитальный аппарат изначально был оборудован внутренним воздушным шлюзом на средней палубе. Внутренний воздушный шлюз был заменен внешним воздушным шлюзом в отсеке для полезной нагрузки на Discovery , Atlantis и Endeavour для улучшения стыковки с Миром и МКС , а также системой стыковки орбитального корабля .

Системы полета

Орбитальный аппарат был оборудован системой авионики для предоставления информации и управления во время полета в атмосфере. Его авионики содержал три микроволновые сканирующей луч системы посадки , три гироскопов , три TACANs , три акселерометра , два радиолокационных высотомеров , два барометрических высотомеров , три индикаторов отношения , две индикаторов Маха , и два режим   C транспондер . Во время входа в атмосферу экипаж запустил два зонда аэрофотосъемки, когда они двигались медленнее, чем 5 Махов. Орбитальный аппарат имел три инерциальных измерительных блока (IMU), которые он использовал для наведения и навигации на всех этапах полета. Орбитальный аппарат содержит два звездных трекера для выравнивания IMU во время нахождения на орбите. Звездные трекеры развертываются во время нахождения на орбите и могут автоматически или вручную выравниваться по звезде. В 1991 году НАСА начало модернизацию инерциальных единиц измерения с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС), которая обеспечивала более точную информацию о местоположении. В 1993 году НАСА впервые запустило GPS- приемник на борту STS-51 . В 1997 году Honeywell начала разработку интегрированной системы GPS / INS для замены систем IMU, INS и TACAN, которые впервые полетели на STS-118 в августе 2007 года.

Находясь на орбите, экипаж в основном общался с помощью одной из четырех радиостанций S-диапазона , которые обеспечивали как голосовую связь, так и передачу данных. Два   радиоприемника S- диапазона были приемопередатчиками с фазовой модуляцией и могли передавать и принимать информацию. Две другие радиостанции S- диапазона были передатчиками с частотной модуляцией и использовались для передачи данных в НАСА. Поскольку радиостанции S- диапазона могут работать только в пределах прямой видимости , НАСА использовало спутниковую систему слежения и ретрансляции данных и наземные станции сети слежения за космическими аппаратами и сбора данных для связи с орбитальным аппаратом на всей его орбите. Кроме того, орбитальный аппарат развернул радиостанцию ​​с широкополосным диапазоном K u из грузового отсека, которую также можно было использовать в качестве радара сближения. Орбитальный аппарат также был оборудован двумя радиостанциями УВЧ для связи с авиадиспетчерской службой и космонавтами, осуществляющими выход в открытый космос.     

Два компьютера, используемые в орбитальном аппарате
Компьютеры общего назначения AP-101S (слева) и AP-101B

Космический челнок в лету по проводам система управления была полностью зависит от его основного компьютера, система обработки данных (DPS). DPS контролировал органы управления полетом и двигатели на орбитальном аппарате, а также ET и SRB во время запуска. DPS состоял из пяти компьютеров общего назначения (GPC), двух модулей массовой памяти на магнитной ленте (MMU) и соответствующих датчиков для наблюдения за компонентами космического корабля "Шаттл". Первоначально использованный GPC был IBM AP-101B , который использовал отдельный центральный процессор (ЦП) и процессор ввода / вывода (IOP), а также энергонезависимую твердотельную память . С 1991 по 1993 год орбитальные аппараты были модернизированы до AP-101S, что позволило улучшить память и возможности обработки, а также уменьшить объем и вес компьютеров за счет объединения ЦП и ВГД в единый блок. Четыре GPC были загружены основной системой программного обеспечения авионики (PASS), которая представляла собой специальное программное обеспечение для космических шаттлов, обеспечивающее управление на всех этапах полета. Во время набора высоты, маневрирования, входа в атмосферу и посадки четыре PASS GPC работали одинаково, обеспечивая четырехкратную избыточность и проверяли свои результаты на ошибки. В случае программной ошибки, которая могла бы вызвать ошибочные отчеты от четырех PASS GPC, пятый GPC запустил резервную полетную систему, которая использовала другую программу и могла управлять космическим шаттлом при подъеме, орбите и возвращении, но не могла поддерживать вся миссия. Пять GPC были разделены на три отдельных отсека в средней палубе, чтобы обеспечить резервирование в случае отказа охлаждающего вентилятора. После выхода на орбиту экипаж переключит некоторые функции GPC с наведения, навигации и контроля (GNC) на управление системами (SM) и полезной нагрузкой (PL) для поддержки оперативной миссии. Космический шаттл не был запущен, если его полет продолжался с декабря по январь, поскольку его полетное программное обеспечение потребовало бы перезагрузки компьютеров орбитального корабля при смене года. В 2007 году инженеры НАСА разработали решение, позволяющее полетам космических шаттлов пересечь границу конца года.

Миссии космических шаттлов обычно приносили с собой портативный компьютер общей поддержки (PGSC), который мог интегрироваться с компьютерами орбитального корабля и комплектом связи, а также контролировать научные данные и данные о полезной нагрузке. Ранние миссии принесли Grid Compass , один из первых портативных компьютеров, как PGSC, но более поздние миссии принесли ноутбуки Apple и Intel .

Отсек полезной нагрузки

Астронавт проводит выход в открытый космос, пока космический телескоп Хаббл находится в отсеке для полезной нагрузки.
Сюжет Масгрейв, прикрепленный к RMS, обслуживающему космический телескоп Хаббл во время STS-61

Отсек полезной нагрузки составлял большую часть фюзеляжа орбитального корабля и предоставлял грузовое пространство для полезной нагрузки космического корабля "Шаттл". Он был 18 м (60 футов) в длину и 4,6 м (15 футов) в ширину и мог вместить цилиндрические полезные нагрузки до 4,6 м (15 футов) в диаметре. Две дверцы отсека для полезной нагрузки шарнирно закреплялись с обеих сторон отсека и обеспечивали относительно герметичное уплотнение для защиты груза от нагрева во время запуска и возврата. Полезная нагрузка крепилась в отсеке для полезной нагрузки к точкам крепления на лонжеронах . Двери отсека для полезной нагрузки выполняли дополнительную функцию в качестве радиаторов тепла орбитального аппарата и открывались при достижении орбиты для отвода тепла.

Орбитальный аппарат может использоваться вместе с множеством дополнительных компонентов в зависимости от миссии. Это включало орбитальные лаборатории, ускорители для запуска полезных нагрузок в космос, систему удаленного манипулятора (RMS) и для увеличения продолжительности миссии. Для того, чтобы ограничить расход топлива , а орбитальный аппарат был пристыкован на МКС, то Станция-Shuttle Мощность Transfer System (SSPTS) было разработано для преобразования и передачи мощности станции на орбитальную станцию. SSPTS был впервые использован на STS-118 и был установлен на Discovery и Endeavour .

Система удаленного манипулятора

Система удаленного манипулятора (RMS), также известная как Canadarm, представляла собой механическую руку, прикрепленную к грузовому отсеку. Его можно использовать для захвата и манипулирования полезной нагрузкой, а также в качестве мобильной платформы для космонавтов, выполняющих выход в открытый космос. RMS был построен канадской компанией Spar Aerospace и управлялся астронавтом, находившимся в кабине экипажа, с помощью окон и систем видеонаблюдения. RMS допускал шесть степеней свободы и имел шесть суставов, расположенных в трех точках вдоль руки. Первоначальный RMS мог развернуть или извлечь полезную нагрузку до 29 000 кг (65 000 фунтов), которая позже была улучшена до 270 000 кг (586 000 фунтов).

Spacelab
Spacelab в отсеке для полезной нагрузки на орбите
Spacelab на орбите на STS-9

Модуль Spacelab был финансируемой Европой герметичной лабораторией, которая находилась в отсеке для полезной нагрузки и позволяла проводить научные исследования на орбите. Модуль Spacelab содержал два сегмента по 2,7 м (9 футов), которые были установлены в кормовой части отсека для полезной нагрузки для поддержания центра тяжести во время полета. Астронавты вошли в модуль Spacelab через туннель длиной 2,7 м (8,72 фута) или 5,8 м (18,88 фута), который соединялся с воздушным шлюзом. Оборудование Spacelab в основном хранилось на поддонах, на которых размещались как эксперименты, так и компьютерное и силовое оборудование. В течение 1999 года оборудование Spacelab было выполнено в 28 полетах, и в них изучались такие предметы, как астрономия, микрогравитация, радар и науки о жизни. Оборудование Spacelab также поддерживало такие миссии, как обслуживание космического телескопа Хаббл (HST) и пополнение запасов космической станции. Модуль Spacelab был испытан на STS-2 и STS-3, и первая полная миссия была на STS-9.

Двигатели РС-25

Три двигателя RS-25, также известные как главные двигатели космического корабля (SSME), были установлены на хвостовой части фюзеляжа орбитального корабля по схеме треугольника. Сопла двигателя могли поворачиваться на ± 10,5 ° по тангажу и ± 8,5 ° по рысканию во время подъема, чтобы изменять направление их тяги для управления шаттлом. Титанового сплава многоразового использования двигателей не зависели от орбитального транспортного средства и будут удалены и заменены между рейсами. РС-25 представляет собой криогенный двигатель с поэтапным циклом сгорания, в котором использовался жидкий кислород и водород, а давление в камере было выше, чем у любой предыдущей жидкостной ракеты. Первоначальная основная камера сгорания работала при максимальном давлении 226,5 бар (3285 фунтов на квадратный дюйм). Сопло двигателя имеет высоту 287 см (113 дюймов) и внутренний диаметр 229 см (90,3 дюйма). Сопло охлаждается 1080 внутренними линиями, по которым проходит жидкий водород, и термически защищено изоляционным и абляционным материалом.

В двигатели РС-25 были внесены некоторые усовершенствования для повышения надежности и мощности. В ходе программы разработки Rocketdyne определила, что двигатель способен безопасно и надежно работать при 104% первоначально заданной тяги. Чтобы поддерживать значения тяги двигателя в соответствии с предыдущей документацией и программным обеспечением, НАСА сохраняло первоначально заданную тягу на уровне 100%, но при этом RS-25 работал с более высокой тягой. Версии обновления RS-25 были обозначены как Блок I и Блок II. 109% тяги были достигнуты с двигателями Block II в 2001 году, которые снизили давление в камере до 207,5 бар (3010 фунтов на квадратный дюйм), так как у них была большая площадь горловины . Нормальный максимальный дроссель составлял 104%, при этом 106% или 109% использовались для прерывания миссии.

Орбитальная система маневрирования

Система орбитального маневрирования (OMS) состояла из двух установленных в корме двигателей AJ10-190 и связанных с ними топливных баков. В двигателях AJ10 использовался монометилгидразин (MMH), окисленный тетроксидом диазота (N 2 O 4 ). Контейнеры несли максимум 2140 кг (4718 фунтов) MMH и 3526 кг (7773 фунтов) N 2 O 4 . Двигатели OMS использовались после отключения главного двигателя (MECO) для вывода на орбиту. На протяжении всего полета они использовались для смены орбиты, а также для снятия с орбиты перед входом в атмосферу. Каждый двигатель OMS производил 27 080 Н (6087 фунт-сил) тяги, а вся система могла обеспечивать изменение скорости 305 м / с (1000 футов / с) .

Система тепловой защиты

Орбитальный аппарат был защищен от тепла во время входа в атмосферу с помощью системы тепловой защиты (TPS), теплового пропитывающего защитного слоя вокруг орбитального корабля. В отличие от предыдущих космических аппаратов США, в которых использовались абляционные тепловые экраны, для многократного использования орбитального аппарата требовался многоцелевой тепловой экран. Во время входа в атмосферу TPS испытывал температуру до 1600 ° C (3000 ° F), но должен был поддерживать температуру алюминиевой обшивки космического корабля ниже 180 ° C (350 ° F). TPS в основном состоял из четырех типов плиток. Носовой обтекатель и передние кромки крыльев выдерживали температуру выше 1300 ° C (2300 ° F) и были защищены усиленной углеродно-углеродной плиткой (RCC). Более толстые панели RCC были разработаны и установлены в 1998 году для предотвращения повреждений от микрометеороидов и орбитального мусора , и были дополнительно улучшены после повреждений RCC, причиненных катастрофой в Колумбии . Начиная с STS-114 , орбитальные аппараты были оснащены системой обнаружения столкновения передней кромки крыла, чтобы предупредить экипаж о любых возможных повреждениях. Вся нижняя часть космического корабля, а также другие наиболее горячие поверхности были защищены высокотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией. Области на верхних частях космического корабля были покрыты белой низкотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией, которая обеспечивала защиту при температурах ниже 650 ° C (1200 ° F). Двери отсека для полезной нагрузки и части верхних поверхностей крыла были покрыты многоразовой войлочной изоляцией, так как температура там оставалась ниже 370 ° C (700 ° F).

Внешний бак

Вид с орбитального корабля внешнего бака после отделения
Внешний бак после отделения на СТС-29

Внешний бак космического шаттла (ВТ) нес топливо для главных двигателей космического корабля и соединял орбитальный аппарат с твердотопливными ракетными ускорителями. ЕТ был 47 м (153,8 фута) в высоту и 8,4 м (27,6 фута) в диаметре и содержал отдельные резервуары для жидкого кислорода (LOX) и жидкого водорода (LH 2 ). Бак LOX был размещен в носовой части ET и имел высоту 15 м (49,3 фута). LH 2 составлял основную часть ET и имел высоту 29 м (96,7 футов). Орбитальный аппарат был прикреплен к ET на двух шлангокабелях, которые содержали пять топливных и два электрических шлангокабеля, а также носовые и кормовые структурные приспособления. Внешний вид ET был покрыт оранжевой пеной для распыления, чтобы позволить ему пережить жару подъема.

Инопланетянин обеспечивал топливом главные двигатели космического челнока от взлета до выключения главного двигателя. ET отделяется от орбитального корабля через 18 секунд после выключения двигателя и может запускаться автоматически или вручную. Во время отделения орбитальный аппарат убрал свои пуповины, а пуповины были запломбированы, чтобы предотвратить попадание избыточного топлива в орбитальный аппарат. После того, как болты, прикрепленные к структурным приспособлениям, были срезаны, ET отделился от орбитального корабля. Во время разделения газообразный кислород был выпущен из носа, чтобы вызвать падение инопланетянина, гарантируя его разрушение при повторном входе. Инопланетный корабль был единственным важным компонентом системы космического корабля "Спейс шаттл", который не использовался повторно, и он должен был путешествовать по баллистической траектории в Индийский или Тихий океан.

Для первых двух миссий, STS-1 и STS-2 , ET был покрыт 270 кг (595 фунтов) белой огнестойкой латексной краски для защиты от повреждений ультрафиолетовым излучением. Дальнейшие исследования показали, что сама оранжевая пена была достаточно защищена, и начиная с STS-3, ET больше не покрывали латексной краской. Легкий танк (LWT) впервые был запущен на STS-6, что уменьшило вес танка на 4700 кг (10300 фунтов). Вес LWT был уменьшен за счет удаления компонентов из бака LH 2 и уменьшения толщины некоторых панелей обшивки. В 1998 году сверхлегкий ET (SLWT) впервые поднялся в воздух на STS-91 . В SLWT использовался алюминиево-литиевый сплав 2195, который был на 40% прочнее и на 10% менее плотным, чем его предшественник, алюминиево-литиевый сплав 2219. SLWT весил на 3400 кг (7500 фунтов) меньше, чем LWT, что позволяло космическому шаттлу доставлять тяжелые элементы на орбиту с большим наклонением МКС.

Твердотопливные ракетные ускорители

Два твердотопливных ракетных ускорителя, которые не прикреплены к внешнему резервуару или орбитальному аппарату.
Два SRB на платформе мобильной пусковой установки перед стыковкой с ET и орбитальным кораблем.

Твердотопливные ускорители (SRB) обеспечивали 71,4% тяги космического шаттла во время взлета и подъема и были самыми большими твердотопливными двигателями, когда-либо летавшими. Каждый SRB был 45 м (149,2 фута) в высоту и 3,7 м (12,2 фута) в ширину, весил 68 000 кг (150 000 фунтов) и имел стальную внешнюю поверхность толщиной приблизительно 13 мм (0,5 дюйма). Подкомпонентами SRB были твердотопливный двигатель, носовой обтекатель и сопло ракеты. Твердотопливный двигатель составлял большую часть конструкции SRB. Его корпус состоял из 11 стальных секций, составляющих четыре основных сегмента. В носовом обтекателе размещались двигатели переднего отделения и парашютные системы, которые использовались во время восстановления. Сопла ракеты могли поворачиваться на угол до 8 ° для регулировки в полете.

Каждый из ракетных двигателей был заполнен твердым ракетным топливом ( APCP + PBAN ) общим весом 500 000 кг (1 106 640 фунтов) и соединен вместе в Сборочном корпусе транспортных средств (VAB) в KSC. Помимо обеспечения тяги на первом этапе запуска, SRB обеспечивали структурную поддержку орбитального корабля и ET, поскольку они были единственной системой, которая была связана с мобильной пусковой платформой (MLP). Во время запуска SRB были включены в T-5 минут и могли быть электрически воспламенены только после того, как двигатели RS-25 зажглись и были исправны. Каждый из них обеспечивал 12 500 кН (2 800 000 фунтов силы) тяги, которая позже была улучшена до 13 300 кН (3 000 000 фунтов силы), начиная с STS-8 . Израсходовав топливо, SRB были сброшены примерно через две минуты после запуска на высоте примерно 46 км (150 000 футов). После разделения они развернули тормозной и основной парашюты, приземлились в океане и были подняты экипажами на борту кораблей MV Freedom Star и MV Liberty Star . Когда их вернули на мыс Канаверал, их очистили и разобрали. Затем ракетный двигатель, воспламенитель и сопло были отправлены на Тиокол ​​для ремонта и повторного использования в последующих полетах.

За время существования программы SRB претерпели несколько изменений. STS-6 и STS-7 использовали SRB, которые были на 2300 кг (5000 фунтов) легче, чем корпуса стандартного веса, из-за того, что стенки были тоньше на 0,10 мм (0,004 дюйма), но были признаны слишком тонкими. Последующие полеты до STS-26 использовали ящики, которые были на 0,076 мм (0,003 дюйма) тоньше, чем ящики стандартного веса, что позволило сэкономить 1800 кг (4000 фунтов). После аварии Challenger в результате выхода из строя уплотнительного кольца при низкой температуре, SRB были переработаны, чтобы обеспечить постоянное уплотнение независимо от температуры окружающей среды.

Транспортные средства поддержки

Спасательный катер с восстановленным твердотопливным ракетным ускорителем.
MV Freedom Star буксирует отработанный SRB на базу ВВС на мысе Канаверал

Операции космического челнока поддерживались транспортными средствами и инфраструктурой, которые облегчили его транспортировку, строительство и доступ экипажа. На гусеничном-автовозы несли MLP и Шаттл от VAB на космодром. Shuttle Carrier Aircraft (SCA) была две модифицированного Boeing 747s , которые могут нести в орбитальном на его спину. Оригинальный SCA (N905NA) впервые был запущен в 1975 году и использовался для ALT и переброски орбитального аппарата с авиабазы ​​Эдвардс на KSC во всех миссиях до 1991 года. Второй SCA (N911NA) был приобретен в 1988 году и впервые использовался. перевезти Endeavour с завода в KSC. После вывода из эксплуатации космического корабля "Шаттл" N905NA был выставлен на выставке в ЗАО, а N911NA был выставлен на выставке в аэропорту Джо Дэвиса Херитэдж в Палмдейле, Калифорния . Экипаж транспортное средство (CTV) было модифицирован аэропорт телескопическим трапом , который был использован для оказания помощи астронавтов выхода из орбитального аппарата после посадки, где они будут претерпевать их после миссии медицинских осмотров. В день старта Астрован доставил астронавтов из помещений экипажа в Оперативно-кассовый корпус на стартовую площадку. Железная дорога НАСА состояла из трех локомотивов, которые транспортировали сегменты SRB от Флоридской железной дороги Восточного побережья в Титусвилле до KSC.

Профиль миссии

Подготовка к запуску

Космический шаттл движется к стартовому комплексу на гусеничном транспортере.
Гусеничный транспортер с Атлантис на эстакаде к LC-39A для STS-117 .

"Спейс Шаттл" готовился к запуску в основном в ВАБ КНЦ. СРБ были собраны и прикреплены к внешнему баку на МЛП. Корабль-орбитальный аппарат был подготовлен на площадке подготовки орбитальных аппаратов (ОБТК) и передан в VAB, где использовался кран для его поворота в вертикальное положение и соединения с внешним резервуаром. После того, как вся штабеля была собрана, MLP был доставлен на расстояние 5,6 км (3,5 мили) к стартовому комплексу 39 одним из гусеничных транспортеров. После того, как космический шаттл прибудет на одну из двух стартовых площадок, он подключится к фиксированной и ротационной служебной структуре, которая обеспечит возможности обслуживания, установку полезной нагрузки и транспортировку экипажа. Экипаж был доставлен на стартовую площадку в T − 3   часа и зашел на орбитальный аппарат, который был закрыт в T − 2   часа. LOX и LH 2 были загружены во внешний резервуар через шлангокабели, подключенные к орбитальному аппарату, что началось в T − 5   часов   35   минут. В T-3   часа   45   минут быстрое заполнение LH 2 было завершено, а через 15 минут - LOX. Оба бака медленно наполнялись до запуска по мере испарения кислорода и водорода.

Запуск фиксации критерии считаются осадков, температуры, облачности, прогноза молнии, ветра и влажности. Космический шаттл не был запущен в условиях, когда в него могла поразить молния , поскольку его выхлопной шлейф мог вызвать молнию, создав путь тока к земле после запуска, что произошло на Аполлоне-   12 . Правило НАСА на наковальне для запуска шаттла гласит, что облако наковальни не может появиться на расстоянии до 19  км (10 морских миль). Специалист по погодным условиям при запуске шаттла следил за условиями до тех пор, пока не было объявлено окончательное решение об очистке запуска. В дополнение к погодным условиям на стартовой площадке, условия должны были быть приемлемыми в одной из трансатлантических площадок для прерывания посадки и в зоне восстановления SRB.

Запуск

Зажигание главных двигателей космического челнока перед взлетом
Зажигание РС-25
Разъединение SRB во время подъема космического корабля "Шаттл" во время STS-1
Разделение твердотопливных ракетных ускорителей (ТРБ) на СТС-1

Экипаж миссии и персонал Центра управления запуском (LCC) выполнили системные проверки в течение обратного отсчета. Две встроенные задержки в T-20 минут и T-9 минут обеспечивали запланированные перерывы для решения любых проблем и дополнительной подготовки. После встроенного удержания в T-9 минут обратный отсчет автоматически контролировался секвенсором наземного запуска (GLS) в LCC, который останавливал обратный отсчет, если обнаруживал критическую проблему с какой-либо из бортовых систем космического шаттла. В T − 3   минуты   45   секунд двигатели начали проводить испытания кардана, которые завершились в T − 2   минуты   15   секунд. Система обработки наземного запуска передала управление GPC орбитального корабля в T-31   секунду. В момент T − 16   секунд GPC включили SRB, система шумоподавления (SPS) начала заливать траншеи MLP и SRB 1100000 л (300000 галлонов США) воды для защиты орбитального корабля от повреждений акустической энергией и выхлопом ракеты. отражается от траншеи пламени и МЛП во время отрыва. В момент времени T-10   секунд под каждым колпаком двигателя активировались водородные воспламенители, чтобы подавить застойный газ внутри конусов перед зажиганием. Неспособность сжечь эти газы может привести к срабатыванию бортовых датчиков и создать возможность избыточного давления и взрыва транспортного средства во время фазы зажигания. Предварительные клапаны LH 2 были открыты при T-9,5   секунды при подготовке к запуску двигателя.

Начиная с T-6,6   секунды, главные двигатели зажигались последовательно с интервалами в 120 миллисекунд. Все три двигателя RS-25 должны были достичь 90% номинальной тяги за T-3   секунды, в противном случае GPC инициировали прерывание RSLS . Если все три двигателя показали номинальную производительность к моменту T-3   секунды, им была дана команда на настройку кардана для взлета, и была дана команда для включения SRB для зажигания в момент T-0. Между T-6,6   секунды и T-3   секунды, когда двигатели RS-25 работали, но SRB все еще были прикреплены болтами к подушке, смещенная тяга заставляла космический шаттл опускаться вниз на 650 мм (25,5 дюйма), измеренных на вершине. внешнего бака; 3-секундная задержка позволила стеку вернуться почти в вертикальное положение перед воспламенением SRB. В момент T-0 восемь хрупких гаек, удерживающих SRB на подушке, были взорваны, последние шлангокабели были отключены, SSME получили команду на 100% дросселирование, и SRB были воспламенены. К моменту T + 0,23   секунды SRB создали достаточную тягу для начала старта и достигли максимального давления в камере к T + 0,6   секунды. В T − 0 Центр управления полетами принял на себя управление полетом из LCC.

В момент времени T + 4   секунды, когда космический шаттл достиг высоты 22 метра (73 фута), двигатели RS-25 были заглушены до 104,5%. Примерно через T + 7   секунд космический шаттл повернулся к ориентации «головой вниз» на высоте 110 метров (350 футов), что уменьшило аэродинамическое напряжение и обеспечило улучшенную коммуникацию и навигационную ориентацию. Примерно 20-30   секунд в восхождение и высота 2700 метров (9000 футов), РС-25 двигателей были задушили до 65-72% уменьшить максимальные аэродинамические силы на Max Q . Кроме того, форма топлива SRB была разработана таким образом, чтобы уменьшить тягу во время Max Q. GPC могли динамически управлять дроссельной заслонкой двигателей RS-25 в зависимости от характеристик SRB.

Приблизительно через T + 123   секунды и на высоте 46 000 метров (150 000 футов) пиротехнические крепления высвободили SRB, которые достигли апогея 67 000 метров (220 000 футов) перед прыжком с парашютом в Атлантический океан . Спейс шаттл продолжил восхождение, используя только двигатели РС-25. В более ранних миссиях Space Shuttle оставался в ориентации головы вниз, чтобы поддерживать связь со станцией слежения на Бермудских островах , но в более поздних миссиях, начиная с STS-87 , переходил в ориентацию по направлению к точке T + 6   минут для связи с слежение и ретрансляция спутниковой группировки. Дросселирование двигателей RS-25 производилось на Т + 7   минут   30   секунд, чтобы ограничить ускорение автомобиля до 3 g . За 6   секунд до выключения главного двигателя (MECO), которое произошло в T + 8   минут   30   секунд, двигатели RS-25 были снижены до 67%. GPC контролировали разделение инопланетян и сбросили оставшиеся LOX и LH 2, чтобы предотвратить газовыделение во время нахождения на орбите. Инопланетянин продолжил движение по баллистической траектории и распался во время входа в атмосферу, при этом несколько небольших частей приземлились в Индийском или Тихом океане.

В ранних миссиях для выхода на орбиту использовалось два запуска СУО; первая стрельба подняла апогей, а вторая сделала круговую орбиту. Миссии после STS-38 использовали двигатели RS-25 для достижения оптимального апогея и использовали двигатели OMS для создания круговой орбиты. Высота и наклон орбиты зависели от миссии, а орбиты космического челнока варьировались от 220 км (120 миль) до 620 км (335 миль).

На орбите

Space Shuttle Endeavour состыковался с Международной космической станцией
Индевор пристыковался к МКС во время полета STS-134

Тип миссии, которой был назначен космический шаттл, диктовал тип орбиты, на которую он вышел. Первоначальная конструкция многоразового космического челнока предполагала все более дешевую стартовую платформу для развертывания коммерческих и государственных спутников. Ранние миссии обычно перегоняли спутники, что определяло тип орбиты, на которую должен выйти орбитальный аппарат. После катастрофы Challenger многие коммерческие полезные нагрузки были переведены на коммерческие ракеты одноразового использования, такие как Delta II . В то время как более поздние миссии по-прежнему запускали коммерческие полезные нагрузки, задания космических челноков обычно направлялись на научные полезные нагрузки, такие как космический телескоп Хаббл , Spacelab и космический корабль Galileo . Начиная с STS-74 , космический аппарат выполнял стыковки с космической станцией "Мир" . В последнее десятилетие эксплуатации космический шаттл использовался для строительства Международной космической станции . Большинство миссий предполагало пребывание на орбите от нескольких дней до двух недель, хотя более длительные миссии были возможны с паллетой Extended Duration Orbiter. 17-дневный 15-часовой полет STS-80 был самой продолжительной продолжительностью полета космического корабля "Шаттл".

Повторный вход и посадка

Вид командира и летчика при заходе на посадку на STS-42
Вид с кабины экипажа на
Discovery при возвращении STS-42 в атмосферу
Discovery развернул парашют, чтобы замедлиться после приземления
Discovery раскрывает тормозной парашют после приземления на STS-124

Примерно за четыре часа до спуска с орбиты экипаж начал подготовку орбитального корабля к возвращению, закрыв дверцы с полезной нагрузкой, излучая избыточное тепло и убирая   антенну Ku- диапазона. Корабль-орбитальный аппарат перевернулся в перевернутом положении хвостом вперед и начал 2-4-   минутное горение OMS примерно за 20   минут до того, как снова вошел в атмосферу. Корабль-орбитальный аппарат переориентировался в положение «нос-вперед» с углом атаки 40 °, а реактивные двигатели системы управления прямой реакцией (RCS) были освобождены от топлива и отключены перед входом в атмосферу. Вход в атмосферу орбитального корабля был определен как запуск на высоте 120 км (400 000 футов), когда он двигался со скоростью примерно 25 Маха. Вход в атмосферу орбитального корабля контролировался GPC, которые следовали заранее заданному плану угла атаки для предотвращения небезопасный нагрев ТЭЦ. GPC также управляли несколькими S- образными поворотами при аэродинамическом торможении , используя только ось крена, чтобы рассеивать избыточную скорость без изменения угла атаки. Кормовые реактивные двигатели RCS были отключены при спуске, а его элероны, рули высоты и руль направления стали эффективными в нижних слоях атмосферы. На высоте 46 км (150 000 футов) орбитальный аппарат отключил тормоз скорости на вертикальном стабилизаторе. За 8   минут   44   секунды до приземления экипаж развернул датчики аэрофотосъемки и начал снижать угол атаки до 36 °. Максимальное орбитальный аппарат в аэродинамическом / отношении подъемной силы к сопротивлению значительно различалось со скоростью, в диапазоне от 1,3 при гиперзвуковых скоростях до 4,9 при дозвуковых скоростях. Орбитальный аппарат подлетел к одному из двух конусов выравнивания курса, расположенных на расстоянии 48 км (30 миль) от каждого конца осевой линии взлетно-посадочной полосы, где он совершил последние повороты, чтобы рассеять избыточную энергию до своего подхода и приземления. Как только орбитальный аппарат двигался дозвуково, экипаж взял на себя ручное управление полетом.

Фаза захода на посадку и приземления началась, когда орбитальный аппарат находился на высоте 3000 м (10000 футов) и двигался со скоростью 150 м / с (300 узлов). Орбитальный аппарат следовал по глиссаде -20 ° или -18 ° и снижался со скоростью примерно 51 м / с (167 фут / с). Тормоз скорости использовался для поддержания постоянной скорости, и экипаж инициировал предварительный маневр до глиссады -1,5 ° на высоте 610 м (2000 футов). Шасси было развернуто за 10   секунд до приземления, когда орбитальный аппарат находился на высоте 91 м (300 футов) и двигался со скоростью 150 м / с (288 узлов). Последний маневр с ракетой снизил скорость снижения орбитального аппарата до 0,9 м / с (3 фута / с), при этом приземление произошло на скорости 100–150 м / с (195–295 узлов), в зависимости от веса орбитального корабля. После приземления шасси экипаж выдвинул тормозной парашют из вертикального стабилизатора и начал торможение колес, когда орбитальный аппарат двигался со скоростью менее 72 м / с (140 узлов). После того, как колеса орбитального аппарата остановились, экипаж отключил компоненты полета и приготовился к выходу.

Посадочные площадки

Основным местом посадки космических шаттлов было место посадки шаттлов в KSC, где произошло 78 из 133 успешных посадок. В случае неблагоприятных условий посадки Шаттл может задержать посадку или приземлиться в другом месте. Основным запасным самолетом была авиабаза Эдвардс, которая использовалась для 54 посадок. STS-3 приземлился в космической гавани Уайт-Сэндс в Нью-Мексико и потребовал обширной постобработки после контакта с богатым гипсом песком, некоторые из которых были обнаружены в обломках Колумбии после STS-107 . Для посадки на запасные аэродромы требовалось, чтобы самолет-носитель доставил орбитальный аппарат обратно на мыс Канаверал .

В дополнение к заранее запланированным аэродромам для посадки было 85 согласованных площадок для аварийной посадки, которые будут использоваться в различных сценариях аварийной посадки , 58 из которых расположены в других странах. Места посадки были выбраны на основе политических отношений, благоприятной погоды, взлетно-посадочной полосы длиной не менее 2300 м (7500 футов) и оборудования TACAN или DME . Кроме того, поскольку на орбитальном аппарате были только УКВ-радиостанции, международные объекты, имеющие только УКВ-радиостанции, не могли напрямую связываться с экипажем. Объекты на восточном побережье США были запланированы для аварийных посадок на восточном побережье, в то время как несколько площадок в Европе и Африке были запланированы на случай трансокеанских аварийных посадок. Помещения были подготовлены с оборудованием и персоналом на случай аварийной посадки шаттла, но никогда не использовались.

Постпосадочная обработка

Космический шаттл Discovery на взлетно-посадочной полосе, когда наземные экипажи работают, чтобы вывести экипаж из орбитального корабля
Готовится
открытие после приземления к высадке экипажа.

После приземления к орбитальному аппарату подошли наземные экипажи для проверки безопасности. Команды, надевшие автономные дыхательные аппараты, проверяли наличие водорода , гидразина , монометилгидразина, тетроксида азота и аммиака, чтобы убедиться в безопасности зоны приземления. Линии кондиционирования воздуха и фреона были подключены для охлаждения экипажа и оборудования и отвода избыточного тепла от входа в атмосферу. Полет хирург сел на орбитальный и проводил медицинские осмотры экипажа , прежде чем они высадились. После того, как орбитальный аппарат был закреплен, его отбуксировали на ОБТК для проверки, ремонта и подготовки к следующей миссии.

Программа Space Shuttle

Спейс шаттл совершал полеты с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года. На протяжении всей программы космический шаттл выполнил 135 миссий, из которых 133 вернулись благополучно. На протяжении всего своего существования космический шаттл использовался для проведения научных исследований, развертывания коммерческих, военных и научных полезных нагрузок, а также участвовал в строительстве и эксплуатации «Мира» и МКС. Во время своего пребывания в должности космический шаттл служил единственным в США транспортным средством для запуска астронавтов, которым не было никакой замены до запуска Crew Dragon Demo-2 30 мая 2020 года.

Бюджет

Общий бюджет программы космических шаттлов НАСА оценивается в 221 миллиард долларов (в долларах 2012 года). Разработчики космического челнока выступали за возможность повторного использования в качестве меры экономии, что привело к более высоким затратам на разработку при предполагаемых более низких затратах на запуск. Во время проектирования космического челнока предложения по фазе B не были такими дешевыми, как указывали первоначальные оценки по фазе A; Менеджер программы Space Shuttle Роберт Томпсон признал, что снижение стоимости за фунт не было основной целью дальнейших этапов проектирования, так как другие технические требования не могли быть выполнены с уменьшенными затратами. По оценкам разработок, сделанным в 1972 году, стоимость полезной нагрузки на фунт составляла всего 1109 долларов (в 2012 году) за фунт, но фактические затраты на полезную нагрузку, не включая затраты на исследования и разработки космического шаттла, составили 37 207 долларов (в 2012 году). ) за фунт. Затраты на запуск варьировались на протяжении всей программы и зависели от скорости полетов, а также от исследований, разработок и расследований в рамках программы Space Shuttle. В 1982 году НАСА опубликовало оценку в 260 миллионов долларов (в 2012 году) на полет, которая была основана на прогнозе 24 полетов в год в течение десятилетия. Стоимость одного запуска в 1995–2002 годах, когда орбитальные аппараты и МКС не строились и не проводились восстановительные работы после потери экипажа, составляла 806 миллионов долларов. В 1999 году НАСА опубликовало исследование, в котором сделан вывод о том, что затраты на семь запусков в год составят 576 миллионов долларов (в 2012 году). В 2009 году НАСА определило, что стоимость добавления одного запуска в год составляла 252 миллиона долларов (в 2012 году), что указывает на то, что большая часть затрат на программу Space Shuttle приходится на круглогодичный персонал и операции, которые продолжаются независимо от скорости запуска. С учетом всего бюджета программы Space Shuttle стоимость одного запуска составила 1,642 миллиарда долларов (в 2012 году).

Катастрофы

28 января 1986 года STS-51-L распался через 73 секунды после запуска из-за отказа правого SRB, в результате чего погибли все семь астронавтов на борту « Челленджера» . Авария была вызвана низкотемпературным повреждением уплотнительного кольца, критически важного уплотнения, используемого между сегментами корпуса SRB. Отказ уплотнительного кольца позволил горячим дымовым газам выйти между секциями ускорителя и прожечь соседний инопланетянин, что привело к череде катастрофических событий, которые привели к распаду орбитального аппарата. Неоднократные предупреждения инженеров-конструкторов, выражающие озабоченность отсутствием доказательств безопасности уплотнительных колец при температуре ниже 53 ° F (12 ° C), были проигнорированы менеджерами НАСА.

1 февраля 2003 года « Колумбия» распалась во время входа в атмосферу, в результате чего погибли все семь членов экипажа STS-107 из-за повреждения углеродно-углеродной передней кромки крыла во время запуска. Инженеры наземного управления направили три отдельных запроса на получение изображений с высоким разрешением, сделанных Министерством обороны, которые позволили бы понять масштабы ущерба, в то время как главный инженер TPS НАСА потребовал, чтобы астронавтам на борту Колумбии было разрешено покинуть машину, чтобы осмотрите повреждения. Менеджеры НАСА вмешались, чтобы остановить получение изображений орбитального аппарата Министерством обороны, и отклонили запрос на выход в открытый космос, и, таким образом, осуществимость сценариев ремонта или спасения астронавтов с помощью Атлантиды в то время не рассматривалась руководством НАСА.

Критика

Частичная возможность повторного использования космического челнока была одним из основных требований при его первоначальной разработке. Технические решения, которые диктовали возвращение и повторное использование орбитального аппарата, уменьшили возможности полезной нагрузки на запуск. Первоначальное намерение состояло в том, чтобы компенсировать эту более низкую полезную нагрузку за счет снижения затрат на запуск и более высокой частоты запусков. Однако фактические затраты на запуск космического челнока были выше, чем первоначально прогнозировалось, и космический челнок не совершал запланированных 24 миссий в год, как первоначально прогнозировало НАСА. Спейс шаттл изначально предназначался как ракета-носитель для развертывания спутников, для чего он в основном использовался в миссиях до катастрофы Challenger . Цена НАСА, которая была ниже себестоимости, была ниже, чем у одноразовых ракет-носителей; Намерение состояло в том, чтобы большое количество полетов космических шаттлов компенсировало ранние финансовые потери. Улучшение одноразовых ракет-носителей и отказ от коммерческих полезных нагрузок на космических челноках привели к тому, что одноразовые ракеты-носители стали основным вариантом развертывания спутников.

Фатальные катастрофы " Челленджер" и " Колумбия" продемонстрировали риски для безопасности космического корабля "Шаттл", которые могут привести к гибели экипажа. Конструкция космического корабля орбитального аппарата ограничивала варианты прерывания, поскольку сценарии прерывания требовали контролируемого полета орбитального аппарата к взлетно-посадочной полосе или позволяли экипажу покинуть его индивидуально, а не варианты прерывания выхода на космических капсулах Аполлон и Союз . Ранние анализы безопасности, объявленные инженерами и руководством НАСА, предсказывали вероятность катастрофического отказа, приводящего к гибели экипажа, в диапазоне от 1 из 100 запусков до 1 из 100000. После потери двух полетов космических шаттлов риски для начальных миссий были переоценены, и вероятность катастрофической потери корабля и экипажа оказалась равной 1 из 9. Впоследствии руководство НАСА подверглось критике за принятие повышенного риска. экипажу в обмен на более высокие показатели миссий. В отчетах « Челленджер» и « Колумбия» объясняется, что культура НАСА не смогла обеспечить безопасность экипажа, не оценив объективно потенциальные риски миссий.

Отставка

Толпа встречает Атлантиду после ее последней посадки
Атлантида после ее и окончательной высадки в программе

В январе 2004 года было объявлено об отказе от космического корабля "Шаттл" . Президент Джордж Буш объявил о своей концепции освоения космоса , в которой содержался призыв к выводу из эксплуатации космического корабля "Шаттл" после завершения строительства МКС. Чтобы обеспечить правильную сборку МКС, участвующие партнеры определили потребность в оставшихся 16 миссиях по сборке в марте 2006 года. В октябре 2006 года была утверждена одна дополнительная миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббл. Первоначально STS-134 должен был стать последней миссией космического шаттла. Однако катастрофа в Колумбии привела к тому, что дополнительные орбитальные аппараты были подготовлены к запуску в случае необходимости в случае спасательной операции. Поскольку « Атлантис» готовился к заключительному запуску при необходимости, в сентябре 2010 года было принято решение, что он будет летать позывным STS-135 с экипажем из четырех человек, который сможет оставаться на МКС в случае возникновения чрезвычайной ситуации. STS-135 стартовал 8 июля 2011 года и приземлился в KSC 21 июля 2011 года в 5:57   утра по   восточному поясному времени (09:57   UTC). С тех пор и до запуска Crew Dragon Demo-2 30 мая 2020 года США запускали своих астронавтов на борт российского космического корабля «Союз».

После последнего полета каждого орбитального корабля он обрабатывался, чтобы сделать его безопасным для демонстрации. Используемые системы OMS и RCS представляли основную опасность из-за их токсичного гиперголического пропеллента , и большинство их компонентов были навсегда удалены, чтобы предотвратить любое опасное выделение газа. «Атлантида» выставлена ​​в Комплексе для посетителей Космического центра Кеннеди , « Дискавери» - в Центре Удвар-Хейзи , « Индевор» - в Калифорнийском научном центре , а « Энтерпрайз» - в « Бесстрашном» музее море-воздух-космос . Компоненты орбитальных аппаратов были переданы ВВС США, программе МКС, а также правительствам России и Канады. Двигатели были сняты для использования в космической стартовой системе , а запасные сопла RS-25 были прикреплены для демонстрации.

В популярной культуре

Космический шаттл и его вымышленные варианты неоднократно упоминались в поп-культуре.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Внешние ссылки