Космический челнок -Space Shuttle

Космический шатл
STS120LaunchHiRes-edit1.jpg
Discovery стартует в начале STS-120 .
Функция Орбитальный запуск и возвращение с экипажем
Производитель
Страна происхождения Соединенные Штаты
Стоимость проекта 211 миллиардов долларов США (2012 г.)
Стоимость запуска 450 миллионов долларов США (2011 г.)
Размер
Высота 56,1 м (184 фута)
Диаметр 8,7 м (29 футов)
масса 2 030 000 кг (4 480 000 фунтов)
Этапы 1,5
Емкость
Полезная нагрузка на низкую околоземную орбиту (НОО)
(204 км (127 миль))
масса 27 500 кг (60 600 фунтов)
Полезная нагрузка на Международную космическую станцию ​​(МКС)
(407 км (253 мили))
масса 16 050 кг (35 380 фунтов)
Полезная нагрузка на геостационарную переходную орбиту (GTO)
масса 10 890 кг (24 010 фунтов) с инерционным разгонным блоком
Полезная нагрузка на геостационарную орбиту (GEO)
масса 2270 кг (5000 фунтов) с инерционным разгонным блоком
Полезная нагрузка на Землю , возвращена
масса 14 400 кг (31 700 фунтов)
История запуска
Положение дел Ушедший на пенсию
Запуск сайтов
Всего запусков 135
Успех(и) 133
Отказ(ы) 2
Первый полет 12 апреля 1981 г.
Последний полет 21 июля 2011 г.
Ускорители — Твердотопливные ракетные ускорители
Количество бустеров 2
Питаться от 2 твердотопливных ракетных двигателя
Максимальная тяга 13 000 кН (3 000 000 фунтов силы) каждый на уровне моря (2 650 000 отрыв)
Удельный импульс 242 с (2,37 км/с)
Время записи 124 секунды
Пропеллент Твердое ( композитное топливо на основе перхлората аммония )
Первая ступень - орбитальный аппарат + внешний бак
Питаться от 3 двигателя РС-25 на орбитальном корабле
Максимальная тяга Всего 5 250 кН (1 180 000 фунтов силы ) , отрыв от уровня моря
Удельный импульс 455 с (4,46 км/с)
Время записи 480 секунд
Пропеллент ЛГ 2 / ЛОКС
Тип пассажиров/груза

Space Shuttle — выведенная из эксплуатации низкоорбитальная система частично многоразового использования , эксплуатируемая с 1981 по 2011 год Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) в рамках программы Space Shuttle . Его официальное название программы было «Космическая транспортная система» (STS), взятое из плана 1969 года для системы многоразовых космических кораблей, где это был единственный элемент, финансируемый для разработки. Первый ( STS-1 ) из четырех орбитальных испытательных полетов произошел в 1981 году, после чего в 1982 году начались эксплуатационные полеты ( STS-5 ). Было построено пять полных орбитальных кораблей Space Shuttle, которые совершили в общей сложности 135 миссий с 1981 по 2011 год. Они стартовали из Космического центра Кеннеди (KSC) во Флориде . Оперативные миссии запускали многочисленные спутники , межпланетные зонды и космический телескоп «Хаббл» (HST), проводили научные эксперименты на орбите, участвовали в программе « Шаттл - Мир » с Россией, участвовали в строительстве и обслуживании Международной космической станции (МКС). Общее время полета космического корабля "Шаттл" составило 1323 дня.

Компоненты космического корабля "Шаттл" включают орбитальный корабль (OV) с тремя сгруппированными главными двигателями Rocketdyne RS-25 , парой возвращаемых твердотопливных ракетных ускорителей (SRB) и одноразовым внешним баком (ET), содержащим жидкий водород и жидкий кислород . Космический шаттл был запущен вертикально , как и обычная ракета, с двумя SRB, работающими параллельно с тремя основными двигателями орбитального корабля , которые питались от инопланетян. SRB были сброшены до того, как аппарат достиг орбиты, в то время как основные двигатели продолжали работать, а ET был сброшен после отключения основного двигателя и непосредственно перед выводом на орбиту , в котором использовались два двигателя орбитальной системы маневрирования (OMS). По завершении миссии орбитальный аппарат запустил свою OMS, чтобы уйти с орбиты и снова войти в атмосферу . Орбитальный аппарат был защищен во время входа в атмосферу плитками системы теплозащиты , и он скользил как космический самолет к взлетно-посадочной полосе, обычно к посадочному комплексу шаттлов в KSC, Флорида, или к озеру Роджерс на базе ВВС Эдвардс , Калифорния . Если посадка происходила в Эдвардсе, орбитальный аппарат возвращался в KSC на борту самолета -носителя (SCA), специально модифицированного Боинга 747 .

Первый орбитальный аппарат Enterprise был построен в 1976 году и использовался в испытаниях на подход и посадку (ALT), но не имел орбитальных возможностей. Первоначально были построены четыре полноценных орбитальных аппарата: « Колумбия », « Челленджер» , «Дискавери » и «Атлантис » . Из них два были потеряны в результате аварий: « Челленджер» в 1986 году и « Колумбия » в 2003 году, в результате чего погибло 14 астронавтов. Пятый действующий (и шестой в целом) орбитальный аппарат Endeavour был построен в 1991 году для замены Challenger . Три уцелевших действующих корабля были выведены из эксплуатации после последнего полета « Атлантиса » 21 июля 2011 года. США полагались на российский космический корабль «Союз» для доставки астронавтов на МКС с момента последнего полета шаттла до запуска Crew Dragon Demo-2 . миссия в мае 2020 года.

Дизайн и развитие

Историческая справка

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 в разработке Dyna-Soar и начали обучение шести пилотов в июне 1961 года. Рост затрат на разработку и приоритетность проекта Gemini привели к отмене программы Dyna-Soar в декабре 1963 года. В дополнение к Dyna -Soar, ВВС провели исследование в 1957 году, чтобы проверить возможность использования многоразовых ускорителей. Это стало основой для аэрокосмического самолета , полностью многоразового космического корабля, который так и не был разработан за пределами начальной стадии проектирования в 1962–1963 годах.

Начиная с начала 1950-х годов НАСА и ВВС сотрудничали в разработке подъемных тел для испытаний самолетов, которые в основном создавали подъемную силу за счет фюзеляжа, а не крыльев, и тестировали NASA M2-F1 , Northrop M2-F2 , Northrop M2-F3 , Northrop HL. -10 , Martin Marietta X-24A и Martin Marietta X-24B . В рамках программы проверялись аэродинамические характеристики, которые позже будут включены в конструкцию космического корабля "Шаттл", включая посадку без двигателя с большой высоты и скорости.

Процесс проектирования

24 сентября 1966 года НАСА и ВВС выпустили совместное исследование, в котором был сделан вывод о том, что для удовлетворения их соответствующих будущих потребностей требуется новый автомобиль и что частично многоразовая система будет наиболее экономически эффективным решением. Глава Управления пилотируемых космических полетов НАСА Джордж Мюллер объявил о плане создания многоразового шаттла 10 августа 1968 года. , который позже станет космическим челноком. Вместо заключения контракта на основе первоначальных предложений НАСА объявило о поэтапном подходе к заключению контрактов и разработке космических челноков; Этап A представлял собой запрос на исследования, выполненные конкурирующими аэрокосмическими компаниями, этап B представлял собой соревнование между двумя подрядчиками за конкретный контракт, этап C включал проектирование деталей компонентов космического корабля, а этап D - производство космического корабля.

В декабре 1968 года НАСА создало Целевую группу по космическим шаттлам для определения оптимальной конструкции многоразового космического корабля и заключило контракты на исследования с General Dynamics , Lockheed , McDonnell Douglas и North American Rockwell . В июле 1969 года Целевая группа по космическим шаттлам опубликовала отчет, в котором определялось, что шаттл будет поддерживать краткосрочные пилотируемые миссии и космическую станцию, а также сможет запускать, обслуживать и возвращать спутники. В отчете также было создано три класса будущих многоразовых шаттлов: класс I будет иметь многоразовый орбитальный аппарат, установленный на одноразовых ускорителях, класс II будет использовать несколько одноразовых ракетных двигателей и один топливный бак (полуторная ступень) и класс III. будет иметь как многоразовый орбитальный аппарат, так и многоразовый ускоритель. В сентябре 1969 года Space Task Group под руководством вице-президента Спиро Агнью выпустила доклад, призывающий к разработке космического челнока для вывода людей и грузов на низкую околоземную орбиту (НОО), а также космического буксира для пересадок между орбитами и Луной, а также многоразовый ядерный разгонный блок для путешествий в дальний космос.

После публикации отчета целевой группы по космическим шаттлам многие аэрокосмические инженеры отдали предпочтение полностью многоразовой конструкции класса III из-за предполагаемой экономии затрат на оборудование. Макс Фагет , инженер НАСА, который работал над проектированием капсулы « Меркурий », запатентовал конструкцию двухступенчатой ​​полностью восстанавливаемой системы с орбитальным аппаратом с прямым крылом, установленным на большем ускорителе с прямым крылом. Лаборатория динамики полета ВВС утверждала, что конструкция с прямым крылом не сможет выдерживать высокие термические и аэродинамические нагрузки при входе в атмосферу и не обеспечит требуемую дальность полета. Кроме того, ВВС требовалась большая грузоподъемность, чем позволяла конструкция Faget. В январе 1971 года руководство НАСА и ВВС решило, что многоразовый орбитальный аппарат с треугольным крылом, установленный на одноразовом топливном баке, 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. Военно-воздушные силы рассчитывали использовать космический шаттл для запуска больших спутников и требовали, чтобы он был способен поднимать 29 000 кг (65 000 фунтов) на восточную НОО или 18 000 кг (40 000 фунтов) на полярную орбиту . Конструкции спутников также требовали, чтобы космический шаттл имел отсек для полезной нагрузки размером 4,6 на 18 м (15 на 60 футов). НАСА оценило двигатели F-1 и J-2 от ракет «Сатурн» и определило, что их недостаточно для требований космического корабля «Шаттл»; в июле 1971 года она подписала с Rocketdyne контракт на начало разработки двигателя РС-25 .

НАСА рассмотрело 29 потенциальных проектов космического корабля "Шаттл" и определило, что следует использовать конструкцию с двумя боковыми ускорителями, а ускорители должны быть многоразовыми для снижения затрат. 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 проект «Шаттл», и в марте НАСА приняло окончательное решение по его проекту. В августе того же года НАСА заключило контракт на строительство орбитального аппарата с компанией North American Rockwell, контракт на твердотопливный ускоритель с Morton Thiokol и контракт на постройку внешнего резервуара с Martin Marietta .

Разработка

Спейс шаттл "Колумбия" в стадии строительства
В Колумбии идет укладка керамической плитки

4 июня 1974 года Rockwell начала строительство первого орбитального аппарата OV-101, который позже будет называться Enterprise . « Энтерпрайз » был разработан как испытательный автомобиль и не имел двигателей и теплозащиты. Строительство было завершено 17 сентября 1976 года, и « Энтерпрайз » был переведен на базу ВВС Эдвардс для начала испытаний. Компания Rockwell сконструировала Изделие для испытаний главной силовой установки (MPTA)-098 , которое представляло собой конструкционную ферму, установленную на ET с тремя прикрепленными двигателями RS-25. Он был протестирован в Национальной лаборатории космических технологий (NSTL), чтобы убедиться, что двигатели могут безопасно работать в соответствии с профилем запуска. Компания Rockwell провела испытания на механическую и тепловую нагрузку изделия для испытаний конструкции (STA)-099, чтобы определить влияние аэродинамических и термических нагрузок во время запуска и входа в атмосферу.

Начало разработки главного двигателя космического корабля "Шаттл" RS-25 было отложено на девять месяцев, пока 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 у РС-25 несколько раз отказали сопла, а также сломались лопатки турбины. Несмотря на проблемы во время испытаний, в мае 1978 года НАСА заказало девять двигателей RS-25, необходимых для трех строящихся орбитальных аппаратов.

НАСА столкнулось со значительными задержками в разработке системы тепловой защиты космического корабля "Шаттл" . Предыдущие космические корабли НАСА использовали абляционные тепловые экраны, но их нельзя было использовать повторно. НАСА решило использовать керамическую плитку для теплозащиты, поскольку тогда шаттл можно было построить из легкого алюминия , а плитки можно было заменять по отдельности по мере необходимости. Строительство Колумбии началось 27 марта 1975 года, и она была доставлена ​​​​в KSC 25 марта 1979 года. На момент прибытия в KSC в Колумбии оставалось установить 6000 из 30 000 плиток. Однако многие из плиток, которые были изначально установлены, пришлось заменить, что потребовало двух лет установки, прежде чем Columbia могла летать.

5 января 1979 года НАСА запустило второй орбитальный аппарат. Позже в том же месяце Rockwell начала конвертировать 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 «Индевор» , началось в феврале 1982 года, но НАСА решило ограничить флот шаттлов четырьмя орбитальными аппаратами в 1983 году. После потери « Челленджера » НАСА возобновило производство « Индевора» в сентябре 1987 года.

Тестирование

«Энтерпрайз» освобождается от самолета-носителя шаттла для испытаний на заход на посадку и посадку.
Предприятие во время захода на посадку и посадочных испытаний
Запуск космического корабля "Колумбия" во время первой миссии космического корабля "Шаттл"
Колумбия запускается на STS-1

После того, как он прибыл на авиабазу Эдвардс, « Энтерпрайз » прошел летные испытания с самолетом-перевозчиком «Шаттл » — Боингом 747, который был модифицирован для перевозки орбитального аппарата. В феврале 1977 года « Энтерпрайз » начал испытания на заход на посадку и посадку (ALT) и совершил полеты в плен, где он оставался прикрепленным к самолету-носителю шаттла на время полета. 12 августа 1977 года « Энтерпрайз » провел свои первые испытания на планирование, в ходе которых он отделился от самолета-носителя шаттла и приземлился на авиабазе Эдвардс. После четырех дополнительных полетов 13 марта 1978 года « Энтерпрайз » был переведен в Центр космических полетов им . Маршалла ( MSFC ) . вибрации для имитации нагрузок при запуске. В апреле 1979 года « Энтерпрайз » доставили в КНЦ, где к нему присоединили подвесной бак и твердотопливные ускорители, и пересадили на LC-39 . После установки на стартовую площадку космический шаттл использовался для проверки правильного позиционирования оборудования стартового комплекса. Enterprise был доставлен обратно в Калифорнию в августе 1979 года, а затем участвовал в разработке SLC-6 на авиабазе Ванденберг в 1984 году.

24 ноября 1980 года « Колумбия » была соединена с внешним баком и твердотопливными ускорителями, а 29 декабря была переведена на LC- 39 . - полет космического корабля. 12 апреля 1981 года состоялся первый запуск космического корабля "Шаттл", пилотируемый Джоном Янгом и Робертом Криппеном . Во время двухдневной миссии Янг и Криппен протестировали оборудование на борту шаттла и обнаружили, что несколько керамических плиток отвалились от верхней части « Колумбии » . НАСА согласовало с ВВС использование спутников для съемки нижней части Колумбии и установило, что повреждений нет. Колумбия снова вошла в атмосферу и 14 апреля приземлилась на авиабазе Эдвардс.

НАСА провело три дополнительных испытательных полета с Колумбией в 1981 и 1982 годах. 4 июля 1982 года STS-4 , пилотируемый Кеном Маттингли и Генри Хартсфилдом , приземлился на бетонную взлетно-посадочную полосу на авиабазе Эдвардс. Президент Рональд Рейган и его жена Нэнси встретились с экипажем и произнесли речь. После STS-4 НАСА объявило свою космическую транспортную систему (STS) работающей.

Описание

Space Shuttle был первым действующим орбитальным космическим кораблем, предназначенным для повторного использования . Каждый орбитальный аппарат Space Shuttle был рассчитан на расчетный срок службы в 100 запусков или десять лет эксплуатации, хотя позже он был увеличен. При запуске он состоял из орбитального корабля , в котором находился 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 операции по запуску, посадке и развороту на экваториальных орбитах (единственный профиль орбиты, который фактически использовался в программе). ВВС США на базе ВВС Ванденберг отвечали за запуск, посадку и разворот на полярных орбитах (хотя это никогда не использовалось). Космический центр Джонсона (АО) служил центральным пунктом для всех операций шаттлов, а MSFC отвечал за главные двигатели, внешний бак и твердотопливные ракетные ускорители. Космический центр Джона К. Стенниса занимался испытаниями основного двигателя, а Центр космических полетов имени Годдарда управлял глобальной сетью слежения.

Орбитальный аппарат

Запуск пяти орбитальных кораблей Space Shuttle
Профили запуска шаттлов. Слева направо: Колумбия , Челленджер , Дискавери , Атлантида и Индевор .

Орбитальный аппарат имел элементы конструкции и возможности как ракеты, так и самолета, что позволяло ему запускаться вертикально, а затем приземляться как планер. Его фюзеляж, состоящий из трех частей, обеспечивал поддержку боевого отделения, грузового отсека, полетных поверхностей и двигателей. В задней части орбитального аппарата находились главные двигатели космического корабля (SSME), которые обеспечивали тягу во время запуска, а также система орбитального маневрирования (OMS), которая позволяла орбитальному аппарату достигать, изменять и покидать свою орбиту в космосе. Его двойное треугольное крыло имело длину 18 м (60 футов) и имело стреловидность 81 ° по внутренней передней кромке и 45 ° по внешней передней кромке. Каждое крыло имело внутренний и внешний элевоны для обеспечения управления полетом при входе в атмосферу, а также закрылок, расположенный между крыльями, под двигателями, для управления тангажем . Вертикальный стабилизатор орбитального аппарата был откинут назад на 45° и содержал руль направления , который мог разделяться, чтобы действовать как скоростной тормоз . Вертикальный стабилизатор также содержал двухкомпонентную тормозную парашютную систему для замедления орбитального аппарата после приземления. На орбитальном корабле использовалось убирающееся шасси с носовой опорой и двумя основными опорами шасси, каждая из которых содержала по две шины. Основные стойки шасси содержали по два тормозных узла, а передняя стойка шасси содержала электрогидравлический рулевой механизм.

Экипаж

Экипаж космического корабля менялся в зависимости от миссии. В испытательных полетах участвовало только два участника, командир и пилот, оба были квалифицированными пилотами, которые могли летать и приземляться на орбитальном аппарате. Операции на орбите, такие как эксперименты, развертывание полезной нагрузки и выходы в открытый космос, проводились в основном специалистами миссии, которые были специально обучены для своих предполагаемых миссий и систем. В начале программы Space Shuttle НАСА летало со специалистами по полезной нагрузке, которые обычно были системными специалистами, работавшими на компанию, оплачивающую развертывание или эксплуатацию полезной нагрузки. Последний специалист по полезной нагрузке, Грегори Б. Джарвис , летал на STS-51-L , а будущие непилоты были назначены специалистами миссии. Астронавт летал в качестве бортинженера с экипажем на STS-51-C и STS-51-J , чтобы служить военным представителем полезной нагрузки Национального разведывательного управления . В экипаже шаттла обычно было семь астронавтов, а на STS-61-A - восемь.

Отсек экипажа

Боевой отсек состоял из трех палуб и был герметичным жилым помещением во всех миссиях космического корабля "Шаттл". Кабина экипажа состояла из двух мест для командира и пилота, а также дополнительных двух-четырех мест для членов экипажа. Средняя палуба располагалась под кабиной экипажа, где располагались камбуз и койки для экипажа, а также места для трех или четырех членов экипажа. На средней палубе находился шлюз, который мог поддерживать двух астронавтов при выходе в открытый космос , а также доступ к герметичным исследовательским модулям. Под средней палубой находился отсек для оборудования, в котором хранились системы контроля окружающей среды и управления отходами.

Во время первых четырех миссий «Шаттла» астронавты носили модифицированные высотные скафандры полного давления ВВС США, которые включали в себя шлем полного давления во время подъема и спуска. С пятого полета, STS-5 , и до потери Challenger , экипаж носил цельные светло-голубые летные костюмы из номекса и шлемы частичного давления. После катастрофы « Челленджера » члены экипажа были одеты в костюм Launch Entry Suit (LES), версию высотных скафандров с парциальным давлением и шлемом. В 1994 году LES был заменен усовершенствованным спасательным костюмом полного давления ( ACES), который повысил безопасность космонавтов в аварийной ситуации. Изначально у Columbia были модифицированные кресла с нулевым катапультированием SR-71 , установленные для ALT и первых четырех миссий, но они были отключены после STS-4 и удалены после STS-9 .

Вид из кабины Атлантиды на орбите
«Атлантис » был первым шаттлом, совершившим полет со стеклянной кабиной на STS-101 .

Полетная палуба была верхним уровнем боевого отделения и содержала органы управления полетом орбитального аппарата. Командир сидел на переднем левом сиденье, а летчик - на переднем правом, с двумя-четырьмя дополнительными местами, созданными для дополнительных членов экипажа. Приборные панели содержали более 2100 дисплеев и органов управления, а командир и пилот были оснащены проекционным дисплеем (HUD) и ручным контроллером вращения (RHC) для подвеса двигателей во время полета с двигателем и управления орбитальным аппаратом во время полета без двигателя. Оба сиденья также имели органы управления рулем направления, чтобы обеспечить движение руля направления в полете и управление носовым колесом на земле. Орбитальные аппараты изначально были оснащены многофункциональной системой отображения на электронно-лучевой трубке ( MCDS ) для отображения и управления информацией о полете. MCDS отображала полетную информацию на местах командира и пилота, а также на кормовом месте, а также контролировала данные на ИЛС. В 1998 году Atlantis был модернизирован с помощью многофункциональной электронной системы отображения (MEDS), которая представляла собой модернизацию стеклянной кабины пилотажных приборов, заменившую восемь блоков отображения MCDS 11 многофункциональными цветными цифровыми экранами. МЭДС впервые поднялся в воздух в мае 2000 года на STS-98 , и другие орбитальные аппараты были модернизированы до него. В кормовой части кабины экипажа были окна, выходящие в отсек полезной нагрузки, а также правый руль для управления системой дистанционного манипулятора во время грузовых операций. Кроме того, в кормовой кабине экипажа были мониторы для замкнутого телевидения для просмотра грузового отсека.

На средней палубе находились склад для снаряжения экипажа, спальная зона, камбуз, медицинское оборудование и пункты гигиены для экипажа. Экипаж использовал модульные рундуки для хранения оборудования, которое можно было масштабировать в зависимости от своих потребностей, а также стационарно установленные напольные отсеки. На средней палубе был люк по левому борту, который экипаж использовал для входа и выхода на Земле.

шлюз

Кроме того, каждый орбитальный аппарат изначально был оборудован внутренним шлюзом в средней части палубы. Внутренний шлюз был установлен в качестве внешнего шлюза в грузовом отсеке на кораблях Discovery , Atlantis и Endeavour для улучшения стыковки с " Миром " и МКС , а также системой стыковки орбитального корабля . Модуль шлюза может быть установлен в среднем отсеке или соединен с ним, но в отсеке полезной нагрузки. Имея внутренний цилиндрический объем диаметром 1,60 м (5 футов 3 дюйма) и длиной 2,11 м (6 футов 11 дюймов), он может вместить двух космонавтов в костюмах. Он имеет два люка в форме буквы D длиной 1,02 м (40 дюймов) и шириной 0,91 м (36 дюймов).

Системы полета

Орбитальный аппарат был оснащен системой авионики для предоставления информации и управления во время полета в атмосфере. Комплект авионики состоял из трех микроволновых систем посадки со сканирующим лучом , трех гироскопов , трех TACAN , трех акселерометров , двух радиолокационных высотомеров , двух барометрических высотомеров , трех авиагоризонтов, двух индикаторов Маха и двух транспондеров режима C. Во время входа в атмосферу экипаж развернул два зонда с воздушными данными , когда они двигались со скоростью менее 5 Маха. 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 на орбите. Звездные трекеры развертываются на орбите и могут автоматически или вручную выравниваться по звезде. В 1991 году НАСА начало модернизацию инерциальных измерительных блоков с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС), которая давала более точную информацию о местоположении. В 1993 году НАСА впервые запустило приемник GPS на борту STS-51 . В 1997 году Honeywell начала разработку интегрированной системы GPS/INS для замены систем IMU, INS и TACAN, которые впервые поднялись в воздух 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 трансиверами с фазовой модуляцией и могли передавать и принимать информацию. Два других радиоприемника S-диапазона были передатчиками с частотной модуляцией и использовались для передачи данных в НАСА. Поскольку радиостанции S-диапазона могут работать только в пределах их прямой видимости , НАСА использовало спутниковую систему слежения и ретрансляции данных и наземные станции сети слежения и сбора данных космического корабля для связи с орбитальным аппаратом на всей его орбите. Кроме того, орбитальный аппарат развернул из грузового отсека широкополосную радиостанцию ​​​​U -  диапазона , которую также можно было использовать в качестве радара сближения. Орбитальный аппарат также был оснащен двумя УКВ- радиостанциями для связи с авиадиспетчерской службой и космонавтами, проводящими выход в открытый космос.

Два компьютера, используемые на орбитальном аппарате
Компьютеры общего назначения АП-101С (слева) и АП-101Б

Электронная система управления космическим шаттлом полностью зависела от его главного компьютера, системы обработки данных (DPS). DPS управлял органами управления полетом и двигателями орбитального корабля, а также ET и SRB во время запуска. DPS состоял из пяти компьютеров общего назначения (GPC), двух блоков памяти на магнитной ленте (MMU) и связанных датчиков для контроля компонентов космического корабля "Шаттл". Первоначальным GPC был IBM AP-101B , в котором использовались отдельный центральный процессор (CPU) и процессор ввода-вывода (IOP), а также энергонезависимая твердотельная память . С 1991 по 1993 год орбитальные аппараты были модернизированы до AP-101S, что улучшило память и возможности обработки, а также уменьшило объем и вес компьютеров за счет объединения ЦП и IOP в единое целое. 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 подъема, маневрирования, входа в атмосферу и посадки четыре GPC PASS работали одинаково, обеспечивая четырехкратное резервирование и проверяя свои результаты на ошибки. В случае программной ошибки, которая могла привести к ошибочным отчетам от четырех GPC PASS, пятый GPC запускал резервную систему полета, которая использовала другую программу и могла управлять космическим шаттлом во время подъема, орбиты и входа в атмосферу, но не могла поддерживать вся миссия. Пять GPC были разделены на три отдельных отсека на средней палубе, чтобы обеспечить резервирование в случае отказа охлаждающего вентилятора. После выхода на орбиту экипаж переключал некоторые функции GPC с наведения, навигации и управления (GNC) на управление системами (SM) и полезную нагрузку (PL) для поддержки оперативной миссии. Космический шаттл не запускался, если его полет проходил с декабря по январь, поскольку его полетное программное обеспечение требовало сброса компьютеров орбитального корабля при смене года. В 2007 году инженеры НАСА разработали решение, позволяющее полетам шаттлов пересекать границу конца года.

Миссии космических шаттлов обычно приносили с собой портативный компьютер общей поддержки (PGSC), который мог интегрироваться с компьютерами и комплектом связи орбитального корабля, а также отслеживать 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 полезной нагрузки.
Стори Масгрейв присоединился к RMS, обслуживающей космический телескоп Хаббл во время STS-61 .

Отсек полезной нагрузки составлял большую часть фюзеляжа орбитального корабля и обеспечивал 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 вмещать цилиндрические полезные грузы диаметром до 4,6 м (15 футов). Две двери отсека полезной нагрузки крепились на петлях по обеим сторонам отсека и обеспечивали относительно воздухонепроницаемое уплотнение для защиты полезной нагрузки от нагрева во время запуска и входа в атмосферу. Полезная нагрузка крепилась в отсеке для полезной нагрузки к точкам крепления на лонжеронах . Двери отсека полезной нагрузки выполняли дополнительную функцию радиаторов тепла орбитального корабля и открывались при выходе на орбиту для отвода тепла.

Орбитальный аппарат можно было использовать в сочетании с различными дополнительными компонентами в зависимости от миссии. Сюда входили орбитальные лаборатории, ускорители для запуска полезной нагрузки дальше в космос, система удаленного манипулятора (RMS) и, возможно, поддон EDO для увеличения продолжительности миссии. Чтобы ограничить расход топлива, когда орбитальный аппарат был пристыкован к МКС, была разработана система передачи энергии от станции к шаттлу (SSPTS) для преобразования и передачи мощности станции на орбитальный аппарат. SSPTS был впервые использован на STS-118, и был установлен на Discovery и Endeavor .

Система удаленного манипулятора

Система удаленного манипулятора (RMS), также известная как Canadarm, представляла собой механическую руку, прикрепленную к грузовому отсеку. Его можно было бы использовать для захвата полезных грузов и управления ими, а также в качестве мобильной платформы для астронавтов, проводящих выход в открытый космос. RMS был построен канадской компанией Spar Aerospace , и им управлял астронавт в кабине экипажа орбитального корабля с помощью окон и замкнутого телевидения. RMS допускал шесть степеней свободы и имел шесть шарниров, расположенных в трех точках вдоль руки. Первоначальная RMS могла развертывать или извлекать полезную нагрузку до 29 000 кг (65 000 фунтов), которая позже была увеличена до 270 000 кг (586 000 фунтов).

Спейслэб

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

Модуль Spacelab представлял собой герметичную лабораторию, финансируемую европейцами, которая размещалась в отсеке полезной нагрузки и позволяла проводить научные исследования на орбите. Модуль Spacelab содержал два сегмента по 2,7 м (9 футов), которые были установлены в задней части отсека полезной нагрузки для сохранения 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, которые обеспечивали хранение как экспериментов, так и компьютерного и энергетического оборудования. В течение 1999 года оборудование Spacelab участвовало в 28 миссиях и изучало такие предметы, как астрономия, микрогравитация, радар и науки о жизни. Аппаратное обеспечение Spacelab также поддерживало такие миссии, как обслуживание космического телескопа Хаббла (HST) и пополнение запасов космической станции. Модуль Spacelab был испытан на STS-2 и STS-3, а первая полноценная 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 треугольной схеме. Сопла двигателя могли поворачиваться на ±10,5° по тангажу и ±8,5° по рысканию во время подъема, чтобы изменять направление своей тяги для управления шаттлом. Многоразовые двигатели из титанового сплава не зависели от орбитального корабля и должны были сниматься и заменяться между полетами. RS-25 представляет собой криогенный двигатель с ступенчатым циклом сгорания, который использует жидкий кислород и водород и имеет более высокое давление в камере, чем любая предыдущая ракета на жидком топливе. 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 трубопроводами, по которым проходит жидкий водород, и термически защищено изолирующим и абляционным материалом.

Двигатели РС-25 претерпели ряд усовершенствований, направленных на повышение надежности и мощности. В ходе программы разработки Rocketdyne определила, что двигатель способен к безопасной надежной работе при тяге 104% от первоначально заданной. Чтобы значения тяги двигателя соответствовали предыдущей документации и программному обеспечению, НАСА сохранило первоначально указанную тягу на уровне 100%, но заставило RS-25 работать с более высокой тягой. Версии модернизации RS-25 обозначались как Block I и Block II. Уровень тяги 109% был достигнут с двигателями Block II в 2001 году, что снизило давление в камере до 207,5 бар (3010 фунтов на квадратный дюйм), поскольку у него была большая площадь горловины . Обычный максимальный дроссель составлял 104 процента, при этом 106 или 109 процентов использовались для прерывания миссии.

Система орбитального маневрирования

Система орбитального маневрирования (OMS) состояла из двух двигателей AJ10-190 , установленных в кормовой части , и связанных с ними топливных баков. В двигателях AJ10 использовался монометилгидразин (MMH), окисленный четырехокисью азота (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 основного двигателя (MECO) для вывода на орбиту. На протяжении всего полета они использовались для изменения орбиты, а также для спуска с орбиты перед входом в атмосферу. Каждый двигатель OMS создавал тягу 27 080 Н (6 087 фунтов силы), а вся система могла обеспечивать изменение скорости на 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), теплопоглощающего защитного слоя вокруг орбитального аппарата. В отличие от предыдущих космических кораблей США, в которых использовались абляционные теплозащитные экраны, для повторного использования орбитального аппарата требовался многоцелевой теплозащитный экран. Во время входа в атмосферу TPS испытывал температуру до 1600 ° C (3000 ° F), но должен был поддерживать температуру алюминиевой обшивки орбитального 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 армированной углеродно-углеродной плиткой (RCC). Более толстые плитки из железобетона были разработаны и установлены в 1998 году для предотвращения повреждений от микрометеоритов и орбитального мусора , и были усовершенствованы после повреждений железобетонных плит, вызванных катастрофой в Колумбии . Начиная с STS-114 , орбитальные аппараты были оснащены системой обнаружения столкновения с передней кромкой крыла, чтобы предупредить экипаж о любых потенциальных повреждениях. Вся нижняя сторона орбитального корабля, а также другие наиболее горячие поверхности были защищены высокотемпературной поверхностной изоляцией многоразового использования. Области верхних частей орбитального корабля были покрыты белой низкотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией, которая обеспечивала защиту от температур ниже 650 ° C (1200 ° F). Двери отсека полезной нагрузки и части верхних поверхностей крыла были покрыты войлочной изоляцией многоразового использования, поскольку температура там оставалась ниже 370 ° C (700 ° F).

Внешний бак

Инопланетянин с STS-115 после отделения от орбитального корабля. След подпалины возле передней части бака от двигателей сепарации SRB.

Внешний бак космического корабля (ET) нес топливо для главных двигателей космического корабля и соединял орбитальный корабль с твердотопливными ускорителями. ET был 47 м (153,8 фута) в высоту и 8,4 м (27,6 фута) в диаметре и содержал отдельные резервуары для жидкого кислорода и жидкого водорода. Резервуар с жидким кислородом располагался в носовой части ET и имел высоту 15 м (49,3 фута). Резервуар с жидким водородом составлял основную часть ET и имел высоту 29 м (96,7 фута). Орбитальный аппарат был прикреплен к ET на двух шлангокабелях, которые содержали пять топливных и два электрических шлангокабеля, а также передние и задние структурные крепления. Внешний вид ET был покрыт оранжевой пеной, чтобы он мог выдержать жару подъема.

Инопланетянин снабжал топливом главные двигатели космического корабля "Шаттл" с момента старта до отключения главного двигателя. ET отделился от орбитального корабля через 18 секунд после выключения двигателя и мог запускаться автоматически или вручную. Во время отделения орбитальный аппарат убрал свои пуповины, а пуповины были запечатаны, чтобы предотвратить попадание избыточного топлива в орбитальный аппарат. После того, как болты, прикрепленные к креплениям конструкции, были срезаны, инопланетянин отделился от орбитального корабля. Во время разделения газообразный кислород был выпущен из носа, чтобы заставить инопланетянин перевернуться, гарантируя, что он разрушится при входе в атмосферу. Инопланетянин был единственным основным компонентом системы космического корабля "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 краской для защиты от повреждений от ультрафиолетового излучения. Дальнейшие исследования показали, что сама оранжевая пена была достаточно защищена, а ET больше не был покрыт латексной краской, начиная с STS-3. Легкий танк (LWT) впервые поднялся в воздух на STS-6, что уменьшило вес танка на 4700 кг (10 300 фунтов). Вес LWT был уменьшен за счет удаления компонентов из водородного бака и уменьшения толщины некоторых панелей обшивки. В 1998 году на STS-91 впервые поднялся в воздух сверхлегкий ET (SLWT) . 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 МКС с большим наклонением.

Твердотопливные ракетные ускорители

Два твердотопливных ракетных ускорителя, не прикрепленных к внешнему баку или орбитальному аппарату.
Два SRB на мобильной пусковой платформе перед стыковкой с ET и орбитальным аппаратом.

Твердотопливные ускорители (SRB) обеспечивали 71,4% тяги космического корабля "Шаттл" во время взлета и подъема и были самыми большими твердотопливными двигателями, когда- либо использовавшимися. 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 примерно 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, которые составляли четыре основных сегмента. В носовом обтекателе размещались двигатели переднего отделения и парашютные системы, которые использовались во время подъема. Сопла ракеты могли поворачиваться на угол до 8 °, что позволяло регулировать их в полете.

Каждый ракетный двигатель был заполнен в общей сложности 500 000 кг (1 106 640 фунтов) твердого ракетного топлива ( APCP + PBAN ) и соединен в Цехе сборки 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 Т-5 минут, и их можно было электрически зажечь только после того, как двигатели РС-25 загорелись и были без проблем. Каждый из них обеспечивал тягу 12 500 кН (2 800 000 фунтов силы), которая позже была увеличена до 13 300 кН (3 000 000 фунтов силы), начиная с STS-8 . После израсходования топлива SRB были сброшены примерно через две минуты после запуска на высоте примерно 46 км (150 000 футов). После разделения они раскрыли тормозные и основные парашюты, приземлились в океане и были найдены экипажами на борту кораблей MV Freedom Star и MV Liberty Star . После того, как их вернули на мыс Канаверал, их почистили и разобрали. Затем ракетный двигатель, воспламенитель и сопло были отправлены в Тиокол ​​для ремонта и повторного использования в последующих полетах.

За время существования программы SRB претерпели несколько изменений. В STS-6 и STS-7 использовались SRB, которые были на 2300 кг (5000 фунтов) легче, чем корпуса стандартного веса, из-за стенок, которые были на 0,10 мм (0,004 дюйма) тоньше, но были определены как слишком тонкие. В последующих полетах до STS-26 использовались гильзы, которые были на 0,076 мм (0,003 дюйма) тоньше, чем гильзы стандартного веса, что позволило сэкономить 1800 кг (4000 фунтов). После катастрофы с Challenger в результате отказа 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 ускорителем.
MV Freedom Star буксирует отработанный SRB на базу ВВС на мысе Канаверал.

Операции космического корабля "Шаттл" поддерживались транспортными средствами и инфраструктурой, которые облегчали его транспортировку, строительство и доступ экипажа. Гусеничные транспортеры доставили MLP и Space Shuttle из VAB на стартовую площадку. Самолет -носитель Shuttle Carrier Aircraft (SCA) представлял собой два модифицированных Боинга 747 , которые могли нести орбитальный аппарат на своей спине. Оригинальный SCA (N905NA) впервые поднялся в воздух 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. для перевозки Endeavour с завода в KSC. После вывода из эксплуатации космического корабля "Шаттл" N905NA был выставлен на обозрение в АО, а N911NA был выставлен на обозрение в парке Joe Davis Heritage Airpark в Палмдейле, Калифорния . Транспортное средство для экипажа (CTV) представляло собой модифицированный реактивный мостик в аэропорту , который использовался, чтобы помочь астронавтам покинуть орбитальный аппарат после приземления, где они должны были пройти медицинские осмотры после миссии. « Астрован» доставил космонавтов из помещений экипажа в оперативно-кассовом корпусе на стартовую площадку в день старта. Железная дорога НАСА состояла из трех локомотивов, которые перевозили сегменты SRB от железной дороги Восточного побережья Флориды в Титусвилле до KSC.

Профиль миссии

Подготовка к запуску

Спейс Шаттл движется к стартовому комплексу на гусеничном транспортере
Гусеничный транспортер с Atlantis на рампе LC-39A для STS-117 .

Спейс Шаттл готовился к запуску прежде всего в ВАБ на КНЦ. SRB были собраны и прикреплены к внешнему баку на MLP. Орбитальный аппарат был подготовлен на Центре обработки орбитальных аппаратов (OPF) и передан в VAB, где с помощью крана его повернули в вертикальное положение и стыковали с внешним баком. После того, как весь стек был собран, MLP был доставлен на 5,6 км (3,5 мили) к стартовому комплексу 39 на одном из гусеничных транспортеров . После того, как космический шаттл прибудет на одну из двух стартовых площадок, он подключится к стационарной и вращающейся служебным структурам, которые обеспечивают возможности обслуживания, размещения полезной нагрузки и перевозки экипажа. Экипаж был доставлен на стартовую площадку в Т-3 часа и вошел в орбитальный корабль, который был закрыт в Т-2 часа. Жидкий кислород и водород загружались во внешний бак через шлангокабели, прикрепленные к орбитальному аппарату, что началось в Т-5 часов 35 минут. В Т-3 часа 45 минут было завершено быстрое заполнение водородом, а через 15 минут - заполнение кислородного бака. Оба бака медленно заполнялись до запуска по мере испарения кислорода и водорода.

Критерии фиксации запуска учитывали осадки, температуру, облачность, прогноз молний, ​​ветер и влажность. Космический шаттл не запускался в условиях, когда в него могла попасть молния , поскольку его выхлопной шлейф мог вызвать молнию, обеспечив путь тока к земле после запуска, что произошло на Аполлоне-12 . Правило наковальни НАСА для запуска шаттла гласило, что облако наковальни не может появиться на расстоянии 19  км (10 морских миль). Метеоролог запуска шаттла следил за условиями до тех пор, пока не было объявлено окончательное решение отменить запуск. Помимо погодных условий на стартовой площадке, условия должны были быть приемлемыми на одной из трансатлантических площадок прерывания посадки и в зоне восстановления SRB.

Запуск

Главные двигатели космического корабля "Шаттл" загораются перед стартом
Зажигание РС-25
Отделение SRB во время подъема космического корабля "Шаттл" во время STS-1
Отделение твердотопливного ракетного ускорителя (СРБ) во время СТС-1

Экипаж миссии и персонал Центра управления запуском (LCC) завершили проверки систем на протяжении всего обратного отсчета. Две встроенные задержки на Т-20 минут и Т-9 минут предусматривали запланированные перерывы для решения любых проблем и дополнительной подготовки. После встроенной задержки в Т-9 минут обратный отсчет автоматически контролировался секвенсором наземного запуска (GLS) в LCC, который останавливал обратный отсчет, если обнаруживал критическую проблему с любой из бортовых систем космического корабля "Шаттл". В Т-3 минуты 45 секунд двигатели начали проводить карданные испытания, которые завершились в Т-2 минуты 15 секунд. Система обработки наземного запуска передала управление GPC орбитального корабля в T-31 секунды. В T−16 секунд GPC активировали SRB, система шумоподавления (SPS) начала заливать траншеи MLP и SRB 1 100 000 л (300 000 галлонов США) воды, чтобы защитить орбитальный аппарат от повреждений акустической энергией и выхлопом ракеты . отраженный от желоба пламени и MLP во время старта. В момент Т-10 секунд под каждым раструбом двигателя активировались водородные воспламенители, чтобы подавить застойный газ внутри конусов перед воспламенением. 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 бака с водородом были открыты в момент времени T−9,5 секунды для подготовки к запуску двигателя.

Начиная с T−6,6 секунды, основные двигатели запускались последовательно с интервалом в 120 миллисекунд. Все три двигателя RS-25 должны были достичь номинальной тяги 90% за T−3 секунды, иначе GPC инициировали бы прерывание RSLS . Если все три двигателя показывали номинальные характеристики через T-3 секунды, им давалась команда перевести подвес в стартовую конфигурацию, и в момент времени T-0 выдавалась команда на активацию SRB для запуска. Между T-6,6 секунды и T-3 секунды, когда двигатели RS-25 работали, но SRB все еще были прикреплены болтами к площадке, смещенная тяга заставляла космический челнок тангаж вниз на 650 мм (25,5 дюйма), измеренный на конце. внешнего бака; 3-секундная задержка позволила стеку вернуться почти в вертикальное положение до зажигания SRB. Это движение получило прозвище «гнусавость». В момент Т-0 восемь ломких гаек , удерживающих SRB на подушке, были взорваны, последние шлангокабели были отсоединены, SSME получили команду на дросселирование на 100%, и SRB загорелись. К T + 0,23 секунды SRB набрали достаточную тягу для начала взлета и достигли максимального давления в камере к T + 0,6 секунды. В Т−0 АО « Центр управления полетами» принял на себя управление полетом от ЦУП.

В Т + 4 секунды, когда космический шаттл достиг высоты 22 метра (73 фута), двигатели РС-25 были дросселированы до 104,5%. Приблизительно через T + 7 секунд космический шаттл перевернулся в положение головой вниз на высоте 110 метров (350 футов), что уменьшило аэродинамическую нагрузку и обеспечило улучшенную связь и навигационную ориентацию. Примерно через 20–30 секунд после подъема и на высоте 2700 метров (9000 футов) двигатели RS-25 были дросселированы до 65–72%, чтобы уменьшить максимальные аэродинамические силы при Max Q . Кроме того, форма топлива SRB была разработана таким образом, чтобы вызывать снижение тяги во время Max Q. GPC могли динамически управлять дроссельной заслонкой двигателей RS-25 в зависимости от характеристик SRB.

Примерно при T + 123 секунды и на высоте 46 000 метров (150 000 футов) пиротехнические крепления выпустили SRB, которые достигли апогея 67 000 метров (220 000 футов) перед тем, как прыгнуть с парашютом в Атлантический океан . «Шаттл» продолжил подъем, используя только двигатели РС-25. В более ранних миссиях космический шаттл оставался в положении «головой вниз», чтобы поддерживать связь со станцией слежения на Бермудских островах , но более поздние миссии, начиная с STS-87 , перешли в положение «голова вверх» в Т+6 минут для связи с космическим кораблем. группировка спутников слежения и ретрансляции данных . Двигатели RS-25 были дросселированы при Т + 7 минут 30 секунд, чтобы ограничить ускорение автомобиля до 3g . За 6 с до выключения маршевых двигателей (MECO), которое произошло в Т+8 мин 30 с, двигатели РС-25 были загазованы до 67%. GPC контролировали разделение инопланетян и сбрасывали оставшийся жидкий кислород и водород, чтобы предотвратить дегазацию на орбите. Инопланетянин продолжил движение по баллистической траектории и разбился при входе в атмосферу, при этом несколько мелких осколков приземлились в Индийском или Тихом океане.

В ранних миссиях для выхода на орбиту использовались два запуска OMS; первая стрельба подняла апогей, а вторая закруглила орбиту. Миссии после STS-38 использовали двигатели РС-25 для достижения оптимального апогея и использовали двигатели OMS для циркулярной орбиты. Высота и наклонение орбиты зависели от миссии, а орбиты космического корабля "Шаттл" варьировались от 220 км (120 миль) до 620 км (335 миль).

На орбите

Космический корабль "Индевор" пристыковался к Международной космической станции.
Endeavour пристыковался к МКС во время миссии STS-134.

Тип миссии, на которую был назначен космический шаттл, определял тип орбиты, на которую он вышел. Первоначальный проект многоразового космического корабля "Шаттл" предусматривал все более дешевую платформу для запуска коммерческих и государственных спутников. Ранние миссии обычно перегоняли спутники, что определяло тип орбиты, на которую выходил орбитальный аппарат. После катастрофы « Челленджера » многие коммерческие полезные нагрузки были перемещены на одноразовые коммерческие ракеты, 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 , орбитальный корабль осуществил стыковку с космической станцией "Мир" . В последнее десятилетие своего существования космический шаттл использовался для строительства Международной космической станции . Большинство миссий включало пребывание на орбите от нескольких дней до двух недель, хотя более длительные миссии были возможны с поддоном орбитального аппарата увеличенной продолжительности . 17-дневная 15-часовая миссия STS-80 была самой продолжительной миссией космического корабля "Шаттл".

Повторный вход и посадка

Вид командира и пилота при входе в атмосферу STS-42
Вид из кабины экипажа Discovery во время повторного входа STS-42
Discovery развернул парашют, чтобы замедлить себя после приземления
Discovery раскрывает тормозной парашют после приземления на STS-124.

Примерно за четыре часа до ухода с орбиты экипаж начал подготовку орбитального корабля к входу в атмосферу, закрыв двери полезной нагрузки, излучая избыточное тепло и убирая антенну диапазона Ku. Орбитальный аппарат маневрировал в перевернутом положении хвостом вперед и начал 2–4-минутное горение OMS примерно за 20 минут до повторного входа в атмосферу. Орбитальный аппарат переориентировался в положение носом вперед с углом атаки 40 °, а форсунки системы управления прямой реакцией (RCS) были опорожнены 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 заданному плану угла атаки, чтобы предотвратить небезопасный нагрев ТЭЦ. Во время входа в атмосферу скорость орбитального аппарата регулировалась путем изменения величины создаваемого сопротивления, которое контролировалось с помощью угла атаки, а также угла крена. Последний можно было использовать для управления лобовым сопротивлением без изменения угла атаки. Для контроля азимута при крене была выполнена серия реверсов по крену. Задние реактивные двигатели RCS орбитального корабля были отключены, поскольку его элероны, рули высоты и руль направления стали работать в нижних слоях атмосферы. На высоте 46 км (150 000 футов) орбитальный аппарат включил тормоз скорости на вертикальном стабилизаторе. За 8 минут 44 секунды до приземления экипаж развернул датчики воздушных данных и начал снижать угол атаки до 36°. Максимальное качество планирования / аэродинамическое качество орбитального корабля значительно варьировались в зависимости от скорости: от 1,3 на гиперзвуковых скоростях до 4,9 на дозвуковых скоростях. Орбитальный аппарат подлетел к одному из двух конусов выравнивания курса, расположенных в 48 км (30 миль) от каждого конца осевой линии взлетно-посадочной полосы, где он сделал последние повороты, чтобы рассеять избыточную энергию перед подходом и приземлением. Как только орбитальный аппарат двигался в дозвуковом режиме, экипаж взял на себя ручное управление полетом.

Фаза захода на посадку и посадки началась, когда орбитальный аппарат находился на высоте 3000 м (10 000 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 футов / с). Скоростной тормоз использовался для поддержания постоянной скорости, и экипаж начал предварительный маневр до глиссады -1,5 ° на высоте 610 м (2000 футов). Шасси было выпущено 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 ракеты снизил скорость снижения орбитального корабля 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 развернул тормозной парашют из вертикального стабилизатора и начал торможение колес, когда орбитальный аппарат двигался со скоростью менее 72 м / с (140 узлов). После остановки колес орбитального корабля экипаж отключил компоненты полета и приготовился к выходу.

Посадочные площадки

Основным местом посадки космических челноков был посадочный комплекс шаттлов в KSC, где произошло 78 из 133 успешных посадок. В случае неблагоприятных условий посадки «Шаттл» мог отложить посадку или приземлиться в другом месте. Основной альтернативой была авиабаза Эдвардс, которая использовалась для 54 посадок. STS-3 приземлился в космической гавани Уайт-Сэндс в Нью-Мексико и потребовал обширной последующей обработки после воздействия богатого гипсом песка, часть которого была обнаружена в обломках Колумбии после STS-107 . Посадки на запасных аэродромах потребовали, 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 должны были использоваться в различных сценариях прерывания полета, 58 из которых находились в других странах. Места посадки были выбраны с учетом 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 радиостанции УВЧ, международные сайты, имеющие только радиостанции УКВ, не могли напрямую общаться с экипажем. Объекты на восточном побережье США были запланированы для аварийной посадки на восточном побережье, а несколько площадок в Европе и Африке были запланированы на случай трансокеанской аварийной посадки. Объекты были подготовлены с оборудованием и персоналом на случай аварийной посадки шаттла, но так и не использовались.

Постпосадочная обработка

Космический корабль "Дискавери" на взлетно-посадочной полосе, пока наземные бригады работают над выводом экипажа из орбитального аппарата.
«Дискавери » готовят после приземления к высадке экипажа

После приземления наземные бригады подошли к орбитальному аппарату для проверки безопасности. Команды в автономных дыхательных аппаратах проверили наличие водорода , гидразина , монометилгидразина, четырехокиси азота и аммиака , чтобы убедиться, что зона приземления безопасна. Были подключены линии кондиционирования воздуха и фреона для охлаждения экипажа и оборудования и отвода избыточного тепла при входе в атмосферу. Летный хирург поднялся на борт орбитального корабля и провел медицинский осмотр экипажа перед высадкой. После того, как орбитальный аппарат был закреплен, его отбуксировали на ОБТК для осмотра, ремонта и подготовки к следующей миссии.

Программа "Спейс шаттл"

Космический челнок летал с 12 апреля 1981 г. по 21 июля 2011 г. В рамках программы шаттл совершил 135 миссий, из которых 133 благополучно вернулись. На протяжении всего своего существования космический корабль "Шаттл" использовался для проведения научных исследований, развертывания коммерческих, военных и научных полезных грузов, а также участвовал в строительстве и эксплуатации "Мира" и МКС. За время своего существования космический шаттл был единственным американским транспортным средством для запуска астронавтов, замены которому не было до запуска Crew Dragon Demo-2 30 мая 2020 года.

Бюджет

Общий бюджет программы Space Shuttle НАСА оценивается в 221 миллиард долларов (в долларах 2012 года). Разработчики Space Shuttle выступали за повторное использование как меру экономии, что привело к увеличению затрат на разработку при предполагаемой более низкой стоимости запуска. Во время проектирования космического корабля "Шаттл" предложения Фазы B были не такими дешевыми, как указывали первоначальные оценки Фазы A; Менеджер программы Space Shuttle Роберт Томпсон признал, что снижение стоимости фунта не было основной целью дальнейших этапов проектирования, поскольку другие технические требования не могли быть удовлетворены при снижении затрат. По оценкам разработчиков, сделанным в 1972 году, стоимость полезной нагрузки на фунт составляла всего 1109 долларов (в 2012 году) за фунт, но фактическая стоимость полезной нагрузки, не включая затраты на исследования и разработки космического корабля "Шаттл", составляла 37 207 долларов (в 2012 году). ) за фунт. Затраты на запуск варьировались в рамках программы и зависели от частоты 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) за полет, которая была основана на прогнозе 24 полетов в год в течение десятилетия. Стоимость запуска с 1995 по 2002 год, когда орбитальные аппараты и МКС не строились и не проводились восстановительные работы после потери экипажа, составила 806 миллионов долларов. В 1999 году НАСА опубликовало исследование, в котором сделан вывод о том, что затраты составили 576 миллионов долларов (в 2012 году) при семи запусках в год. В 2009 году НАСА определило, что стоимость добавления одного запуска в год составила 252 миллиона долларов (в 2012 году), что указывало на то, что большая часть расходов по программе Space Shuttle приходится на круглогодичный персонал и операции, которые продолжались независимо от скорости запуска. С учетом всего бюджета программы Space Shuttle стоимость 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» . Катастрофа была вызвана низкотемпературным повреждением уплотнительного кольца, критически важного уплотнения, используемого между сегментами корпуса SRB. Выход из строя уплотнительного кольца позволил горячим газам сгорания выйти из-под секций ускорителя и прожечь соседний ET, что привело к череде катастрофических событий, в результате которых орбитальный аппарат разрушился. Менеджеры НАСА проигнорировали неоднократные предупреждения инженеров-конструкторов, выражающих озабоченность по поводу отсутствия доказательств безопасности уплотнительных колец при температуре ниже 53 ° F (12 ° C).

1 февраля 2003 г. « Колумбия » распалась при входе в атмосферу, в результате чего погибли все семь членов экипажа STS-107 из-за повреждения углерод-углеродной передней кромки крыла, нанесенного во время запуска. Инженеры наземного управления сделали три отдельных запроса на изображения с высоким разрешением, сделанные Министерством обороны, которые позволили бы понять степень ущерба, в то время как главный инженер НАСА по TPS запросил, чтобы астронавтам на борту Колумбии было разрешено покинуть корабль, чтобы осмотрите повреждения. Менеджеры НАСА вмешались, чтобы остановить визуализацию орбитального аппарата Министерством обороны, и отклонили запрос на выход в открытый космос, и, таким образом, руководство НАСА в то время не рассматривало осуществимость сценариев ремонта или спасения астронавтов с помощью Atlantis .

Критика

Частичное повторное использование космического корабля "Шаттл" было одним из основных требований к конструкции во время его первоначальной разработки. Технические решения, которые диктовали возвращение и повторное использование орбитального аппарата, уменьшили возможности полезной нагрузки при запуске. Первоначальное намерение состояло в том, чтобы компенсировать эту более низкую полезную нагрузку за счет снижения затрат на запуск и высокой частоты запусков. Однако фактические затраты на запуск космического корабля "Шаттл" были выше, чем предполагалось изначально, и космический шаттл не выполнял намеченных 24 миссий в год, как первоначально прогнозировалось НАСА.

Первоначально космический шаттл предназначался для запуска спутников, для которых он в основном использовался в миссиях до катастрофы « Челленджера ». Цены НАСА, которые были ниже себестоимости, были ниже, чем у одноразовых ракет-носителей; Намерение состояло в том, чтобы большой объем полетов космических шаттлов компенсировал ранние финансовые потери. Усовершенствование одноразовых ракет-носителей и отказ от коммерческих полезных нагрузок на космических челноках привели к тому, что одноразовые ракеты-носители стали основным вариантом развертывания спутников. Ключевым заказчиком космического корабля "Шаттл" было Национальное разведывательное управление (NRO), ответственное за спутники-шпионы. Существование связи NRO было засекречено до 1993 года, а секретные соображения относительно требований к полезной нагрузке NRO привели к отсутствию прозрачности в программе. Предлагаемая программа « Шаттл-Кентавр », отмененная после катастрофы « Челленджера », вывела бы космический корабль за пределы его эксплуатационных возможностей.

Катастрофы « Челленджер» и « Колумбия » продемонстрировали риски безопасности космического корабля «Шаттл», которые могли привести к гибели экипажа. Конструкция космического самолета орбитального корабля ограничивала варианты прерывания, поскольку сценарии прерывания требовали управляемого полета орбитального корабля к взлетно-посадочной полосе или возможности выхода экипажа индивидуально, а не вариантов прерывания побега на космических капсулах « Аполлон » и «Союз ». Ранние анализы безопасности, рекламируемые инженерами и руководством НАСА, предсказывали, что вероятность катастрофического отказа, приводящего к гибели экипажа, варьируется от 1 из 100 запусков до 1 из 100 000 запусков. После потери двух миссий космического корабля "Шаттл" риски для первоначальных миссий были переоценены, и было обнаружено, что вероятность катастрофической гибели корабля и экипажа составляет 1 из 9. Руководство НАСА впоследствии подверглось критике за принятие повышенного риска. экипажу в обмен на более высокие ставки миссии. В отчетах Challenger и Columbia объясняется, что культура НАСА не смогла обеспечить безопасность экипажа из-за отсутствия объективной оценки потенциальных рисков миссий.

Выход на пенсию

Атлантиду встречает толпа после последней посадки
Атлантида после последней посадки и последней посадки программы

В январе 2004 года было объявлено о выводе из эксплуатации космического корабля "Шаттл". Президент Джордж Буш объявил о своем видении освоения космоса , в котором содержится призыв к выводу из эксплуатации космического корабля "Шаттл" после завершения строительства МКС. Чтобы убедиться, что МКС собрана должным образом, в марте 2006 г. партнеры определили потребность в 16 оставшихся сборочных миссиях. В октябре 2006 г. была утверждена одна дополнительная миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббл. Первоначально STS-134 должен был стать последней миссией космического корабля "Шаттл". Однако катастрофа в Колумбии привела к тому, что дополнительные орбитальные аппараты были подготовлены к запуску по мере необходимости в случае спасательной операции. Поскольку Atlantis готовился к последней миссии запуска по мере необходимости, в сентябре 2010 года было принято решение, что он будет летать как STS-135 с экипажем из четырех человек, который может оставаться на МКС в случае возникновения чрезвычайной ситуации. STS-135 был запущен 8 июля 2011 г. и приземлился в KSC 21 июля 2011 г. 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 борту российского космического корабля «Союз».

После последнего полета каждого орбитального аппарата он был обработан, чтобы сделать его безопасным для демонстрации. Используемые системы OMS и RCS представляли основную опасность из-за их токсичного гиперголического топлива , и большинство их компонентов были навсегда удалены, чтобы предотвратить любое опасное выделение газа. Atlantis выставлен в Комплексе посетителей Космического центра Кеннеди , Discovery — в Центре Удвар-Хейзи , Endeavour — в Калифорнийском научном центре , а Enterprise — в Морско-воздушно-космическом музее Intrepid . Компоненты орбитальных аппаратов были переданы ВВС США, программе МКС, а также правительствам России и Канады. Двигатели были сняты для использования в системе космического запуска , а запасные сопла РС-25 были прикреплены для демонстрации.

В популярной культуре

Почтовая служба США выпустила несколько почтовых выпусков, на которых изображен космический шаттл. Первые такие марки были выпущены в 1981 году и выставлены в Национальном почтовом музее .

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

Внешние ссылки