El programa governamental nord-americà STS (Space Transportation System) és més conegut arreu del món com el transbordador espacial. Aquest programa va ser implementat per especialistes de la NASA, el seu principal objectiu era la creació i ús d'una sonda espacial reutilitzable de transport tripulat dissenyada per lliurar persones i diverses càrregues a òrbites terrestres i cap enrere. D'aquí el nom real: "Transbordador espacial".
Les obres del programa van començar el 1969 amb el finançament de dos departaments governamentals dels Estats Units: la NASA i el Departament de Defensa. Els treballs de desenvolupament i desenvolupament es van dur a terme com a part d’un programa conjunt entre la NASA i la Força Aèria. Al mateix temps, els especialistes van aplicar una sèrie de solucions tècniques que prèviament havien estat provades als mòduls lunars del programa Apollo dels anys seixanta: experiments amb impulsors de combustible sòlid, sistemes per separar-los i obtenir combustible d’un dipòsit extern. La base del sistema de transport espacial que es creava era ser una nau espacial reutilitzable tripulada. El sistema també incloïa complexos de suport terrestre (el complex de muntatge, prova i aterratge del Centre Espacial Kennedy situat a la base de la força aèria de Vandenberg, Florida), el centre de control de vol a Houston (Texas), així com sistemes de transmissió i transmissió de dades a través de satèl·lits i altres mitjans …
Totes les companyies aeroespacials nord-americanes líders van participar en el treball d’aquest programa. El programa era realment a gran escala i nacional, més de 1000 empreses de 47 estats van subministrar diversos productes i equips per al transbordador espacial. El contracte per a la construcció del primer vaixell orbital el 1972 el va guanyar Rockwell International. La construcció dels dos primers transbordadors va començar el juny de 1974.
El primer vol del transbordador espacial Columbia. El dipòsit de combustible extern (al centre) només es va pintar de blanc en els dos primers vols. En el futur, el tanc no es va pintar per reduir el pes del sistema.
Descripció del sistema
El sistema de transport espacial reutilitzable estructuralment Space Shuttle incloïa dos impulsors de combustible sòlid recuperables, que servien com a primera etapa i una nau espacial reutilitzable orbitant (orbitador, orbitador) amb tres motors oxigen-hidrogen, així com un gran compartiment de combustible exterior que formava el segona etapa. Després de completar el programa de vol espacial, l’òrbita va tornar de manera independent a la Terra, on va aterrar com un avió en pistes especials.
Els dos impulsors de coets sòlids funcionen durant uns dos minuts després del llançament, impulsant i guiant la nau espacial. Després d'això, a uns 45 quilòmetres d'altitud, es separen i, amb l'ajut d'un sistema de paracaigudes, es baixen a l'oceà. Després de reparar-les i reomplir-les, es tornen a utilitzar.
El dipòsit de combustible extern, que crema a l'atmosfera terrestre, ple d'hidrogen i oxigen líquid (combustible per als motors principals), és l'únic element d'un sol ús del sistema espacial. El tanc en si és també un marc per fixar els impulsors de propulsor sòlid a la nau espacial. Es llença en vol uns 8,5 minuts després de l'enlairament a una altitud d'uns 113 quilòmetres, la major part del tanc es crema a l'atmosfera terrestre i la resta de parts cauen a l'oceà.
La part més famosa i reconeixible del sistema és la pròpia nau espacial reutilitzable: el transbordador, de fet el propi "transbordador espacial", que es llança a l'òrbita propera a la terra. Aquest transbordador serveix com a camp de proves i plataforma per a la investigació científica a l’espai, així com a casa per a una tripulació de dues a set persones. La pròpia llançadora es fa segons l'esquema de l'avió amb una ala triangular en planta. Per aterrar, utilitza un tren d’aterratge tipus avió. Si els impulsors de coets de combustible sòlid estan dissenyats per utilitzar-se fins a 20 vegades, el transbordador en si és fins a 100 vols a l’espai.
Dimensions del vaixell orbital en comparació amb el Soyuz
El sistema de transbordador espacial americà podria posar en òrbita una altitud de 185 quilòmetres i una inclinació de 28 ° fins a 24,4 tones de càrrega quan es llançava a l'est des de Cap Canaveral (Florida) i 11,3 tones quan es llançava des del territori del vol espacial Kennedy Centre en una òrbita amb una altitud de 500 quilòmetres i una inclinació de 55 °. Quan es va llançar des de la base de la força aèria de Vandenberg (Califòrnia, costa oest), es podien col·locar fins a 12 tones de càrrega en una òrbita circumpolar amb una altitud de 185 quilòmetres.
Què vam aconseguir implementar i quins dels nostres plans només van quedar en paper
Com a part d'un simposi dedicat a la implementació del programa de la llançadora espacial, que va tenir lloc l'octubre de 1969, el "pare" de la llançadora, George Mueller, va assenyalar: "El nostre objectiu és reduir el cost de lliurar un quilogram de càrrega útil a òrbita de 2.000 dòlars per Saturn-V a 40-100 dòlars per quilogram. Així podem obrir una nova era d’exploració espacial. El repte d’aquestes jornades i de les properes setmanes i mesos per a la NASA i la Força Aèria és assegurar-nos que podrem aconseguir-ho”. En general, per a diverses variants basades en el transbordador espacial, es preveia que el cost del llançament d’una càrrega útil oscil·laria entre els 90 i els 330 dòlars per quilogram. A més, es creia que les llançadores de segona generació reduirien la quantitat a 33-66 dòlars per quilogram.
En realitat, però, aquestes xifres van resultar inabastables fins i tot a prop. D'altra banda, segons els càlculs de Mueller, el cost del llançament de la llançadora hauria d'haver estat de 1-2,5 milions de dòlars. De fet, segons la NASA, el cost mitjà del llançament d’un transbordador va ser d’uns 450 milions de dòlars. I aquesta diferència significativa es pot anomenar la principal discrepància entre els objectius exposats i la realitat.
Llançadora "Endeavour" amb compartiment de càrrega obert
Després de completar el programa del sistema de transport espacial el 2011, ja podem dir amb confiança quins objectius es van assolir durant la seva implementació i quins no.
Els objectius del programa Transbordador espacial s'han assolit:
1. Implementació del lliurament de diversos tipus de càrrega a l'òrbita (etapes superiors, satèl·lits, segments d'estacions espacials, inclosa la ISS).
2. Possibilitat de reparar satèl·lits situats en òrbita terrestre baixa.
3. Possibilitat de tornar satèl·lits a la Terra.
4. La capacitat de volar fins a 8 persones a l'espai (durant l'operació de rescat, la tripulació es podria portar fins a 11 persones).
5. Implementació amb èxit de vol reutilitzable i ús reutilitzable de la pròpia llançadora i acceleradors de propulsor sòlid.
6. Implementació a la pràctica d'un disseny fonamentalment nou de la nau espacial.
7. Capacitat per realitzar maniobres horitzontals pel vaixell.
8. Gran volum del compartiment de càrrega, la capacitat de tornar a la càrrega terrestre que pesa fins a 14,4 tones.
9. El cost i el temps de desenvolupament es van aconseguir per complir els terminis que es van prometre al president nord-americà Nixon el 1971.
Objectius no assolits i fracassos:
1. Facilitació qualitativa de l’accés a l’espai. En lloc de reduir el cost de lliurar un quilogram de càrrega en òrbita en dos ordres de magnitud, el transbordador espacial va resultar ser un dels mètodes més costosos de lliurar satèl·lits a l'òrbita de la Terra.
2. Preparació ràpida de llançadores entre vols espacials. En lloc del termini previst, que es va estimar en dues setmanes entre els llançaments, els transbordadors podrien preparar-se per al llançament a l'espai durant mesos. Abans del desastre del transbordador espacial Challenger, el rècord entre vols era de 54 dies, després del desastre: 88 dies. Durant tot el període de funcionament, es van llançar de mitjana 4, 5 vegades l'any, mentre que el nombre mínim admissible de llançaments econòmicament justificats era de 28 llançaments a l'any.
3. Simplicitat de servei. Les solucions tècniques escollides durant la creació de les llançadores van ser força laborioses de mantenir. Els motors principals requerien procediments de desmuntatge i llargs temps de servei. Les unitats de turbopompa dels motors del primer model necessitaven el seu mampara completa i la seva reparació després de cada vol a l'espai. Les rajoles de protecció tèrmica eren úniques: cada niu tenia la seva pròpia rajola. En total, n’hi havia 35 mil, a més, les rajoles es podrien danyar o perdre durant el vol.
4. Substituïu tots els suports d’un sol ús. Les llançadores mai van llançar-se cap a òrbites polars, cosa que era necessària principalment per al desplegament de satèl·lits de reconeixement. En aquesta direcció, es van dur a terme treballs preparatoris, però es van reduir després del desastre del Challenger.
5. Accés fiable a l’espai. Quatre transbordadors espacials van significar que la pèrdua d'algun d'ells va ser la pèrdua del 25% de tota la flota (sempre no hi havia més de 4 orbitadors voladors, la llançadora Endeavour es va construir per substituir el perdut Challenger). Després del desastre, els vols es van aturar durant molt de temps, per exemple, després del desastre del Challenger, durant 32 mesos.
6. La capacitat de càrrega de les llançadores va resultar ser 5 tones inferior a la requerida per les especificacions militars (24,4 tones en lloc de 30 tones).
7. Les grans capacitats de maniobra horitzontal mai s’han aplicat a la pràctica, per la raó que les llançadores no volaven cap a òrbites polars.
8. El retorn dels satèl·lits de l'òrbita terrestre ja es va aturar el 1996, mentre que només es van retornar 5 satèl·lits de l'espai durant tot el període.
9. La reparació de satèl·lits va resultar ser poc demandada. En total, s’han reparat 5 satèl·lits, però les llançadores també han dut a terme el manteniment del famós telescopi Hubble 5 vegades.
10. Les solucions d’enginyeria implementades van afectar negativament la fiabilitat de tot el sistema. En el moment de l’enlairament i l’aterratge, hi havia zones que no deixaven a la tripulació la possibilitat de rescat en cas d’emergència.
11. El fet que el transbordador només pogués realitzar vols tripulats posava en perill innecessàriament els astronautes, per exemple, l’automatització seria suficient per als llançaments rutinaris de satèl·lits en òrbita.
12. El tancament del programa del transbordador espacial el 2011 es va superposar a la cancel·lació del programa Constellation. Això va fer que els Estats Units perdessin l'accés independent a l'espai durant molts anys. Com a resultat, les pèrdues d’imatges i la necessitat d’adquirir llocs per als seus astronautes a la nau d’un altre país (nau tripulada russa "Soyuz").
Shuttle Discovery realitza una maniobra abans d'acoblar amb l'ISS
Algunes estadístiques
Els transbordadors van ser dissenyats per romandre en l'òrbita de la Terra durant dues setmanes. Normalment els seus vols duraven de 5 a 16 dies. El rècord del vol més curt de la història del programa pertany al transbordador espacial Columbia (va morir juntament amb la tripulació l’1 de febrer de 2003, el 28è vol a l’espai), que el novembre de 1981 només va passar 2 dies, 6 hores i 13 minuts a l’espai. El mateix transbordador va fer el vol més llarg al novembre de 1996: 17 dies 15 hores 53 minuts.
En total, durant el funcionament d’aquest programa del 1981 al 2011, es van realitzar 135 llançaments mitjançant transbordadors espacials, dels quals Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (van morir juntament amb la tripulació) el 28 de gener de 1986). En total, en el marc del programa, es van construir cinc de les llançadores anteriors, que feien vols a l’espai. Una altra llançadora, Enterprise, va ser la primera que es va construir, però inicialment només estava destinada a proves terrestres i atmosfèriques, així com a treballs preparatoris als llocs de llançament, mai va volar a l'espai.
Val la pena assenyalar que la NASA planejava utilitzar els transbordadors molt més activament del que realment va resultar. El 1985, els experts de l'agència espacial nord-americana esperaven que el 1990 fessin 24 llançaments cada any i els vaixells volessin fins a 100 vols a l'espai; a la pràctica, els 5 transbordadors només feien 135 vols en 30 anys, dos dels quals van finalitzar un desastre. El rècord del nombre de vols a l'espai pertany al transbordador "Discovery": 39 vols a l'espai (el primer el 30 d'agost de 1984).
Aterratge de la llançadora "Atlantis"
Les llançadores nord-americanes també posseeixen l’anti-registre més trist de tots els sistemes espacials, pel que fa al nombre de persones mortes. Dos desastres amb la seva participació van causar la mort de 14 astronautes nord-americans. El 28 de gener de 1986, durant l'enlairament, com a conseqüència d'una explosió en un dipòsit de combustible extern, la llançadora Challenger es va esfondrar; això va passar al 73è segon de vol i va provocar la mort dels 7 membres de la tripulació, inclòs el primer astronauta laic. - l'ex professora Christa McAuliffe, que va guanyar el concurs nord-americà pel dret a volar a l'espai. El segon desastre es va produir l'1 de febrer de 2003, durant el retorn de la sonda Columbia del seu 28è vol a l'espai. La causa de la catàstrofe va ser la destrucció de la capa de protecció contra la calor exterior del pla esquerre de l’ala de la llançadora, que va ser causada per un tros d’aïllament tèrmic del tanc d’oxigen que hi va caure en el moment del llançament. Al seu retorn, el transbordador es va esfondrar en l'aire i va matar set astronautes.
El programa del sistema de transport espacial es va completar oficialment el 2011. Tots els transbordadors operatius van ser desactivats i enviats als museus. L’últim vol va tenir lloc el 8 de juliol de 2011 i va ser realitzat pel transbordador Atlantis amb una tripulació reduïda a 4 persones. El vol va acabar a primera hora del matí el 21 de juliol de 2011. Durant 30 anys de funcionament, aquestes naus espacials han realitzat 135 vols, en total han completat 21.152 òrbites al voltant de la Terra, lliurant 1.600 tones de diverses càrregues útils a l’espai. Durant aquest temps, la tripulació incloïa 355 persones (306 homes i 49 dones) de 16 països diferents. L'astronauta Franklin Storey Musgrave va ser l'únic que va fer volar els cinc transbordadors construïts.
