Yhdysvaltain hallituksen ohjelma STS (Space Transportation System) tunnetaan paremmin kaikkialla maailmassa avaruussukkulana. Tämän ohjelman toteuttivat NASAn asiantuntijat, ja sen päätavoitteena oli luoda ja käyttää uudelleenkäytettävää miehitettyä kuljetusalusta, joka on suunniteltu toimittamaan ihmisiä ja erilaisia lastia matalan maan kiertoradalle ja takaisin. Siksi varsinainen nimi - "Space Shuttle".
Ohjelman työ alkoi vuonna 1969 rahoituksella kahdelta Yhdysvaltain ministeriöltä: NASA: lta ja puolustusministeriöltä. Kehitys- ja kehitystyötä tehtiin osana NASAn ja ilmavoimien yhteistä ohjelmaa. Samaan aikaan asiantuntijat käyttivät useita teknisiä ratkaisuja, joita oli aiemmin testattu 1960-luvun Apollo-ohjelman kuumoduuleilla: kokeita kiinteän polttoaineen tehostimilla, järjestelmiä niiden erottamiseksi ja polttoaineen saamiseksi ulkoisesta säiliöstä. Luodun avaruusliikennejärjestelmän perustana oli miehitetty uudelleenkäytettävä avaruusalus. Järjestelmään sisältyi myös maantukikomplekseja (Kennedyn avaruuskeskuksen kokoonpano-, testaus- ja laukaisukompleksi, joka sijaitsee Vandenbergin ilmavoimien tukikohdassa Floridassa), lennonjohtokeskus Houstonissa (Texas) sekä datan välitys- ja viestintäjärjestelmiä satelliittien ja muita keinoja ….
Kaikki johtavat amerikkalaiset ilmailu- ja avaruusalan yritykset osallistuivat tämän ohjelman työhön. Ohjelma oli todella laaja ja kansallinen, yli 1000 yritystä 47 osavaltiosta toimitti erilaisia tuotteita ja laitteita avaruussukkulalle. Sopimuksen ensimmäisen kiertorata -aluksen rakentamisesta vuonna 1972 voitti Rockwell International. Kahden ensimmäisen sukkulan rakentaminen alkoi kesäkuussa 1974.
Kolumbian avaruussukkulan ensimmäinen lento. Ulkoinen polttoainesäiliö (keskellä) oli maalattu valkoiseksi vain kahdella ensimmäisellä lennolla. Tulevaisuudessa säiliötä ei maalattu järjestelmän painon vähentämiseksi.
Järjestelmän kuvaus
Rakenteellisesti uudelleenkäytettävään avaruussiirtojärjestelmään Space Shuttle sisältyi kaksi ensimmäisen vaiheen pelastustehtävää kiinteän polttoaineen tehostinta ja kiertävä uudelleenkäytettävä avaruusalus (orbiter, orbiter), jossa oli kolme happi-vetymoottoria, sekä suuri perämoottorin polttoainesäiliö, joka muodosti toinen taso. Avaruuslento -ohjelman päätyttyä kiertäjä palasi itsenäisesti Maalle, missä se laskeutui kuin lentokone erityisille kiitoteille.
Kaksi kiinteää raketinvahvistinta toimivat noin kaksi minuuttia laukaisun jälkeen, jotka kuljettavat ja ohjaavat avaruusalusta. Sen jälkeen ne erottuvat noin 45 kilometrin korkeudessa ja laskeutuvat laskuvarjojärjestelmän avulla mereen. Korjauksen ja täytön jälkeen niitä käytetään uudelleen.
Maan ilmakehässä palava ulkoinen polttoainesäiliö, joka on täynnä nestemäistä vetyä ja happea (päämoottorien polttoaine), on avaruusjärjestelmän ainoa kertakäyttöinen elementti. Säiliö itsessään on myös kehys kiinteiden ponneaineiden tehostajien kiinnittämiseksi avaruusalukseen. Se heitetään lennolle noin 8,5 minuuttia nousun jälkeen noin 113 kilometrin korkeudessa, suurin osa säiliöstä palaa maan ilmakehässä ja loput osat putoavat mereen.
Kuuluisin ja tunnistettavin osa järjestelmää on itse uudelleenkäytettävä avaruusalus - sukkula, itse asiassa "avaruussukkula", joka laukaistaan lähes maan kiertoradalle. Tämä sukkula toimii testialueena ja alustana tieteelliselle avaruustutkimukselle sekä koti 2–7 hengen miehistölle. Itse sukkula on tehty lentokonekaavion mukaisesti, ja siinä on kolmion muotoinen siipi. Laskeutumiseen hän käyttää lentokonetyyppistä laskutelineitä. Jos kiinteän polttoaineen raketinvahvistimet on suunniteltu käytettäväksi jopa 20 kertaa, niin itse sukkula - jopa 100 lentoa avaruuteen.
Kiertoradan mitat verrattuna Sojuziin
Amerikkalainen avaruussukkulajärjestelmä voisi asettaa kiertoradalle 185 kilometrin korkeuden ja 28 °: n kaltevuuden, jopa 24,4 tonnia rahtia, kun se laskettiin itään Cape Canaveralista (Florida) ja 11,3 tonnia, kun se laukaistiin Kennedyn avaruuslennon alueelta. Keskitä kiertoradalle, jonka korkeus on 500 kilometriä ja kaltevuus 55 astetta. Vandenbergin ilmavoimien tukikohdasta (Kalifornia, länsirannikko) käynnistettäessä jopa 12 tonnia rahtia voitaisiin sijoittaa ympyränmuotoiselle kiertoradalle, jonka korkeus on 185 kilometriä.
Mitä onnistuimme toteuttamaan ja mitkä suunnitelmamme jäivät vain paperille
Osana symposiumia, joka oli omistettu avaruussukkulaohjelman toteuttamiselle lokakuussa 1969, sukkulan "isä" George Mueller totesi: "Tavoitteenamme on alentaa kilogrammaa hyötykuormaa kiertorata Saturn-V: n 2000 dollarista 40-100 dollariin kilolta. Voimme siis avata uuden avaruustutkimuksen aikakauden. Tämän symposiumin sekä NASAn ja ilmavoimien haaste tulevina viikkoina ja kuukausina on varmistaa, että voimme saavuttaa tämän.” Yleensä avaruussukkulaan perustuvien eri varianttien osalta hyötykuorman käynnistämisen kustannusten ennustettiin olevan 90-330 dollaria kilolta. Lisäksi uskottiin, että toisen sukupolven sukkulat vähentäisivät summan 33-66 dollariin kilolta.
Todellisuudessa nämä luvut osoittautuivat kuitenkin saavuttamattomiksi jopa läheltä. Lisäksi Muellerin laskelmien mukaan sukkulan käynnistämisen olisi pitänyt olla 1-2,5 miljoonaa dollaria. Itse asiassa NASAn mukaan sukkulan käynnistämisen keskimääräiset kustannukset olivat noin 450 miljoonaa dollaria. Ja tätä merkittävää eroa voidaan kutsua tärkeimmäksi eroavaisuudeksi asetettujen tavoitteiden ja todellisuuden välillä.
Shuttle "Endeavour" avoimella tavaratilalla
Avaruuskuljetusjärjestelmäohjelman valmistuttua vuonna 2011 voimme jo luottavaisesti sanoa, mitkä tavoitteet saavutettiin sen täytäntöönpanon aikana ja mitkä eivät.
Avaruussukkulaohjelman tavoitteet on saavutettu:
1. Toteutetaan erilaisten lastien toimittaminen kiertoradalle (ylemmät vaiheet, satelliitit, avaruusasemien segmentit, mukaan lukien ISS).
2. Mahdollisuus korjata matalalla kiertoradalla olevia satelliitteja.
3. Mahdollisuus palauttaa satelliitteja takaisin Maalle.
4. Kyky lentää jopa 8 henkilöä avaruuteen (pelastustoimen aikana miehistö voitaisiin nostaa jopa 11 henkilöön).
5. Uudelleenkäytettävän lennon onnistunut toteuttaminen ja itse sukkulan ja kiinteiden ponneaineiden kiihdyttimien uudelleenkäyttö.
6. Avaruusaluksen täysin uuden asettelun toteuttaminen käytännössä.
7. Kyky suorittaa aluksen vaakasuuntaisia liikkeitä.
8. Suuri tilavuus tavaratilaa, kyky palata maapallolle jopa 14, 4 tonnin rahtia.
9. Kustannukset ja kehitysaika onnistuttiin noudattamaan määräaikoja, jotka luvattiin Yhdysvaltain presidentille Nixonille vuonna 1971.
Tavoitteet saavuttamatta ja epäonnistumiset:
1. Avaruuteen pääsyn laadullinen helpottaminen. Sen sijaan, että avaruussukkula olisi alentanut kilon rahdin toimittamisesta kiertoradalle kahdella suuruusluokalla, se osoittautui itse asiassa yhdeksi kalleimmista tavoista toimittaa satelliitteja maapallon kiertoradalle.
2. Nopea sukkulavalmistautuminen avaruuslentojen välillä. Odotetun aikataulun sijasta, jonka arvioitiin olevan kaksi viikkoa laukaisujen välillä, sukkulat voivat itse asiassa valmistautua avaruuteen laukaisemiseen kuukausia. Ennen Challenger -avaruussukkulan katastrofia ennätys lentojen välillä oli 54 päivää katastrofin jälkeen - 88 päivää. Koko toimintansa aikana ne käynnistettiin keskimäärin 4, 5 kertaa vuodessa, kun taas vähimmäismäärä, joka on taloudellisesti perusteltu, oli 28 laukaisua vuodessa.
3. Palvelun yksinkertaisuus. Teknisten ratkaisujen valitseminen sukkuloiden luomisessa oli melko työlästä ylläpitää. Päämoottorit vaativat purkamista ja pitkiä huoltoaikoja. Ensimmäisen mallin moottoreiden turbopumppuyksiköt vaativat täydellisen laipion ja korjauksen jokaisen avaruuteen lennon jälkeen. Lämpösuojalaatat olivat ainutlaatuisia - jokaisella pesällä oli oma laatta. Niitä oli yhteensä 35 tuhatta, ja lisäksi laatat voivat vaurioitua tai kadota lennon aikana.
4. Vaihda kaikki kertakäyttöiset materiaalit. Kulkuneuvot eivät koskaan lähteneet naparadoille, mikä oli välttämätöntä lähinnä tiedustelusatelliittien sijoittamiseksi. Tähän suuntaan valmistelutyötä tehtiin, mutta niitä rajoitettiin Challenger -katastrofin jälkeen.
5. Luotettava pääsy avaruuteen. Neljä avaruussukkulaa merkitsi, että minkä tahansa menetys oli 25%: n menetys koko laivastosta (lentäviä kiertoradalla oli aina enintään 4, Endeavour -sukkula rakennettiin korvaamaan kadonnut Challenger). Katastrofin jälkeen lennot keskeytettiin pitkään, esimerkiksi Challengerin katastrofin jälkeen - 32 kuukaudeksi.
6. Kulkuneuvojen kuljetuskapasiteetti osoittautui 5 tonnia pienemmäksi kuin sotilaalliset vaatimukset (24,4 tonnia 30 tonnin sijasta).
7. Suuria vaakasuuntaisia ohjausominaisuuksia ei ole koskaan sovellettu käytännössä, koska sukkulat eivät lentäneet polaarisille kiertoradille.
8. Satelliittien paluu maapallon kiertoradalta pysähtyi jo vuonna 1996, kun taas vain 5 satelliittia palasi avaruudesta koko ajanjakson aikana.
9. Satelliittien korjaaminen osoittautui vähäiseksi. Yhteensä 5 satelliittia on korjattu, mutta sukkulat ovat myös hoitaneet kuuluisaa Hubble -teleskooppia 5 kertaa.
10. Toteutetut suunnitteluratkaisut vaikuttivat negatiivisesti koko järjestelmän luotettavuuteen. Lentoonlähdön ja laskun aikaan oli alueita, jotka eivät jättäneet miehistölle mahdollisuutta pelastua hätätilanteessa.
11. Se, että sukkula pystyi suorittamaan vain miehitettyjä lentoja, vaaransi astronautit tarpeettomasti, esimerkiksi automaatio riittäisi satelliittien rutiininomaiseen laukaisuun kiertoradalle.
12. Avaruussukkulaohjelman sulkeminen vuonna 2011 asetettiin Constellation -ohjelman peruuttamisen päälle. Tämän seurauksena Yhdysvallat menetti itsenäisen pääsyn avaruuteen moniksi vuosiksi. Tämän seurauksena kuvan menetys ja tarve hankkia paikkoja astronauteilleen toisen maan avaruusaluksella (venäläinen miehitetty avaruusalus "Sojuz").
Shuttle Discovery suorittaa liikkeen ennen telakointia ISS: n kanssa
Jotain tilastoja
Sukkulat on suunniteltu pysymään Maan kiertoradalla kaksi viikkoa. Yleensä niiden lennot kesti 5-16 päivää. Ohjelman historian lyhyimmän lennon ennätys kuuluu avaruussukkula Columbia (kuoli yhdessä miehistön kanssa 1. helmikuuta 2003, 28. lento avaruuteen), joka vietti marraskuussa 1981 vain 2 päivää, 6 tuntia ja 13 päivää minuuttia avaruudessa. Sama sukkula teki pisimmän lennon marraskuussa 1996 - 17 päivää 15 tuntia 53 minuuttia.
Yhteensä tämän ohjelman toiminnan aikana vuosina 1981–2011 avaruussukkulalla suoritettiin 135 laukaisua, joista Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (kuoli miehistön kanssa) 28. tammikuuta 1986). Ohjelman puitteissa rakennettiin yhteensä viisi edellä mainittua sukkulaa, jotka tekivät lentoja avaruuteen. Toinen sukkula, Enterprise, rakennettiin ensimmäisenä, mutta se oli alun perin tarkoitettu vain maa- ja ilmakokeisiin sekä valmistelutöihin laukaisupaikoilla, eikä se koskaan lentänyt avaruuteen.
On syytä huomata, että NASA suunnitteli käyttävänsä sukkuloita paljon aktiivisemmin kuin se todellisuudessa osoittautui. Vuonna 1985 amerikkalaisen avaruusjärjestön asiantuntijat odottivat, että vuoteen 1990 mennessä he laskeutuvat 24 kertaa joka vuosi ja alukset lentävät jopa 100 lentoa avaruuteen, käytännössä kaikki 5 sukkulaa tekivät vain 135 lentoa 30 vuoden aikana, joista kaksi päättyi katastrofi. Avaruuslentojen ennätys kuuluu Discovery -sukkulaan - 39 lentoa avaruuteen (ensimmäinen 30. elokuuta 1984).
Atlantis -sukkulan laskeutuminen
Amerikkalaiset sukkulat omistavat myös kaikkien avaruusjärjestelmien surullisimman ennätyksen - kuolleiden määrän suhteen. Kaksi katastrofia heidän osallistuessaan kuoli 14 amerikkalaista astronauttia. 28. tammikuuta 1986 nousun aikana Challenger -sukkula romahti ulkoisen polttoainesäiliön räjähdyksen seurauksena, tämä tapahtui lennon 73. sekunnissa ja johti kaikkien seitsemän miehistön jäsenen, mukaan lukien ensimmäisen maallikon astronautin, kuolemaan. - entinen opettaja Christa McAuliffe, joka voitti valtakunnallisen amerikkalaisen kilpailun oikeudesta lentää avaruuteen. Toinen katastrofi tapahtui 1. helmikuuta 2003, kun Columbia -avaruusalus palasi 28. lennolta avaruuteen. Katastrofin syy oli sukkulan siiven vasemman tason ulomman lämpösuojakerroksen tuhoutuminen, mikä johtui happisäiliön lämpöeristyksestä, joka putosi sen päälle laukaisun aikaan. Palattuaan sukkula romahti ilmassa ja tappoi 7 astronauttia.
Avaruuskuljetusjärjestelmäohjelma saatiin virallisesti päätökseen vuonna 2011. Kaikki liikennöivät sukkulat poistettiin käytöstä ja lähetettiin museoihin. Viimeinen lento tehtiin 8. heinäkuuta 2011, ja sen suoritti Atlantis -sukkula miehistön ollessa 4 henkilöä. Lento päättyi varhain aamulla 21. heinäkuuta 2011. Nämä avaruusalukset ovat suorittaneet 30 toimintavuotensa aikana 135 lentoa, yhteensä 21152 kiertorataa ympäri maapalloa ja toimittaneet avaruuteen 1600 tonnia erilaisia hyötykuormia. Tänä aikana miehistöön kuului 355 henkilöä (306 miestä ja 49 naista) 16 eri maasta. Astronautti Franklin Storey Musgrave oli ainoa, joka lensi kaikki viisi rakennettua sukkulaa.
