Космический шатл

Космический шатл

Дискавери стартует на старте STS-120 .
Функция	Орбитальный запуск с экипажем и возвращение в атмосферу
Производитель	Объединенный космический альянс Тиокол / Alliant Techsystems  (SRB) Lockheed Martin / Мартин Мариетта  (ET) Boeing / Rockwell  (орбитальный аппарат)
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Стоимость проекта	211  миллиардов долларов США  (2012)
Стоимость за запуск	От 576  млн долларов США  (2012 г.) до 1,64  млрд долларов США  (2012 г.)
Размер
Высота	56,1 м (184 футов 1 дюйм)
Диаметр	8,7 м (28 футов 7 дюймов)
Масса	2 030 000 кг (4 470 000 фунтов)
Этапы	1.5
Емкость
Полезная нагрузка на низкую околоземную орбиту (НОО) (204 км или 127 миль)
Масса	27500 кг (60600 фунтов)
Полезная нагрузка на Международную космическую станцию ​​(МКС) (407 км или 253 мили)
Масса	16,050 кг (35,380 фунтов)
Полезная нагрузка на геостационарную переходную орбиту (GTO)
Масса	10 890 кг (24 010 фунтов) с инерционной верхней ступенью [1]
Полезная нагрузка на геостационарную орбиту (GEO)
Масса	2270 кг (5000 фунтов) с инерционным верхним каскадом [1]
Полезная нагрузка на Землю возвращается
Масса	14 400 кг (31 700 фунтов) [2]
История запуска
Положение дел	На пенсии
Запустить сайты	LC-39 , Космический центр Кеннеди SLC-6 , авиабаза Ванденберг (не используется)
Всего запусков	135
Успех (а)	133 [а]
Отказ (ы)	2 Челленджер ( неудачный запуск, 7 погибших ) Колумбия ( неудачный повторный вход, 7 погибших )
Первый полет	12 апреля 1981 г.
Последний полет	21 июля 2011 г.
Заметные полезные нагрузки	Слежение за спутниками и ретрансляция данных Spacelab Космический телескоп Хаббла Галилео Магеллан Улисс Гамма-обсерватория Комптона Док-станция "Мир" Рентгеновская обсерватория Чандра Компоненты МКС
Бустеры - твердотопливные ракетные ускорители
Двигатели	2 твердотопливных ракетных двигателя
Толкать	12 500 кН (2 800 000 фунтов силы) каждый, отрыв от уровня моря
Удельный импульс	242 секунды (2,37 км / с)
Время горения	124 с
Топливо	Твердое ( композиционное топливо на основе перхлората аммония )
Первая ступень - Орбитальный аппарат + внешний бак
Двигатели	3 двигателя РС-25 размещены на орбитальном корабле
Толкать	5 250 кН (1 180 000 фунтов силы), отрыв от уровня моря [3]
Удельный импульс	455 секунд (4,46 км / с)
Время горения	480 с
Топливо	LH 2 / LOX
Бустеры
Нет бустеров	2

Шаттл был частично многоразовой низкой орбитальной Земля космического аппарата Система работала с 1981 по 2011 году Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в рамках программы Space Shuttle . Его официальное название программы было Space Transportation System (STS), взятое из плана 1969 года для системы многоразовых космических кораблей, где это был единственный элемент, финансируемый для разработки. ^[4] Первый из четырех испытательных орбитальных полетов произошел в 1981 году, после чего в 1982 году начались эксплуатационные полеты. С 1981 по 2011 год было построено пять полных орбитальных аппаратов Space Shuttle, которые совершили 135 полетов, запущенных из Космического центра Кеннеди.(KSC) во Флориде. В рамках оперативных миссий были запущены многочисленные спутники , межпланетные зонды и космический телескоп Хаббла (HST). Орбитальные аппараты также проводили научные эксперименты на орбите, участвовали в программе « Шаттл- Мир » с Россией, а также участвовали в строительстве и обслуживании Международной космической станции (МКС). Общее время полета космических шаттлов составило 1322 дня 19 часов 21 минуту и ​​23 секунды. ^[5]

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

Первый орбитальный аппарат " Энтерпрайз" был построен в 1976 году и использовался в испытаниях на заход на посадку и посадку , но не имел возможности выхода на орбиту. Первоначально было построено четыре полностью работающих орбитальных корабля: Columbia , Challenger , Discovery и Atlantis . Двое из них были потеряны в результате несчастных случаев: « Челленджер» в 1986 году и « Колумбия» в 2003 году , в результате чего погибло 14 астронавтов. Пятый действующий (и шестой по счету) орбитальный аппарат Endeavour был построен в 1991 году на замену Challenger . Шаттл был уволен от службы после завершения Атлантиды "Последний полет состоялся 21 июля 2011 года. США использовали российский космический корабль «Союз» для транспортировки астронавтов на МКС от последнего полета шаттла до запуска миссии Demo-2 в мае 2020 года на ракете SpaceX Falcon 9 в рамках Программа коммерческого экипажа . ^[6]

Дизайн и разработка [ править ]

Историческая справка [ править ]

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 США начали разработку частично многоразового X-20 Dyna-Soar . Военно-воздушные силы сотрудничали с НАСА над Dyna-Soar и начали обучение шести пилотов в июне 1961 года. Рост затрат на разработку и приоритизация проекта Gemini привели к отмене программы Dyna-Soar в декабре 1963 года. Dyna-Soar, ВВС США провели в 1957 году исследование, чтобы проверить возможность создания многоразовых ускорителей. Это стало основой для авиакосмического самолета., полностью многоразовый космический корабль, который так и не был разработан после начальной стадии проектирования в 1962–1963 годах. ^{[7] : 162–163}

Начиная с начала 1950-х годов НАСА и ВВС сотрудничали в разработке подъемных кузовов для испытаний самолетов, которые в основном создавали подъемную силу от их фюзеляжей, а не крыльев, и испытывали M2-F1 , M2-F2 , M2-F3 , HL-10 , X -24А и Х-24Б . В рамках программы были проверены аэродинамические характеристики, которые позже будут учтены в конструкции космического челнока, в том числе посадка без двигателя с большой высоты и скорости. ^{[8] : 142 [9] : 16–18}

Процесс проектирования [ править ]

В сентябре 1966 года НАСА и ВВС опубликовали совместное исследование, в котором был сделан вывод о том, что для удовлетворения их будущих потребностей требуется новый аппарат, и что система частичного повторного использования будет наиболее экономически эффективным решением. ^{[7] : 164} Глава Управления пилотируемых космических полетов НАСА Джордж Мюллер объявил о плане создания многоразового шаттла 10 августа 1968 года. НАСА опубликовало запрос на внесение предложений(RFP) для проектирования интегрированной ракеты-носителя для запуска и возврата в атмосферу (ILRV), которая позже станет космическим кораблем. Вместо того, чтобы заключить контракт на основе первоначальных предложений, НАСА объявило о поэтапном подходе к заключению контрактов и разработке космических челноков; Фаза A представляла собой запрос на исследования, выполненные конкурирующими аэрокосмическими компаниями, фаза B представляла собой соревнование между двумя подрядчиками за конкретный контракт, фаза C включала проектирование деталей компонентов космического корабля, а фаза D была производством космического корабля. ^{[10] [9] : 19–22}

В декабре 1968 года НАСА создало рабочую группу по космическому шаттлу для определения оптимальной конструкции многоразового космического корабля и выдало контракты на исследования компаниям General Dynamics , Lockheed , McDonnell Douglas и North American Rockwell.. В июле 1969 года Целевая группа по космическому шаттлу выпустила отчет, в котором было определено, что шаттл будет поддерживать краткосрочные миссии с экипажем и космическую станцию, а также возможности запускать, обслуживать и возвращать спутники. В отчете также были созданы три класса будущего многоразового шаттла: класс I будет иметь многоразовый орбитальный аппарат, установленный на одноразовых ускорителях, класс II будет использовать несколько одноразовых ракетных двигателей и один топливный бак (полуторную) и класс III. будет иметь как многоразовый орбитальный аппарат, так и многоразовую ракету-носитель. В сентябре 1969 года космическая целевая группа под руководством вице-президента Спиро Агнью выпустила доклад, в котором содержался призыв к разработке космического корабля-шаттла для доставки людей и грузов на низкую околоземную орбиту (НОО), а также космического буксира.для перелетов между орбитами и Луной, а также многоразовая ядерная разгонная ступень для путешествий в дальний космос. ^{[7] : 163–166 [4]}

После выпуска отчета рабочей группы по космическому шаттлу многие аэрокосмические инженеры отдали предпочтение конструкции класса III, полностью многоразового, из-за предполагаемой экономии затрат на оборудование. Макс Фэджет , инженер НАСА, который работал над созданием капсулы « Меркурий» , запатентовал конструкцию двухступенчатой ​​полностью извлекаемой системы с орбитальным аппаратом с прямым крылом, установленным на более крупном ракетном ускорителе с прямым крылом. ^{[11] [12]}Лаборатория динамики полета ВВС утверждала, что конструкция с прямым крылом не сможет противостоять высоким тепловым и аэродинамическим нагрузкам во время входа в атмосферу и не обеспечит необходимую дальность полета. Вдобавок ВВС требовали большей грузоподъемности, чем позволяла конструкция Фаже. В январе 1971 года руководство НАСА и ВВС решило, что многоразовый орбитальный аппарат с треугольным крылом, установленный на топливном баке одноразового использования, будет оптимальной конструкцией для космического корабля "Шаттл". ^{[7] : 166}

После того, как они установили потребность в многоразовом тяжелом космическом корабле, НАСА и ВВС определили требования к конструкции своих соответствующих служб. ВВС рассчитывали использовать космический шаттл для запуска больших спутников и требовали, чтобы он был способен поднимать 29 000 кг (65 000 фунтов) на восточную низкоорбитальную орбиту или 18 000 кг (40 000 фунтов) на полярную орбиту . При проектировании спутников также требовалось, чтобы космический шаттл имел отсек для полезной нагрузки 4,6 на 18 м (15 на 60 футов). НАСА оценило двигатели F-1 и J-2 от ракет «Сатурн» и пришло к выводу , что их недостаточно для требований космического челнока; в июле 1971 года он подписал контракт с Rocketdyne на начало разработки RS-25.двигатель. ^{[7] : 165–170}

НАСА рассмотрело 29 потенциальных проектов космического челнока и решило, что следует использовать конструкцию с двумя боковыми ускорителями, а ускорители должны быть многоразовыми, чтобы снизить затраты. ^{[7] : 167} НАСА и ВВС решили использовать твердотопливные ускорители из-за более низкой стоимости и простоты их ремонта для повторного использования после приземления в океан. В январе 1972 года президент Ричард Никсон одобрил шаттл, а в марте НАСА приняло решение о его окончательном дизайне. В августе того же года НАСА заключило контракт на строительство орбитального аппарата с North American Rockwell, контракт на твердотопливные ракеты-носители с Morton Thiokol и контракт на внешний танк с Мартином Мариеттой . ^{[7] :170–173}

Развитие [ править ]

4 июня 1974 года Роквелл начал строительство первого орбитального корабля OV-101, который позже будет называться Enterprise . Энтерпрайз был спроектирован как испытательный автомобиль и не имел двигателей или теплозащиты. Строительство было завершено 17 сентября 1976 года, и « Энтерпрайз» переместили на базу ВВС Эдвардс для начала испытаний. ^{[7] : 173 [13]} Роквелл сконструировал Объект для испытаний главной двигательной установки (MPTA) -098 , который представлял собой структурную 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 через профиль запуска.^{[14] : II-163} Rockwell провела механические и термические испытания на испытание конструкции (STA) -099 для определения эффектов аэродинамических и термических напряжений во время запуска и входа в атмосферу. ^{[14] : I-415}

Начало разработки главного двигателя космического корабля RS-25 было отложено на девять месяцев, в то время как Pratt & Whitney оспорила контракт, который был выдан Rocketdyne. Первый двигатель был завершен в марте 1975 года после проблем с разработкой первого многоразового двигателя с дроссельной заслонкой. Во время испытаний двигателя на РС-25 произошло несколько отказов форсунок, а также поломка лопаток турбины. Несмотря на проблемы во время испытаний, в мае 1978 года НАСА заказало девять двигателей RS-25, необходимых для своих трех орбитальных аппаратов. ^{[7] : 174–175}

НАСА столкнулось со значительными задержками в разработке системы тепловой защиты космического шаттла . Предыдущие космические аппараты НАСА использовали абляционные тепловые экраны, но их нельзя было использовать повторно. НАСА решило использовать керамическую плитку для термозащиты, так как шаттл можно было бы построить из легкого алюминия , а при необходимости плитки можно было бы заменять индивидуально. Строительство началось в Колумбии 27 марта 1975 года, и он был доставлен в КНЦ 25 марта 1979 г. ^{[7] : 175-177} В момент его прибытия в КНЦ, Колумбиявсе еще оставалось установить 6 000 из 30 000 плиток. Однако многие из первоначально установленных плиток пришлось заменить, что потребовало двух лет установки, прежде чем Колумбия смогла летать. ^{[9] : 46–48}

5 января 1979 года НАСА ввело в эксплуатацию второй орбитальный аппарат. Позже в том же месяце Rockwell начал преобразовывать STA-099 в OV-099, позже названный Challenger . 29 января 1979 года НАСА заказало два дополнительных орбитальных аппарата, OV-103 и OV-104, которые получили названия Discovery и Atlantis . Строительство OV-105, позже названного Endeavour , началось в феврале 1982 года, но в 1983 году НАСА решило ограничить флот космических шаттлов четырьмя орбитальными аппаратами. После потери Challenger в сентябре 1987 года NASA возобновило производство Endeavour . ^{[9] : 52 –53}

Тестирование [ править ]

После прибытия на авиабазу Эдвардс « Энтерпрайз» прошел летные испытания с самолетом-носителем-шаттлом , Боингом 747, который был модифицирован для перевозки орбитального аппарата. В феврале 1977 года « Энтерпрайз» начал испытания на заход на посадку и посадку и выполнил полеты в неволе, где он оставался прикрепленным к самолету-перевозчику-челноку на время полета. 12 августа 1977 года « Энтерпрайз» провела свои первые испытания на планирование, в ходе которых он отделился от самолета-носителя челнока и приземлился на авиабазе Эдвардс. ^{[7] : 173–174} После четырех дополнительных полетов " Энтерпрайз" был переведен в Центр космических полетов им. Маршалла.(MSFC) 13 марта 1978 года. « Энтерпрайз» прошел испытания на сотрясение в ходе испытания на сопряженную вертикальную вибрацию земли, где он был прикреплен к внешнему резервуару и твердотопливным ракетным ускорителям, и подвергся вибрациям для имитации стартовых напряжений. В апреле 1979 года « Энтерпрайз» доставили в КСК, где к нему прикрепили внешний бак и твердотопливные ускорители, и перевели на ЛК-39 . После установки на стартовой площадке космический шаттл использовался для проверки правильности размещения оборудования стартового комплекса. Энтерпрайз был доставлен обратно в Калифорнию в августе 1979 года, а позже участвовал в разработке SLC-6 на авиабазе Ванденберг в 1984 году. ^{[9] : 40–41}

24 ноября 1980 года « Колумбия» соединилась с внешним баком и твердотопливными ракетами-носителями, а 29 декабря была переведена на LC-39. ^{[14] : III-22} Первой миссией космического шаттла, STS-1 , будет НАСА впервые выполнило первый полет космического корабля с экипажем. ^{[14] : III-24} 12 апреля 1981 года космический челнок впервые был запущен, и его пилотировали Джон Янг и Роберт Криппен . Во время двухдневной миссии Янг и Криппен протестировали оборудование на борту шаттла и обнаружили, что несколько керамических плиток упали с верхней стороны « Колумбии» . ^{[15] : 277–278}НАСА скоординировало с ВВС использование спутников для получения изображений нижней части Колумбии и определили, что повреждений нет. ^{[15] : 335–337} Колумбия снова вошла в атмосферу и 14 апреля приземлилась на авиабазе Эдвардс. ^{[14] : III-24}

НАСА провело три дополнительных испытательных полета с Колумбией в 1981 и 1982 годах. 4 июля 1982 года STS-4 , которым управляли Кен Маттингли и Генри Хартсфилд , приземлился на бетонную взлетно-посадочную полосу авиабазы ​​Эдвардс. Президент Рональд Рейган и его жена Нэнси встретили команду и произнесли речь. После STS-4 НАСА объявило о введении в действие своей космической транспортной системы (STS). ^{[7] : 178–179 [16]}

Описание [ править ]

Space Shuttle был первым действующим орбитальным космическим кораблем, предназначенным для повторного использования . Каждый орбитальный аппарат Space Shuttle был рассчитан на 100 запусков или десять лет эксплуатации, хотя позже он был продлен. ^{[17] : 11} На момент запуска он состоял из орбитального аппарата , в котором находились экипаж и полезная нагрузка, внешнего бака (ET) и двух твердотопливных ракетных ускорителей (SRB). ^{[18] : 363}

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, фактически используемый в программе), ВВС США на базе ВВС Ванденберг отвечали за операции по запуску, посадке и развороту на полярных орбитах (хотя это никогда не использовалось), Космический центр Джонсона (АО) служил центральным пунктом для всех операций Шаттла, MSFC отвечал за главные двигатели, внешний бак и твердотопливные ракетные ускорители, Космический центр Джона К. Стенниса обслуживал главный двигатель тестирование, а Центр космических полетов Годдарда управлял глобальной сетью слежения. ^[19]

Орбитальный аппарат [ править ]

Орбитальный аппарат имел конструктивные элементы и возможности как ракеты, так и самолета, что позволяло ему запускать вертикально, а затем приземляться как планер. ^{[18] : 365} Его трехсекционный фюзеляж служил опорой для боевого отделения, грузового отсека, поверхностей полета и двигателей. В задней части орбитального аппарата находились главные двигатели космического корабля (SSME), которые обеспечивали тягу во время запуска, а также орбитальную систему маневрирования (OMS), которая позволяла орбитальному аппарату достигать, изменять и выходить на свою орбиту после выхода в космос. Его крылья с двойным треугольником имели длину 18 м (60 футов) и имели стреловидность 81 ° по внутренней передней кромке и 45 ° по внешней передней кромке. Каждое крыло имело внутренний и внешний элевон.для обеспечения управления полетом при входе в атмосферу, вместе с закрылком, расположенным между крыльями, под двигателями для регулирования тангажа . Вертикальный стабилизатор орбитального аппарата был отклонен назад под углом 45 ° и содержал руль направления, который можно было разделить, чтобы действовать как тормоз скорости . ^{[18] : 382–389} Вертикальный стабилизатор также содержал ^{двухкомпонентную тормозную} парашютную систему для замедления орбитального аппарата после приземления. На орбитальном аппарате использовалось убирающееся шасси с передней стойкой шасси и двумя основными стойками шасси, каждая из которых содержала по две шины. Основное шасси содержало по два тормозных узла каждый, а переднее шасси - электрогидравлический рулевой механизм.^{[18] : 408–411}

Экипаж [ править ]

Экипаж космического челнока менялся в зависимости от миссии. В испытательных полетах участвовало только по два человека, командир и пилот, оба были квалифицированными пилотами, которые могли летать и садить орбитальный аппарат. Операции на орбите, такие как эксперименты, развертывание полезной нагрузки и выход в открытый космос, проводились в основном специалистами миссии, которые были специально обучены для их предполагаемых миссий и систем. В начале программы Space Shuttle НАСА летало со специалистами по полезной нагрузке, которые, как правило, были специалистами по системам, которые работали на компанию, оплачивая развертывание или эксплуатацию полезной нагрузки. Последний специалист по полезной нагрузке, Грегори Б. Джарвис , летал на STS-51-L , и будущие непилоты были назначены специалистами по полету. Астронавт летал в составе экипажа космического инженера на обоих STS-51-C.и STS-51-J, чтобы служить военным представителем полезной нагрузки Национального разведывательного управления . Экипаж космического челнока обычно состоял из семи астронавтов, а на STS-61-A летали восемь. ^{[14] : III-21}

Отсек экипажа [ править ]

Боевой отсек состоял из трех палуб и был герметичной жилой зоной во всех миссиях космических шаттлов. В кабине экипажа было два места для командира и пилота, а также два-четыре дополнительных места для членов экипажа. Средняя палуба располагалась под кабиной экипажа, и на ней располагались камбуз и койки для экипажа, а также места для трех или четырех членов экипажа. На средней палубе находился воздушный шлюз, который мог поддерживать двух астронавтов во внекорабельной деятельности (EVA), а также иметь доступ к герметичным исследовательским модулям. Под средней палубой находился отсек для оборудования, в котором хранились системы экологического контроля и управления отходами. ^{[9] : 60–62 [18] : 365–369}

В первых четырех миссиях шаттла астронавты были в модифицированных высотных костюмах ВВС США с полным давлением, которые включали шлем полного давления во время подъема и спуска. С пятого полета, STS-5 , до гибели Challenger , экипаж носил слитные голубые летные костюмы из номекса и шлемы с парциальным давлением. После катастрофы Challenger члены экипажа были одеты в стартовый костюм (LES), версию высотных скафандров с частичным давлением и шлемом. В 1994 году LES был заменен на Advanced Crew Escape Suit с полным давлением (ACES), который повысил безопасность космонавтов в чрезвычайной ситуации. Колумбия изначально модифицировала SR-71 Катапультируемые сиденья с нулевым уровнем выбросов устанавливались для ALT и первых четырех миссий, но они были отключены после STS-4 и удалены после STS-9 . ^{[18] : 370–371}

Кабина экипажа была верхним уровнем экипажа и содержала органы управления орбитальным аппаратом. Командир сидел на переднем левом сиденье, а пилот сидел на переднем правом сиденье, с двумя-четырьмя дополнительными сиденьями для дополнительных членов экипажа. Приборные панели содержали более 2100 дисплеев и элементов управления, а командир и пилот были оснащены дисплеем на лобовом стекле (HUD) и контроллером поворотной руки (RHC), чтобы стабилизировать двигатели во время полета с двигателем и управлять орбитальным аппаратом во время полета без двигателя. Оба сиденья также имели органы управления рулем направления , позволяющие перемещать руль направления в полете и управлять носовым колесом по земле. ^{[18] : 369–372}Первоначально на орбитальных аппаратах была установлена ​​многофункциональная система отображения на ЭЛТ (MCDS) для отображения и управления полетной информацией. MCDS отображал полетную информацию на сиденьях командира и пилота, а также на кормовых сиденьях, а также контролировал данные на HUD. В 1998 году Atlantis была модернизирована многофункциональной электронной системой отображения (MEDS), которая представляла собой модернизацию стеклянной кабины пилотажных приборов, заменившую восемь дисплеев MCDS на 11 многофункциональных цветных цифровых экранов. MEDS впервые был запущен в мае 2000 г. на STS-98., и другие орбитальные аппараты были модернизированы до него. В кормовой части летной палубы имелись окна, выходящие в отсек полезной нагрузки, а также RHC для управления системой дистанционного манипулятора во время грузовых операций. Кроме того, в кормовой части кабины экипажа были мониторы для системы видеонаблюдения для просмотра грузового отсека. ^{[18] : 372–376}

На средней палубе находились складское оборудование для экипажа, спальная зона, камбуз, медицинское оборудование и пункты гигиены для экипажа. Экипаж использовал модульные шкафчики для хранения оборудования, масштабируемого в зависимости от их потребностей, а также стационарные напольные отсеки. На средней палубе был люк по левому борту, который экипаж использовал для входа и выхода на Земле. Кроме того, каждый орбитальный аппарат изначально был оборудован внутренним воздушным шлюзом на средней палубе. Внутренний воздушный шлюз был заменен внешним воздушным шлюзом в отсеке полезной нагрузки на Discovery , Atlantis и Endeavour для улучшения стыковки с Миром и МКС , а также системой стыковки орбитального корабля . ^{[14] :II – 26–33}

Системы полета [ править ]

Орбитальный аппарат был оснащен системой авионики для предоставления информации и управления во время полета в атмосфере. Его авионики содержал три микроволновые сканирующей луч системы посадки , три гироскопов , три TACANs , три акселерометра , два радиолокационных высотомеров , два барометрических высотомеров , три индикаторов отношения , две индикаторов Маха , и два режим  C транспондер . Во время входа в атмосферу экипаж запустил два зонда данных о воздухе, когда они двигались медленнее 5 Маха. На орбитальном аппарате было три инерциальных измерительных блока.(IMU), который 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 устройств с помощью инерциальной навигационной системы (ИНС), которая обеспечивала более точную информацию о местоположении. В 1993 году НАСА впервые запустило GPS- приемник на борту STS-51 . В 1997 году Honeywell приступила к разработке интегрированной системы GPS / INS для замены систем IMU, INS и TACAN, которые впервые полетели на STS-118 в августе 2007 года ^{[18] : 402–403}

Находясь на орбите, экипаж в основном общался с помощью одной из четырех радиостанций S-диапазона , которые обеспечивали как голосовую связь, так и передачу данных. Два  радиоприемника S- диапазона были приемопередатчиками с фазовой модуляцией и могли передавать и принимать информацию. Две другие радиостанции S- диапазона были передатчиками с частотной модуляцией и использовались для передачи данных в НАСА. Поскольку радиостанции S- диапазона могут работать только в пределах прямой видимости , НАСА использовало спутниковую систему слежения и ретрансляции данных и сеть слежения за космическими аппаратами и сбора данных.   наземные станции для связи с орбитальным аппаратом на всей его орбите. Кроме того, орбитальный аппарат развернул радиостанцию ​​с широким диапазоном частот K u  из грузового отсека, которую также можно было использовать в качестве радара сближения. Орбитальный аппарат также был оснащен двумя радиостанциями УВЧ для связи с авиадиспетчерской службой и космонавтами, осуществляющими выход в открытый космос. ^{[18] : 403–404}

Космический челнок в лету по проводам система управления была полностью зависит от его основного компьютера, система обработки данных (DPS). DPS контролировал органы управления полетом и двигатели на орбитальном аппарате, а также ET и SRB во время запуска. DPS состоял из пяти компьютеров общего назначения (GPC), двух модулей массовой памяти на магнитной ленте (MMU) и соответствующих датчиков для наблюдения за компонентами космического шаттла. ^{[18] : 232–233} Первоначально использованный GPC был IBM AP-101B , в котором использовались отдельный центральный процессор (ЦП) 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 ВГД в единый блок. Четыре из GPC были загружены основной системой программного обеспечения авионики (PASS), которая представляла собой программное обеспечение для космических шаттлов, обеспечивающее управление на всех этапах полета. Во время набора высоты, маневрирования, входа в атмосферу и посадки четыре PASS GPC работали одинаково, обеспечивая четырехкратную избыточность и проверяли свои результаты на ошибки. В случае программной ошибки, которая могла бы вызвать ошибочные отчеты от четырех PASS GPC, пятый GPC запустил резервную систему полета, которая использовала другую программу и могла управлять космическим шаттлом во время подъема, орбиты и повторного входа, но не могла поддерживать вся миссия.Пять GPC были разделены на три отдельных отсека в средней палубе, чтобы обеспечить резервирование в случае отказа охлаждающего вентилятора. После достижения орбиты экипаж переключит некоторые функции GPC с управления, навигации и контроля (GNC) на управление системами (SM) и полезной нагрузкой (PL) для поддержки оперативной миссии.^{[18] : 405–408} Спейс шаттл не был запущен, если его полет продолжался с декабря по январь, поскольку его полетное программное обеспечение потребовало бы перезагрузки компьютеров орбитального корабля при изменении года. В 2007 году инженеры НАСА разработали решение, позволяющее полетам космических шаттлов пересечь границу конца года. ^[20]

Миссии космических челноков обычно приносили с собой портативный компьютер общей поддержки (PGSC), который мог интегрироваться с компьютерами орбитального корабля и комплектом связи, а также контролировать научные данные и данные о полезной нагрузке. Ранние миссии принесли Grid Compass , один из первых портативных компьютеров, как PGSC, но более поздние миссии принесли ноутбуки Apple и Intel . ^{[18] : 408 [21]}

Отсек для полезной нагрузки [ править ]

Отсек полезной нагрузки составлял большую часть фюзеляжа орбитального корабля и предоставлял грузовое пространство для полезной нагрузки космического корабля "Шаттл". Он был 18 м (60 футов) в длину и 4,6 м (15 футов) в ширину и мог принимать цилиндрические полезные нагрузки до 4,6 м (15 футов) в диаметре. Две дверцы отсека для полезной нагрузки шарнирно закреплялись с обеих сторон отсека и обеспечивали относительно герметичное уплотнение для защиты груза от нагрева во время запуска и возврата. Полезная нагрузка крепилась в отсеке для полезной нагрузки к точкам крепления на лонжеронах . Двери отсека полезной нагрузки выполняли дополнительную функцию в качестве радиаторов тепла орбитального аппарата и открывались при достижении орбиты для отвода тепла. ^{[9] : 62–64}

Орбитальный аппарат может использоваться вместе с множеством дополнительных компонентов в зависимости от миссии. Сюда входят орбитальные лаборатории, ^{[14] : II-304, 319} ускорителей для запуска полезных нагрузок в космос, ^{[14] : II-326,} Система дистанционного манипулятора (RMS), ^{[14] : II-40} и для увеличения продолжительности полета. . ^{[14] : II-86} Для того, чтобы ограничить расход топлива , а орбитальный аппарат был пристыкован на МКС, то Станция-Shuttle Мощность система перевод (SSPTS) был разработан для преобразования и передачи мощности станции на орбитальный аппарат. ^{[14] : II-87–88}SSPTS был впервые использован на STS-118 и был установлен на Discovery и Endeavour . ^{[14] : III-366–368}

Система удаленного манипулятора [ править ]

Система удаленного манипулятора (RMS), также известная как Canadarm, представляла собой механическую руку, прикрепленную к грузовому отсеку. Его можно использовать для захвата и манипулирования полезными грузами, а также в качестве мобильной платформы для космонавтов, выполняющих выход в открытый космос. RMS был построен канадской компанией Spar Aerospace и управлялся астронавтом внутри кабины орбитального корабля с помощью окон и систем видеонаблюдения. RMS допускал шесть степеней свободы и имел шесть суставов, расположенных в трех точках вдоль руки. Оригинальный RMS мог развернуть или извлечь полезную нагрузку до 29 000 кг (65 000 фунтов), которая позже была улучшена до 270 000 кг (586 000 фунтов). ^{[18] : 384–385}

Spacelab [ править ]

Модуль Spacelab был финансируемой Европой герметичной лабораторией, которая находилась в отсеке для полезной нагрузки и позволяла проводить научные исследования на орбите. Модуль Spacelab содержал два сегмента по 2,7 м (9 футов), которые были установлены в кормовой части отсека с полезной нагрузкой для поддержания центра тяжести во время полета. Астронавты вошли в модуль Spacelab через туннель длиной 2,7 м (8,72 фута) или 5,8 м (18,88 фута), который соединялся с воздушным шлюзом. Оборудование Spacelab в основном хранилось на поддонах, на которых размещались как эксперименты, так и компьютерное и силовое оборудование. ^{[18] : 434–435}Аппаратура Spacelab была запущена в 28 полетов в течение 1999 года и изучала такие предметы, как астрономия, микрогравитация, радар и науки о жизни. Оборудование Spacelab также поддерживало такие миссии, как обслуживание космического телескопа Хаббл (HST) и пополнение запасов космических станций. Модуль Spacelab прошел испытания STS-2 и STS-3, и первая полная миссия была на STS-9. ^[22]

Двигатели РС-25 [ править ]

Три двигателя RS-25, также известные как главные двигатели космического шаттла (SSME), были установлены на хвостовой части фюзеляжа орбитального корабля по схеме треугольника. Сопла двигателя могли поворачиваться на ± 10,5 ° по тангажу и ± 8,5 ° по рысканью во время подъема для изменения направления их тяги для управления шаттлом. Титановый сплавМногоразовые двигатели были независимы от орбитального корабля и должны были сниматься и заменяться между полетами. РС-25 представляет собой криогенный двигатель с поэтапным циклом сгорания, который использует жидкий кислород и водород и имеет более высокое давление в камере, чем любая предыдущая жидкостная ракета. Первоначальная основная камера сгорания работала при максимальном давлении 226,5 бар (3285 фунтов на квадратный дюйм). Сопло двигателя имеет высоту 287 см (113 дюймов) и внутренний диаметр 229 см (90,3 дюйма). Сопло охлаждается 1080 внутренними линиями, по которым проходит жидкий водород, и термически защищено изоляционным и абляционным материалом. ^{[14] : II – 177–183}

Двигатели РС-25 подверглись ряду усовершенствований для повышения надежности и мощности. В ходе программы разработки Rocketdyne определила, что двигатель способен безопасно и надежно работать при 104% первоначально заданной тяги. Чтобы значения тяги двигателя соответствовали предыдущей документации и программному обеспечению, НАСА сохраняло исходную заданную тягу на уровне 100%, но при этом RS-25 работал с более высокой тягой. Версии обновления RS-25 были обозначены как Блок I и Блок II. 109% -ный уровень тяги была достигнута с двигателями блока II в 2001 году, что позволило снизить давление в камере до 207,5 бар (3010 фунтов на квадратный дюйм), как это имело большее горло область. Нормальный максимальный дроссель составлял 104%, при этом 106% или 109% использовались для прерывания миссии. ^{[9] : 106–107}

Система орбитального маневрирования [ править ]

Система орбитального маневрирования (OMS) состояла из двух установленных в корме двигателей AJ10-190 и связанных с ними топливных баков. В двигателях AJ10 использовался монометилгидразин (MMH), окисленный тетроксидом диазота (N ₂ O ₄ ). Контейнеры несли максимум 2140 кг (4718 фунтов) MMH и 3526 кг (7773 фунтов) N ₂ O ₄ . Двигатели OMS использовались после отключения главного двигателя (MECO) для вывода на орбиту. На протяжении всего полета они использовались для смены орбиты, а также для снятия с орбиты перед входом в атмосферу. Каждый двигатель OMS производил 27 080 Н (6087 фунтов силы) тяги, а вся система могла обеспечивать изменение скорости 305 м / с (1000 футов / с) . ^{[14]: II – 80}

Система тепловой защиты [ править ]

Орбитальный аппарат был защищен от тепла во время входа в атмосферу с помощью системы тепловой защиты (TPS), термозащитного слоя вокруг орбитального аппарата. В отличие от предыдущих космических аппаратов США, в которых использовались абляционные тепловые экраны, для многоразового использования орбитального аппарата требовался многоцелевой тепловой экран. ^{[9] : 72–73} 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 усиленной углеродно-углеродной плиткой (RCC). Более толстые RCC-плитки были разработаны и установлены в 1998 году для предотвращения повреждений отмикрометеороид и орбитальный мусор , а также были улучшены после повреждения ПКР в результате катастрофы в Колумбии . Начиная с STS-114 , орбитальные аппараты были оснащены системой обнаружения столкновения передней кромки крыла, чтобы предупредить экипаж о любых возможных повреждениях. ^{[14] : II – 112–113}Вся нижняя часть орбитального корабля, а также другие самые горячие поверхности были защищены высокотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией. Области верхних частей орбитального корабля были покрыты белой низкотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией, которая обеспечивала защиту при температурах ниже 650 ° C (1200 ° F). Двери отсека для полезной нагрузки и части верхних поверхностей крыла были покрыты многоразовой войлочной изоляцией, так как температура там оставалась ниже 370 ° C (700 ° F). ^{[18] : 395}

Внешний бак [ править ]

Внешний бак космического шаттла (ВТ) несло топливо для главных двигателей космического корабля и соединял орбитальный аппарат с твердотопливными ракетными ускорителями. ЕТ был 47 м (153,8 фута) в высоту и 8,4 м (27,6 фута) в диаметре и содержал отдельные резервуары для жидкого кислорода (LOX) и жидкого водорода (LH ₂ ). Бак LOX был размещен в носовой части ET и имел высоту 15 м (49,3 фута). LH ₂ составлял основную часть ET и имел высоту 29 м (96,7 футов). Орбитальный аппарат был прикреплен к ET на двух шлангокабелях, которые содержали пять топливных и два электрических шлангокабеля, а также носовые и кормовые конструктивные элементы. Внешний вид ET был покрыт оранжевой пеной для распыления, чтобы позволить ему пережить жару восхождения. ^{[18] : 421–422}

Инопланетянин обеспечивал топливом главные двигатели космического челнока от старта до выключения 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, и пуповины были запломбированы, чтобы предотвратить попадание избыточного топлива в орбитальный аппарат. После того, как болты, прикрепленные к структурным приспособлениям, были срезаны, ET отделился от орбитального корабля. Во время отделения газообразный кислород был выпущен из носа, чтобы вызвать падение инопланетянина, гарантируя, что он разобьется при повторном входе. Инопланетный корабль был единственным основным компонентом системы космического корабля "Спейс шаттл", который не использовался повторно, и он должен был путешествовать по баллистической траектории в Индийский или Тихий океан. ^{[18]: 422}

Для первых двух миссий, STS-1 и STS-2 , ET был покрыт 270 кг (595 фунтов) белой огнестойкой латексной краски для защиты от повреждений ультрафиолетовым излучением. Дальнейшие исследования показали, что сама пена была достаточно защищена, и начиная с STS-3, ET больше не покрывали латексной краской. ^{[14] : II-210} Легкий танк (LWT) впервые был запущен на STS-6, что уменьшило вес танка на 4700 кг (10300 фунтов). Вес LWT был уменьшен за счет удаления компонентов из бака LH ₂ и уменьшения толщины некоторых панелей обшивки. ^{[18] : 422} В 1998 году сверхлегкий инопланетянин (SLWT) впервые полетел на STS-91.. В SLWT использовался алюминиево-литиевый сплав 2195, который был на 40% прочнее и на 10% менее плотным, чем его предшественник, алюминиево-литиевый сплав 2219. SLWT весил на 3400 кг (7500 фунтов) меньше, чем LWT, что позволяло космическому шаттлу доставлять тяжелые элементы на орбиту с большим наклонением МКС. ^{[18] : 423–424}

Твердотопливные ракетные ускорители [ править ]

Твердотопливные ускорители (SRB) обеспечивали 71,4% тяги космического шаттла во время взлета и подъема и были самыми большими твердотопливными двигателями, когда-либо летавшими. ^[23] 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 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, составляющих четыре основных сегмента. В носовом обтекателе размещались двигатели переднего отделения и парашютные системы, которые использовались во время восстановления. Сопла ракеты могли поворачиваться на угол до 8 ° для регулировки в полете. ^{[18] : 425–429}

Каждый из ракетных двигателей был заполнен твердым ракетным топливом ( APCP + PBAN ) на 500 000 кг (1 106 640 фунтов) и соединен вместе в здании сборки автомобилей (VAB) в KSC. ^{[18] : 425–426} В дополнение к обеспечению 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). ^{[18] : 427} Во время запуска SRB были включены в T-5 минут и могли быть электрически воспламенены только после того, как двигатели RS-25 зажглись и были исправны. ^{[18] : 428}Каждый из них обеспечивал 12 500 кН (2 800 000 фунтов силы) тяги, которая позже была улучшена до 13 300 кН (3 000 000 фунтов силы), начиная с STS-8 . ^{[18] : 425} После израсходования топлива SRB были сброшены примерно через две минуты после запуска на высоте около 46 км (150 000 футов). После разделения они развернули тормозной и основной парашюты, приземлились в океане и были подняты экипажами на борту кораблей MV Freedom Star и MV Liberty Star . ^{[18] : 430}Когда они были возвращены на мыс Канаверал, их очистили и разобрали. Затем ракетный двигатель, воспламенитель и сопло были отправлены на Тиокол ​​для ремонта и повторного использования в последующих полетах. ^{[9] : 124}

SRB претерпели несколько изменений за время существования программы. STS-6 и STS-7 использовали SRB, которые были на 2300 кг (5000 фунтов) легче, чем корпуса стандартного веса, из-за того, что стенки были тоньше на 0,10 мм (0,004 дюйма), но были признаны слишком тонкими. В последующих полетах до STS-26 использовались ящики, которые были на 0,076 мм (0,003 дюйма) тоньше, чем ящики стандартного веса, что позволило сэкономить 1800 кг (4000 фунтов). После аварии Challenger в результате разрушения уплотнительного кольца при низкой температуре, SRB были переработаны, чтобы обеспечить постоянное уплотнение независимо от температуры окружающей среды. ^{[18] : 425–426}

Транспортные средства поддержки [ править ]

Операции космического челнока поддерживались транспортными средствами и инфраструктурой, которые облегчили его транспортировку, строительство и доступ экипажа. На гусеничном-автовозы несли MLP и Шаттл от VAB на космодром. ^[24] Челночный самолет - носитель (SCA) , были два модифицированных 747s Boeing , которые могли нести в орбитальном на его спину. Оригинальный SCA (N905NA) впервые был запущен в 1975 году и использовался для ALT и переброски орбитального аппарата с авиабазы ​​Эдвардс на KSC во всех миссиях до 1991 года. Второй SCA (N911NA) был приобретен в 1988 году и впервые использовался. перевезти Endeavourс завода в КСК. После вывода из эксплуатации космического корабля "Шаттл" N905NA был выставлен на выставке в АО, а N911NA был выставлен в аэропорту Джо Дэвиса Херитэдж в Палмдейле, Калифорния . ^{[14] : I-377-391 [25]} экипаж транспортное средство (CTV) был модифицирован аэропорт телескопическим трапом , который был использован для оказания помощи астронавтов выхода из орбитального аппарата после посадки, где они будут претерпевать их после миссии медицинских осмотров. ^[26] Astrovan транспортироваться космонавтов из экипажа четверти в монтажно-испытательного корпуса на стартовую площадку на день запуска. ^[27] Железная дорога НАСАсостоял из трех локомотивов, которые перевозили сегменты SRB от Флоридской железной дороги Восточного побережья в Титусвилле до KSC. ^[28]

Профиль миссии [ править ]

Подготовка к запуску [ править ]

"Спейс Шаттл" готовился к запуску в основном в ВАБ КНЦ. СРБ были собраны и прикреплены к внешнему баку на МЛП. Корабль-орбитальный аппарат был подготовлен на базе обработки орбитальных аппаратов (ОБТК) и передан в VAB, где использовался кран для его поворота в вертикальное положение и соединения с внешним резервуаром. ^{[9] : 132–133} После того, как вся штабеля была собрана, MLP был доставлен на расстояние 5,6 км (3,5 мили) к Стартовому комплексу 39 одним из гусеничных транспортеров. ^{[9] : 137}После того, как космический шаттл прибудет на одну из двух стартовых площадок, он подключится к фиксированной и ротационной сервисной структуре, которая обеспечит возможности обслуживания, установку полезной нагрузки и транспортировку экипажа. ^{[9] : 139–141} Экипаж был доставлен на стартовую площадку в T − 3  часа и вошел в орбитальный аппарат, который был закрыт в T − 2  часа. ^{[14] : III – 8} LOX и LH ₂ были загружены во внешний резервуар через шлангокабели, подключенные к орбитальному аппарату, что началось в T – 5  часов  35  минут. В T − 3  часа  45  минут LH ₂быстрое заполнение было завершено, а через 15 минут - LOX. Оба бака медленно наполнялись до запуска по мере испарения кислорода и водорода. ^{[14] : II – 186}

Запуск фиксации критерии считаются осадков, температуры, облачности, прогноза молнии, ветра и влажности. ^[29] Космический шаттл не был запущен в условиях, когда в него могла поразить молния , поскольку его выхлопной шлейф мог вызвать молнию, создав путь тока к земле после запуска, что произошло на Аполлоне-  12 . ^{[30] : 239} Правило НАСА на наковальне для запуска шаттла гласит, что облако наковальни не может появиться на расстоянии до 19  км (10 морских миль). ^[31]Офицер погоды при запуске шаттла следил за условиями до тех пор, пока не было объявлено окончательное решение о завершении запуска. Помимо погоды на стартовой площадке, условия должны были быть приемлемыми на одной из трансатлантических площадок для прерывания посадки и в зоне восстановления SRB. ^{[29] [32]}

Запустить [ редактировать ]

Экипаж миссии и персонал Центра управления запуском (LCC) выполнили системные проверки в течение обратного отсчета. Две встроенные задержки в T − 20 минут и T − 9 минут обеспечили запланированные перерывы для решения любых проблем и дополнительной подготовки. ^{[14] : III-8} После встроенной задержки в T-9 минут, обратный отсчет автоматически контролировался наземным секвенсором запуска (GLS) в LCC, который останавливал обратный отсчет, если обнаруживал критическую проблему с любым из Бортовые системы Space Shuttle. ^[32] В T − 3  минут  45  секунд двигатели начали проводить испытания кардана, которые были завершены в T − 2  минут  15. секунд. Система обработки наземного запуска передала управление GPC орбитального корабля в T-31  секунду. В момент времени T − 16  секунд GPC включили SRB, система шумоподавления (SPS) начала заливать траншеи MLP и SRB 1100000 л (300000 галлонов США) воды, чтобы защитить орбитальный аппарат от повреждений акустической энергией и выхлопом ракеты. отражается от траншеи пламени и MLP во время отрыва. ^{[33] [34]} В момент T-10  секунд под каждым колпаком двигателя были активированы водородные воспламенители, чтобы подавить застойный газ внутри конусов перед зажиганием. Неспособность сжечь эти газы может привести к срабатыванию бортовых датчиков и создать возможность избыточного давления и взрыва транспортного средства во время фазы зажигания. LH ₂Предварительные клапаны были открыты при Т-9,5  секунды при подготовке к запуску двигателя. ^{[14] : II – 186}

Начиная с T-6,6  секунды, главные двигатели зажигались последовательно с интервалом в 120 миллисекунд. Все три двигателя RS-25 должны были достичь 90% номинальной тяги за T-3  секунды, в противном случае GPC инициировали прерывание RSLS . Если все три двигателя показали номинальную производительность к моменту T-3  секунды, им была дана команда на настройку кардана для взлета, и будет выдана команда для включения SRB для зажигания в момент T-0. ^[35] Между T − 6,6  секунды и T − 3 секунд, в то время как двигатели RS-25 работали, но SRB все еще были прикреплены болтами к подушке, смещенная тяга заставляла космический шаттл крениться на 650 мм (25,5 дюйма), измеренные на конце внешнего бака; 3-секундная задержка позволила стеклу вернуться почти в вертикальное положение перед воспламенением SRB. В момент T-0 восемь хрупких гаек, удерживающих SRB на подушке, были взорваны, последние шлангокабели были отсоединены, SSME получили команду на 100% дросселирование, и SRB были воспламенены. ^{[36] [37]} К моменту T + 0,23  секунды SRB набрали достаточно тяги для начала старта и достигли максимального давления в камере на T + 0,6  секунды. ^{[38] [14] : II-186} В Т − 0, Центр управления полетами ОАОвзял на себя управление полетом из LCC. ^{[14] : III – 9}

В момент времени T + 4  секунды, когда космический шаттл достиг высоты 22 метра (73 фута), двигатели RS-25 были заглушены до 104,5%. Примерно через T + 7  секунд космический шаттл развернулся в направлении «головой вниз» на высоте 110 метров (350 футов), что уменьшило аэродинамическое напряжение и обеспечило улучшенную коммуникацию и навигационную ориентацию. Примерно 20-30  секунд в восхождение и высота 2700 метров (9000 футов), РС-25 двигателей были задушили до 65-72% уменьшить максимальные аэродинамические силы на Max Q . ^{[14] : III – 8–9} Кроме того, форма топлива SRB была разработана так, чтобы уменьшить тягу во время Max Q. ^{[18] : 427} GPC могут динамически управлять дроссельной заслонкой двигателей RS-25 в зависимости от производительности SRB. ^{[14] : II – 187}

Приблизительно через T + 123  секунды и на высоте 46 000 метров (150 000 футов) пиротехнические крепления высвободили SRB, которые достигли апогея 67 000 метров (220 000 футов) перед прыжком с парашютом в Атлантический океан . Спейс Шаттл продолжил восхождение, используя только двигатели РС-25. В более ранних миссиях Space Shuttle оставался в ориентации "голова вниз" для поддержания связи со станцией слежения на Бермудских островах , но в более поздних миссиях, начиная с STS-87 , переходил в ориентацию "голова вверх" на Т + 6  минут для связи со станцией слежения. и спутниковая группировка ретрансляции данных . Дросселирование двигателей РС-25 производилось на Т + 7  мин. 30  секунд, чтобы ограничить ускорение автомобиля до 3 g . За 6  секунд до отключения главного двигателя (MECO), которое произошло в T + 8  минут  30  секунд, двигатели RS-25 были снижены до 67%. GPC контролировали разделение инопланетян и сбросили оставшиеся LOX и LH _2, чтобы предотвратить газовыделение во время нахождения на орбите. Инопланетянин продолжил движение по баллистической траектории и распался во время входа в атмосферу, при этом несколько небольших частей приземлились в Индийском или Тихом океане. ^{[14] : III – 9–10}

В ранних миссиях для выхода на орбиту использовалось два запуска СУО; первая стрельба подняла апогей, а вторая сделала круговую орбиту. Миссии после STS-38 использовали двигатели RS-25 для достижения оптимального апогея и использовали двигатели OMS для создания круговой орбиты. Высота и наклон орбиты зависели от миссии, а орбиты космического шаттла варьировались от 220 км (120 миль) до 620 км (335 миль). ^{[14] : III – 10}

На орбите [ править ]

Тип миссии, которую должен был выполнить космический шаттл, диктовал тип орбиты, на которую он вышел. Первоначальная конструкция многоразового космического челнока предусматривала все более дешевую пусковую платформу для развертывания коммерческих и государственных спутников. Ранние миссии обычно перегоняли спутники, что определяло тип орбиты, на которую должен выйти орбитальный аппарат. После катастрофы Challenger многие коммерческие полезные нагрузки были переведены на коммерческие ракеты одноразового использования, такие как Delta II . ^{[14] : III-108, 123} 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 , ^{[14] :III – 148} Spacelab, ^{[18] : 434–435} и космический корабль Galileo . ^{[14] : III – 140} Начиная с STS-74 , космический аппарат выполнял стыковки с космической станцией « Мир» . ^{[14] : III – 224} В последнее десятилетие эксплуатации космический челнок использовался для строительства Международной космической станции . ^{[14] : III – 264} Большинство миссий предполагало пребывание на орбите от нескольких дней до двух недель, хотя более длительные миссии были возможны с паллетой орбитального аппарата увеличенного времени. ^{[14] : III – 86}17-дневная 15-часовая миссия STS-80 была самой продолжительной продолжительностью полета космического корабля "Шаттл". ^{[14] : III – 238}

Возвращение и посадка [ править ]

Примерно за четыре часа до ухода с орбиты экипаж начал подготовку орбитального корабля к возвращению, закрыв дверцы с полезной нагрузкой, излучая избыточное тепло и убирая  антенну Ku- диапазона. Орбитальный аппарат перевернулся в перевернутом положении хвостом вперед и начал 2-4-  минутное горение OMS примерно за 20  минут до того, как снова вошел в атмосферу. Корабль-орбитальный аппарат переориентировался в положение "нос-вперед" с углом атаки 40 °, а система управления прямой реакцией(RCS) самолеты были опустошены от топлива и выведены из строя перед возвращением в атмосферу. Вход в атмосферу орбитального аппарата был определен как запуск на высоте 120 км (400 000 футов), когда он двигался со скоростью примерно 25 Маха. Вход в атмосферу орбитального аппарата контролировался GPC, которые следовали заранее заданному плану угла атаки для предотвращения небезопасный нагрев ТЭЦ. GPC также управляли несколькими S- образными поворотами при аэродинамическом торможении , используя только ось крена, чтобы рассеивать избыточную скорость без изменения угла атаки. ^{[14] : III – 12} Кормовые реактивные двигатели RCS орбитального корабля были отключены при спуске, а его элероны, рули высоты и руль направления стали эффективными в нижних слоях атмосферы. На высоте 46 км (150 000 футов) орбитальный аппарат отключил скоростной тормоз.на вертикальном стабилизаторе. За 8  минут  44  секунды до приземления экипаж развернул датчики воздушных данных и начал снижать угол атаки до 36 °. ^{[14] : Ш-12} Максимальное орбитальный аппарат в аэродинамическом / отношении подъемной силы к сопротивлению значительно различалось со скоростью, в диапазоне от 1,3 при гиперзвуковых скоростях до 4,9 при дозвуковых скоростях. ^{[14] : II – 1}Корабль-орбитальный аппарат долетел до одного из двух конусов выравнивания курса, расположенных в 48 км (30 миль) от каждого конца осевой линии взлетно-посадочной полосы, где он совершил последние повороты, чтобы рассеять избыточную энергию до своего подхода и приземления. После того, как орбитальный аппарат начал дозвуковой полет, экипаж взял на себя ручное управление полетом. ^{[14] : III – 13}

Фаза подхода и приземления началась, когда орбитальный аппарат находился на высоте 3000 м (10000 футов) и двигался со скоростью 150 м / с (300 узлов). Орбитальный аппарат двигался по глиссаде -20 ° или -18 ° и снижался со скоростью примерно 51 м / с (167 фут / с). Тормоз скорости использовался для поддержания постоянной скорости, и экипаж инициировал предполетный маневр на глиссаде -1,5 ° на высоте 610 м (2000 футов). Шасси было развернуто 10 секунды до приземления, когда орбитальный аппарат находился на высоте 91 м (300 футов) и двигался со скоростью 150 м / с (288 узлов). Последний маневр с ракетой снизил скорость снижения орбитального аппарата до 0,9 м / с (3 фута / с), при этом приземление произошло на скорости 100–150 м / с (195–295 узлов), в зависимости от веса орбитального корабля. После того, как шасси приземлилось, экипаж выдвинул тормозной парашют из вертикального стабилизатора и начал торможение колес, когда орбитальный аппарат двигался со скоростью менее 72 м / с (140 узлов). Наконец, как только колеса орбитального аппарата стали неподвижными, экипаж отключил компоненты полета и приготовился к выходу. ^{[14] : III – 13}

Посадочные сайты [ править ]

Основным местом посадки космических шаттлов была площадка для посадки шаттлов в KSC, где произошло 78 из 133 успешных посадок. В случае неблагоприятных условий посадки Шаттл может задержать посадку или приземлиться в другом месте. Основным запасным самолетом была авиабаза Эдвардс, которая использовалась для 54 посадок. ^{[14] : III – 18–20} STS-3 приземлился в Космической гавани Уайт-Сэндс в Нью-Мексико и потребовал обширной постобработки после контакта с богатым гипсом песком, некоторые из которых были обнаружены в обломках Колумбии после STS-107 . ^{[14] : III – 28}Для приземления на запасных аэродромах требовалось, чтобы самолет-носитель доставил его обратно на мыс Канаверал . ^{[14] : III – 13}

В дополнение к заранее запланированным аэродромам для посадки было 85 согласованных площадок для аварийной посадки, которые будут использоваться в различных сценариях прерывания, из которых 58 расположены в других странах. Места посадки были выбраны на основе политических отношений, благоприятной погоды, взлетно-посадочной полосы длиной не менее 2300 м (7500 футов) и TACAN или DME.оборудование. Кроме того, поскольку на орбитальном аппарате были только УКВ-радиостанции, международные объекты, имеющие только УКВ-радиостанции, не могли напрямую связываться с экипажем. Объекты на восточном побережье США были запланированы для аварийной посадки на восточном побережье, а несколько площадок в Европе и Африке были запланированы на случай трансокеанской аварийной посадки. Помещения были подготовлены с оборудованием и персоналом на случай аварийной посадки шаттла, но никогда не использовались. ^{[14] : III – 19}

Обработка после посадки [ править ]

После приземления к орбитальному аппарату подошли наземные экипажи для проверки безопасности. Команды, надевшие автономные дыхательные аппараты, проверяли наличие водорода , гидразина , монометилгидразина , тетроксида азота и аммиака, чтобы убедиться в безопасности зоны приземления. ^[39] Линии кондиционирования воздуха и фреона были подключены для охлаждения экипажа и оборудования и отвода избыточного тепла от входа в атмосферу. ^{[14] : III-13} полет хирург сел на орбитальный и проводил медицинские осмотры экипажа , прежде чем они высадились. После того, как орбитальный аппарат был закреплен, его отбуксировали на ОБТК для проверки, ремонта и подготовки к следующей миссии.^[39]

Программа "Спейс шаттл" [ править ]

Спейс шаттл совершал полеты с 12 апреля 1981 г. ^{[14] : III – 24} до 21 июля 2011 г. ^{[14] : III – 398} На протяжении всей программы космический челнок совершил 135 полетов, ^{[14] : III – 398} из которых 133 благополучно вернулся. ^{[14] : III – 80, 304} На протяжении всей своей жизни космический шаттл использовался для проведения научных исследований, ^{[14] : III – 188 -} коммерческое развертывание, ^{[14] : III – 66} военных, ^{[14] : III – 68} и научные полезные нагрузки, ^{[14] : III – 148}участвовал в строительстве и эксплуатации «Мир» ^{[14] : III – 216} и МКС. ^{[14] : III – 264} За время своего пребывания в должности космический шаттл служил единственным в США транспортным средством для запуска астронавтов, которым не было замены до запуска Crew Dragon Demo-2 30 мая 2020 г. ^[40]

Бюджет [ править ]

Общий бюджет программы космических шаттлов НАСА оценивается в 221 миллиард долларов (в долларах 2012 года). ^{[14] : III-488} Разработчики космического корабля "Шаттл" выступали за возможность повторного использования в качестве меры экономии, что привело к более высоким затратам на разработку при предполагаемых более низких затратах на запуск. Во время проектирования космического челнока предложения по фазе B были не такими дешевыми, как указывали первоначальные оценки по фазе A; Менеджер программы Space Shuttle Роберт Томпсон признал, что снижение стоимости за фунт не было основной целью дальнейших этапов проектирования, поскольку другие технические требования не могли быть удовлетворены при снижении затрат. ^{[14] : III − 489−490}По оценкам разработок, сделанным в 1972 году, стоимость полезной нагрузки на фунт составляла всего 1109 долларов (в 2012 году) за фунт, но фактические затраты на полезную нагрузку, не включая затраты на исследования и разработки космического челнока, составили 37 207 долларов (в 2012 году). ) за фунт. ^{[14] : III − 491}Затраты на запуск варьировались на протяжении всей программы и зависели от скорости полетов, а также от исследований, разработок и расследований в рамках программы Space Shuttle. В 1982 году НАСА опубликовало оценку в 260 миллионов долларов (в 2012 году) на полет, которая была основана на прогнозе 24 полетов в год в течение десятилетия. Стоимость запуска в период 1995–2002 годов, когда орбитальные аппараты и МКС не строились и не проводились восстановительные работы после потери экипажа, составляла 806 миллионов долларов. В 1999 году НАСА опубликовало исследование, в котором сделан вывод о том, что затраты на семь запусков в год составили 576 миллионов долларов (в 2012 году). В 2009 году НАСА определило, что стоимость добавления одного запуска в год составляет 252 миллиона долларов (в 2012 году).это указывает на то, что большая часть затрат на программу Space Shuttle приходится на круглогодичный персонал и операции, которые продолжаются независимо от скорости запуска. С учетом всего бюджета программы Space Shuttle стоимость одного запуска составила 1,642 миллиарда долларов (в 2012 году).^{[14] : III − 490}

Стоимость трансфера

В 2010 финансовом году средняя стоимость подготовки и запуска миссии шаттла составила около 775 миллионов долларов. Шаттл Endeavour, орбитальный аппарат, построенный для замены шаттла Challenger, обошелся примерно в 1,7 миллиарда долларов. Жизнь программы шаттла обошлась в 113,7 миллиарда долларов. (Без поправки на инфляцию) ^[41]

Катастрофы [ править ]

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 Challenger . Авария была вызвана низкотемпературным повреждением уплотнительного кольца, критически важного уплотнения, используемого между сегментами корпуса SRB. Отказ уплотнительного кольца позволил горячим газам сгорания выходить между секциями ускорителя и прожигать соседний инопланетянин, что привело к череде катастрофических событий, которые привели к распаду орбитального аппарата. ^{[42] : 71} Неоднократные предупреждения инженеров-проектировщиков, выражающие озабоченность по поводу отсутствия доказательств безопасности уплотнительных колец при температуре ниже 53 ° F (12 ° C), были проигнорированы менеджерами НАСА. ^{[42] :148}

1 февраля 2003 года « Колумбия» распалась во время входа в атмосферу, в результате чего погибли все семь членов экипажа STS-107 из-за повреждения углеродно-углеродной передней кромки крыла во время запуска. Инженеры наземного управления направили три отдельных запроса на получение изображений с высоким разрешением, сделанных Министерством обороны, которые позволили бы понять масштабы ущерба, в то время как главный инженер TPS НАСА потребовал, чтобы астронавтам на борту Колумбии разрешили покинуть машину осмотрите повреждения. Менеджеры НАСА вмешались, чтобы остановить получение изображений орбитального аппарата Министерством обороны, и отклонили запрос на выход в открытый космос, ^{[14] : III – 323 [43]}и, таким образом, осуществимость сценариев ремонта или спасения астронавтов Атлантидой в то время не рассматривалась руководством НАСА. ^[44]

Критика [ править ]

Частичная возможность многократного использования космического челнока была одним из основных требований при его первоначальной разработке. ^{[7] : 164} Технические решения, которые диктовали возвращение и повторное использование орбитального аппарата, сократили возможности полезной нагрузки для каждого запуска с намерением снизить затраты на запуск и, как следствие, повысить частоту запусков. Фактические затраты на запуск космического шаттла были выше, чем первоначально прогнозировалось, и космический шаттл не совершал запланированных 24 миссий в год, как первоначально прогнозировалось НАСА. ^{[45] [14] : III – 489–490} Space Shuttle изначально задумывался как ракета-носитель для развертывания спутников, для чего он в основном использовался в миссиях, предшествовавших Challenger.катастрофа. Цена НАСА, которая была ниже себестоимости, была ниже, чем у одноразовых ракет-носителей; Предполагалось, что большое количество полетов космических шаттлов компенсирует финансовые потери на раннем этапе. Совершенствование одноразовых ракет-носителей и отказ от коммерческой полезной нагрузки на космических челноках привели к тому, что одноразовые ракеты-носители стали основным вариантом развертывания спутников. ^{[14] : III – 109–112}

Фатальные катастрофы " Челленджер" и " Колумбия" продемонстрировали риски для безопасности космического шаттла, которые могут привести к гибели экипажа. Конструкция космического корабля орбитального аппарата ограничивала варианты прерывания, так как сценарии прерывания требовали управляемого полета орбитального аппарата к взлетно-посадочной полосе или позволяли экипажу покинуть его индивидуально, а не варианты прерывания спасения на космических капсулах Аполлона и Союза . ^[46] Ранние анализы безопасности, объявленные инженерами и руководством НАСА, предсказывали вероятность катастрофического отказа, приводящего к гибели экипажа, в диапазоне от 1 на 100 запусков до 1 на 100 000. ^{[47] [48]}После потери двух миссий космических шаттлов риски для первоначальных миссий были переоценены, и вероятность катастрофической потери корабля и экипажа оказалась равной 1 из 9. ^[49] Руководство НАСА впоследствии подверглось критике за принятие повышенного риска для экипажа в обмен на более высокую скорость выполнения миссий. В отчетах " Челленджер" и " Колумбия" объясняется, что культура НАСА не смогла обеспечить безопасность экипажа, не оценив объективно потенциальные риски миссий. ^{[48] [50] : 195–203}

Выход на пенсию [ править ]

В январе 2004 года было объявлено о прекращении использования космических шаттлов. ^{[14] : III-347} Президент Джордж Буш объявил о своем видении космических исследований , в котором содержится призыв к снятию космических шаттлов после завершения строительства МКС. ^{[51] [52]} Чтобы обеспечить правильную сборку МКС, участвующие партнеры определили потребность в оставшихся 16 миссиях по сборке в марте 2006 г. ^{[14] : III-349} Одна дополнительная миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббла была утверждена в октябре 2006 г. ^{[ 14] : III-352} Первоначально STS-134 должен был стать последней миссией космического корабля "Шаттл". Тем не менееКатастрофа Колумбии привела к тому, что дополнительные орбитальные аппараты были подготовлены к запуску в случае необходимости в случае спасательной операции. Поскольку « Атлантис» готовился к заключительному запуску при необходимости, в сентябре 2010 года было принято решение, что он будет летать позывным STS-135 с экипажем из четырех человек, который сможет оставаться на МКС в случае возникновения чрезвычайной ситуации. ^{[14] : III-355} STS-135 запущен 8 июля 2011 г. и приземлился в KSC 21 июля 2011 г. в 5:57  утра по  восточному времени (09:57  UTC). ^{[14] : III-398} С этого момента и до запуска Crew Dragon Demo-2 30 мая 2020 года США запускали своих астронавтов на борт российского космического корабля «Союз».^[53]

После последнего полета каждого орбитального корабля он обрабатывался, чтобы сделать его безопасным для демонстрации. Используемые системы OMS и RCS представляли основную опасность из-за их токсичного гиперголического пропеллента , и большинство их компонентов были навсегда удалены, чтобы предотвратить опасное выделение газа. ^{[14] : III-443} Atlantis демонстрируется в Комплексе посетителей Космического центра Кеннеди , ^{[14] : III-456} Discovery находится в Центре Удвар-Хейзи , ^{[14] : III-451} Endeavour демонстрируется в Калифорнийском научном центре. Центр , ^{[14] : III-457} и"Энтерпрайз" выставлен в Музее море-воздух-космос Intrepid . ^{[14] :} Компоненты ^III-464 с орбитальных аппаратов были переданы ВВС США, программе МКС, а также правительствам России и Канады. Двигатели были сняты для использования в космической стартовой системе , а запасные сопла RS-25 были прикреплены для демонстрации. ^{[14] : III-445}

В популярной культуре [ править ]

Спейс шаттл и его вымышленные варианты были показаны во многих фильмах.

См. Также [ править ]

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме: Спейс Шаттл (категория)

• NSTS 1988 Справочное руководство
• Как работает космический шаттл
• Справочник новостей космического корабля НАСА - 1981
• Орбитальные аппараты
• Эра космических челноков: 1981–2011 гг .; интерактивное мультимедиа на орбитальных аппаратах Space Shuttle
• НАСА Полет человека в космос - Шаттл
• Сферические панорамы высокого разрешения над, под, вокруг и через Discovery, Atlantis и Endeavour