Космический шатл

Космический шатл

Дискавери стартует в начале STS-120 .
Функция	Запуск с экипажем на орбиту и возвращение в атмосферу
Производитель	Объединенный космический альянс Тиокол / Alliant Techsystems  (SRB) Lockheed Martin / Мартин Мариетта  (ET) Боинг / Роквелл  (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 инерционной верхней ступенью [1]
Полезная нагрузка на Землю возвращается
Масса	14 400 кг (31 700 фунтов) [2]
История запуска
Положение дел	На пенсии
Сайты запуска	LC-39 , Космический центр Кеннеди SLC-6 , авиабаза Ванденберг (не используется)
Всего запусков	135
Успех (а)	133 [а]
Отказ (ы)	2 Challenger ( неудачный запуск, 7 погибших ) Колумбия ( неудачный повторный вход, 7 погибших )
Первый полет	12 апреля 1981 г.
Последний полет	21 июля 2011 г.
Заметная полезная нагрузка	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 Space Shuttle включают в себя орбитальный аппарат (OV) с тремя сгруппированными главными двигателями Rocketdyne RS-25 , парой восстанавливаемых твердотопливных ракетных ускорителей (SRB) и одноразовым внешним баком (ET), содержащим жидкий водород и жидкий кислород . Space Shuttle был запущен вертикально , как обычная ракета, причем два SRB работали параллельно с тремя главными двигателями орбитального корабля , которые питались от ET. SRB были сброшены до того, как аппарат достиг орбиты, а ET был сброшен непосредственно перед выходом на орбиту , в котором использовались два орбитальных аппарата.Двигатели орбитальной системы маневрирования (OMS). По завершении миссии орбитальный аппарат запустил свою СУО, чтобы спуститься с орбиты и снова войти в атмосферу . Орбитальный аппарат был защищен во время входа в атмосферу его системы тепловой защиты плитки, и она скользила в качестве космического самолета на взлетно - посадочной полосы посадки, как правило , к Shuttle Landing Facility в КНЦ, штат Флорида, или в Rogers Сухое озеро в базе Edwards Air Force , штат Калифорния. Если посадка происходила в Эдвардсе, орбитальный аппарат отправлялся обратно в KSC на самолете-челноке , специально модифицированном Боинге 747 .

Первый орбитальный аппарат " Энтерпрайз" был построен в 1976 году и использовался в испытаниях на заход на посадку и посадку , но не имел возможности выхода на орбиту. Первоначально было построено четыре полностью действующих орбитальных корабля: Columbia , Challenger , Discovery и Atlantis . Двое из них были потеряны в результате несчастных случаев: « Челленджер» в 1986 году и « Колумбия» в 2003 году , в результате чего погибло 14 астронавтов. Пятый действующий (и шестой по счету) орбитальный аппарат Endeavour был построен в 1991 году для замены Challenger . Шаттл был уволен от службы после завершения Атлантиды "Последний полет состоялся 21 июля 2011 года. США использовали российский космический корабль «Союз» для доставки 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 начали разработку частично многоразового X-20 Dyna-Soar . Военно-воздушные силы сотрудничали с НАСА над Dyna-Soar и начали обучение шести пилотов в июне 1961 года. Рост затрат на разработку и определение приоритетности проекта Gemini привели к отмене программы Dyna-Soar в декабре 1963 года. Dyna-Soar, ВВС США провели в 1957 году исследование, чтобы проверить возможность создания многоразовых ускорителей. Это стало основой для авиакосмического самолета., полностью многоразовый космический аппарат, 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 вместо 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, включая посадку 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 требовался новый аппарат, и что система частичного повторного использования была бы наиболее экономичным решением. ^{[7] : 164} 10 августа 1968 года глава Управления пилотируемых космических полетов НАСА Джордж Мюллер объявил о плане создания многоразового шаттла. НАСА направило запрос на внесение предложений(RFP) для проектов интегрированной ракеты-носителя для запуска и повторного входа в атмосферу (ILRV), которая позже станет космическим шаттлом. Вместо того, чтобы заключить контракт на основе первоначальных предложений, НАСА объявило о поэтапном подходе к заключению контрактов и разработке космических челноков; Фаза A представляла собой запрос на исследования, выполненные конкурирующими аэрокосмическими компаниями, фаза B представляла собой соревнование между двумя подрядчиками за конкретный контракт, фаза C включала проектирование деталей компонентов космического корабля, а фаза D была производством космического корабля. ^{[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 опубликовала отчет, в котором 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 (полуторная ступень) 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 отчет, 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 многоразовый ядерный разгонный блок 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 прямыми крыльями, установленным на более крупном ракетном ускорителе с прямыми крыльями. ^{[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 корабля «Шаттл»; 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, и в марте НАСА приняло решение о его окончательном дизайне. В августе того же года НАСА заключило контракт на строительство орбитального аппарата с North American Rockwell, контракт на твердотопливные ракеты-носители с Morton Thiokol и контракт на внешний танк с Мартином Мариеттой . ^{[7] :170–173}

Развитие [ править ]

4 июня 1974 года Роквелл начал строительство первого орбитального корабля OV-101, который позже будет называться « Энтерпрайз» . Энтерпрайз был спроектирован как испытательный автомобиль и не имел двигателей и теплозащиты. Строительство было завершено 17 сентября 1976 года, и « Энтерпрайз» переместили на базу ВВС Эдвардс для начала испытаний. ^{[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 гарантировать, что двигатели могут безопасно работать через профиль запуска.^{[14] : II-163 Компания} Rockwell провела испытания на механическую и термическую нагрузку на конструктивном испытательном изделии (STA) -099, чтобы определить влияние 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, выданный Rocketdyne. Первый двигатель был завершен в марте 1975 года после проблем с разработкой первого многоразового двигателя с дроссельной заслонкой. Во время испытаний двигателя на РС-25 произошло несколько отказов форсунок, а также поломка лопаток турбины. Несмотря на проблемы во время испытаний, в мае 1978 года НАСА заказало девять двигателей RS-25, необходимых для своих трех орбитальных аппаратов. ^{[7] : 174–175}

НАСА столкнулось со значительными задержками в разработке системы тепловой защиты космического корабля "Шаттл" . Предыдущие космические аппараты НАСА использовали абляционные тепловые экраны, но их нельзя было использовать повторно. НАСА решило использовать керамическую плитку для термозащиты, так как шаттл можно было бы построить из легкого алюминия , а плитки можно было бы заменять по отдельности по мере необходимости. 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 6000 из 30 000 плиток. Однако многие из первоначально установленных плиток пришлось заменить, что потребовало двух лет установки, прежде чем Columbia 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 НАСА 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 совершил 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, имитирующим стартовые нагрузки. В апреле 1979 года " Энтерпрайз" доставили в КСК, где к нему прикрепили внешний бак и твердотопливные ракетные ускорители, и перевели на ЛК-39 . После установки на стартовой площадке космический шаттл использовался для проверки правильности расположения оборудования стартового комплекса. Энтерпрайз вернулся в Калифорнию в августе 1979 года, а позже участвовал в разработке SLC-6 на авиабазе Ванденберг в 1984 году. ^{[9] : 40–41}

24 ноября 1980 года « Колумбия» соединилась с внешним резервуаром и твердотопливными ракетами-носителями, а 29 декабря была переведена на LC-39. ^{[14] : III-22} Первой миссией космического шаттла, STS-1 , должна была стать экспедиция. НАСА впервые выполнило пилотируемый первый полет космического корабля. ^{[14] : III-24} 12 апреля 1981 года космический шаттл впервые был запущен, и его пилотировали Джон Янг и Роберт Криппен . Во время двухдневной миссии Янг и Криппен протестировали оборудование на борту шаттла и обнаружили, что несколько керамических плиток упали с верхней стороны « Колумбии» . ^{[15] : 277–278}НАСА согласовало 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 , управляемый Кеном Маттингли и Генри Хартсфилдом , 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 он никогда не использовался), 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 отвечал за 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 корабля находились главные двигатели космического челнока (SSME), которые обеспечивали тягу во время запуска, а также систему орбитального маневрирования (OMS), которая позволяла орбитальному аппарату достигать, изменять и выходить на свою орбиту после выхода в космос. Его крыло с двойным треугольником составляло 18 м (60 футов) в длину и имело 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 торможение 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 передним шасси и двумя основными шасси, каждое из которых содержало по две шины. Основное шасси содержало по два тормозных узла каждый, а переднее шасси - электрогидравлический рулевой механизм.^{[18] : 408–411}

Экипаж [ править ]

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

Отсек экипажа [ править ]

Боевой отсек состоял из трех палуб и был герметичной обитаемой зоной во всех миссиях космического корабля "Шаттл". Кабина экипажа состояла из двух кресел для командира и пилота, а также дополнительных двух-четырех кресел для членов экипажа. Средняя палуба располагалась под кабиной экипажа, и на ней располагались камбуз и койки экипажа, а также места для трех или четырех членов экипажа. Средняя палуба содержала воздушный шлюз, который мог поддерживать двух астронавтов во внекорабельной деятельности (EVA), а также доступ к герметичным исследовательским модулям. Под средней палубой находился отсек для оборудования, в котором хранились системы экологического контроля и управления отходами. ^{[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 герметичных костюмов с частичным давлением со шлемом. В 1994 году LES был заменен на улучшенный аварийный костюм с полным давлением (ACES), который повысил безопасность космонавтов в чрезвычайной ситуации. Колумбия изначально модифицировала SR-71 Катапультируемые сиденья с нулевым нулевым уровнем устанавливались для ALT и первых четырех миссий, но они были отключены после STS-4 и сняты 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 - 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) для балансировки двигателей во время полета с двигателем и управления орбитальным аппаратом во время полета без двигателя. Оба сиденья также имели органы управления рулем направления , позволяющие перемещать руль направления в полете и управлять носовым колесом по земле. ^{[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 был модернизирован многофункциональной электронной системой отображения (MEDS), которая представляла собой модернизацию стеклянной кабины летных приборов, которая заменила восемь дисплеев MCDS 11 многофункциональными цветными цифровыми экранами. MEDS впервые был запущен в мае 2000 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 удаленного 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 располагались складские помещения для экипажа, спальная зона, камбуз, медицинское оборудование и пункты гигиены для экипажа. Экипаж использовал модульные шкафчики для хранения оборудования, масштабируемого в зависимости от их потребностей, а также стационарные напольные отсеки. На средней палубе был люк по левому борту, который экипаж использовал для входа и выхода на Земле. Кроме того, каждый орбитальный аппарат изначально был оборудован внутренним воздушным шлюзом на средней палубе. Внутренний воздушный шлюз был заменен внешним воздушным шлюзом в отсеке для полезной нагрузки на Discovery , Atlantis и Endeavour для улучшения стыковки с Миром и МКС , а также системой стыковки орбитального корабля . ^{[14] :II – 26–33}

Системы полета [ править ]

Орбитальный аппарат был оборудован системой авионики для предоставления информации и управления во время полета в атмосфере. Его авионики содержал три микроволновые сканирующей луч системы посадки , три гироскопов , три TACANs , три акселерометра , два радиолокационных высотомеров , два барометрических высотомеров , три индикаторов отношения , две индикаторов Маха , и два режим  C транспондер . Во время входа в атмосферу экипаж запустил два зонда данных о воздухе, когда они двигались медленнее, чем 5 Махов. 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 во время нахождения на орбите. Звездные трекеры развертываются во время нахождения на орбите и могут автоматически или вручную выравниваться по звезде. В 1991 году НАСА начало модернизацию инерциальных 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 диапазона S 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 широкополосным диапазоном K u  из грузового отсека, которую также можно было использовать в качестве радара сближения. Орбитальный аппарат также был оборудован двумя радиостанциями УВЧ для связи с авиадиспетчерской службой и космонавтами, осуществляющими выход в открытый космос. ^{[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 корабля "Шаттл". ^{[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 позволило улучшить память и возможности обработки, а также уменьшить объем и вес компьютеров за счет объединения ЦП и ВГД в единый блок. Четыре GPC были загружены основной системой программного обеспечения авионики (PASS), которая представляла собой специальное программное обеспечение для космических шаттлов, обеспечивающее управление на всех этапах полета. Во время набора высоты, маневрирования, входа в атмосферу и посадки четыре PASS GPC работали одинаково, обеспечивая четырехкратную избыточность и проверяли свои результаты на ошибки. В случае программной ошибки, которая могла бы вызвать ошибочные отчеты от четырех PASS GPC, пятый GPC запустил резервную полетную систему, которая использовала другую программу и могла управлять космическим шаттлом при подъеме, орбите и возвращении, но не могла поддерживать вся миссия.Пять GPC были разделены на три отдельных отсека в средней палубе, чтобы обеспечить резервирование в случае отказа охлаждающего вентилятора. После выхода на орбиту экипаж переключит некоторые функции GPC с управления, навигации и контроля (GNC) на управление системами (SM) и полезной нагрузкой (PL) для поддержки оперативной миссии.^{[18] : 405–408} Космический шаттл не запускался, если его полет продолжался с декабря по январь, поскольку его полетное программное обеспечение потребовало бы перезагрузки компьютеров орбитального корабля при смене года. В 2007 году инженеры НАСА разработали решение, позволяющее полетам космических шаттлов пересечь границу конца года. ^[20]

Миссии космических шаттлов обычно приносили с собой портативный компьютер общей поддержки (PGSC), который мог интегрироваться с компьютерами орбитального корабля и комплектом связи, а также контролировать научные данные и данные о полезной нагрузке. Ранние миссии принесли Grid Compass , один из первых портативных компьютеров, как PGSC, но более поздние миссии принесли ноутбуки Apple и Intel . ^{[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 вместить цилиндрические полезные нагрузки до 4,6 м (15 футов) в диаметре. Две дверцы отсека для полезной нагрузки шарнирно закреплялись с обеих сторон отсека и обеспечивали относительно герметичное уплотнение для защиты груза от нагрева во время запуска и возврата. Полезная нагрузка крепилась в отсеке для полезной нагрузки к точкам крепления на лонжеронах . Двери отсека для полезной нагрузки выполняли дополнительную функцию в качестве радиаторов тепла орбитального аппарата и открывались при достижении орбиты для отвода тепла. ^{[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 полезной нагрузкой, а также в качестве мобильной платформы для космонавтов, выполняющих выход в открытый космос. RMS был построен канадской компанией Spar Aerospace и управлялся астронавтом, находившимся в кабине полета орбитального корабля, через окна и систему 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 для полезной нагрузки для поддержания центра тяжести во время полета. Астронавты вошли в модуль Spacelab через туннель длиной 2,7 м (8,72 фута) или 5,8 м (18,88 фута), который соединялся с воздушным шлюзом. Оборудование Spacelab в основном хранилось на поддонах, на которых размещались как эксперименты, так и компьютерное и силовое оборудование. ^{[18] : 434–435}Аппаратура Spacelab была запущена в 28 полетов в течение 1999 г. 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 корабля (SSME), были установлены на хвостовой части фюзеляжа орбитального корабля по схеме треугольника. Сопла двигателя могли поворачиваться на ± 10,5 ° по тангажу и ± 8,5 ° по рысканию во время подъема, чтобы изменять направление их тяги для управления шаттлом. 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 претерпели ряд улучшений, направленных на повышение 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 сохранило 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. Уровень тяги 109% был достигнут с двигателями Block II в 2001 году, которые снизили давление в камере до 207,5 бар (3010 фунтов на квадратный дюйм), так как у него была большая площадь горловины . 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 фунт-сил) 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), теплового пропитывающего защитного слоя вокруг орбитального корабля. 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 космического корабля ниже 180 ° C (350 ° F). TPS в основном состоял из четырех типов плиток. Носовой обтекатель и передние кромки крыльев выдерживали температуру выше 1300 ° C (2300 ° F) и были защищены усиленной углеродно-углеродной плиткой (RCC). Более толстые панели RCC были разработаны и установлены в 1998 году, чтобы предотвратить повреждение.микрометеороид 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 космического корабля, а также другие самые горячие поверхности были защищены высокотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией. Области на верхних частях космического корабля были покрыты белой низкотемпературной многоразовой поверхностной изоляцией, которая обеспечивала защиту при температурах ниже 650 ° C (1200 ° F). Двери отсека для полезной нагрузки и части верхних поверхностей крыла были покрыты многоразовой войлочной изоляцией, так как температура там оставалась ниже 370 ° C (700 ° F). ^{[18] : 395}

Внешний бак [ править ]

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

Инопланетянин обеспечивал топливом главные двигатели космического челнока от взлета до выключения главного двигателя. ET отделяется от орбитального корабля через 18 секунд после выключения двигателя и может запускаться автоматически или вручную. Во время отделения орбитальный аппарат убрал свои пуповины, а пуповины были запломбированы, чтобы предотвратить попадание избыточного топлива в орбитальный аппарат. После того, как болты, прикрепленные к структурным приспособлениям, были срезаны, ET отделился от орбитального корабля. Во время разделения газообразный кислород был выпущен из носа, чтобы вызвать падение инопланетянина, гарантируя, что он разобьется при повторном входе. Инопланетянин был единственным основным компонентом системы космического корабля "Шаттл", который не использовался повторно, и он должен был лететь 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 позволило снизить вес танка на 4700 кг (10 300 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 поднялся в воздух на STS-91.. В SLWT использовался алюминиево-литиевый сплав 2195, который был на 40% прочнее и на 10% менее плотным, чем его предшественник, алюминиево-литиевый сплав 2219. SLWT весил на 3400 кг (7500 фунтов) меньше, чем LWT, что позволяло космическому шаттлу доставлять тяжелые элементы на орбиту с большим наклонением МКС. ^{[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 внешнюю поверхность толщиной приблизительно 13 мм (0,5 дюйма). Подкомпонентами SRB были твердотопливный двигатель, носовой обтекатель и сопло ракеты. Твердотопливный двигатель составлял большую часть конструкции SRB. Его корпус состоял из 11 стальных секций, составляющих четыре основных сегмента. В носовом обтекателе размещались двигатели переднего отделения и парашютные системы, которые использовались во время подъема. 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 ) общим весом 500 000 кг (1 106 640 фунтов) и соединен вместе в Сборочном корпусе транспортных средств (VAB) в KSC. ^{[18] : 425–426} Помимо обеспечения тяги на первом этапе запуска, SRB обеспечивали структурную поддержку орбитального корабля и ET, поскольку они были единственной системой, которая была связана с мобильной пусковой платформой (MLP). ^{[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 примерно 46 км (150 000 футов). После разделения они развернули тормозной и основной парашюты, приземлились в океане и были подняты экипажами на борту кораблей MV Freedom Star и MV Liberty Star . ^{[18] : 430}По возвращении 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. Последующие полеты до STS-26 использовали ящики, которые были на 0,076 мм (0,003 дюйма) тоньше, чем ящики стандартного веса, что позволило сэкономить 1800 кг (4000 фунтов). После аварии Challenger в результате выхода из строя уплотнительного кольца при низкой температуре, SRB были переработаны, чтобы обеспечить постоянное уплотнение независимо от температуры окружающей среды. ^{[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 Endeavourот завода до КСК. После вывода из эксплуатации космического корабля "Шаттл" N905NA был выставлен на обозрение в ЗАО, а N911NA был выставлен на обозрение 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 площадке подготовки 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 служебной 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 он мог быть поражен молнией , поскольку его выхлопной шлейф мог вызвать молнию, обеспечив электрический путь к земле после запуска, который произошел 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]Специалист по погодным условиям при запуске шаттла следил за условиями до тех пор, пока не было объявлено окончательное решение об очистке запуска. В дополнение к погодным условиям на стартовой площадке, условия должны были быть приемлемыми в одной из трансатлантических площадок для прерывания посадки и в зоне восстановления SRB. ^{[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 обеспечивали запланированные перерывы для решения любых проблем и дополнительной подготовки. ^{[14] : III-8} После встроенного удержания 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 космического корабля "Шаттл". ^[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 T − 16  секунд GPC включили SRB, система шумоподавления (SPS) начала заливать траншеи MLP и SRB 1100000 л (300000 галлонов США) воды для защиты орбитального корабля от повреждения акустической энергией и выхлопом ракеты. отражается от траншеи пламени и МЛП 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 воспламенением. Неспособность сжечь эти газы может привести к срабатыванию бортовых датчиков и создать возможность возникновения 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 интервалами в 120 миллисекунд. Все три двигателя RS-25 должны были достичь 90% номинальной тяги за T-3  секунды, в противном случае GPC инициировали прерывание RSLS . Если все три двигателя показали номинальную производительность к моменту T-3  секунды, им была дана команда на настройку кардана для взлета, и была бы дана 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 опускаться на 650 мм (25,5 дюйма), измеренных 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 отключены, SSME получили команду на 100% дросселирование, и SRB были воспламенены. ^{[36] [37]} К моменту T + 0,23  секунды SRB набрали достаточную тягу 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 повернулся к ориентации «головой вниз» на высоте 110 метров (350 футов), что уменьшило аэродинамическое напряжение и обеспечило улучшенную коммуникацию и навигационную ориентацию. Примерно 20-30  секунд в восхождение и высота 2700 метров (9000 футов), РС-25 двигателей были задушили до 65-72% уменьшить максимальные аэродинамические силы на Max Q . ^{[14] : III – 8–9} Кроме того, форма топлива SRB была разработана таким образом, чтобы тяга уменьшалась 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 челнока 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 предполагала все более дешевую стартовую платформу для развертывания коммерческих и государственных спутников. Ранние миссии обычно перегоняли спутники, что определяло тип орбиты, на которую должен выйти орбитальный аппарат. После катастрофы Challenger многие коммерческие полезные нагрузки были переведены на коммерческие ракеты одноразового использования, такие как Delta II . ^{[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 увеличенной продолжительности. ^{[14] : III – 86}17-дневная 15-часовая миссия STS-80 была самой продолжительной продолжительностью полета космического корабля "Шаттл". ^{[14] : III – 238}

Повторный вход и посадка [ править ]

Примерно за четыре часа до спуска с орбиты экипаж начал подготовку орбитального корабля к возвращению, закрыв дверцы с полезной нагрузкой, излучая избыточное тепло и убирая  антенну Ku- диапазона. Корабль-орбитальный аппарат перевернулся, повернулся 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 освобождены от топлива и выведены из строя перед возвращением в атмосферу. Вход в атмосферу орбитального аппарата был определен как начальный на высоте 120 км (400 000 футов), когда он летел 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 аэрофотосъемки 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 сделал свои последние повороты, чтобы рассеять избыточную энергию перед приближением и приземлением. После того, как орбитальный аппарат начал дозвуковой полет, экипаж взял на себя ручное управление полетом. ^{[14] : III – 13}

Фаза захода на посадку и приземления началась, когда орбитальный аппарат находился на высоте 3000 м (10 000 футов) и двигался со скоростью 150 м / с (300 узлов). Орбитальный аппарат следовал по глиссаде -20 ° или -18 ° и снижался со скоростью примерно 51 м / с (167 фут / с). Тормоз скорости использовался для поддержания постоянной скорости, и экипаж инициировал предварительный маневр до глиссады -1,5 ° на высоте 610 м (2000 футов). Шасси было развернуто 10 секунд до приземления, когда орбитальный аппарат находился на высоте 91 м (300 футов) и двигался со скоростью 150 м / с (288 узлов). Последний маневр с ракетой снизил скорость снижения орбитального корабля до 0,9 м / с (3 фута / с), при этом приземление произошло на скорости 100–150 м / с (195–295 узлов), в зависимости от веса орбитального корабля. После приземления шасси экипаж 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 было место посадки шаттлов в KSC, где произошло 78 из 133 успешных посадок. В случае неблагоприятных условий посадки Шаттл может задержать посадку или приземлиться в другом месте. Основным запасным самолетом была авиабаза Эдвардс, которая использовалась для 54 посадок. ^{[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 посадки на запасные аэродромы требовалось, чтобы самолет-носитель доставил орбитальный аппарат 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 аварийных посадок на восточном побережье, в то время как несколько площадок в Европе и Африке были запланированы на случай трансокеанских аварийных посадок. Помещения были подготовлены с оборудованием и персоналом на случай аварийной посадки шаттла, но никогда не использовались. ^{[14] : III – 19}

Постпосадочная обработка [ 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 никакой 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 не были такими дешевыми, как указывали первоначальные оценки по фазе A; Менеджер программы Space Shuttle Роберт Томпсон признал, что снижение стоимости за фунт не было основной целью дальнейших этапов проектирования, так как другие технические требования не могли быть выполнены с уменьшенными затратами. ^{[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 шаттла, 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 одного запуска в 1995–2002 годах, когда орбитальные аппараты и МКС не строились и не проводились восстановительные работы после потери экипажа, составляла 806 миллионов долларов. В 1999 году НАСА опубликовало исследование, в котором сделан вывод о том, что затраты на семь запусков в год составят 576 миллионов долларов (в 2012 году). В 2009 году НАСА определило, что стоимость добавления одного запуска в год 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 [ править ]

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 « Челленджера» . Авария была вызвана низкотемпературным повреждением уплотнительного кольца, критически важного уплотнения, используемого между сегментами корпуса SRB. Отказ уплотнительного кольца позволил горячим дымовым газам выйти между секциями ускорителя и прожечь соседний инопланетянин, что привело к череде катастрофических событий, которые привели к распаду орбитального аппарата. ^{[42] : 71} Неоднократные предупреждения инженеров-конструкторов, 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 сделали три отдельных запроса на получение снимков с высоким разрешением, сделанных Министерством обороны, которые позволили бы понять масштабы ущерба, в то время как главный инженер TPS НАСА попросил, чтобы астронавтам на борту Колумбии было разрешено покинуть транспортное средство, чтобы 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 повторного 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 на запуск с намерением снизить затраты на запуск и, в результате, повысили частоту запусков. Фактические затраты на запуск космического шаттла были выше, чем первоначально прогнозировалось, и космический шаттл не выполнял запланированные 24 миссии в год, как первоначально прогнозировало НАСА. ^{[45] [14] : III – 489–490} Space Shuttle изначально предназначался 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; Намерение состояло в том, чтобы большое количество полетов космических челноков компенсировало финансовые потери на раннем этапе. Улучшение 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 корабля "Шаттл", которые могут привести к гибели экипажа. Конструкция космического корабля орбитального аппарата ограничивала варианты прерывания, поскольку 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 Аполлон и Союз . ^[46] Ранние анализы безопасности, объявленные инженерами и руководством НАСА, предсказывали вероятность катастрофического отказа, приводящего к гибели экипажа, в диапазоне от 1 из 100 запусков до 1 из 100000. ^{[47] [48]}После потери двух миссий космических шаттлов риски для начальных 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 об отказе от космического корабля "Шаттл". ^{[14] : III-347} Президент Джордж Буш объявил о своем видении космических исследований , в котором содержится призыв к выводу из эксплуатации космического корабля "Шаттл" после завершения строительства МКС. ^{[51] [52]} Чтобы гарантировать, что МКС была правильно собрана, участвующие партнеры определили потребность в оставшихся 16 миссиях по сборке в марте 2006 г. ^{[14] : III-349} В октябре 2006 г. была утверждена одна дополнительная миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббл. ^{[ 14] : III-352} Изначально 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 может 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 поясному 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 любое опасное выделение газа. ^{[14] : III-443} Atlantis демонстрируется в комплексе посетителей Космического центра Кеннеди , ^{[14] : III-456} Discovery находится в Udvar-Hazy Center , ^{[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 ]

Заметки [ 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 челнока НАСА - 1981
• Орбитальные аппараты
• Эра космических шаттлов: 1981–2011; 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