WikiDer > Спейс шаттл - Википедия

Космический шатл

Открытие отрывается в начале СТС-120.
Функция	Орбитальный запуск с экипажем и возвращение в атмосферу
Производитель	Объединенный космический альянс Тиокол/Alliant Techsystems (SRB) Локхид Мартин/Мартин Мариетта (ET) Боинг/Rockwell (орбитальный аппарат)
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Стоимость проекта	211 долларов США миллиард (2012)
Стоимость за запуск	576 долларов США миллион (2012 г.) до 1,64 доллара миллиард (2012)
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 для Низкая околоземная орбита (НОО) (204 км или 127 миль)
Масса	27500 кг (60600 фунтов)
Полезная нагрузка для Международная космическая станция (МКС) (407 км или 253 миль)
Масса	16,050 кг (35,380 фунтов)
Полезная нагрузка для полярная орбита
Масса	12,700 кг (28,000 фунтов)
Полезная нагрузка для Геостационарная переходная орбита (GTO)
Масса	10890 кг (24 010 фунтов) с Инерционный разгонный блок[1]
Полезная нагрузка для Геостационарная орбита (GEO)
Масса	2270 кг (5000 фунтов) с инерционным верхним каскадом[1]
Полезная нагрузка на Землю возвращается
Масса	14400 кг (31700 фунтов)[2]
История запуска
Положение дел	На пенсии
Запустить сайты	LC-39, Космический центр Кеннеди SLC-6, База Ванденберга (не используется)
Всего запусков	135
Успех (а)	133[а]
Отказ (ы)	2 Претендент (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 твердотопливная ракета моторы
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	Твердый (композитный пропеллент на основе перхлората аммония)
Начальная ступень - Орбитальный аппарат + внешний бак
Двигатели	3 RS-25 двигатели, расположенные на орбитальном аппарате
Толкать	5,250 кН (1,180,000 фунт-сила), отрыв от уровня моря[3]
Удельный импульс	455 секунд (4,46 км / с)
Время горения	480 с
Топливо	LH2 / LOX
Бустеры
Нет бустеров	2

В Космический шатл был частично многоразовый низкая околоземная орбита космический корабль система эксплуатировалась с 1981 по 2011 год Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в рамках Программа Space Shuttle. Его официальное название программы было Space Transportation System (STS), взятое из плана 1969 г. система многоразового космического корабля где это была единственная статья, профинансированная на разработку.^[4] Первый из четырех испытательных орбитальных полетов произошел в 1981 году, после чего в 1982 году были начаты оперативные полеты. С 1981 по 2011 год было построено пять полных орбитальных аппаратов Space Shuttle, которые выполнили 135 полетов. Космический центр Кеннеди (KSC) во Флориде. Оперативные миссии запущены многочисленные спутники, Межпланетные зонды, а Космический телескоп Хаббла (HST); проводил научные эксперименты на орбите; участвовал в ШаттлМир программа с Россией; и участвовал в строительстве и обслуживании Международная космическая станция (МКС). Общее время полета космических шаттлов составило 1322 дня 19 часов 21 минуту и ​​23 секунды.^[5]

Компоненты Space Shuttle включают Орбитальный аппарат (OV) с тремя кластерами Rocketdyne RS-25 главные двигатели, пара восстанавливаемых твердотопливные ракетные ускорители (SRB) и расходные материалы внешний бак (ET) содержащий жидкий водород и жидкий кислород. Шаттл был запущен вертикально, как обычная ракета, с двумя SRB, работающими параллельно с тремя главные двигатели, которые питались от ET. SRB были сброшены до того, как аппарат вышел на орбиту, а ET - незадолго до этого. выведение на орбиту, который использовал два Орбитальная система маневрирования (OMS) двигатели. По завершении миссии орбитальный аппарат запустил свой OMS для ухода с орбиты и снова войти в атмосферу. Орбитальный аппарат был защищен во время входа в система тепловой защиты плитки, и это скользил как космоплан на посадку на ВПП, обычно на Место посадки шаттла в KSC, Флорида, или в Роджерс Драй Лейк в База ВВС Эдвардс, Калифорния. Если посадка происходила в Эдвардсе, орбитальный аппарат возвращался в KSC на Самолет-перевозчик, специально модифицированный Боинг 747.

Первый орбитальный аппарат, Предприятие, был построен в 1976 году и использовался в Подход и посадочные испытания, но не имел возможности орбиты. Первоначально были построены четыре полностью действующих орбитальных корабля: Колумбия, Претендент, Открытие, и Атлантида. Из них двое были потеряны в результате несчастных случаев в ходе миссии: Претендент в 1986 г. и Колумбия в 2003 году, в общей сложности четырнадцать космонавтов убиты. Пятый действующий (и шестой в целом) орбитальный аппарат, Стараться, построен в 1991 году для замены Претендент. Спейс Шаттл был выведен из эксплуатации по завершении Атлантида'Последний полет состоялся 21 июля 2011 года. США полагались на российский Космический корабль Союз доставить космонавтов на МКС с последнего полета шаттла до запуска Демо-2 миссия на май 2020 года.

Дизайн и развитие

Историческое прошлое

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. Растущие затраты на разработку и приоритизация Project Gemini привел к отмене программы Dyna-Soar в декабре 1963 года. Помимо Dyna-Soar, ВВС провели в 1957 году исследование, чтобы проверить возможность многоразовых ускорителей. Это стало основой для авиакосмический самолет, полностью многоразовый космический корабль, который так и не был разработан после начальной стадии проектирования в 1962–1963 годах.^{[6]:162–163}

Начиная с начала 1950-х годов НАСА и ВВС сотрудничали в разработке подъемные тела для испытания самолетов, которые в основном генерируют подъемную силу от их фюзеляжей, а не от крыльев, и M2-F1, M2-F2, M2-F3, HL-10, Х-24А, а 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.^{[7]:142[8]:16–18}

Процесс проектирования

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.^[6]:164 Глава Управления пилотируемых космических полетов НАСА, Джордж Мюллер, объявило о плане многоразового шаттла 10 августа 1968 года. НАСА выпустило запрос предложения (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.^{[9][8]:19–22}

В декабре 1968 года НАСА создало Целевую группу по космическому шаттлу для определения оптимальной конструкции многоразового космического корабля и выпустило контракты на исследования для Общая динамика, Локхид, Макдоннелл Дуглас, и Североамериканский 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 оперативная группа под руководством вице-президента Спиро Агньюопубликовал отчет, в котором содержится призыв к разработке космического челнока для вывода людей и грузов на низкую околоземную орбиту (НОО), а также космический буксир для перелетов между орбитами и Луной, и многоразовый ядерная разгонная ступень для путешествий в дальний космос.^{[6]: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 проектированием Меркурий Капсула запатентовала конструкцию двухступенчатой ​​полностью извлекаемой системы с орбитальным аппаратом с прямым крылом, установленным на более крупном ракетном ускорителе с прямым крылом.^[10][11] 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".^[6]:166

После того, как они установили потребность в многоразовом тяжелом космическом корабле, НАСА и ВВС определили требования к конструкции своих соответствующих служб. Военно-воздушные силы предполагали 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 высоту. полярная орбита. При проектировании спутников также требовалось, чтобы космический шаттл имел отсек для полезной нагрузки 4,6 на 18 м (15 на 60 футов). НАСА оценило F-1 и J-2 двигатели из Ракеты Сатурн, и определили, что их недостаточно для требований космического челнока; в июле 1971 г. он заключил контракт с Rocketdyne начать разработку RS-25 двигатель.^{[6]: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.^[6]:167 НАСА и ВВС решили использовать твердотопливные ускорители из-за более низкой стоимости и простоты ремонта для повторного использования после высадки в океан. В январе 1972 г. Ричард Никсон одобрило шаттл, и в марте НАСА приняло решение о его окончательном дизайне. В августе того же года НАСА заключило контракт на постройку орбитального аппарата с North American Rockwell, контракт с твердотопливной ракетой-носителем - с Мортон Тиокол, и контракт внешнего резервуара на Мартин Мариетта.^{[6]:170–173}

Разработка

Колумбия идет установка керамической плитки

4 июня 1974 года Rockwell начал строительство первого орбитального корабля OV-101, который позже будет назван Предприятие. Предприятие был разработан как испытательный автомобиль и не имел двигателей или теплозащиты. Строительство было завершено 17 сентября 1976 г., и Предприятие был перемещен в База ВВС Эдвардс чтобы начать тестирование.^[6]:173[12] Роквелл построил Изделие для испытания главной двигательной установки (MPTA) -098, который представлял собой структурную ферму, установленную на ET с тремя прикрепленными двигателями RS-25. Он был протестирован на Национальная лаборатория космических технологий (NSTL) чтобы двигатели могли безопасно работать через профиль запуска.^[13]:II-163 Компания Rockwell провела испытания на механическую и термическую нагрузку на Structural Test Article (STA) -099, чтобы определить влияние аэродинамических и термических напряжений во время запуска и входа в атмосферу.^[13]:I-415

Начало разработки главного двигателя космического корабля РС-25 было отложено на девять месяцев, в то время как Пратт и Уитни 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, НАСА заказало девять двигателей RS-25, необходимых для своих трех орбитальных аппаратов, строящихся в мае 1978 года.^{[6]:174–175}

НАСА столкнулось со значительными задержками в разработке космического корабля "Шаттл". система тепловой защиты. Предыдущий космический корабль НАСА использовал абляционный тепловые экраны, но их нельзя было использовать повторно. НАСА решило использовать керамическую плитку для тепловой защиты, так как в этом случае шаттл может быть построен из легких алюминий, и при необходимости плитки можно было заменить по отдельности. Строительство началось Колумбия 27 марта 1975 года, доставлен в КНБ 25 марта 1979 года.^{[6]:175–177} На момент прибытия в КСК, Колумбия все еще оставалось установить 6 000 из 30 000 плиток. Однако многие плитки, которые были первоначально установлены, пришлось заменить, что потребовало двух лет установки, прежде чем Колумбия мог летать.^[8]: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 Претендент. 29 января 1979 года НАСА заказало два дополнительных орбитальных аппарата, OV-103 и OV-104, которые были названы Открытие и Атлантида. Строительство ОВ-105, позже названного Стараться, началась в феврале 1982 года, но в 1983 году НАСА решило ограничить флот космических шаттлов четырьмя орбитальными аппаратами. утрата ПретендентНАСА возобновило производство Стараться в сентябре 1987 г.^[8]:52–53

Тестирование

Предприятие вовремя Подход и посадочные испытания

Колумбия запуск на СТС-1^[b]

После того, как он прибыл на авиабазу Эдвардс, Предприятие прошел летные испытания с Самолет-перевозчик, Боинг 747, который был модифицирован, чтобы нести орбитальный аппарат. В феврале 1977 г. Предприятие начал Подход и посадочные испытания и совершил полеты в неволе, где он оставался прикрепленным к самолету-перевозчику-челноку на время полета. 12 августа 1977 г. Предприятие провел первое испытание на планирование, в ходе которого он отделился от самолета-носителя челнока и приземлился на авиабазе Эдвардс.^{[6]:173–174} После четырех дополнительных полетов Предприятие был перемещен в Центр космических полетов Маршалла (MSFC) 13 марта 1978 г. Предприятие прошел испытания на сотрясение в ходе испытания на сопряженную вертикальную вибрацию земли, где он был прикреплен к внешнему резервуару и твердотопливным ракетным ускорителям, и подвергался вибрациям для имитации нагрузок при запуске. В апреле 1979 г. Предприятие перевезли в КСК, где прикрепили к выносному баку и твердотопливным ракетным ускорителям, и переместили в LC-39. После установки на стартовой площадке космический шаттл использовался для проверки правильности размещения оборудования стартового комплекса. Предприятие был доставлен обратно в Калифорнию в августе 1979 года, а позже участвовал в разработке SLC-6 в База Ванденберга в 1984 г.^[8]:40–41

24 ноября 1980 г. Колумбия был сопряжен с его внешним баком и твердотопливными ракетами-носителями, а 29 декабря был переведен на LC-39.^[13]:III-22 Первая миссия космического шаттла, СТС-1, было бы первым разом, когда НАСА выполнило первый полет космического корабля с экипажем.^[13]:III-24 12 апреля 1981 г. космический шаттл впервые был запущен, его пилотировал Джон Янг и Роберт Криппен. Во время двухдневной миссии Янг и Криппен проверили оборудование на борту шаттла и обнаружили, что несколько керамических плиток упали с верхней стороны корабля. Колумбия.^{[14]:277–278} НАСА координировало действия с ВВС США по использованию спутников для получения изображений нижней стороны Колумбия, и определил, что повреждений нет.^{[14]:335–337} Колумбия снова вошел в атмосферу и приземлился на авиабазе Эдвардс 14 апреля.^[13]:III-24

НАСА провело еще три испытательных полета с Колумбия в 1981 и 1982 гг. 4 июля 1982 г. СТС-4, пролетел мимо Кен Маттингли и Генри Хартсфилд, приземлился на бетонную взлетно-посадочную полосу авиабазы ​​Эдвардс. Президент Рональд Рейган и его жена Нэнси встретился с экипажем и произнес речь. После STS-4 НАСА объявило о введении в действие своей космической транспортной системы (STS).^{[6]:178–179[15]}

Описание

Space Shuttle был первым действующим орбитальным космическим кораблем, предназначенным для повторное использование. Каждый орбитальный аппарат Space Shuttle был рассчитан на 100 запусков или десять лет эксплуатации, хотя позже он был продлен.^[16]:11 При запуске он состоял из орбитальный аппарат, который содержал экипаж и полезная нагрузка, внешний бак (ET), и два твердотопливные ракетные ускорители (SRB).^[17]:363

Ответственность за компоненты шаттла была распределена между несколькими полевыми центрами НАСА. KSC отвечал за запуск, посадку и разворот на экваториальных орбитах (единственный профиль орбиты, фактически используемый в программе), ВВС США на База ВВС Ванденберг отвечал за запуск, посадку и разворот для полярных орбит (хотя никогда не использовался), Космический центр Джонсона (JSC) служил центральным звеном для всех операций Shuttle, MSFC отвечал за главные двигатели, внешний бак и твердотопливные ракетные ускорители, Космический центр Джона К. Стенниса провела испытания главного двигателя, а Центр космических полетов Годдарда управлял глобальной сетью слежения.^[18]

Орбитальный аппарат

Профили запуска шаттла. Слева: Колумбия, Претендент, Открытие, Атлантида, и Стараться

Орбитальный аппарат имел конструктивные элементы и возможности как ракеты, так и самолета, что позволяло ему запускать вертикально, а затем приземляться как планер.^[17]: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 двойной-дельта-крылья 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 управления подача. Орбитальный аппарат вертикальный стабилизатор была повернута назад на 45 ° и содержала руль который может разделиться, чтобы действовать как скоростной тормоз.^{[17]:382–389} Вертикальный стабилизатор также содержал двухчастный парашют система замедления орбитального аппарата после приземления. Используемый орбитальный аппарат убирающееся шасси с передней стойкой шасси и двумя основными стойками шасси, каждая с двумя шинами. Основное шасси содержало по два тормозных узла каждый, а переднее шасси - электрогидравлический рулевой механизм.^{[17]:408–411}

Экипаж

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, полетел на СТС-51-Л, а будущие непилоты были назначены специалистами миссии. Астронавт летал в качестве космического инженера с экипажем на обоих СТС-51-С и СТС-51-J служить военным представителем Национальная разведка полезная нагрузка. Экипаж космического челнока обычно состоял из семи астронавтов, с СТС-61-А полет с восьмеркой.^[13]:III-21

Отсек экипажа

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 на выход в открытый космос (EVA), а также доступ к герметичным исследовательским модулям. Под средней палубой находился отсек для оборудования, в котором хранились системы экологического контроля и управления отходами.^{[8]:60–62[17]:365–369}

В первых четырех миссиях шаттла астронавты были одеты в модифицированные высотные скафандры ВВС США с полным давлением, которые включали в себя шлем полного давления во время подъема и спуска. С пятого полета, СТС-5, до потери Претендент, экипаж был одет в цельный голубой номекс летные костюмы и шлемы с пониженным давлением. После Претендент После катастрофы члены экипажа были одеты в стартовый костюм (LES), вариант высотных герметичных костюмов с парциальным давлением со шлемом. В 1994 году LES был заменен полнонапорным Улучшенный спасательный костюм для экипажа (ACES), что повысило безопасность космонавтов в аварийной ситуации. Колумбия изначально модифицировал СР-71 сиденья с нулевым выбросом установлены для ALT и первых четырех миссий, но они были отключены после STS-4 и удалены после СТС-9.^{[17]:370–371}

Атлантида был первым шаттлом, который летал с стеклянная кабина, на СТС-101.

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 органов управления, а командир и пилот были оснащены хедз-ап дисплей (HUD) и Вращающийся ручной контроллер (RHC) в подвес двигатели во время полета с двигателем и полет на орбитальном аппарате во время полета без двигателя. Оба сиденья также имели руль органы управления, позволяющие перемещать руль направления в полете и управлять носовым колесом на земле.^{[17]:369–372} Первоначально на орбитальные аппараты устанавливались многофункциональные аппараты. ЭЛТ Система отображения (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 г. Атлантида была модернизирована многофункциональной электронной системой отображения (MEDS), которая была стеклянная кабина модернизация бортовых приборов, заменившая восемь дисплеев MCDS на 11 многофункциональных цветных цифровых экранов. MEDS впервые был запущен в мае 2000 г. СТС-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 Система удаленного манипулятора при грузовых операциях. Кроме того, в кормовой кабине экипажа имелись мониторы для замкнутое телевидение для просмотра грузового отсека.^{[17]: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 шлюз был заменен внешним шлюзом в отсеке полезной нагрузки на Открытие, Атлантида, и Стараться для улучшения стыковки с Мир и МКС, вместе с Система стыковки орбитального корабля.^{[13]:II – 26–33}

Системы полета

Орбитальный аппарат был оснащен авионика система предоставления информации и управления во время полета в атмосфере. Его комплект авионики состоял из трех системы посадки сканирующего луча СВЧ, три гироскопы, три ТАКАНЫ, три акселерометры, два радиолокационные высотомеры, два барометрические высотомеры, три индикаторы отношения, два Показатели Маха, и два Режим C транспондеры. При входе в атмосферу экипаж развернул два датчики данных о воздухе когда-то они двигались медленнее, чем 5 Маха. У орбитального аппарата было три инерциальные измерительные блоки (IMU), который он использовал для наведения и навигации на всех этапах полета. Орбитальный аппарат содержит два звездные трекеры для выравнивания ИДУ на орбите. Звездные трекеры развертываются на орбите и могут автоматически или вручную выравниваться по звезде. В 1991 году НАСА начало модернизацию инерциальных единиц измерения с помощью инерциальная навигационная система (INS), который предоставил более точную информацию о местоположении. В 1993 году НАСА запустило GPS приемник впервые на борту СТС-51. В 1997 году Honeywell приступила к разработке интегрированной системы GPS / INS для замены систем IMU, INS и TACAN, которые впервые использовались на СТС-118 в августе 2007 г.^{[17]:402–403}

Находясь на орбите, экипаж в основном общался с помощью одного из четырех Группа S радиостанции, обеспечивающие как голосовую связь, так и передачу данных. Два из S группы радио были фазовая модуляция трансиверы, и мог передавать и получать информацию. Два других S группы радио были модуляция частоты передатчики, и использовались для передачи данных в НАСА. Поскольку S радиостанции диапазона могут работать только в пределах своих Поле зренияНАСА использовало Спутниковая система 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, на орбитальном аппарате была установлена ​​широкополосная K_ты группа радио из грузового отсека, которое также можно было использовать в качестве радара сближения. Орбитальный аппарат также был оснащен двумя УВЧ радио для связи с управления воздушным движением и космонавты, совершающие выход в открытый космос.^{[17]:403–404}

Компьютеры общего назначения AP-101S (слева) и AP-101B

Космический шаттл по проводам Система управления полностью полагалась на свой главный компьютер, Систему 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".^{[17]:232–233} Первоначально использованный GPC был IBM АП-101Б, который использовал отдельный центральное процессорное устройство (CPU) и процессор ввода / вывода (IOP), и энергонезависимый 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 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 подъема, маневрирования, входа в атмосферу и посадки четыре PASS GPC работали одинаково, создавая четырехкратную избыточность и проверяя 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.^{[17]:405–408} Космический шаттл не был запущен, 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.^[19]

Миссии космических шаттлов обычно приносили с собой портативный компьютер общей поддержки (PGSC), который мог интегрироваться с компьютерами орбитального корабля и средствами связи, а также контролировать научные данные и данные о полезной нагрузке. Ранние миссии принесли Сетка Компас, один из первых портативных компьютеров, как PGSC, но более поздние миссии принесли яблоко и Intel ноутбуки.^[17]:408[20]

Отсек полезной нагрузки

История Масгрейв прикреплен к RMS, обслуживающему Космический телескоп Хаббла в течение СТС-61

Отсек полезной нагрузки состоял из большей части корабля-носителя. фюзеляж, и предоставил грузовое пространство для полезной нагрузки Спейс 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 закреплялась в отсеке для полезной нагрузки к точкам крепления на лонжероны. Двери отсека полезной нагрузки выполняли дополнительную функцию в качестве радиаторов тепла орбитального аппарата и открывались при достижении орбиты для отвода тепла.^[8]:62–64

Орбитальный аппарат может использоваться вместе с множеством дополнительных компонентов в зависимости от миссии. Сюда входили орбитальные лаборатории,^{[13]:II-304, 319} ускорители для запуска полезных нагрузок в космос,^[13]:II-326 Система удаленного манипулятора (RMS),^[13]:II-40 и продлить продолжительность миссии.^[13]:II-86 Чтобы ограничить расход топлива при стыковке орбитального аппарата с МКС, Система передачи энергии от станции к челноку (SSPTS) был разработан для преобразования и передачи мощности станции на орбитальный аппарат.^{[13]:II-87–88} SSPTS впервые был использован на STS-118 и был установлен на Открытие и Стараться.^{[13]:III-366–368}

Система удаленного манипулятора

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 была построена канадской компанией. Spar Aerospace, и управлялся космонавтом 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).^{[17]:384–385}

Spacelab

Spacelab на орбите на СТС-9

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.^{[17]:434–435} Аппаратные средства Spacelab были выполнены в 28 полетах в течение 1999 г. и изучались 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 космической станции. Модуль Spacelab прошел испытания STS-2 и STS-3, и первая полная миссия была на STS-9.^[21]

Двигатели РС-25

RS-25 двигателей с двумя Орбитальная система маневрирования (OMS) капсулы

Три двигателя RS-25, также известные как главные двигатели космического шаттла (SSME), были установлены на хвостовой части фюзеляжа орбитального корабля по схеме треугольника. Форсунки двигателя могли иметь угол наклона ± 10,5 ° по шагу и ± 8,5 ° в рыскание во время всплытия менять направление своей тяги для управления Шаттлом. В титановый сплав Многоразовые 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.^{[13]: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 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), поскольку у него было больше горло площадь. Нормальный максимальный дроссель составлял 104%, при этом 106% или 109% использовались для прерывания миссии.^{[8]:106–107}

Орбитальная система маневрирования

Система орбитального маневрирования (СУО) состояла из двух установленных на корме AJ10-190 двигатели и соответствующие топливные баки. Используемые двигатели AJ10 монометилгидразин (MMH) окисленный тетроксид диазота (N₂О₄). Контейнеры несли максимум 2140 кг (4718 фунтов) MMH и 3526 кг (7773 фунтов) азота.₂О₄. 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 обеспечить 305 м / с (1000 фут / с). изменение скорости.^{[13]:II – 80}

Система тепловой защиты

Корабль был защищен от перегрева при входе в атмосферу системой тепловой защиты (TPS). термическое замачивание защитный слой 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.^[8]: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 от микрометеороид и орбитальный мусор, и были дополнительно улучшены после повреждения ПКР в Колумбия катастрофа. Начиная с СТС-114орбитальные аппараты были оснащены системой обнаружения столкновения передней кромки крыла, чтобы предупредить экипаж о любом потенциальном повреждении.^{[13]: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).^[17]:395

Внешний бак

Внешний бак после разделения на СТС-29

Внешний бак космического шаттла (ВТ) несло топливо для главных двигателей космического корабля и соединял орбитальный аппарат с твердотопливными ракетными ускорителями. ET имел высоту 47 м (153,8 фута) и диаметр 8,4 м (27,6 фута) 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). LH₂ составляли основную часть инопланетян и имели высоту 29 м (96,7 фута). Орбитальный аппарат был прикреплен к ET на двух шлангокабелях, которые содержали пять топливных и два электрических шлангокабеля, а также носовые и кормовые элементы конструкции. Внешний вид ET был покрыт оранжевой пеной, чтобы позволить ему пережить жару всплытия.^{[17]: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. At the time of separation, the orbiter vehicle retracted its umbilical plates, and the umbilical cords were sealed to prevent excess propellant from venting into the orbiter vehicle. After the bolts attached at the structural attachments were sheared, the ET separated from the orbiter vehicle. At the time of separation, gaseous oxygen was vented from the nose to cause the ET to tumble, ensuring that it would break up upon reentry. The ET was the only major component of the Space Shuttle system that was not reused, and it would travel along a ballistic trajectory into the Indian or Pacific Ocean.^[17]:422

For the first two missions, STS-1 and СТС-2, the ET was covered in 270 kg (595 lb) of white fire-retardant latex paint to provide protection against damage from ultraviolet radiation. Further research determined that the foam itself was sufficiently protected, and the ET was no longer covered in latex paint beginning on STS-3.^[13]:II-210 A light-weight tank (LWT) was first flown on STS-6, which reduced tank weight by 4,700 kg (10,300 lb). The LWT's weight was reduced by removing components from the LH₂ tank and reducing the thickness of some skin panels.^[17]:422 In 1998, a super light-weight ET (SLWT) first flew on СТС-91. The SLWT used the 2195 aluminum-lithium alloy, which was 40% stronger and 10% less dense than its predecessor, 2219 aluminum-lithium alloy. The SLWT weighed 3,400 kg (7,500 lb) less than the LWT, which allowed the Space Shuttle to deliver heavy elements to ISS's high inclination orbit.^{[17]:423–424}

Solid Rocket Boosters

Two SRBs on the mobile launcher platform prior to mating with the ET and orbiter

The Solid Rocket Boosters (SRB) provided 71.4% of the Space Shuttle's thrust during liftoff and ascent, and were the largest solid-propellant motors ever flown.^[22] Each SRB was 45 m (149.2 ft) tall and 3.7 m (12.2 ft) wide, weighed 68,000 kg (150,000 lb), and had a steel exterior approximately 13 mm (.5 in) thick. The SRB's subcomponents were the solid-propellant motor, nose cone, and rocket nozzle. The solid-propellant motor comprised the majority of the SRB's structure. Its casing consisted of 11 steel sections which made up its four main segments. The nose cone housed the forward separation motors and the parachute systems that were used during recovery. The rocket nozzles could gimbal up to 8° to allow for in-flight adjustments.^{[17]:425–429}

The rocket motors were each filled with a total 500,000 kg (1,106,640 lb) of solid rocket propellant, and joined together in the Здание сборки автомобилей (VAB) at KSC.^{[17]:425–426} In addition to providing thrust during the first stage of launch, the SRBs provided structural support for the orbiter vehicle and ET, as they were the only system that was connected to the mobile launcher platform (MLP).^[17]:427 At the time of launch, the SRBs were armed at T-5 minutes, and could only be electrically ignited once the RS-25 engines had ignited and were without issue.^[17]:428 They each provided 12,500 kN (2,800,000 lbf) of thrust, which was later improved to 13,300 kN (3,000,000 lbf) beginning on СТС-8.^[17]:425 After expending their fuel, the SRBs were jettisoned approximately two minutes after launch at an altitude of approximately 46 km (150,000 ft). Following separation, they deployed drogue and main parachutes, landed in the ocean, and were recovered by the crews aboard the ships MV Freedom Star и MV Liberty Star.^[17]:430 Once they were returned to Cape Canaveral, they were cleaned and disassembled. The rocket motor, igniter, and nozzle were then shipped to Thiokol to be refurbished and reused on subsequent flights.^[8]:124

The SRBs underwent several redesigns throughout the program's lifetime. STS-6 и СТС-7 used SRBs that were 2,300 kg (5,000 lb) lighter than the standard-weight cases due to walls that were 0.10 mm (.004 in) thinner, but were determined to be too thin. Subsequent flights until СТС-26 used cases that were 0.076 mm (.003 in) thinner than the standard-weight cases, which saved 1,800 kg (4,000 lb). После Претендент disaster as a result of an Уплотнительное кольцо failing at low temperature, the SRBs were redesigned to provide a constant seal regardless of the ambient temperature.^{[17]:425–426}

Support vehicles

MV Freedom Star towing a spent SRB to Cape Canaveral Air Force Station

The Space Shuttle's operations were supported by vehicles and infrastructure that facilitated its transportation, construction, and crew access. В гусеничные транспортеры carried the MLP and the Space Shuttle from the VAB to the launch site.^[23] В Самолет-перевозчик (SCA) were two modified Боинг 747 that could carry an orbiter on its back. The original SCA (N905NA) was first flown in 1975, and was used for the ALT and ferrying the orbiter from Edwards AFB to the KSC on all missions prior to 1991. A second SCA (N911NA) was acquired in 1988, and was first used to transport Стараться from the factory to the KSC. Following the retirement of the Space Shuttle, N905NA was put on display at the JSC, and N911NA was put on display at the Joe Davis Heritage Airpark in Палмдейл, Калифорния.^{[13]:I–377–391[24]} В Crew Transport Vehicle (CTV) was a modified airport реактивный мост that was used to assist astronauts to egress from the orbiter after landing, where they would undergo their post-mission medical checkups.^[25] В Astrovan transported astronauts from the crew quarters in the Operations and Checkout Building to the launch pad on launch day.^[26] В NASA Railroad comprised three locomotives that transported SRB segments from the Восточное побережье Флориды, железная дорога в Titusville to the KSC.^[27]

Профиль миссии

Launch preparation

The crawler-transporter with Атлантида on the ramp to LC-39A for СТС-117.

The Space Shuttle was prepared for launch primarily in the VAB at the KSC. The SRBs were assembled and attached to the external tank on the MLP. The orbiter vehicle was prepared at the Центр обработки орбитального аппарата (OPF) and transferred to the VAB, where a crane was used to rotate it to the vertical orientation and mate it to the external tank.^{[8]:132–133} Once the entire stack was assembled, the MLP was carried for 5.6 km (3.5 mi) to Стартовый комплекс 39 by one of the crawler-transporters.^[8]:137 After the Space Shuttle arrived at one of the two launchpads, it would connect to the Fixed and Rotation Service Structures, which provided servicing capabilities, payload insertion, and crew transportation.^{[8]:139–141} The crew was transported to the launch pad at T−3 hours and entered the orbiter vehicle, which was closed at T−2 часы.^[13]:III–8 LOX and LH₂ were loaded into the external tank via umbilicals that attached to the orbiter vehicle, which began at T−5 часы 35 минут. At T−3 часы 45 minutes, the LH₂ fast-fill was complete, followed 15 minutes later by the LOX. Both tanks were slowly filled up until the launch as the oxygen and hydrogen evaporated.^{[13]:II–186}

В launch commit criteria considered precipitation, temperatures, cloud cover, lightning forecast, wind, and humidity.^[28] The Space Shuttle was not launched under conditions where it could have been struck by молния, as its exhaust plume could have triggered lightning by providing a current path to ground after launch, which occurred on Аполлон 12.^[29]:239 The NASA Anvil Rule for a Shuttle launch stated that an наковальня could not appear within a distance of 19 км (10 nmi).^[30] The Shuttle Launch Weather Officer monitored conditions until the final decision to scrub a launch was announced. In addition to the weather at the launch site, conditions had to be acceptable at one of the Transatlantic Abort Landing sites and the SRB recovery area.^[28][31]

Запуск

RS-25 ignition

Solid rocket booster (SRB) separation during STS-1

The mission crew and the Launch Control Center (LCC) personnel completed systems checks throughout the countdown. Two built-in holds at T−20 minutes and T−9 minutes provided scheduled breaks to address any issues and additional preparation.^[13]:III–8 After the built-in hold at T−9 minutes, the countdown was automatically controlled by the Ground Launch Sequencer (GLS) at the LCC, which stopped the countdown if it sensed a critical problem with any of the Space Shuttle's onboard systems.^[31] At T−3 минут 45 seconds, the engines began conducting gimbal tests, which were concluded at T−2 минут 15 секунд. The ground launch processing system handed off the control to the orbiter vehicle's GPCs at T−31 секунд. At T−16 seconds, the GPCs armed the SRBs, the sound suppression system (SPS) began to drench the MLP and SRB trenches with 1,100,000 L (300,000 U.S. gal) of water to protect the orbiter vehicle from damage by acoustical energy and rocket exhaust reflected from the flame trench and MLP during lift-off.^[32][33] At T−10 seconds, hydrogen igniters were activated under each engine bell to quell the stagnant gas inside the cones before ignition. Failure to burn these gases could trip the onboard sensors and create the possibility of an overpressure and explosion of the vehicle during the firing phase. LH₂ prevalves were opened at T−9.5 seconds in preparation for engine start.^{[13]:II–186}

Beginning at T−6.6 seconds, the main engines were ignited sequentially at 120-millisecond intervals. All three RS-25 engines were required to reach 90% rated thrust by T−3 seconds, otherwise the GPCs would initiate an RSLS abort. If all three engines indicated nominal performance by T−3 seconds, they were commanded to gimbal to liftoff configuration and the command would be issued to arm the SRBs for ignition at T−0.^[34] Between T−6.6 seconds and T−3 seconds, while the RS-25 engines were firing but the SRBs were still bolted to the pad, the offset thrust caused the Space Shuttle to pitch down 650 mm (25.5 in) measured at the tip of the external tank; the 3-second delay allowed the stack to return to nearly vertical before SRB ignition. At T−0, the eight frangible nuts holding the SRBs to the pad were detonated, the final umbilicals were disconnected, the SSMEs were commanded to 100% throttle, and the SRBs were ignited.^[35][36] By T+0.23 seconds, the SRBs built up enough thrust for liftoff to commence, and reached maximum chamber pressure by T+0.6 секунд.^{[37][13]:II–186} At T−0, the JSC Центр управления полетами assumed control of the flight from the LCC.^[13]:III–9

At T+4 seconds, when the Space Shuttle reached an altitude of 22 meters (73 ft), the RS-25 engines were throttled up to 104.5%. At approximately T+7 seconds, the Space Shuttle rolled to a heads-down orientation at an altitude of 110 meters (350 ft), which reduced aerodynamic stress and provided an improved communication and navigation orientation. Approximately 20−30 seconds into ascent and an altitude of 2,700 meters (9,000 ft), the RS-25 engines were throttled down to 65−72% to reduce the maximum aerodynamic forces at Макс Q.^{[13]:III–8–9} Additionally, the shape of the SRB propellant was designed to cause thrust to decrease at the time of Max Q.^[17]:427 The GPCs could dynamically control the throttle of the RS-25 engines based upon the performance of the SRBs.^{[13]:II–187}

At approximately T+123 seconds and an altitude of 46,000 meters (150,000 ft), pyrotechnic fasteners released the SRBs, which reached an апогей of 67,000 meters (220,000 ft) before parachuting into the Атлантический океан. The Space Shuttle continued its ascent using only the RS-25 engines. On earlier missions the Space Shuttle remained in the heads-down orientation to maintain communications with the tracking station в Бермуды, but later missions, beginning with СТС-87, rolled to a heads-up orientation at T+6 minutes for communication with the спутник слежения и ретрансляции данных созвездие. The RS-25 engines were throttled at T+7 минут 30 seconds to limit vehicle acceleration to 3 грамм. В 6 seconds prior to main engine cutoff (MECO), which occurred at T+8 минут 30 seconds, the RS-25 engines were throttled down to 67%. The GPCs controlled ET separation, and dumped the remaining LOX and LH₂ to prevent outgassing while in orbit. The ET continued on a ballistic trajectory and broke up during reentry, with some small pieces landing in the Indian or Pacific Ocean.^{[13]:III–9–10}

Early missions used two firings of the OMS to achieve orbit; the first firing raised the apogee while the second circularized the orbit. Missions after СТС-38 used the RS-25 engines to achieve the optimal apogee, and used the OMS engines to circularize the orbit. The orbital altitude and inclination were mission-dependent, and the Space Shuttle's orbits varied from 220 km (120 nmi) to 620 km (335 nmi).^{[13]:III–10}

На орбите

Стараться docked at ISS during the STS-134 mission

The type of mission that the Space Shuttle was assigned to dictated the type of orbit that it entered. The initial design of the reusable Space Shuttle envisioned an increasingly cheap launch platform to deploy commercial and government satellites. Early missions routinely ferried satellites, which determined the type of orbit that the orbiter vehicle would enter. После Претендент disaster, many commercial payloads were moved to expendable commercial rockets, such as the Дельта II.^{[13]:III–108, 123} While later missions still launched commercial payloads, Space Shuttle assignments were routinely directed towards scientific payloads, such as the Космический телескоп Хаббла,^{[13]:III–148} Spacelab,^{[17]:434–435} и Космический корабль Галилео.^{[13]:III–140} Начиная с СТС-74, the orbiter vehicle conducted dockings with the Космическая станция Мир.^{[13]:III–224} In its final decade of operation, the Space Shuttle was used for the construction of the Международная космическая станция.^{[13]:III–264} Most missions involved staying in orbit several days to two weeks, although longer missions were possible with the Extended Duration Orbiter pallet.^{[13]:III–86} The 17 day 15 hour СТС-80 mission was the longest Space Shuttle mission duration.^{[13]:III–238}

Re-entry and landing

Flight deck view of Открытие в течение СТС-42 возвращение

Открытие deploying its brake parachute after landing on СТС-124

Approximately four hours prior to deorbit, the crew began preparing the orbiter vehicle for reentry by closing the payload doors, radiating excess heat, and retracting the Ku band antenna. The orbiter vehicle maneuvered to an upside down, tail first orientation and began a 2-4 minute OMS burn approximately 20 minutes before it reentered the atmosphere. The orbiter vehicle reoriented itself to a nose-forward position with a 40° angle-of-attack, and the forward reaction control system (RCS) jets were emptied of fuel and disabled prior to reentry. The orbiter vehicle's reentry was defined as starting at an altitude 120 km (400,000 ft), when it was traveling approximately Mach 25. The orbiter vehicle's reentry was controlled by the GPCs, which followed a preset angle-of-attack plan to prevent unsafe heating of the TPS. The GPCs also controlled the multiple aerobraking S-turns, using only the roll axis, to dissipate excess speed without changing the angle-of-attack.^{[13]:III–12}The orbiter vehicle's aft RCS jets were disabled as it descended and its ailerons, elevators, and rudder became effective in the lower atmosphere. At an altitude of 46 km (150,000 ft), the orbiter vehicle opened its скоростной тормоз on the vertical stabilizer. At 8 минут 44 seconds prior to landing, the crew deployed the air data probes, and began lowering the angle-of-attack to 36°.^{[13]:III–12} The orbiter's maximum качество скольжения/lift-to-drag ratio varied considerably with speed, ranging from 1.3 at гиперзвуковой speeds to 4.9 at subsonic speeds.^[13]:II–1 The orbiter vehicle flew to one of the two Heading Alignment Cones, located 48 km (30 mi) away from each end of the runway's centerline, where it made its final turns to dissipate excess energy prior to its approach and landing. Once the orbiter vehicle was traveling subsonically, the crew took over manual control of the flight.^{[13]:III–13}

The approach and landing phase began when the orbiter vehicle was at an altitude of 3,000 m (10,000 ft) and traveling at 150 m/s (300 kn). The orbiter vehicle followed either a -20° or -18° glideslope and descended at approximately 51 m/s (167 ft/s). The speed brake was used to keep a continuous speed, and crew initiated a pre-flare maneuver to a -1.5° glideslope at an altitude of 610 m (2,000 ft). The landing gear was deployed 10 seconds prior to touchdown, when the orbiter was at an altitude of 91 m (300 ft) and traveling 150 m/s (288 kn). A final flare maneuver reduced the orbiter vehicle's descent rate to 0.9 m/s (3 ft/s), with touchdown occurring at 100–150 m/s (195–295 kn), depending on the weight of the orbiter vehicle. After the landing gear touched down, the crew deployed a drag chute out of the vertical stabilizer, and began wheel braking when the orbiter vehicle was traveling slower than 72 m/s (140 kn). After wheels stop, the crew deactivated the flight components and prepared to exit.^{[13]:III–13}

Landing sites

The primary Space Shuttle landing site was the Место посадки шаттла at KSC, where 78 of the 133 successful landings occurred. In the event of unfavorable landing conditions, the Shuttle could delay its landing or land at an alternate location. The primary alternate was Edwards AFB, which was used for 54 landings.^{[13]:III–18–20} STS-3 landed at the Космическая гавань Белых песков в Нью-Мексико and required extensive post-processing after exposure to the гипс-rich sand, some of which was found in Колумбия debris after СТС-107.^{[13]:III–28} Landings at alternate airfields required the Shuttle Carrier Aircraft to transport the orbiter back to мыс Канаверал.^{[13]:III–13}

In addition to the pre-planned landing airfields, there were 85 agreed-upon emergency landing sites to be used in different abort scenarios, with 58 located in other countries. The landing locations were chosen based upon political relationships, favorable weather, a runway at least 2,300 m (7,500 ft) long, and ТАКАН или же DME оборудование. Additionally, as the orbiter vehicle only had UHF radios, international sites with only VHF radios would have been unable to communicate directly with the crew. Facilities on the east coast of the US were planned for East Coast Abort Landings, while several sites in Europe and Africa were planned in the event of a Transoceanic Abort Landing. The facilities were prepared with equipment and personnel in the event of an emergency shuttle landing, but were never used.^{[13]:III–19}

Post-landing processing

Открытие being prepared after landing for crew disembarkment

After the landing, ground crews approached the orbiter to conduct safety checks. Teams wearing self-contained breathing gear tested for presence of водород, гидразин, monomethylhydrazine, четырехокись азота, и аммиак to ensure the landing area was safe.^[38] Air conditioning and Freon lines were connected to cool the crew and equipment and dissipate excess heat from reentry.^[13]:III-13 А летный хирург boarded the orbiter and performed medical checks of the crew before they disembarked. Once the orbiter was secured, it was towed to the OPF to be inspected, repaired, and prepared for the next mission.^[38]

Программа Space Shuttle

The Space Shuttle flew from April 12, 1981^{[13]:III–24} until July 21, 2011.^{[13]:III–398} Throughout the program, the Space Shuttle had 135 missions,^{[13]:III–398} of which 133 returned safely.^{[13]:III–80, 304} Throughout its lifetime, the Space Shuttle was used to conduct scientific research,^{[13]:III–188} deploy commercial,^{[13]:III–66} военный,^{[13]:III–68} and scientific payloads,^{[13]:III–148} and was involved in the construction and operation of Mir^{[13]:III–216} and the ISS.^{[13]:III–264} During its tenure, the Space Shuttle served as the only U.S. vehicle to launch astronauts, of which there was no replacement until the launch of Crew Dragon Demo-2 30 мая 2020 г.^[39]

Бюджет

The overall NASA budget of the Space Shuttle program has been estimated to be $221 billion (in 2012 dollars).^{[13]:III−488} The developers of the Space Shuttle advocated for reusability as a cost-saving measure, which resulted in higher development costs for presumed lower costs-per-launch. During the design of the Space Shuttle, the Phase B proposals were not as cheap as the initial Phase A estimates indicated; Space Shuttle program manager Robert Thompson acknowledged that reducing cost-per-pound was not the primary objective of the further design phases, as other technical requirements could not be met with the reduced costs.^{[13]:III−489−490} Development estimates made in 1972 projected a per-pound cost of payload as low as $1,109 (in 2012) per pound, but the actual payload costs, not to include the costs for the research and development of the Space Shuttle, were $37,207 (in 2012) per pound.^{[13]:III−491} Per-launch costs varied throughout the program, and were dependent on the rate of flights as well as research, development, and investigation proceedings throughout the Space Shuttle program. In 1982, NASA published an estimate of $260 million (in 2012) per flight, which was based on the prediction of 24 flights per year for a decade. The per-launch cost from 1995–2002, when the orbiters and ISS were not being constructed and there was no recovery work following a loss of crew, was $806 million. NASA published a study in 1999 that concluded that costs were $576 million (in 2012) if there were seven launches per year. In 2009, NASA determined that the cost of adding a single launch per year was $252 million (in 2012), which indicated that much of the Space Shuttle program costs are for year-round personnel and operations that continued regardless of the launch rate. Accounting for the entire Space Shuttle program budget, the per-launch cost was $1.642 billion (in 2012).^{[13]:III−490}

Катастрофы

On January 28, 1986, СТС-51-Л disintegrated 73 seconds after launch, due to the failure of the right SRB, killing all seven astronauts on board Претендент. The disaster was caused by low-temperature impairment of an O-ring, a mission-critical seal used between segments of the SRB casing. Failure of the O-ring allowed hot combustion gases to escape from between the booster sections and burn through the adjacent ET, leading to a sequence of events which caused the orbiter to disintegrate.^[40]:71 Repeated warnings from design engineers voicing concerns about the lack of evidence of the O-rings' safety when the temperature was below 53 °F (12 °C) had been ignored by NASA managers.^[40]:148

On February 1, 2003, Колумбия disintegrated during re-entry, killing all seven of the СТС-107 crew, because of damage to the углерод-углерод leading edge of the wing caused during launch. Ground control engineers had made three separate requests for high-resolution images taken by the Department of Defense that would have provided an understanding of the extent of the damage, while NASA's chief TPS engineer requested that astronauts on board Колумбия be allowed to leave the vehicle to inspect the damage. NASA managers intervened to stop the Department of Defense's imaging of the orbiter and refused the request for the spacewalk,^{[13]:III–323[41]} and thus the feasibility of scenarios for astronaut repair or rescue by Атлантида were not considered by NASA management at the time.^[42]

Критика

The partial reusability of the Space Shuttle was one of the primary design requirements during its initial development.^[6]:164 The technical decisions that dictated the orbiter's return and reuse reduced the per-launch payload capabilities with the intention of lowering the per-launch costs and resulting in a high-launch rate. The actual costs of a Space Shuttle launch were higher than initially predicted, and the Space Shuttle did not fly the intended 24 missions per year as initially predicted by NASA.^{[43][13]:III–489–490} The Space Shuttle was originally intended as a launch vehicle to deploy satellites, which it was primarily used for on the missions prior to the Претендент катастрофа. NASA's pricing, which was below cost, was lower than expendable launch vehicles; the intention was that the high volume of Space Shuttle missions would compensate for early financial losses. The improvement of expendable launch vehicles and the transition away from commercial payload on the Space Shuttle resulted in expendable launch vehicles becoming the primary deployment option for satellites.^{[13]:III–109–112}

The fatal Претендент и Колумбия disasters demonstrated the safety risks of the Space Shuttle that could result in the loss of the crew. The spaceplane design of the orbiter limited the abort options, as the abort scenarios required the controlled flight of the orbiter to a runway or to allow the crew to egress individually, rather than the abort escape options on the Apollo and Союз space capsules.^[44] Early safety analyses advertised by NASA engineers and management predicted the chance of a catastrophic failure resulting in the death of the crew as ranging from 1 in 100 launches to as rare as 1 in 100,000.^[45][46] Following the loss of two Space Shuttle missions, the risks for the initial missions were reevaluated, and the chance of a catastrophic loss of the vehicle and crew was found to be as high as 1 in 9.^[47] NASA management was criticized afterwards for accepting increased risk to the crew in exchange for higher mission rates. Оба Претендент и Колумбия reports explained that NASA culture had failed to keep the crew safe by not objectively evaluating the potential risks of the missions.^{[46][48]:195–203}

Отставка

Атлантида after its, and the program’s, final landing

The Space Shuttle retirement was announced in January 2004.^[13]:III-347 Президент Джордж Буш announced his Видение освоения космоса, which called for the retirement of the Space Shuttle once it completed construction of the ISS.^[49][50] To ensure the ISS was properly assembled, the contributing partners determined the need for 16 remaining assembly missions in March 2006.^[13]:III-349 One additional Hubble Space Telescope servicing mission was approved in October 2006.^[13]:III-352 Первоначально STS-134 was to be the final Space Shuttle mission. Тем не менее Колумбия disaster resulted in additional orbiters being prepared for launch on need in the event of a rescue mission. В качестве Атлантида was prepared for the final launch-on-need mission, the decision was made in September 2010 that it would fly as СТС-135 with a four-person crew that could remain at the ISS in the event of an emergency.^[13]:III-355 STS-135 launched on July 8, 2011, and landed at the KSC on July 21, 2011, at 5:57 являюсь. EDT (09:57 UTC).^[13]:III-398 From then until the launch of Crew Dragon Demo-2 on May 30, 2020, the US launched its astronauts aboard Russian Soyuz spacecraft.^[51]

Following each orbiter's final flight, it was processed to make it safe for display. The OMS and RCS systems used presented the primary dangers due to their toxic hypergolic propellant, and most of their components were permanently removed to prevent any dangerous outgassing.^[13]:III-443 Атлантида is on display at the Комплекс посетителей космического центра Кеннеди,^[13]:III-456 Открытие находится на Удвар-Хази Центр,^[13]:III-451 Стараться is on display at the Калифорнийский научный центр,^[13]:III-457 и Предприятие отображается на Intrepid Sea-Air-Space Museum.^[13]:III-464 Components from the orbiters were transferred to the US Air Force, ISS program, and Russian and Canadian governments. The engines were removed to be used on the Система космического запуска, and spare RS-25 nozzles were attached for display purposes.^[13]:III-445

В популярной культуре

The Space Shuttle, and fictitious variants, have been featured in numerous movies.

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

внешняя ссылка

Wikimedia Commons имеет СМИ, связанные с: Космический шатл (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 сквозь Открытие, Атлантида и Стараться