Amerykański rządowy program STS (Space Transportation System) jest lepiej znany na całym świecie jako prom kosmiczny. Program ten został wdrożony przez specjalistów NASA, jego głównym celem było stworzenie i wykorzystanie załogowego statku kosmicznego wielokrotnego użytku, zaprojektowanego do dostarczania ludzi i różnych ładunków na orbity niskoziemskie iz powrotem. Stąd właściwa nazwa – „Wahadłowiec kosmiczny”.
Prace nad programem rozpoczęły się w 1969 roku dzięki finansowaniu z dwóch departamentów rządu USA: NASA i Departamentu Obrony. Prace rozwojowe i rozwojowe prowadzono w ramach wspólnego programu NASA i Sił Powietrznych. Jednocześnie specjaliści zastosowali szereg rozwiązań technicznych, które wcześniej przetestowano na modułach księżycowych programu Apollo z lat 60. XX wieku: eksperymenty z dopalaczami na paliwo stałe, systemy ich separacji i pozyskiwania paliwa z zewnętrznego zbiornika. Podstawą tworzonego systemu transportu kosmicznego miał być załogowy statek kosmiczny wielokrotnego użytku. System obejmował również kompleksy wsparcia naziemnego (kompleks montażowy, testowy i startowy Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego w bazie sił powietrznych Vandenberg na Florydzie), centrum kontroli lotów w Houston (Teksas), a także systemy przekazywania danych i komunikacji za pośrednictwem satelitów i inne środki…
W pracach nad tym programem wzięły udział wszystkie czołowe amerykańskie firmy lotnicze. Program był naprawdę szeroko zakrojony i ogólnokrajowy, ponad 1000 firm z 47 stanów dostarczyło różne produkty i wyposażenie dla promu kosmicznego. Kontrakt na budowę pierwszego statku orbitalnego w 1972 roku wygrał Rockwell International. Budowa pierwszych dwóch wahadłowców rozpoczęła się w czerwcu 1974 roku.
Pierwszy lot promu kosmicznego Columbia. Zewnętrzny zbiornik paliwa (w środku) był pomalowany na biało tylko na pierwszych dwóch lotach. W przyszłości czołg nie był malowany w celu zmniejszenia masy systemu.
Opis systemu
Strukturalnie wielokrotnego użytku system transportu kosmicznego Space Shuttle zawierał dwa awaryjne dopalacze na paliwo stałe, które służyły jako pierwszy stopień, oraz orbitujący statek kosmiczny wielokrotnego użytku (orbiter, orbiter) z trzema silnikami tlenowo-wodorowymi, a także duży zewnętrzny przedział paliwowy, który tworzył drugi etap. Po zakończeniu programu lotów kosmicznych orbiter samodzielnie powrócił na Ziemię, gdzie wylądował jak samolot na specjalnych pasach startowych.
Dwa solidne dopalacze rakietowe działają przez około dwie minuty po wystrzeleniu, napędzając i prowadząc statek kosmiczny. Następnie, na wysokości około 45 kilometrów, rozdzielają się i za pomocą systemu spadochronowego wpadają do oceanu. Po naprawie i uzupełnieniu są ponownie używane.
Jedynym jednorazowym elementem systemu kosmicznego jest zewnętrzny zbiornik paliwa, który spala się w atmosferze ziemskiej, wypełniony ciekłym wodorem i tlenem (paliwo do silników głównych). Sam czołg jest również ramą do mocowania do statku kosmicznego dopalaczy paliwa stałego. Wyrzucany jest w locie około 8,5 minuty po starcie na wysokości około 113 kilometrów, większość zbiornika spala się w atmosferze ziemskiej, a pozostałe części spadają do oceanu.
Najbardziej znaną i rozpoznawalną częścią systemu jest sam statek kosmiczny wielokrotnego użytku - wahadłowiec, a właściwie sam "wahadłowiec kosmiczny", który jest wystrzeliwany na orbitę zbliżoną do Ziemi. Ten wahadłowiec służy jako poligon doświadczalny i platforma do badań naukowych w kosmosie, a także jako dom dla załogi składającej się z dwóch do siedmiu osób. Sam wahadłowiec wykonany jest zgodnie ze schematem samolotu z trójkątnym skrzydłem w planie. Do lądowania używa podwozia typu samolotowego. Jeśli dopalacze rakietowe na paliwo stałe są zaprojektowane do użycia do 20 razy, to sam wahadłowiec - do 100 lotów w kosmos.
Wymiary statku orbitalnego w porównaniu do Sojuz
Amerykański system wahadłowców kosmicznych mógłby umieścić na orbicie wysokość 185 kilometrów i nachylenie 28 ° do 24,4 ton ładunku po wystrzeleniu na wschód z Przylądka Canaveral (Floryda) i 11,3 ton po wystrzeleniu z terytorium Lotu Kosmicznego Kennedy'ego Wyśrodkuj na orbicie o wysokości 500 kilometrów i nachyleniu 55°. Po wystrzeleniu z bazy sił powietrznych Vandenberg (Kalifornia, zachodnie wybrzeże) na orbitę okołobiegunową na wysokości 185 kilometrów można było umieścić do 12 ton ładunku.
Co udało nam się zrealizować, a co z naszych planów pozostało tylko na papierze
W ramach sympozjum poświęconego realizacji programu promu kosmicznego, które odbyło się w październiku 1969 roku, „ojciec” promu, George Mueller, zauważył: „Naszym celem jest obniżenie kosztów dostarczenia kilograma ładunku do orbita od 2000 dolarów za Saturn-V do 40-100 dolarów za kilogram. Możemy więc otworzyć nową erę eksploracji kosmosu. Wyzwaniem w nadchodzących tygodniach i miesiącach dla tego sympozjum, a także dla NASA i sił powietrznych, jest zapewnienie, że możemy to osiągnąć”. Ogólnie rzecz biorąc, dla różnych wariantów opartych na promie kosmicznym przewidywano koszt wystrzelenia ładunku w przedziale od 90 do 330 dolarów za kilogram. Co więcej, wierzono, że wahadłowce drugiej generacji zmniejszą kwotę do 33-66 USD za kilogram.
W rzeczywistości jednak liczby te okazały się nieosiągalne nawet blisko. Co więcej, według wyliczeń Muellera, koszt uruchomienia wahadłowca powinien wynieść 1-2,5 miliona dolarów. W rzeczywistości, według NASA, średni koszt uruchomienia promu wynosił około 450 milionów dolarów. I tę istotną różnicę można nazwać główną rozbieżnością między deklarowanymi celami a rzeczywistością.
Shuttle „Endeavour” z otwartą przestrzenią ładunkową
Po zakończeniu programu Systemu Transportu Kosmicznego w 2011 roku możemy już śmiało powiedzieć, które cele zostały osiągnięte podczas jego realizacji, a które nie.
Cele programu Space Shuttle zostały osiągnięte:
1. Realizacja dostaw różnego rodzaju ładunków na orbitę (górne stopnie, satelity, segmenty stacji kosmicznych, w tym ISS).
2. Możliwość naprawy satelitów znajdujących się na niskiej orbicie okołoziemskiej.
3. Możliwość powrotu satelitów na Ziemię.
4. Możliwość lotu w kosmos do 8 osób (podczas akcji ratowniczej załoga mogła zabrać do 11 osób).
5. Pomyślne wdrożenie lotu wielokrotnego użytku i wielokrotnego użytku samego promu oraz akceleratorów na paliwo stałe.
6. Wdrożenie w praktyce całkowicie nowego układu statku kosmicznego.
7. Umiejętność wykonywania przez statek manewrów poziomych.
8. Duża objętość przedziału ładunkowego, możliwość powrotu na Ziemię ładunku o wadze do 14,4 ton.
9. Koszt i czas opracowania udało się dotrzymać terminów, które obiecano prezydentowi USA Nixonowi w 1971 roku.
Cele nieosiągnięte i porażki:
1. Jakościowe ułatwienie dostępu do przestrzeni. Zamiast zmniejszyć koszt dostarczenia kilograma ładunku na orbitę o dwa rzędy wielkości, wahadłowiec kosmiczny okazał się w rzeczywistości jedną z najdroższych metod dostarczania satelitów na orbitę Ziemi.
2. Szybkie przygotowanie promów między lotami w kosmos. Zamiast przewidywanych ram czasowych, które szacowano na dwa tygodnie między startami, wahadłowce mogły faktycznie przygotowywać się do startu w kosmos miesiącami. Przed katastrofą promu kosmicznego Challenger rekord między lotami wynosił 54 dni, po katastrofie – 88 dni. W całym okresie ich eksploatacji uruchamiano je średnio 4, 5 razy w roku, przy czym minimalna dopuszczalna ekonomicznie uzasadniona liczba startów wynosiła 28 startów rocznie.
3. Prostota obsługi. Rozwiązania techniczne wybrane podczas tworzenia promów były dość pracochłonne w utrzymaniu. Silniki główne wymagały procedur demontażu i długiego czasu eksploatacji. Zespoły turbopomp silników pierwszego modelu wymagały kompletnej przegrody i naprawy po każdym locie w kosmos. Płytki osłony termicznej były wyjątkowe – każde gniazdo miało swoją własną płytkę. Łącznie było ich 35 tys., ponadto płytki mogły ulec uszkodzeniu lub zgubieniu podczas lotu.
4. Wymień wszystkie jednorazowe nośniki. Wahadłowce nigdy nie wystrzeliły na orbity polarne, co było konieczne głównie do rozmieszczenia satelitów rozpoznawczych. W tym kierunku prowadzono prace przygotowawcze, ale zostały one ograniczone po katastrofie Challengera.
5. Niezawodny dostęp do przestrzeni. Cztery wahadłowce kosmiczne oznaczały, że utrata któregokolwiek z nich oznaczała utratę 25% całej floty (zawsze były nie więcej niż 4 latające orbitery, wahadłowiec Endeavour został zbudowany w celu zastąpienia utraconego Challengera). Po katastrofie loty zostały wstrzymane na długi czas, na przykład po katastrofie Challengera - na 32 miesiące.
6. Udźwig wahadłowców okazał się o 5 ton niższy niż wymagały specyfikacje wojskowe (24,4 tony zamiast 30 ton).
7. W praktyce nigdy nie wykorzystano dużych możliwości manewrowania w poziomie, ponieważ wahadłowce nie wlatywały na orbity polarne.
8. Powrót satelitów z orbity ziemskiej ustał już w 1996 roku, podczas gdy w całym okresie z kosmosu powróciło tylko 5 satelitów.
9. Naprawa satelitów okazała się mało potrzebna. W sumie naprawiono 5 satelitów, jednak promy wykonały również konserwację słynnego teleskopu Hubble'a 5 razy.
10. Wdrożone rozwiązania inżynierskie negatywnie wpłynęły na niezawodność całego systemu. W czasie startu i lądowania występowały obszary, które nie pozostawiały załodze szansy na ratunek w sytuacji awaryjnej.
11. Fakt, że wahadłowiec mógł wykonywać tylko loty załogowe, niepotrzebnie narażał astronautów na ryzyko, na przykład automatyzacja wystarczyłaby do rutynowych wystrzeliwania satelitów na orbitę.
12. Zamknięcie programu promu kosmicznego w 2011 roku nałożyło się na anulowanie programu Constellation. To spowodowało, że Stany Zjednoczone na wiele lat utraciły niezależny dostęp do kosmosu. W rezultacie straty obrazu i konieczność zdobywania miejsc dla swoich astronautów na statku kosmicznym innego kraju (rosyjski załogowy statek kosmiczny „Sojuz”).
Shuttle Discovery wykonuje manewr przed dokowaniem do ISS
Niektóre statystyki
Wahadłowce zostały zaprojektowane tak, aby pozostawały na orbicie Ziemi przez dwa tygodnie. Zwykle ich loty trwały od 5 do 16 dni. Rekord najkrótszego lotu w historii programu należy do promu kosmicznego Columbia (zginął wraz z załogą 1 lutego 2003 r., 28. lot w kosmos), który w listopadzie 1981 r. spędził tylko 2 dni, 6 godzin i 13 minut w kosmosie. Ten sam prom wykonał najdłuższy lot w listopadzie 1996 r. - 17 dni 15 godzin 53 minuty.
W sumie podczas działania tego programu od 1981 do 2011 r. przeprowadzono 135 startów promów kosmicznych, z czego Discovery – 39, Atlantis – 33, Columbia – 28, Endeavour – 25, Challenger – 10 (zginął wraz z załogą). 28 stycznia 1986). W sumie w ramach programu zbudowano pięć z powyższych wahadłowców, które wykonywały loty w kosmos. Inny wahadłowiec, Enterprise, został zbudowany jako pierwszy, ale początkowo był przeznaczony tylko do testów naziemnych i atmosferycznych, a także do prac przygotowawczych w miejscach startu, nigdy nie poleciał w kosmos.
Warto zauważyć, że NASA planowała korzystać z promów znacznie aktywniej, niż się faktycznie okazało. W 1985 roku eksperci z amerykańskiej agencji kosmicznej spodziewali się, że do 1990 roku będą wykonywać 24 starty rocznie, a statki latają do 100 lotów w kosmos, w praktyce wszystkie 5 wahadłowców wykonało tylko 135 lotów w ciągu 30 lat, z których dwa zakończyły się katastrofa. Rekord liczby lotów w kosmos należy do promu „Discovery” – 39 lotów w kosmos (pierwszy 30 sierpnia 1984 r.).
Lądowanie promu „Atlantis”
Amerykańskie wahadłowce posiadają również najsmutniejszy anty-rekord spośród wszystkich systemów kosmicznych - pod względem liczby zabitych ludzi. Dwie katastrofy z ich udziałem spowodowały śmierć 14 amerykańskich astronautów. 28 stycznia 1986 r. podczas startu, w wyniku eksplozji w zewnętrznym zbiorniku paliwa, wahadłowiec Challenger zawalił się, co wydarzyło się w 73. sekundzie lotu i doprowadziło do śmierci wszystkich 7 członków załogi, w tym pierwszego leżącego astronautę - była nauczycielka Christa McAuliffe, która zwyciężyła w ogólnopolskim amerykańskim konkursie o prawo do lotu w kosmos. Druga katastrofa miała miejsce 1 lutego 2003 r., podczas powrotu sondy Columbia z jej 28. lotu w kosmos. Przyczyną katastrofy było zniszczenie zewnętrznej warstwy osłony termicznej na lewej płaszczyźnie skrzydła wahadłowca, spowodowane opadnięciem na nią fragmentu izolacji termicznej butli z tlenem w momencie startu. Po powrocie wahadłowiec zawalił się w powietrzu, zabijając 7 astronautów.
Program Systemu Transportu Kosmicznego został oficjalnie zakończony w 2011 roku. Wszystkie działające wahadłowce zostały wycofane z eksploatacji i wysłane do muzeów. Ostatni lot odbył się 8 lipca 2011 r. i został wykonany przez wahadłowiec Atlantis z załogą zredukowaną do 4 osób. Lot zakończył się wczesnym rankiem 21 lipca 2011 r. Przez 30 lat eksploatacji te statki kosmiczne wykonały 135 lotów, w sumie wykonały 21 152 orbity wokół Ziemi, dostarczając w kosmos 1600 ton różnych ładunków. W tym czasie załoga liczyła 355 osób (306 mężczyzn i 49 kobiet) z 16 różnych krajów. Astronauta Franklin Storey Musgrave był jedynym, który latał wszystkimi pięcioma zbudowanymi promami.
