התוכנית הממשלתית האמריקאית STS (מערכת תחבורה בחלל) ידועה יותר בעולם כמעבורת החלל. תוכנית זו יושמה על ידי מומחים של נאס"א, מטרתה העיקרית הייתה יצירה ושימוש בחללית תחבורה מאוישת לשימוש חוזר שנועדה לספק אנשים ומטענים שונים למסלולים עפריים ולחזור. מכאן השם עצמו - "מעבורת החלל".
העבודה על התוכנית החלה בשנת 1969 במימון שני מחלקות ממשלתיות בארה"ב: נאס"א ומשרד ההגנה. עבודות פיתוח ופיתוח בוצעו במסגרת תוכנית משותפת בין נאס"א וחיל האוויר. במקביל יישמו המומחים מספר פתרונות טכניים שנבדקו בעבר במודולי הירח של תוכנית אפולו משנות השישים: ניסויים במאיצי דחף מוצקים, מערכות להפרדתם וקבלת דלק ממכל חיצוני. הבסיס למערכת הובלת החלל שנוצרה היה להיות חללית מאוישת לשימוש חוזר. המערכת כללה גם מתחמי תמיכה קרקעיים (מכלול הרכבה, בדיקה ושיגור של מרכז החלל קנדי, הממוקם בבסיס חיל האוויר וונדנברג, פלורידה), מרכז בקרת טיסה ביוסטון (טקסס), וכן מערכות העברת נתונים ותקשורת באמצעות לוויינים ו אמצעים אחרים ….
כל חברות התעופה והחלל האמריקאיות המובילות לקחו חלק בעבודה על תוכנית זו. התוכנית הייתה באמת רחבת היקף ולאומית, יותר מ -1000 חברות מ -47 מדינות סיפקו מוצרים וציוד שונים עבור מעבורת החלל. בחוזה לבניית ספינת המסלול הראשונה בשנת 1972 זכתה רוקוול אינטרנשיונל. בניית שתי ההסעות הראשונות החלה ביוני 1974.
הטיסה הראשונה של מעבורת החלל קולומביה. מיכל הדלק החיצוני (במרכז) נצבע בלבן רק בשתי הטיסות הראשונות. בעתיד, הטנק לא צבוע כדי להפחית את משקל המערכת.
תיאור המערכת
מערכת הובלת החלל הניתנת לשימוש חוזר מבחינה מבנית כללה שני מעברי חיסכון של דלק מוצק, ששימשו כשלב הראשון וחללית לשימוש חוזר במסלול (מסלול, מסלול) עם שלושה מנועי חמצן-מימן, כמו גם תא דלק חיצוני גדול שיצר את שלב שני. לאחר השלמת תוכנית טיסת החלל, חזר המסלול באופן עצמאי לכדור הארץ, שם נחת כמו מטוס על מסלולי מסלול מיוחדים.
שני מגביר הרקטות המוצקים פועלים כשתי דקות לאחר השיגור, מניעים ומנחים את החללית. לאחר מכן, בגובה של כ -45 קילומטרים, הם נפרדים ובעזרת מערכת מצנח, ניתזים לאוקיינוס. לאחר תיקון ומילוי, הם משמשים שוב.
מיכל הדלק החיצוני, שנשרף באטמוספירה של כדור הארץ, מלא במימן וחמצן נוזליים (דלק למנועים הראשיים), הוא המרכיב החד פעמי היחיד במערכת החלל. הטנק עצמו מהווה גם מסגרת לחיבור מגביר הדלק מוצק לחללית. הוא נזרק בטיסה כ -8.5 דקות לאחר ההמראה בגובה של כ -113 קילומטרים, רוב הטנק נשרף באטמוספירה של כדור הארץ, והחלקים הנותרים נופלים לאוקיינוס.
החלק המפורסם והמוכר ביותר במערכת הוא החללית הניתנת לשימוש חוזר עצמה - המעבורת, למעשה "מעבורת החלל" עצמה, המשוגרת למסלול כדור הארץ הנמוך. מעבורת זו משמשת כשטח ניסוי ופלטפורמה למחקר מדעי בחלל, כמו גם בית לצוות של שניים עד שבעה אנשים. המעבורת עצמה נעשית על פי תוכנית מטוסים עם כנף משולשת בתכנית. לנחיתה, הוא משתמש בציוד נחיתה מסוג מטוסים. בעוד שמגביר טילים מוצקים מיועדים לשימוש עד 20 פעמים, המעבורת עצמה היא עד 100 טיסות לחלל.
מידות ספינת המסלול בהשוואה לסויוז
מערכת מעבורת החלל האמריקאית יכולה לשגר למסלול בגובה של 185 קילומטרים ובנטייה של 28 ° ל -24.4 טון מטען כאשר היא משוגרת מזרחה מכף קנוורל (פלורידה) ו -11.3 טון כאשר היא משוגרת משטח חלל קנדי. מרכז טיסה למסלול בגובה של 500 קילומטרים ושיפוע של 55 °. כששיגרו מבסיס חיל האוויר ונדנברג (קליפורניה, החוף המערבי), ניתן היה להכניס עד 12 טון מטען למסלול מעגלי בגובה של 185 קילומטרים.
מה הצלחנו ליישם, ומה מתוכניותינו נותרו רק על הנייר
כחלק מסימפוזיון המוקדש ליישום תוכנית מעבורת החלל, שהתקיים באוקטובר 1969, ציין "אביו" של המעבורת, ג'ורג 'מולר: "מטרתנו היא להפחית את עלות העברת ק"ג מטען לתוך מסלול מ -2,000 דולר לסאטורן-V ל-40-100 דולר לק"ג. כך שנוכל לפתוח עידן חדש של חקר החלל. האתגר בשבועות ובחודשים הקרובים לסימפוזיון זה ולנאס"א וחיל האוויר הוא להבטיח שנוכל להשיג זאת ". באופן כללי, לגבי הגרסאות השונות המבוססות על מעבורת החלל, ניבא כי עלות השיגור של המטען בטווח שנע בין 90 ל -330 דולר לק"ג. יתר על כן, האמינו כי הסעות מהדור השני יפחיתו את הסכום ל-33-66 דולר לק"ג.
אולם במציאות התברר כי מספרים אלה אינם ניתנים להשגה אפילו קרובים. יתר על כן, על פי חישובי מולר, עלות ההשקה של המעבורת הייתה צריכה להיות 1-2.5 מיליון דולר. למעשה, על פי נאס א, העלות הממוצעת של שיגור מעבורת הייתה כ -450 מיליון דולר. ואת ההבדל המשמעותי הזה אפשר לקרוא הפער העיקרי בין המטרות המוצהרות לבין המציאות.
מעבורת "Endeavour" עם תא מטען פתוח
לאחר השלמת התוכנית למערכות תחבורה בחלל בשנת 2011, אנו כבר יכולים לדבר בביטחון על אילו מטרות הושגו במהלך יישומה, ואילו לא.
המטרות של תוכנית מעבורת החלל הושגו:
1. יישום מסירת מטען מסוגים שונים למסלול (שלבים עליונים, לוויינים, קטעים של תחנות חלל, כולל ה- ISS).
2. אפשרות לתיקון לוויינים הנמצאים במסלול כדור הארץ הנמוך.
3. אפשרות החזרת לוויינים בחזרה לכדור הארץ.
4. היכולת להטיס עד 8 אנשים לחלל (במהלך מבצע החילוץ ניתן היה להביא את הצוות עד 11 איש).
5. יישום מוצלח של טיסה רב פעמית ושימוש חוזר במעבורת עצמה ומאיצי הנעה מוצקים.
6. יישום בפועל של פריסה חדשה מיסודה של החללית.
7. יכולת לבצע תמרונים אופקיים על ידי הספינה.
8. נפח גדול של תא המטען, היכולת לחזור למטען כדור הארץ במשקל של עד 14, 4 טון.
9. העלות וזמן הפיתוח הצליחו לעמוד בלוחות הזמנים שהובטחו לנשיא ארה ב ניקסון בשנת 1971.
מטרות שלא הושגו וכישלונות:
1. הקלה איכותית של גישה לחלל. במקום להפחית את עלות העברת קילו המטען למסלול בשני סדרי גודל, מעבורת החלל התבררה למעשה כאחת השיטות היקרות ביותר להעברת לוויינים למסלול כדור הארץ.
2. הכנה מהירה של שאטלים בין טיסות חלל. במקום פרק הזמן הצפוי, שנאמד כשבועיים בין השיגור, שאטלים באמת יכולים להתכונן לשיגור לחלל במשך חודשים.לפני אסון מעבורת החלל צ'לנג'ר, השיא בין טיסות היה 54 ימים, לאחר האסון - 88 ימים. לאורך כל תקופת פעולתם, הם שוגרו בממוצע 4, 5 פעמים בשנה, בעוד שמספר השיגורים המונחם מבחינה כלכלית המותרת היה 28 שיגורים בשנה.
3. פשטות השירות. הפתרונות הטכניים שנבחרו במהלך יצירת ההסעות היו די מייגעים לתחזוקה. המנועים העיקריים דרשו הליכי פירוק וזמני שירות ארוכים. יחידות טורבו -המנועים של מנועי הדגם הראשון דרשו את המחיצה והתיקון המלא שלהם לאחר כל טיסה לחלל. אריחי מיגון תרמיים היו ייחודיים - לכל קן היה אריח משלו. בסך הכל היו 35 אלף מהם, יתר על כן, האריחים עלולים להינזק או ללכת לאיבוד במהלך הטיסה.
4. החזר את כל חומרי ההדפסה החד פעמיים. המעבורות מעולם לא שוגרו למסלולים קוטביים, שהיו נחוצים בעיקר לפריסת לווייני סיור. בכיוון זה בוצעו עבודות הכנה, אך הן צומצמו לאחר אסון הצ'לנג'ר.
5. גישה אמינה לחלל. ארבע הסעות חלל פירושן שההפסד של כל אחת מהן היה אובדן של 25% מהצי כולו (תמיד לא היו יותר מ -4 מסלולים מעופפים, מעבורת אנדאבור נבנתה להחליף את הצ'לנג'ר האבוד). לאחר האסון הופסקו טיסות במשך זמן רב, למשל, לאחר אסון הצ'לנג'ר - למשך 32 חודשים.
6. כושר הנשיאה של ההסעות התברר נמוך ב -5 טון מהנדרש במפרט הצבאי (24.4 טון במקום 30 טון).
7. יכולות תמרון אופקיות גדולות מעולם לא יושמו בפועל, מהסיבה שההסעות לא טסו למסלולים קוטביים.
8. חזרת הלוויינים ממסלול כדור הארץ נעצרה כבר בשנת 1996, ואילו רק 5 לוויינים הוחזרו מהחלל במהלך כל התקופה.
9. תיקון הלוויינים התברר כביקוש מועט. בסך הכל תוקנו 5 לוויינים, אולם ההסעות ביצעו גם תחזוקה של טלסקופ האבל המפורסם 5 פעמים.
10. הפתרונות ההנדסיים המיושמים השפיעו לרעה על האמינות של המערכת כולה. בזמן ההמראה והנחיתה, היו אזורים שלא השאירו לצוות סיכוי להצלה במקרה חירום.
11. העובדה שהמעבורת יכולה לבצע רק טיסות מאוישות מסכנת את האסטרונאוטים ללא צורך, למשל, אוטומציה תספיק לשיגורים לווייניים שגרתיים למסלול.
12. סגירת תוכנית מעבורת החלל בשנת 2011 הונחה על ביטול תוכנית הכוכבים. זה גרם לארה"ב לאבד את הגישה העצמאית שלה לחלל במשך שנים רבות. כתוצאה מכך, אובדן תדמית והצורך לרכוש מקומות לאסטרונאוטים שלהם בחלליות של מדינה אחרת (חללית מאוישת רוסית "סויוז").
Shuttle Discovery מבצע תמרון לפני העגינה ל- ISS
קצת סטטיסטיקות
המעבורות נועדו להישאר במסלול כדור הארץ במשך שבועיים. בדרך כלל טיסותיהם נמשכו בין 5 ל -16 ימים. שיא הטיסה הקצרה ביותר בהיסטוריה של התוכנית שייך למעבורת החלל קולומביה (מתה יחד עם הצוות ב -1 בפברואר 2003, הטיסה ה -28 לחלל), שבנובמבר 1981 בילתה רק יומיים, 6 שעות ו -13 דקות בחלל. אותה הסעה ביצעה את הטיסה הארוכה ביותר בנובמבר 1996 - 17 ימים 15 שעות 53 דקות.
בסך הכל, במהלך הפעלת תוכנית זו בשנים 1981 עד 2011 בוצעו 135 שיגורים באמצעות מעבורות חלל, מתוכם דיסקברי - 39, אטלנטיס - 33, קולומביה - 28, אנדאבור - 25, צ'לנג'ר - 10 (מת יחד עם הצוות ב- 28 בינואר 1986). בסך הכל, במסגרת התוכנית נבנו חמש מעבורות הנ ל, מה שהביא טיסות לחלל. מעבורת נוספת, Enterprise, נבנתה תחילה, אך במקור מיועדת רק לבדיקות קרקעיות ואטמוספריות, כמו גם עבודות הכנה באתרי שיגור, מעולם לא עפו לחלל.
ראוי לציין כי נאס"א תכננה להשתמש בהסעות הרבה יותר באופן פעיל ממה שהתברר בפועל.עוד בשנת 1985, מומחי סוכנות החלל האמריקאית ציפו שבשנת 1990 הם יבצעו 24 שיגורים מדי שנה, והספינות יטוסו עד 100 טיסות לחלל, בפועל, כל 5 המעבורות עשו 135 טיסות בלבד תוך 30 שנה, שתיים מתוך שסיים אסון. השיא במספר הטיסות לחלל שייך למעבורת "דיסקברי" - 39 טיסות לחלל (הראשונה ב -30 באוגוסט 1984).
נחיתה של המעבורת "אטלנטיס"
המעבורות האמריקאיות גם בעלות האנטי -שיא העצוב ביותר מבין כל מערכות החלל - מבחינת מספר ההרוגים. שני אסונות בהשתתפותם גרמו למותם של 14 אסטרונאוטים אמריקאים. ב- 28 בינואר 1986, במהלך ההמראה, כתוצאה מפיצוץ במיכל דלק חיצוני, קרס מעבורת צ'לנג'ר, זה קרה בשנייה ה -73 לטיסה והוביל למותם של כל 7 אנשי הצוות, כולל האסטרונאוט ההדיוט הראשון. - המורה לשעבר כריסטיה מקאוליף, שזכתה בתחרות האמריקאית בפריסה ארצית על הזכות לטוס לחלל. האסון השני אירע ב -1 בפברואר 2003, במהלך חזרתה של חללית קולומביה מהטיסה ה -28 שלה לחלל. הגורם לאסון היה הרס השכבה החיצונית המגנה על החום במישור השמאלי של כנף המעבורת, שנגרמה כתוצאה מחתיכת בידוד חום של מיכל החמצן שנפל עליו ברגע השיגור. עם שובו, המעבורת התמוטטה באוויר והרגה 7 אסטרונאוטים.
תוכנית מערכת תחבורה בחלל הושלמה רשמית בשנת 2011. כל הסעות ההפעלה הופסקו ונשלחו למוזיאונים. הטיסה האחרונה התקיימה ב -8 ביולי 2011 ובוצעה על ידי מעבורת אטלנטיס עם צוות מצומצם ל -4 אנשים. הטיסה הסתיימה מוקדם בבוקר ב- 21 ביולי 2011. במשך 30 שנות פעילות, חלליות אלה ביצעו 135 טיסות, בסך הכל, הן ביצעו 21,152 מסלולים סביב כדור הארץ יחד, והעבירו 1,600 טון של מטענים שונים לחלל. במהלך תקופה זו כלל הצוות 355 איש (306 גברים ו -49 נשים) מ -16 מדינות שונות. האסטרונאוט פרנקלין סטורי מוסגרב היה היחיד שהטיס את כל חמש ההסעות שנבנו.
