Il programma del governo degli Stati Uniti STS (Space Transportation System) è meglio conosciuto in tutto il mondo come Space Shuttle. Questo programma è stato implementato da specialisti della NASA, il suo obiettivo principale era la creazione e l'uso di un veicolo spaziale riutilizzabile per il trasporto con equipaggio progettato per trasportare persone e vari carichi in orbite basse e ritorno. Da qui il nome attuale - "Space Shuttle".
Il lavoro sul programma è iniziato nel 1969 con il finanziamento di due dipartimenti del governo degli Stati Uniti: la NASA e il Dipartimento della Difesa. Il lavoro di sviluppo e sviluppo è stato svolto nell'ambito di un programma congiunto tra la NASA e l'Air Force. Allo stesso tempo, gli specialisti hanno applicato una serie di soluzioni tecniche che erano state precedentemente testate sui moduli lunari del programma Apollo degli anni '60: esperimenti con booster a propellente solido, sistemi per separarli e ottenere carburante da un serbatoio esterno. La base del sistema di trasporto spaziale in fase di creazione doveva essere un veicolo spaziale riutilizzabile con equipaggio. Il sistema includeva anche complessi di supporto a terra (il complesso di assemblaggio, test e lancio del Kennedy Space Center situato presso la base aeronautica di Vandenberg, in Florida), il centro di controllo di volo a Houston (Texas), nonché sistemi di trasmissione dati e comunicazione tramite satelliti e altri mezzi….
Tutte le principali aziende aerospaziali americane hanno preso parte ai lavori su questo programma. Il programma era davvero su larga scala e nazionale, più di 1000 aziende di 47 stati hanno fornito vari prodotti e attrezzature per lo Space Shuttle. Il contratto per la costruzione della prima nave orbitale nel 1972 fu vinto da Rockwell International. La costruzione delle prime due navette iniziò nel giugno 1974.
Il primo volo della navetta spaziale Columbia. Il serbatoio del carburante esterno (al centro) è stato dipinto di bianco solo sui primi due voli. In futuro, il serbatoio non è stato verniciato per ridurre il peso del sistema.
Descrizione del sistema
Il sistema di trasporto spaziale strutturalmente riutilizzabile Space Shuttle comprendeva due booster di recupero a combustibile solido, che fungevano da primo stadio e un veicolo spaziale riutilizzabile orbitante (orbiter, orbiter) con tre motori ossigeno-idrogeno, nonché un grande vano carburante fuoribordo che formava il seconda fase. Dopo il completamento del programma di volo spaziale, l'orbiter è tornato in modo indipendente sulla Terra, dove è atterrato come un aeroplano su piste speciali.
I due propulsori a razzo solido funzionano per circa due minuti dopo il lancio, spingendo e guidando il veicolo spaziale. Successivamente, a un'altitudine di circa 45 chilometri, si separano e, con l'aiuto di un sistema di paracadute, si tuffano nell'oceano. Dopo la riparazione e il riempimento, vengono riutilizzati.
Il serbatoio del carburante esterno, che brucia nell'atmosfera terrestre, riempito con idrogeno liquido e ossigeno (carburante per i motori principali), è l'unico elemento usa e getta del sistema spaziale. Il serbatoio stesso è anche un telaio per fissare i booster a propellente solido al veicolo spaziale. Viene lanciato in volo circa 8,5 minuti dopo il decollo ad un'altitudine di circa 113 chilometri, la maggior parte del serbatoio brucia nell'atmosfera terrestre e le parti rimanenti cadono nell'oceano.
La parte più famosa e riconoscibile del sistema è la stessa navicella spaziale riutilizzabile - la navetta, in effetti la stessa "navetta spaziale", che viene lanciata nell'orbita vicina alla Terra. Questa navetta funge da banco di prova e piattaforma per la ricerca scientifica nello spazio, nonché da casa per un equipaggio da due a sette persone. La navetta stessa è realizzata secondo lo schema dell'aeromobile con un'ala triangolare in pianta. Per l'atterraggio, usa un carrello di atterraggio di tipo aeronautico. Se i razzi a propellente solido sono progettati per essere utilizzati fino a 20 volte, la navetta stessa - fino a 100 voli nello spazio.
Dimensioni della nave orbitale rispetto alla Soyuz
Il sistema americano dello Space Shuttle potrebbe mettere in orbita un'altitudine di 185 chilometri e un'inclinazione di 28° fino a 24,4 tonnellate di carico quando lanciato ad est da Cape Canaveral (Florida) e 11,3 tonnellate quando lanciato dal territorio del Kennedy Space Flight Centrare in un'orbita con un'altitudine di 500 chilometri e un'inclinazione di 55°. Una volta lanciato dalla base aerea di Vandenberg (California, costa occidentale), fino a 12 tonnellate di carico potrebbero essere messe in un'orbita circumpolare con un'altitudine di 185 chilometri.
Cosa siamo riusciti a realizzare e cosa dei nostri piani è rimasto solo sulla carta
Nell'ambito di un simposio dedicato all'attuazione del programma Space Shuttle, svoltosi nell'ottobre 1969, il "padre" della navetta, George Mueller, ha osservato: "Il nostro obiettivo è ridurre il costo di consegna di un chilogrammo di carico utile in orbita da $ 2.000 per Saturn-V a 40-100 dollari per chilogrammo. Così possiamo aprire una nuova era di esplorazione dello spazio. La sfida nelle prossime settimane e mesi per questo simposio, e per la NASA e l'Air Force, è garantire che possiamo raggiungere questo obiettivo". In generale, per varie varianti basate sullo Space Shuttle, il costo del lancio di un carico utile era previsto nell'intervallo da 90 a 330 dollari al chilogrammo. Inoltre, si riteneva che le navette di seconda generazione avrebbero ridotto l'importo a $ 33-66 per chilogrammo.
In realtà, però, questi numeri si sono rivelati irraggiungibili anche vicini. Inoltre, secondo i calcoli di Mueller, il costo per il lancio della navetta avrebbe dovuto essere di $ 1-2,5 milioni. Infatti, secondo la NASA, il costo medio per il lancio di uno shuttle è stato di circa 450 milioni di dollari. E questa differenza significativa può essere definita la principale discrepanza tra gli obiettivi dichiarati e la realtà.
Navetta "Endeavour" con vano di carico aperto
Dopo il completamento del programma Space Transportation System nel 2011, possiamo già dire con sicurezza quali obiettivi sono stati raggiunti durante la sua attuazione e quali no.
Gli obiettivi del programma Space Shuttle sono stati raggiunti:
1. Attuazione della consegna in orbita di vari tipi di merci (stadi superiori, satelliti, segmenti di stazioni spaziali, compresa la ISS).
2. Possibilità di riparare i satelliti situati in orbita terrestre bassa.
3. Possibilità di riportare i satelliti sulla Terra.
4. La capacità di far volare fino a 8 persone nello spazio (durante l'operazione di salvataggio, l'equipaggio potrebbe essere portato fino a 11 persone).
5. Implementazione di successo del volo riutilizzabile e dell'uso riutilizzabile della navetta stessa e degli acceleratori a propellente solido.
6. Implementazione pratica di un layout fondamentalmente nuovo del veicolo spaziale.
7. Capacità di effettuare manovre orizzontali da parte della nave.
8. Grande volume del vano di carico, la capacità di tornare al carico terrestre fino a 14, 4 tonnellate.
9. Il costo e il tempo di sviluppo sono stati gestiti per rispettare le scadenze promesse al presidente degli Stati Uniti Nixon nel 1971.
Obiettivi non raggiunti e fallimenti:
1. Facilitazione qualitativa dell'accesso allo spazio. Invece di ridurre il costo di consegna di un chilogrammo di carico in orbita di due ordini di grandezza, lo Space Shuttle si è effettivamente rivelato uno dei metodi più costosi per portare i satelliti nell'orbita terrestre.
2. Preparazione rapida di navette tra voli spaziali. Invece del lasso di tempo previsto, che è stato stimato in due settimane tra i lanci, le navette potrebbero effettivamente prepararsi per il lancio nello spazio per mesi. Prima del disastro della navetta spaziale Challenger, il record tra i voli era di 54 giorni, dopo il disastro - 88 giorni. Durante l'intero periodo della loro operazione, sono stati lanciati in media 4, 5 volte l'anno, mentre il numero minimo consentito di lanci economicamente giustificato era di 28 lanci all'anno.
3. Semplicità di servizio. Le soluzioni tecniche scelte durante la creazione delle navette erano piuttosto laboriose da mantenere. I motori principali richiedevano procedure di smantellamento e lunghi tempi di servizio. Le unità turbopompa dei motori del primo modello richiedevano la loro completa paratia e riparazione dopo ogni volo nello spazio. Le piastrelle di schermatura termica erano uniche: ogni nido aveva la sua piastrella. In totale erano 35mila, inoltre le tegole potrebbero danneggiarsi o perdersi durante il volo.
4. Sostituire tutti i supporti monouso. Le navette non sono mai state lanciate in orbite polari, cosa necessaria principalmente per il dispiegamento di satelliti da ricognizione. In questa direzione sono stati effettuati lavori preparatori, ma sono stati ridotti dopo il disastro del Challenger.
5. Accesso affidabile allo spazio. Quattro navette spaziali hanno significato che la perdita di una di esse è stata la perdita del 25% dell'intera flotta (c'erano sempre non più di 4 orbiter volanti, la navetta Endeavour è stata costruita per sostituire il Challenger perduto). Dopo il disastro, i voli sono stati interrotti per molto tempo, ad esempio dopo il disastro del Challenger, per 32 mesi.
6. La capacità di carico delle navette è risultata inferiore di 5 tonnellate rispetto a quanto richiesto dalle specifiche militari (24,4 tonnellate anziché 30 tonnellate).
7. Le grandi capacità di manovra orizzontale non sono mai state applicate in pratica, per il motivo che le navette non hanno volato in orbite polari.
8. Il ritorno dei satelliti dall'orbita terrestre si è interrotto già nel 1996, mentre solo 5 satelliti sono stati restituiti dallo spazio durante l'intero periodo.
9. La riparazione dei satelliti si è rivelata poco richiesta. In totale sono stati riparati 5 satelliti, tuttavia le navette hanno anche effettuato 5 volte la manutenzione del famoso telescopio Hubble.
10. Le soluzioni ingegneristiche implementate hanno influito negativamente sull'affidabilità dell'intero sistema. Al momento del decollo e dell'atterraggio, c'erano aree che non lasciavano all'equipaggio possibilità di soccorso in caso di emergenza.
11. Il fatto che lo shuttle possa eseguire solo voli con equipaggio mette a rischio inutilmente gli astronauti, ad esempio, l'automazione sarebbe sufficiente per i normali lanci di satelliti in orbita.
12. La chiusura del programma Space Shuttle nel 2011 è stata sovrapposta alla cancellazione del programma Constellation. Ciò ha fatto sì che gli Stati Uniti perdessero il loro accesso indipendente allo spazio per molti anni. Di conseguenza, le perdite di immagine e la necessità di acquisire posti per i loro astronauti sulla navicella spaziale di un altro paese (navicella spaziale russa con equipaggio "Soyuz").
Lo Shuttle Discovery esegue una manovra prima di attraccare con la ISS
Alcune statistiche
Le navette sono state progettate per rimanere nell'orbita terrestre per due settimane. Di solito i loro voli duravano dai 5 ai 16 giorni. Il record per il volo più breve nella storia del programma appartiene alla navetta spaziale Columbia (morta insieme all'equipaggio il 1 febbraio 2003, il 28° volo nello spazio), che nel novembre 1981 impiegò solo 2 giorni, 6 ore e 13 minuti nello spazio. La stessa navetta ha effettuato il volo più lungo nel novembre 1996 - 17 giorni 15 ore 53 minuti.
In totale, durante il funzionamento di questo programma dal 1981 al 2011, 135 lanci sono stati effettuati da navette spaziali, di cui Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (morto insieme all'equipaggio il 28 gennaio 1986). In totale, nell'ambito del programma, sono state costruite cinque delle navette di cui sopra, che hanno effettuato voli nello spazio. Un'altra navetta, l'Enterprise, fu la prima ad essere costruita, ma inizialmente era destinata solo ai test a terra e in atmosfera, nonché ai lavori preparatori nei siti di lancio, non volò mai nello spazio.
Vale la pena notare che la NASA ha pianificato di utilizzare le navette molto più attivamente di quanto effettivamente si è scoperto. Già nel 1985, gli esperti dell'agenzia spaziale americana prevedevano che entro il 1990 avrebbero effettuato 24 lanci all'anno e le navi volavano fino a 100 voli nello spazio, in pratica tutte e 5 le navette hanno effettuato solo 135 voli in 30 anni, due dei quali terminati un disastro. Il record per il numero di voli nello spazio appartiene alla navetta "Discovery" - 39 voli nello spazio (il primo il 30 agosto 1984).
Atterraggio della navetta "Atlantis"
Le navette americane possiedono anche il più triste anti-record tra tutti i sistemi spaziali - in termini di numero di persone uccise. Due disastri con la loro partecipazione hanno causato la morte di 14 astronauti americani. Il 28 gennaio 1986, durante il decollo, a seguito di un'esplosione in un serbatoio di carburante esterno, lo shuttle Challenger è crollato, questo è accaduto nel 73 ° secondo di volo e ha portato alla morte di tutti e 7 i membri dell'equipaggio, incluso il primo astronauta laico - l'ex insegnante Christa McAuliffe, che ha vinto il concorso nazionale americano per il diritto di volare nello spazio. Il secondo disastro si è verificato il 1 febbraio 2003, durante il ritorno della navicella spaziale Columbia dal suo 28esimo volo nello spazio. La causa della catastrofe è stata la distruzione dello strato termico esterno sul piano sinistro dell'ala della navetta, causata da un pezzo di isolamento termico della bombola di ossigeno che vi è caduto sopra al momento del lancio. Al suo ritorno, la navetta è crollata in aria, uccidendo 7 astronauti.
Il programma Space Transportation System è stato ufficialmente completato nel 2011. Tutte le navette operative sono state dismesse e inviate ai musei. L'ultimo volo è avvenuto l'8 luglio 2011 ed è stato effettuato dalla navetta Atlantis con un equipaggio ridotto a 4 persone. Il volo è terminato la mattina presto del 21 luglio 2011. Per 30 anni di attività, queste astronavi hanno effettuato 135 voli, in totale hanno completato 21.152 orbite intorno alla Terra, trasportando nello spazio 1.600 tonnellate di vari carichi utili. Durante questo periodo, l'equipaggio comprendeva 355 persone (306 uomini e 49 donne) provenienti da 16 paesi diversi. L'astronauta Franklin Storey Musgrave è stato l'unico a far volare tutte e cinque le navette costruite.
