ASV valdības programma STS (kosmosa transporta sistēma) visā pasaulē ir labāk pazīstama kā kosmosa kuģis. Šo programmu īstenoja NASA speciālisti, tās galvenais mērķis bija izveidot un izmantot atkārtoti izmantojamu pilotējamu transporta kosmosa kuģi, kas paredzēts cilvēku un dažādu kravu nogādāšanai zemas zemes orbītā un atpakaļ. Līdz ar to patiesais nosaukums - "Space Shuttle".
Darbs pie programmas sākās 1969. gadā ar divu ASV valdības departamentu - NASA un Aizsardzības departamenta - finansējumu. Izstrādes un attīstības darbs tika veikts NASA un Gaisa spēku kopīgās programmas ietvaros. Tajā pašā laikā speciālisti pielietoja vairākus tehniskus risinājumus, kas iepriekš tika pārbaudīti 1960. gadu Apollo programmas Mēness moduļos: eksperimenti ar cietās degvielas pastiprinātājiem, sistēmas to atdalīšanai un degvielas iegūšanai no ārējās tvertnes. Izveidojamās kosmosa transporta sistēmas pamatā bija jābūt pilotējamam kosmosa kuģim. Sistēma ietvēra arī zemes atbalsta kompleksus (Kenedija kosmosa centra montāžas, pārbaudes un palaišanas kompleksu, kas atrodas Vandenbergas gaisa spēku bāzē, Floridā), lidojumu vadības centru Hjūstonā (Teksasa), kā arī datu pārraides un sakaru sistēmas, izmantojot satelītus un citi līdzekļi ….
Visi vadošie amerikāņu aviācijas uzņēmumi piedalījās šīs programmas izstrādē. Programma bija patiesi liela mēroga un nacionāla, vairāk nekā 1000 uzņēmumu no 47 valstīm piegādāja dažādus produktus un aprīkojumu kosmosa kuģim. Līgumu par pirmā orbitālā kuģa būvi 1972. gadā ieguva kompānija Rockwell International. Pirmo divu autobusu būvniecība sākās 1974. gada jūnijā.
Kosmosa kuģa Columbia pirmais lidojums. Ārējā degvielas tvertne (centrā) pirmajos divos lidojumos tika nokrāsota tikai baltā krāsā. Nākotnē tvertne netika krāsota, lai samazinātu sistēmas svaru.
Sistēmas apraksts
Strukturāli atkārtoti izmantojamā kosmosa transporta sistēmā Space Shuttle bija iekļauti divi glābšanas cietā kurināmā pastiprinātāji, kas kalpoja kā pirmais posms, un orbītā daudzkārt lietojams kosmosa kuģis (orbiter, orbiter) ar trim skābekļa-ūdeņraža dzinējiem, kā arī liels piekarināms degvielas nodalījums, kas veidoja otrais posms. Pēc kosmosa lidojumu programmas pabeigšanas orbītā patstāvīgi atgriezās uz Zemes, kur tā kā lidmašīna nolaidās uz īpašiem skrejceļiem.
Abi cietie raķešu pastiprinātāji darbojas apmēram divas minūtes pēc palaišanas, dzenot un vadot kosmosa kuģi. Pēc tam apmēram 45 kilometru augstumā viņi atdalās un ar izpletņu sistēmas palīdzību izšļakstās okeānā. Pēc remonta un uzpildīšanas tos atkal izmanto.
Ārējā degvielas tvertne, kas deg zemes atmosfērā, ir piepildīta ar šķidro ūdeņradi un skābekli (degviela galvenajiem dzinējiem), ir vienīgais vienreizējās lietošanas elements kosmosa sistēmā. Tvertne pati par sevi ir arī rāmis cietā propelenta pastiprinātāju piestiprināšanai kosmosa kuģim. Tas tiek izmests lidojumā apmēram 8,5 minūtes pēc pacelšanās aptuveni 113 kilometru augstumā, lielākā daļa tvertnes izdeg zemes atmosfērā, un atlikušās daļas nokrīt okeānā.
Slavenākā un atpazīstamākā sistēmas daļa ir pats atkārtoti izmantojamais kosmosa kuģis - šatls, patiesībā pats "kosmosa kuģis", kas tiek palaists gandrīz zemes orbītā. Šis autobuss kalpo kā izmēģinājumu vieta un platforma zinātniskiem pētījumiem kosmosā, kā arī mājvieta divu līdz septiņu cilvēku apkalpei. Šatls ir izgatavots pēc lidmašīnas shēmas ar trīsstūrveida spārnu plānā. Nosēšanās laikā viņš izmanto lidmašīnas tipa šasiju. Ja cietā propelenta raķešu pastiprinātāji ir paredzēti izmantošanai līdz 20 reizēm, tad pati šatla - līdz 100 lidojumiem kosmosā.
Orbitālā kuģa izmēri salīdzinājumā ar Sojuz
Amerikāņu kosmosa kuģu sistēma varētu novietot orbītā 185 kilometru augstumā un 28 ° slīpumu līdz 24,4 tonnām kravas, palaižot to uz austrumiem no Kanaveralas raga (Florida), un 11,3 tonnas, palaižot no Kenedija kosmosa lidojuma teritorijas. Centrējiet orbītā ar 500 kilometru augstumu un 55 ° slīpumu. Palaižot no Vandenbergas gaisa spēku bāzes (Kalifornija, rietumu piekraste), līdz 12 tonnām kravas varētu izvietot apkārtpolārajā orbītā 185 kilometru augstumā.
Tas, ko mums izdevās īstenot, un kādi mūsu plāni palika tikai uz papīra
Kā daļa no simpozija, kas veltīts kosmosa kuģa programmas īstenošanai, kas notika 1969. gada oktobrī, šatla "tēvs" Džordžs Millers atzīmēja: "Mūsu mērķis ir samazināt izmaksas par kilogramu kravas nogādāšanu orbītā no 2000 USD par Saturn-V līdz 40-100 dolāriem par kilogramu. Tātad mēs varam atvērt jaunu kosmosa izpētes laikmetu. Nākamo nedēļu un mēnešu izaicinājums šim simpozijam, kā arī NASA un gaisa spēkiem ir nodrošināt, ka mēs to varam sasniegt.” Kopumā tika prognozēts, ka dažādiem variantiem, kuru pamatā ir Space Shuttle, lietderīgās kravas palaišanas izmaksas būs robežās no 90 līdz 330 dolāriem par kilogramu. Turklāt tika uzskatīts, ka otrās paaudzes transporta pakalpojumi samazinās summu līdz 33–66 USD par kilogramu.
Tomēr patiesībā šie skaitļi izrādījās nesasniedzami pat tuvu. Turklāt, pēc Muellera aprēķiniem, autobusa palaišanas izmaksām vajadzēja būt 1–2,5 miljoniem ASV dolāru. Faktiski, saskaņā ar NASA datiem, vidējās izmaksas par maršruta autobusa palaišanu bija aptuveni 450 miljoni ASV dolāru. Un šo būtisko atšķirību var saukt par galveno neatbilstību starp izvirzītajiem mērķiem un realitāti.
Shuttle "Endeavour" ar atvērtu kravas nodalījumu
Pēc Kosmosa transporta sistēmas programmas pabeigšanas 2011. gadā mēs jau ar pārliecību varam teikt, kuri mērķi tika sasniegti tās īstenošanas laikā, bet kuri - ne.
Space Shuttle programmas mērķi ir sasniegti:
1. Dažādu veidu kravu piegādes orbītā īstenošana (augšējie posmi, satelīti, kosmosa staciju segmenti, ieskaitot ISS).
2. Iespēja remontēt satelītus, kas atrodas zemā zemes orbītā.
3. Iespēja atgriezt satelītus uz Zemi.
4. Spēja lidot kosmosā līdz 8 cilvēkiem (glābšanas operācijas laikā apkalpi varēja uzņemt līdz 11 cilvēkiem).
5. Veiksmīga daudzkārt lietojamu lidojumu ieviešana un atkārtoti izmantojamas pašas lidaparāta un cietā propelenta paātrinātāju izmantošana.
6. Pamatā jauna kosmosa kuģa izkārtojuma ieviešana praksē.
7. Spēja veikt kuģa horizontālos manevrus.
8. Liels kravas nodalījuma tilpums, iespēja atgriezties uz Zemes kravu, kas sver līdz 14, 4 tonnām.
9. Izmaksas un izstrādes laiks izdevās ievērot termiņus, kas tika apsolīti ASV prezidentam Niksonam 1971. gadā.
Nesasniegtie mērķi un neveiksmes:
1. Kvalitatīvi atvieglot piekļuvi kosmosam. Tā vietā, lai samazinātu izmaksas par kilogramu kravas nogādāšanu orbītā par divām kārtībām, kosmosa kuģis faktiski izrādījās viena no dārgākajām metodēm, kā nogādāt satelītus Zemes orbītā.
2. Ātra transporta sagatavošana starp kosmosa lidojumiem. Paredzētā termiņa vietā, kas tika lēsts divu nedēļu laikā starp palaišanu, transporta pakalpojumi faktiski varētu sagatavoties palaišanai kosmosā vairākus mēnešus. Pirms kosmosa kuģa Challenger katastrofas rekords starp lidojumiem bija 54 dienas, pēc katastrofas - 88 dienas. Visā darbības laikā tie tika palaisti vidēji 4, 5 reizes gadā, savukārt minimālais pieļaujamais ekonomiski pamatotais palaišanas skaits bija 28 palaišanas reizes gadā.
3. Pakalpojuma vienkāršība. Transportlīdzekļu izveidošanas laikā izvēlētie tehniskie risinājumi bija diezgan darbietilpīgi. Galvenie dzinēji prasīja demontāžas procedūras un ilgu kalpošanas laiku. Pirmā modeļa dzinēju turbopumpu vienībām bija nepieciešama pilnīga starpsiena un remonts pēc katra lidojuma kosmosā. Siltumizolācijas flīzes bija unikālas - katrai ligzdai bija sava flīze. Kopumā to bija 35 tūkstoši, turklāt lidojuma laikā flīzes varēja tikt bojātas vai pazaudētas.
4. Nomainiet visus vienreizējās lietošanas materiālus. Šatli nekad neizlaida polārajās orbītās, kas bija nepieciešams galvenokārt izlūkošanas satelītu izvietošanai. Šajā virzienā tika veikti sagatavošanās darbi, taču tie tika ierobežoti pēc Challenger katastrofas.
5. Uzticama pieeja telpai. Četri kosmosa kuģi nozīmēja, ka jebkura no tiem zaudējums bija 25% no visas flotes (vienmēr bija ne vairāk kā 4 lidojoši orbītas, Endeavour shuttle tika uzbūvēts, lai aizstātu zaudēto Challenger). Pēc katastrofas lidojumi tika apturēti uz ilgu laiku, piemēram, pēc Challenger katastrofas - uz 32 mēnešiem.
6. Transporta kravnesība izrādījās par 5 tonnām zemāka, nekā noteikts militārajās specifikācijās (24,4 tonnas 30 tonnu vietā).
7. Lielas horizontālas manevrēšanas iespējas praksē nekad nav izmantotas, jo šahtas nelidoja polārajās orbītās.
8. Satelītu atgriešanās no Zemes orbītas apstājās jau 1996. gadā, savukārt visā periodā no kosmosa tika atgriezti tikai 5 pavadoņi.
9. Satelītu remonts izrādījās maz pieprasīts. Kopumā ir saremontēti 5 satelīti, tomēr šautas ir arī 5 reizes veikušas slavenā Habla teleskopa apkopi.
10. Īstenotie inženiertehniskie risinājumi negatīvi ietekmēja visas sistēmas uzticamību. Pacelšanās un nosēšanās brīdī bija vietas, kas neatstāja apkalpei iespēju glābt ārkārtas situācijā.
11. Fakts, ka maršruta autobuss varēja veikt tikai pilotējamus lidojumus, lieki apdraudēja astronautus, piemēram, ar automatizāciju pietiktu ikdienas satelītu palaišanai orbītā.
12. Space Shuttle programmas slēgšana 2011. gadā bija saistīta ar Constellation programmas atcelšanu. Tas lika ASV daudzus gadus zaudēt neatkarīgu piekļuvi kosmosam. Rezultātā - attēla zudumi un nepieciešamība iegūt vietas saviem astronautiem uz citas valsts kosmosa kuģa (Krievijas pilotētais kosmosa kuģis "Sojuz").
Shuttle Discovery veic manevru pirms došanās ar ISS
Daži statistikas dati
Transportlīdzekļi bija paredzēti, lai divas nedēļas paliktu Zemes orbītā. Parasti viņu lidojumi ilga no 5 līdz 16 dienām. Īsākā lidojuma rekords programmas vēsturē pieder kosmosa kuģim Kolumbija (miris kopā ar apkalpi 2003. gada 1. februārī, 28. lidojumā kosmosā), kas 1981. gada novembrī pavadīja tikai 2 dienas, 6 stundas un 13 minūtes kosmosā. Tas pats maršruta autobuss veica garāko lidojumu 1996. gada novembrī - 17 dienas 15 stundas 53 minūtes.
Kopumā šīs programmas darbības laikā no 1981. līdz 2011. gadam ar kosmosa kuģiem tika veikti 135 palaišanas darbi, no kuriem Discovery - 39, Atlantis - 33, Kolumbija - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (miris kopā ar apkalpi) 1986. gada 28. janvārī). Kopumā programmas ietvaros tika uzbūvētas piecas no iepriekš minētajām maršruta autobusiem, kas veica lidojumus kosmosā. Pirmais tika uzbūvēts vēl viens autobuss Enterprise, taču sākotnēji tas bija paredzēts tikai zemes un atmosfēras testiem, kā arī sagatavošanās darbiem starta vietās, tas nekad nelidoja kosmosā.
Ir vērts atzīmēt, ka NASA plānoja izmantot transporta līdzekļus daudz aktīvāk, nekā patiesībā izrādījās. Vēl 1985. gadā amerikāņu kosmosa aģentūras eksperti paredzēja, ka līdz 1990. gadam viņi katru gadu veiks 24 palaišanas darbus un kuģi lidos līdz pat 100 lidojumiem kosmosā, praksē visi 5 transporta pakalpojumi 30 gadu laikā veica tikai 135 lidojumus, no kuriem divi beidzās katastrofa. Lidojumu skaita rekords kosmosā pieder lidaparātam "Discovery" - 39 lidojumi kosmosā (pirmais 1984. gada 30. augustā).
Tranšeja "Atlantis" nosēšanās
Amerikāņu transporta līdzekļiem pieder arī skumjākais antirekords starp visām kosmosa sistēmām - nogalināto cilvēku skaita ziņā. Divas katastrofas ar viņu līdzdalību izraisīja 14 amerikāņu astronautu nāvi. 1986. gada 28. janvārī pacelšanās laikā sprādziena rezultātā ārējā degvielas tvertnē Challenger shuttle sabruka, tas notika lidojuma 73. sekundē un izraisīja visu 7 apkalpes locekļu, ieskaitot pirmo astronautu, nāvi. - bijusī skolotāja Christa McAuliffe, kura uzvarēja valsts mēroga amerikāņu konkursā par tiesībām lidot kosmosā. Otra katastrofa notika 2003. gada 1. februārī, kosmosa kuģim Columbia atgriežoties no 28. lidojuma kosmosā. Katastrofas cēlonis bija ārējā siltumizolācijas slāņa iznīcināšana šatla spārna kreisajā plaknē, ko izraisīja skābekļa tvertnes siltumizolācijas gabals, kas uz tā nokrita palaišanas brīdī. Atgriežoties, šatls sabruka gaisā, nogalinot 7 astronautus.
Kosmosa transporta sistēmas programma tika oficiāli pabeigta 2011. Visi ekspluatācijas transporta pakalpojumi tika slēgti un nosūtīti uz muzejiem. Pēdējais lidojums notika 2011. gada 8. jūlijā, un to veica Atlantis autobuss ar apkalpi, kas samazināta līdz 4 cilvēkiem. Lidojums beidzās 2011. gada 21. jūlija agrā rītā. 30 darbības gadu laikā šie kosmosa kuģi ir veikuši 135 lidojumus, kopumā tie ir veikuši 21 152 orbītas ap Zemi, nogādājot kosmosā 1600 tonnas dažādu kravu. Šajā laikā apkalpē bija 355 cilvēki (306 vīrieši un 49 sievietes) no 16 dažādām valstīm. Astronauts Franklins Stouijs Musgrave bija vienīgais, kurš lidoja ar visām piecām uzbūvētajām šatlām.
