космический шаттл
-
История космических полетов
- Космическая гонка началась в 1950-х годах с проектов «Америкабомбер» и «Зильбервогель».
- В 1960-х годах США начали разработку многоразовых космических аппаратов.
-
Космический челнок «Спейс шаттл»
- Эксплуатировался США с 1981 по 2011 год.
- Включал орбитальный аппарат, твердотопливные ускорители и внешний бак.
- Совершил 135 полетов, запуская спутники и участвуя в строительстве МКС.
-
Проектирование и разработка
- В 1966 году НАСА и ВВС начали исследование многоразовых космических аппаратов.
- В 1968 году НАСА объявило о плане создания многоразового шаттла.
- В 1971 году выбрана конструкция с треугольным крылом и твердотопливными ускорителями.
-
Развитие
- В 1974 году началась постройка первого орбитального аппарата «Энтерпрайз».
- В 1981 году состоялся первый орбитальный испытательный полет.
- В 2011 году последний полет «Атлантиса» завершил программу.
-
Проектирование и строительство «Энтерпрайза»
- «Энтерпрайз» был испытательным автомобилем без двигателей и теплозащиты.
- Строительство завершено 17 сентября 1976 года, переведен на базу Эдвардс для испытаний.
- Rockwell сконструировала основное испытательное силовое устройство (MPTA)-098.
-
Разработка и испытания двигателей
- Начало разработки маршевого двигателя RS-25 отложено из-за споров с Pratt & Whitney.
- Первый двигатель изготовлен в марте 1975 года, испытания выявили несколько отказов.
- В мае 1978 года НАСА заказало девять двигателей для трех орбитальных аппаратов.
-
Разработка системы тепловой защиты
- НАСА решило использовать керамическую плитку для теплозащиты.
- Строительство «Колумбии» началось 27 марта 1975 года, завершено 25 марта 1979 года.
- Установка плиток заняла два года, «Колумбия» готова к полетам в 1981 году.
-
Тестирование и испытания
- «Энтерпрайз» прошел летные испытания на Boeing 747.
- В феврале 1977 года начались испытания по заходу на посадку.
- В августе 1977 года «Энтерпрайз» провел первые испытания на глиссаду.
- В апреле 1979 года «Энтерпрайз» доставлен в KSC для проверки оборудования.
-
Запуск и первые миссии
- 12 апреля 1981 года «Колумбия» совершила первый полет с экипажем.
- В 1982 году STS-4 приземлился на авиабазе Эдвардс, НАСА объявило STS действующей.
-
Описание космического челнока
- Космический челнок был первым орбитальным аппаратом для повторного использования.
- Состоял из орбитального аппарата, внешнего бака и твердотопливных ракетных ускорителей.
- Ответственность за компоненты распределена между несколькими центрами НАСА.
-
Орбитальный аппарат
- Обладал конструктивными элементами ракеты и самолета.
- Фюзеляж состоял из трех частей, включал маршевые двигатели и систему орбитального маневрирования.
- Использовал убирающееся шасси и парашютную систему.
-
Экипаж
- Состав экипажа менялся в зависимости от миссии.
- Включал пилотов, специалистов по полетам и специалистов по полезной нагрузке.
- Отсек экипажа состоял из трех палуб, включал кабину пилота и среднюю палубу.
-
Отсек для экипажа
- Кабина пилота включала два кресла для командира и пилота.
- Средняя палуба включала камбуз, койки и воздушный шлюз.
- Под средней палубой находился отсек для оборудования.
-
Экипировка экипажа
- Во время первых полетов астронавты носили высотные костюмы.
- С пятого полета экипаж носил летные костюмы nomex и шлемы с частичным давлением.
- После катастрофы «Челленджера» экипаж носил стартовые скафандры LES.
- В 1994 году LES заменен на скафандр ACES.
-
Конструкция и оборудование
- Первоначально использовались модифицированные катапультируемые кресла SR-71 zero-zero, но они были отключены после STS-4 и сняты после STS-9.
- Полетная палуба содержала органы управления полетом и приборные панели с более чем 2100 дисплеями.
- Командир и пилот имели индикаторы «heads-up» и поворотные ручные контроллеры для управления двигателями.
- В 1998 году Atlantis был модернизирован до MEDS, заменившей восемь дисплеев MCD на 11 многофункциональных цветных цифровых экранов.
- На кормовой палубе были окна, пульт дистанционного управления манипуляторной системой и мониторы для замкнутого телевидения.
-
Воздушный шлюз
- Воздушный шлюз был установлен на средней палубе для улучшения стыковки с «Миром» и МКС.
- Шлюзовой модуль может быть установлен в среднем отсеке или подключен к отсеку полезной нагрузки.
-
Системы управления полетом
- Орбитальный аппарат был оснащен системой авионики с тремя системами посадки, тремя гироскопами и другими датчиками.
- В 1991 году НАСА начало модернизацию инерциальных измерительных приборов с помощью INS.
- В 1993 году НАСА впервые запустило GPS-приемник на борту STS-51.
- В 1997 году Honeywell начала разработку интегрированной системы GPS/INS.
-
Связь и коммуникация
- На орбите экипаж общался с помощью радиостанций S-диапазона и спутниковой системы слежения.
- Орбитальный аппарат вывел из грузового отсека широкополосную радиостанцию Ku-диапазона.
- Беспроводная система управления зависела от главного компьютера DPS, состоящего из пяти компьютеров общего назначения и двух блоков массовой памяти.
-
Отсек для полезной нагрузки
- Грузовой отсек занимал большую часть фюзеляжа и вмещал цилиндрические грузы диаметром до 4,6 м.
- Двери отсека полезной нагрузки выполняли функцию радиаторов и открывались при выходе на орбиту.
-
Дополнительные компоненты
- Орбитальный аппарат мог использоваться с орбитальными лабораториями, ракетами-носителями, системой дистанционного управления манипуляторами и платформой EDO.
- Для ограничения расхода топлива была разработана система передачи энергии от станции к шаттлу (SSPTS).
-
Система дистанционного управления манипулятором
- Дистанционная манипуляторная система (RMS) была механической рукой, прикрепленной к грузовому отсеку.
- RMS управлялась астронавтом через иллюминаторы и встроенное телевидение.
-
Космическая лаборатория
- Модуль Spacelab был герметичной лабораторией, размещавшейся в отсеке полезной нагрузки.
- Астронавты входили в модуль через туннель, соединявшийся с воздушным шлюзом.
-
Оборудование Spacelab
- Хранилось на поддонах для экспериментов и оборудования
- Участвовало в 28 полетах в 1999 году
- Поддерживало миссии HST и пополнение запасов на МКС
-
Двигатели RS-25
- Три двигателя установлены в хвостовой части фюзеляжа
- Поворачивались по углу наклона и рыскания
- Использовали жидкий кислород и водород
- Усовершенствованы для повышения надежности и мощности
-
Система орбитального маневрирования
- Состояла из двух двигателей AJ10-190 и топливных баков
- Использовала монометилгидразин и четырехокись азота
- Создавала тягу в 27 080 Н и обеспечивала изменение скорости в 305 м/с
-
Система тепловой защиты
- Защищала орбитальный аппарат от перегрева
- Состояла из четырех типов плиток
- Использовала термостойкую и низкотемпературную изоляцию
-
Внешний резервуар
- Содержал топливо для маршевых двигателей
- Соединял орбитальный аппарат с твердотопливными ускорителями
- Был покрыт оранжевой пеной для защиты от высоких температур
-
Твердотопливные ракетные ускорители
- Обеспечивали 71,4% тяги космического челнока
- Состояли из твердотопливного двигателя, головного обтекателя и ракетного сопла
- Использовали твердое ракетное топливо и были сброшены после израсходования топлива
-
Вспомогательные транспортные средства
- Поддерживали транспортировку, строительство и доступ экипажа
-
Подготовка к запуску
- «Спейс шаттл» готовился в лаборатории VAB в KSC
- SRB были собраны и прикреплены к внешнему резервуару
- Транспортное средство orbiter было подготовлено и доставлено в VAB
- MLP был перенесен на стартовую площадку
-
Запуск
- Экипаж и персонал ЦУП завершили проверку систем
- Обратный отсчет контролировался системой GLS
- Двигатели начали испытания карданного подвеса
- Система шумоподавления залила траншеи водой
- Основные двигатели включались последовательно
- SRB были воспламенены, и космический челнок начал взлет
-
На орбите
- Тип миссии определял тип орбиты
- Первые миссии использовали спутники для определения орбиты
- После катастрофы «Челленджера» коммерческие грузы переносились на одноразовые ракеты
- Миссии обычно предназначались для научных целей
- Стыковки с космической станцией «Мир» и строительство МКС
-
Возвращение в атмосферу и посадка
- Экипаж начал подготовку к возвращению на орбиту
- Орбитальный аппарат перешел в перевернутое положение
- Космический аппарат orbiter переориентировался и начал горение OMS
- Реактивные двигатели системы управления реактивной реакцией были отключены перед повторным входом в атмосферу
-
Вход в атмосферу и управление
- Вход в атмосферу контролировался системой GPCs.
- Скорость регулировалась изменением лобового сопротивления.
- Кормовые реактивные двигатели отключены, элероны и рули вступили в действие.
-
Посадка и маневры
- На высоте 46 км включен скоростной тормоз.
- За 8 минут до приземления экипаж начал снижать угол атаки.
- Максимальный коэффициент глиссады варьировался от 1,3 до 4,9.
- Орбитальный аппарат подлетел к конусам выравнивания курса.
- Экипаж перешел на ручное управление полетом.
-
Посадочные площадки и аварийные сценарии
- Основным местом посадки был KSC, но использовались и другие площадки.
- Существовало 85 согласованных мест аварийной посадки.
- Места посадки выбирались с учетом политических отношений и погодных условий.
-
Обработка после приземления
- Наземные экипажи проверили безопасность зоны приземления.
- Бортовой хирург провел медицинский осмотр экипажа.
- Орбитальный аппарат отбуксировали на космодром для осмотра и ремонта.
-
Программа «Спейс шаттл»
- Программа длилась с 1981 по 2011 год.
- Совершено 135 полетов, 133 из которых вернулись благополучно.
- Использовался для научных, коммерческих, военных и строительных целей.
-
Бюджет и затраты
- Общий бюджет программы составил 221 миллиард долларов.
- Стоимость одного запуска варьировалась от 260 до 806 миллионов долларов.
- В 2009 году стоимость одного запуска составила 1,642 миллиарда долларов.
-
Бедствия и критика
- 28 января 1986 года «Челленджер» распался из-за отказа правого SRB.
- 1 февраля 2003 года «Колумбия» развалилась из-за повреждения крыла.
- Возможность частичного повторного использования привела к сокращению полезной нагрузки.
- Фактические затраты на запуск оказались выше, чем прогнозировалось.
-
Усовершенствование одноразовых ракет-носителей
- Одноразовые ракеты-носители стали основным вариантом развертывания спутников
- Ключевым заказчиком Space Shuttle было Национальное разведывательное управление (NRO)
-
Катастрофы и безопасность
- Катастрофы «Челленджера» и «Колумбии» показали риски для безопасности космического челнока
- Конструкция орбитального аппарата ограничивала возможности аварийного покидания
- Вероятность катастрофического сбоя варьировалась от 1 на 100 запусков до 1 на 100 000
- После неудач миссий риски для экипажа возросли, вероятность катастрофической потери машины и экипажа составила 1 к 9
-
Вывод из эксплуатации
- О выводе «Спейс шаттл» из эксплуатации было объявлено в январе 2004 года
- Президент Джордж У. Буш объявил о выводе шаттлов после завершения строительства МКС
- В октябре 2006 года была утверждена миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббл
- STS-135 стал последним полетом шаттла в сентябре 2010 года
-
Завершение программы
- С 2011 года США запускали астронавтов на борту российского космического корабля «Союз»
- После последнего полета каждого орбитального аппарата его обрабатывали для безопасности
- Компоненты с орбитальных аппаратов были переданы в различные организации
-
Наследие
- Двигатели были демонтированы для использования в системе космического запуска
- Компоненты с орбитальных аппаратов переданы в военно-воздушные силы США, программу МКС, а также правительства России и Канады