Das US-Regierungsprogramm STS (Space Transportation System) ist weltweit besser als Space Shuttle bekannt. Dieses Programm wurde von NASA-Spezialisten umgesetzt, sein Hauptziel war die Schaffung und Verwendung eines wiederverwendbaren bemannten Transportraumfahrzeugs, das Menschen und verschiedene Ladungen in erdnahe Umlaufbahnen und zurück transportieren soll. Daher der eigentliche Name - "Space Shuttle".
Die Arbeit an dem Programm begann 1969 mit Mitteln von zwei US-Regierungsabteilungen: der NASA und dem Verteidigungsministerium. Entwicklungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Rahmen eines gemeinsamen Programms von NASA und Air Force durchgeführt. Gleichzeitig setzten die Spezialisten eine Reihe technischer Lösungen ein, die zuvor an den Mondlandefähren des Apollo-Programms der 1960er Jahre erprobt worden waren: Experimente mit Festtreibstoff-Boostern, Systeme zu deren Abtrennung und Treibstoffgewinnung aus einem externen Tank. Grundlage des entstehenden Raumtransportsystems sollte ein bemanntes wiederverwendbares Raumschiff sein. Das System umfasste auch Bodenunterstützungskomplexe (den Montage-, Test- und Startlandekomplex des Kennedy Space Center auf der Vandenberg Air Force Base, Florida), das Flugkontrollzentrum in Houston (Texas) sowie Datenweiterleitungs- und Kommunikationssysteme über Satelliten und andere Mittel. …
An der Arbeit an diesem Programm nahmen alle führenden amerikanischen Luft- und Raumfahrtunternehmen teil. Das Programm war wirklich groß angelegt und national, mehr als 1000 Unternehmen aus 47 Staaten lieferten verschiedene Produkte und Ausrüstung für das Space Shuttle. Den Auftrag zum Bau des ersten Orbitalschiffs erhielt 1972 Rockwell International. Der Bau der ersten beiden Shuttles begann im Juni 1974.
Der Erstflug der Raumfähre Columbia. Der externe Treibstofftank (Mitte) wurde nur auf den ersten beiden Flügen weiß lackiert. Zukünftig wurde der Tank nicht lackiert, um das Gewicht der Anlage zu reduzieren.
Systembeschreibung
Das strukturell wiederverwendbare Raumtransportsystem Space Shuttle umfasste zwei Bergungs-Feststoff-Booster, die als erste Stufe dienten, und ein wiederverwendbares Raumfahrzeug (Orbiter, Orbiter) mit drei Sauerstoff-Wasserstoff-Triebwerken sowie ein großes Außenbord-Kraftstofffach, das die zweite Etage. Nach Abschluss des Raumfahrtprogramms kehrte der Orbiter selbstständig zur Erde zurück, wo er wie ein Flugzeug auf speziellen Landebahnen landete.
Die beiden Feststoffraketen-Booster arbeiten nach dem Start etwa zwei Minuten lang und treiben und lenken das Raumfahrzeug. Danach trennen sie sich in rund 45 Kilometern Höhe und spritzen mit Hilfe eines Fallschirmsystems ins Meer. Nach Reparatur und Wiederbefüllung werden sie wieder verwendet.
Der externe Treibstofftank, der in der Erdatmosphäre brennt, gefüllt mit flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff (Treibstoff für die Haupttriebwerke), ist das einzige verfügbare Element des Weltraumsystems. Der Tank selbst ist auch ein Rahmen zur Befestigung der Festtreibstoff-Booster am Raumfahrzeug. Es wird etwa 8,5 Minuten nach dem Start in einer Höhe von etwa 113 Kilometern im Flug geworfen, der größte Teil des Panzers verbrennt in der Erdatmosphäre und die restlichen Teile fallen ins Meer.
Der bekannteste und bekannteste Teil des Systems ist das wiederverwendbare Raumschiff selbst - das Shuttle, eigentlich das "Space Shuttle" selbst, das in eine erdnahe Umlaufbahn gebracht wird. Dieses Shuttle dient als Testgelände und Plattform für die wissenschaftliche Forschung im Weltraum sowie als Zuhause für eine zwei- bis siebenköpfige Crew. Das Shuttle selbst ist nach dem Flugzeugschema mit einem dreieckigen Flügel im Plan gebaut. Zur Landung verwendet er ein Flugzeugfahrwerk. Wenn Feststoffraketen-Booster für den Einsatz bis zu 20 Mal ausgelegt sind, dann das Shuttle selbst - bis zu 100 Flüge ins All.
Abmessungen des Orbitalschiffs im Vergleich zur Soyuz
Das amerikanische Space-Shuttle-System konnte eine Höhe von 185 Kilometern und eine Neigung von 28 ° bis zu 24,4 Tonnen Fracht beim Start nach Osten von Cape Canaveral (Florida) und 11,3 Tonnen beim Start vom Territorium der Kennedy-Raumfahrt aus in die Umlaufbahn bringen Zentrieren Sie in eine Umlaufbahn mit einer Höhe von 500 Kilometern und einer Neigung von 55°. Beim Start von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien, Westküste) konnten bis zu 12 Tonnen Fracht in eine zirkumpolare Umlaufbahn mit einer Höhe von 185 Kilometern gebracht werden.
Was wir umsetzen konnten und was von unseren Plänen nur auf dem Papier geblieben ist
Im Rahmen eines Symposiums zur Umsetzung des Space-Shuttle-Programms, das im Oktober 1969 stattfand, stellte der "Vater" des Shuttles, George Mueller, fest: „Unser Ziel ist es, die Kosten für die Lieferung eines Kilogramms Nutzlast in Umlaufbahn von 2.000 US-Dollar für Saturn-V auf 40-100 US-Dollar pro Kilogramm. So können wir eine neue Ära der Weltraumforschung einleiten. Die Herausforderung in den kommenden Wochen und Monaten für dieses Symposium sowie für die NASA und die Air Force besteht darin, sicherzustellen, dass wir dies erreichen können. Im Allgemeinen wurden für verschiedene Varianten auf Basis des Space Shuttles die Kosten für den Start einer Nutzlast zwischen 90 und 330 Dollar pro Kilogramm prognostiziert. Darüber hinaus wurde angenommen, dass die Shuttles der zweiten Generation den Betrag auf 33 bis 66 US-Dollar pro Kilogramm reduzieren würden.
In Wirklichkeit erwiesen sich diese Zahlen jedoch als unerreichbar, auch nur annähernd. Darüber hinaus hätten die Kosten für den Start des Shuttles nach Müllers Berechnungen 1 bis 2,5 Millionen US-Dollar betragen sollen. Tatsächlich betrugen die durchschnittlichen Kosten für den Start eines Shuttles laut NASA etwa 450 Millionen US-Dollar. Und dieser signifikante Unterschied kann als Hauptdiskrepanz zwischen den erklärten Zielen und der Realität bezeichnet werden.
Shuttle "Endeavour" mit offenem Laderaum
Nach Abschluss des Space Transportation System Programms im Jahr 2011 können wir bereits jetzt mit Zuversicht sagen, welche Ziele bei der Umsetzung erreicht wurden und welche nicht.
Die Ziele des Space Shuttle-Programms wurden erreicht:
1. Durchführung der Lieferung verschiedener Arten von Fracht in den Orbit (obere Stufen, Satelliten, Segmente von Raumstationen, einschließlich der ISS).
2. Möglichkeit der Reparatur von Satelliten, die sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befinden.
3. Möglichkeit der Rückkehr von Satelliten zur Erde.
4. Die Fähigkeit, bis zu 8 Personen in den Weltraum zu fliegen (während der Rettungsaktion konnte die Besatzung bis zu 11 Personen gebracht werden).
5. Erfolgreiche Umsetzung des wiederverwendbaren Fluges und der wiederverwendbaren Verwendung des Shuttles selbst und der Festtreibstoffbeschleuniger.
6. Praktische Umsetzung eines grundlegend neuen Layouts des Raumfahrzeugs.
7. Fähigkeit, horizontale Manöver des Schiffes durchzuführen.
8. Großes Volumen des Laderaums, die Möglichkeit, Fracht mit einem Gewicht von bis zu 14, 4 Tonnen auf die Erde zurückzukehren.
9. Die Kosten und die Entwicklungszeit wurden so bemessen, dass die Fristen eingehalten wurden, die US-Präsident Nixon 1971 zugesagt wurden.
Nicht erreichte Ziele und Misserfolge:
1. Qualitative Erleichterung des Zugangs zum Weltraum. Anstatt die Kosten für die Beförderung eines Kilogramms Fracht in die Umlaufbahn um zwei Größenordnungen zu senken, erwies sich das Space Shuttle tatsächlich als eine der teuersten Methoden, um Satelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen.
2. Schnelle Vorbereitung von Shuttles zwischen Raumflügen. Anstelle des erwarteten Zeitrahmens, der auf zwei Wochen zwischen den Starts geschätzt wurde, könnten sich Shuttles tatsächlich monatelang auf den Start ins All vorbereiten. Vor der Katastrophe der Raumfähre Challenger lag der Rekord zwischen den Flügen bei 54 Tagen, nach der Katastrophe bei 88 Tagen. Über die gesamte Betriebsdauer wurden sie durchschnittlich 4, 5 Mal pro Jahr gestartet, wobei die wirtschaftlich begründete Mindestanzahl von Starts 28 Starts pro Jahr betrug.
3. Einfachheit des Dienstes. Die bei der Entwicklung der Shuttles gewählten technischen Lösungen waren recht aufwendig in der Wartung. Die Haupttriebwerke erforderten Demontageverfahren und lange Servicezeiten. Die Turbopumpeneinheiten der Triebwerke des ersten Modells benötigten nach jedem Flug ins All ihre komplette Stirnwand und Reparatur. Hitzeschutzfliesen waren einzigartig – jedes Nest hatte seine eigene Fliese. Insgesamt waren es 35 Tausend davon, außerdem könnten die Fliesen während des Fluges beschädigt werden oder verloren gehen.
4. Ersetzen Sie alle Einwegmedien. Die Shuttles starteten nie in polare Umlaufbahnen, was vor allem für den Einsatz von Aufklärungssatelliten notwendig war. In dieser Richtung wurden vorbereitende Arbeiten durchgeführt, die jedoch nach der Challenger-Katastrophe eingeschränkt wurden.
5. Zuverlässiger Zugang zum Weltraum. Vier Space Shuttles bedeuteten, dass der Verlust eines von ihnen den Verlust von 25% der gesamten Flotte bedeutete (es gab immer nicht mehr als 4 fliegende Orbiter, das Endeavour-Shuttle wurde gebaut, um die verlorene Challenger zu ersetzen). Nach der Katastrophe wurden Flüge lange Zeit eingestellt, zum Beispiel nach der Katastrophe der Challenger - für 32 Monate.
6. Es stellte sich heraus, dass die Tragfähigkeit der Shuttles um 5 Tonnen geringer war als von den militärischen Spezifikationen gefordert (24,4 Tonnen statt 30 Tonnen).
7. Große horizontale Manövrierfähigkeiten wurden in der Praxis nie angewendet, da die Shuttles nicht in polare Umlaufbahnen geflogen sind.
8. Die Rückkehr von Satelliten aus der Erdumlaufbahn wurde bereits 1996 gestoppt, während während des gesamten Zeitraums nur 5 Satelliten aus dem Weltraum zurückgebracht wurden.
9. Die Reparatur von Satelliten erwies sich als wenig gefragt. Insgesamt wurden 5 Satelliten repariert, die Shuttles haben aber auch 5 Mal das berühmte Hubble-Teleskop gewartet.
10. Die implementierten Engineering-Lösungen haben die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems negativ beeinflusst. Zum Zeitpunkt des Starts und der Landung gab es Bereiche, die der Besatzung im Notfall keine Chance zur Rettung ließen.
11. Die Tatsache, dass das Shuttle nur bemannte Flüge durchführen konnte, gefährdete Astronauten unnötig, beispielsweise würde die Automatisierung für routinemäßige Satellitenstarts in die Umlaufbahn ausreichen.
12. Die Schließung des Space-Shuttle-Programms im Jahr 2011 wurde mit der Absage des Constellation-Programms überlagert. Dies führte dazu, dass die Vereinigten Staaten für viele Jahre ihren unabhängigen Zugang zum Weltraum verloren. Infolgedessen Imageverluste und die Notwendigkeit, Plätze für ihre Astronauten auf dem Raumschiff eines anderen Landes (russische bemannte Raumsonde "Sojus") zu erwerben.
Shuttle Discovery führt ein Manöver durch, bevor es an die ISS andockt
Einige Statistiken
Die Shuttles sollten zwei Wochen in der Erdumlaufbahn bleiben. Normalerweise dauerten ihre Flüge 5 bis 16 Tage. Der Rekord für den kürzesten Flug in der Geschichte des Programms gehört der Raumfähre Columbia (starb zusammen mit der Besatzung am 1. Februar 2003, dem 28. Flug ins All), die im November 1981 nur 2 Tage, 6 Stunden und 13 Minuten im Weltraum. Das gleiche Shuttle machte im November 1996 den längsten Flug - 17 Tage 15 Stunden 53 Minuten.
Insgesamt wurden während des Betriebs dieses Programms von 1981 bis 2011 135 Starts von Space Shuttles durchgeführt, von denen Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (zusammen mit der Besatzung gestorben) am 28. Januar 1986). Insgesamt wurden im Rahmen des Programms fünf der oben genannten Shuttles gebaut, die Flüge ins All machten. Ein anderes Shuttle, Enterprise, war das erste, das gebaut wurde, aber zunächst nur für Boden- und Atmosphärentests sowie Vorbereitungsarbeiten an Startplätzen gedacht, flog es nie ins All.
Es ist erwähnenswert, dass die NASA geplant hatte, die Shuttles viel aktiver zu nutzen, als sich tatsächlich herausstellte.1985 erwarteten Experten der amerikanischen Weltraumbehörde, dass sie bis 1990 jedes Jahr 24 Starts machen würden und Schiffe bis zu 100 Flüge ins All fliegen würden. In der Praxis machten alle 5 Shuttles in 30 Jahren nur 135 Flüge, von denen zwei endeten ein Disaster. Der Rekord für die Anzahl der Flüge ins All gehört dem Shuttle "Discovery" - 39 Flüge ins All (der erste am 30. August 1984).
Landung des Shuttles "Atlantis"
Die amerikanischen Shuttles besitzen auch den traurigsten Anti-Rekord unter allen Weltraumsystemen - gemessen an der Zahl der getöteten Menschen. Zwei Katastrophen mit ihrer Beteiligung forderten den Tod von 14 amerikanischen Astronauten. Am 28. Januar 1986, während des Starts, brach das Challenger-Shuttle infolge einer Explosion in einem externen Treibstofftank zusammen, dies geschah in der 73. Flugsekunde und führte zum Tod aller 7 Besatzungsmitglieder, einschließlich des ersten Laien-Astronauten - ehemalige Lehrerin Christa McAuliffe, die den landesweiten amerikanischen Wettbewerb für das Recht, ins All zu fliegen, gewonnen hat. Die zweite Katastrophe ereignete sich am 1. Februar 2003 bei der Rückkehr der Raumsonde Columbia von ihrem 28. Flug ins All. Ursache der Katastrophe war die Zerstörung der äußeren Hitzeschutzschicht auf der linken Ebene des Shuttle-Flügels, die durch ein beim Start darauf fallendes Stück Wärmedämmung des Sauerstofftanks verursacht wurde. Bei seiner Rückkehr kollabierte das Shuttle in der Luft und tötete 7 Astronauten.
Das Space Transportation System-Programm wurde 2011 offiziell abgeschlossen. Alle in Betrieb befindlichen Shuttles wurden außer Dienst gestellt und an Museen geschickt. Der letzte Flug fand am 8. Juli 2011 statt und wurde vom Atlantis-Shuttle mit einer auf 4 Personen reduzierten Besatzung durchgeführt. Der Flug endete am 21. Juli 2011 in den frühen Morgenstunden. In 30 Betriebsjahren haben diese Raumschiffe 135 Flüge durchgeführt, insgesamt haben sie 21.152 Erdumrundungen absolviert und 1.600 Tonnen verschiedener Nutzlasten in den Weltraum befördert. Während dieser Zeit umfasste die Besatzung 355 Personen (306 Männer und 49 Frauen) aus 16 verschiedenen Ländern. Astronaut Franklin Storey Musgrave war der einzige, der alle fünf gebauten Shuttles flog.
