Історія розробки багаторазової транспортно – космічної системи “Спейс Шаттл”
Історія програми “Спейс Шаттл” почалася в кінці 1960-х років, на вершині тріумфу американської національної космічної програми. До цього всі ракети- носії були одноразовими – виводячи корисний вантаж на орбіту, вони повністю вичерпували свої ресурси. Тож було сформульовано завдання: створити систему багаторазового застосування, коли і ракета-носій, і космічний корабель повертаються після польоту і використовуються багаторазово, – і за рахунок цього знизити вартість космічних транспортних операцій у 10 разів, що було дуже актуально в умовах бюджетного дефіциту.
Носій і корабель замислювалися крилатими і пілотованими. Вони повинні були стартувати вертикально, як і звичайна ракета-носій. Літак-носій працював як перша ступінь системи і після відділення корабля сідав на аеродром. Корабель за рахунок бортового палива виводився на орбіту, виконував завдання, сходив з орбіти і також приземлявся “як літак”. За системою закріпилася назва “Space Shuttle” – “Космічний човник”.
Спочатку льотні кораблі позначалися номерами OV-101, OV-102 і так далі. Виготовлення перших двох почалося на заводі №42 ВПС США у Палмдейлі в червні 1974 Корабель OV-101 був випущений 17 вересня 1976 і отримав назву “Ентерпрайз” (Enterprise) на ім’я зорельота з фантастичного телесеріалу Star Trek. Після горизонтальних льотних випробувань його планували переобладнати в орбітальний корабель, а першим на орбіту повинен був піднятися OV-102.
25 січня 1979 чотири орбітальні шатли отримали власні імена: OV- 102 стала “Колумбією”( Columbia ), OV- 099 отримав ім’я “Челленджер”( Challenger ), OV- 103 – “Діскавері “( Discovery ) і OV- 104 – “Атлантіс”( Atlantis ). Згодом, для поповнення флоту шатлів після загибелі “Челленджера”, був побудований OV- 105 “Ендевор”( Endeavour ).
«Буран» — перший радянський орбітальний корабель багаторазового використання.
Розробка «Бурану» тривала понад 10 років. У 1976 році вийшла постанова ЦК КПРС і Ради Міністрів СРСР № 132-51 про створення багаторазової космічної системи, що отримала назву «Енергія»-„Буран“. Вона включала ракету-носій важкого класу «Енергія», орбітальний корабель «Буран», наземні засоби підготовки, проведення пуску і управління польотом.
До 1984 року був готовий перший повномасштабний корабель «Буран». Корабель був побудований за схемою літака типу «безхвістка» з низько розташованим, трикутним крилом змінної стріловидності, мав аеродинамічні органи управління, що працюють при посадці після повернення в щільні шари атмосфери, — кермо напряму і елерони. Він був здатний здійснювати керований спуск в атмосфері з бічним маневром до 2000 кілометрів.
Отже, що ж таке “Space Shuttle “?
Конструктивно багаторазова транспортна космічна система “Спейс Шаттл” складається з двох спарених твердопаливних прискорювачів, які є фактично I ступенем, і орбітального корабля з трьома маршевими киснево – водневими двигунами і підвісним паливним відсіком, що утворюють II ступінь, при цьому паливний відсік є єдиним одноразовим елементом всієї системи. Передбачається двадцятикратне використання твердопаливних прискорювачів, сторазове – орбітального корабля, а киснево – водневі двигуни розраховуються на 55 польотів.
При проектуванні передбачалося, що така багаторазова система при стартовій масі 1995-2050 т зможе виводити на орбіту корисний вантаж масою 29.5 т на сонячно – синхронну орбіту – 14.5 т і повертати на Землю з орбіти корисний вантаж масою 14.5 т. Передбачалося також, що кількість запусків шатлів може бути доведено до 55-60 на рік. У першому польоті стартова маса “Спейс Шаттл” становила 2022 т, маса пілотованого орбітального корабля при виведенні на орбіту – 94.8 т, при посадці – 89.1 т.
Багаторазовий транспортний космічний корабель складається з пілотованого орбітального корабля, підвісного паливного відсіку і двох твердопаливних прискорювачів.
Схема функціонування шатла
У процесі виведення ракетна система виконує як би роль ракети -носія в одноразових транспортних космічних системах. У орбітальному кораблі розміщуються екіпаж і корисний вантаж. У підвісний паливний відсік заправляється все киснево – водневе паливо, яке використовується в процесі виведення на орбіту. Два твердопаливних прискорювача забезпечують додаткову тягу на початковій ділянці траєкторії польоту і гарантовану для порятунку орбітального корабля в разі аварії на початковому ділянці виведення. У момент старту системи одночасно працюють рухові установки I і II ступенів, при цьому управління польотом здійснюється відхиленням вектора тяги їх двигунів, а на атмосферному ділянці польоту додатково відхиленням керма напряму орбітального корабля.При досягненні швидкості 1390 м / с і висоти польоту ~ 50 км твердопаливні прискорювачі відокремлюються за допомогою восьми ракетних двигунів на твердому паливі. Подальший некерований політ ТТУ відбувається по балістичній траєкторії, причому на висоті 7.6 км розкриваються гальмівний парашут, а на висоті 4.8 км – основні парашути. Приводнення твердопаливних прискорювачів відбувається на 463 секунді з моменту старту і на відстані 256 км від нього. Потім прискорювачі буксирують до берега для проведення відновлювальних робіт і повторного використання їх у складі космічної системи.
Три основних двигуна орбітального корабля продовжують працювати, використовуючи паливо підвісного паливного баку і забезпечують швидкість, близьку до орбітальної. Після вироблення палива на 480 секунді з моменту старту польоту підвісний паливний відсік відділяється і по балістичній траєкторії падає в Тихий або Індійський океан, руйнуючись в щільних шарах атмосфери; його порятунок не передбачено.
За допомогою двигунів системи орбітального маневрування орбітального корабля створюється додатковий імпульс по збільшенню швидкості, необхідної для його виведення на опорну орбіту. Ці ж двигуни використовуються для маневрування при аварійному припиненні штатного польоту на ділянці виведення, для міжорбітальних переходів, зближення і видачі гальмівного імпульсу при сході з орбіти для посадки. Маючи запас енергії, шляхом гальмування та маневрування на атмосферному ділянці спуску орбітальний корабель досягає заданої бічний і поздовжньої дальності для забезпечення безмоторної посадки на посадкову смугу стартово – посадочного комплексу або запасного аеродрому посадки.
З моменту старту до посадки весь політ складається з наступних етапів: набір висоти і швидкості, відділення підвісного паливного відсіку і вихід орбітального корабля на орбіту, орбітальний політ, схід з орбіти, політ в атмосфері при спуску і посадка.
Після катастрофи ВКС “Challenger”, що забрав життя семи астронавтів, була розроблена схема покидання корабля на атмосферній ділянці польоту при неможливості з яких-небудь причин приземлення на полосу аеродрому.
8 липня 2011 року шатл «Атлантіс» здійснив свій останній політ.