O programa do governo dos EUA STS (Sistema de Transporte Espacial) é mais conhecido em todo o mundo como Ônibus Espacial. Este programa foi implementado por especialistas da NASA, seu principal objetivo era a criação e uso de uma espaçonave de transporte tripulado reutilizável projetada para transportar pessoas e várias cargas para órbitas baixas e de volta. Daí o nome real - "Space Shuttle".
O trabalho no programa começou em 1969 com financiamento de dois departamentos do governo dos EUA: NASA e o Departamento de Defesa. O trabalho de desenvolvimento e desenvolvimento foi realizado como parte de um programa conjunto entre a NASA e a Força Aérea. Ao mesmo tempo, os especialistas aplicaram uma série de soluções técnicas previamente testadas nos módulos lunares do programa Apollo dos anos 1960: experimentos com propulsores de propelente sólido, sistemas de separação e obtenção de combustível em tanque externo. A base do sistema de transporte espacial que estava sendo criado era para ser uma espaçonave reutilizável tripulada. O sistema também incluiu complexos de suporte terrestre (o complexo de pouso de montagem, teste e lançamento do Centro Espacial Kennedy localizado na Base da Força Aérea de Vandenberg, Flórida), o centro de controle de vôo em Houston (Texas), bem como sistemas de retransmissão de dados e comunicação via satélites e outros meios. …
Todas as principais empresas aeroespaciais americanas participaram dos trabalhos deste programa. O programa foi verdadeiramente em grande escala e nacional, mais de 1000 empresas de 47 estados forneceram vários produtos e equipamentos para o Ônibus Espacial. O contrato para a construção do primeiro navio orbital em 1972 foi ganho pela Rockwell International. A construção das duas primeiras naves começou em junho de 1974.
O primeiro vôo do ônibus espacial Columbia. O tanque de combustível externo (centro) só foi pintado de branco nos dois primeiros voos. No futuro, o tanque não foi pintado para reduzir o peso do sistema.
Descrição do sistema
O sistema de transporte espacial estruturalmente reutilizável do Ônibus Espacial incluiu dois propulsores de combustível sólido de salvamento, que serviram como o primeiro estágio e uma espaçonave orbital reutilizável (orbitador, orbitador) com três motores de oxigênio-hidrogênio, bem como um grande compartimento de combustível externo que formou o segundo estágio. Após a conclusão do programa de vôo espacial, o orbitador retornou independentemente à Terra, onde pousou como um avião em pistas especiais.
Os dois propulsores de foguetes sólidos operam por cerca de dois minutos após o lançamento, impulsionando e guiando a espaçonave. Depois disso, a uma altitude de cerca de 45 quilômetros, eles se separam e, com a ajuda de um sistema de pára-quedas, caem no oceano. Após reparo e recarga, eles são usados novamente.
O tanque externo de combustível, que queima na atmosfera terrestre, cheio de hidrogênio líquido e oxigênio (combustível para os motores principais), é o único elemento descartável do sistema espacial. O tanque em si também é uma estrutura para prender os propulsores de propelente sólido à espaçonave. Ele é lançado em vôo cerca de 8,5 minutos após a decolagem, a uma altitude de cerca de 113 quilômetros, a maior parte do tanque queima na atmosfera terrestre e as partes restantes caem no oceano.
A parte mais famosa e reconhecível do sistema é a própria espaçonave reutilizável - o ônibus espacial, na verdade o próprio "ônibus espacial", que é lançado em uma órbita próxima à Terra. Este ônibus serve como campo de testes e plataforma para pesquisas científicas no espaço, bem como lar para uma tripulação de duas a sete pessoas. O próprio ônibus espacial é feito de acordo com o esquema da aeronave com uma asa triangular no plano. Para o pouso, ele usa um trem de pouso do tipo aeronave. Se os foguetes de propelente sólido forem projetados para serem usados até 20 vezes, então o próprio ônibus espacial - até 100 voos ao espaço.
Dimensões da nave orbital em comparação com a Soyuz
O sistema do ônibus espacial americano poderia colocar em órbita uma altitude de 185 quilômetros e uma inclinação de 28 ° até 24,4 toneladas de carga quando lançado ao leste do Cabo Canaveral (Flórida) e 11,3 toneladas quando lançado do território do Voo Espacial Kennedy Centralize em uma órbita com altitude de 500 quilômetros e inclinação de 55 °. Quando lançado da Base da Força Aérea de Vandenberg (Califórnia, costa oeste), até 12 toneladas de carga poderiam ser colocadas em uma órbita circumpolar a uma altitude de 185 quilômetros.
O que conseguimos implementar e quais os nossos planos ficou apenas no papel
Como parte de um simpósio dedicado à implementação do programa do ônibus espacial, realizado em outubro de 1969, o "pai" do ônibus espacial, George Mueller, observou: “Nosso objetivo é reduzir o custo de entrega de um quilograma de carga útil em órbita de $ 2.000 para Saturno-V a 40-100 dólares por quilograma. Portanto, podemos abrir uma nova era de exploração espacial. O desafio nas próximas semanas e meses para este simpósio, e para a NASA e a Força Aérea, é garantir que podemos alcançar isso.” Em geral, para várias variantes baseadas no ônibus espacial, o custo de lançamento de uma carga útil foi estimado entre 90 e 330 dólares por quilograma. Além disso, acreditava-se que os ônibus de segunda geração reduziriam a quantia para US $ 33-66 por quilo.
Na realidade, porém, esses números acabaram sendo inatingíveis, mesmo de perto. Além disso, de acordo com os cálculos de Mueller, o custo de lançamento do ônibus espacial deveria ter sido de US $ 1-2,5 milhões. Na verdade, de acordo com a NASA, o custo médio de lançamento de um ônibus espacial foi de cerca de US $ 450 milhões. E essa diferença significativa pode ser chamada de discrepância principal entre os objetivos declarados e a realidade.
Shuttle "Endeavour" com compartimento de carga aberto
Após a conclusão do programa do Sistema de Transporte Espacial em 2011, já podemos afirmar com segurança quais metas foram alcançadas durante sua implantação e quais não foram.
Os objetivos do programa do Ônibus Espacial foram alcançados:
1. Implementação de entrega de vários tipos de carga em órbita (fases superiores, satélites, segmentos de estações espaciais, incluindo a ISS).
2. Possibilidade de reparar satélites localizados em órbita terrestre baixa.
3. Possibilidade de devolver os satélites à Terra.
4. A capacidade de voar para até 8 pessoas no espaço (durante a operação de resgate, a tripulação pode ser trazida para até 11 pessoas).
5. Implementação bem-sucedida de voo reutilizável e uso reutilizável do próprio ônibus espacial e aceleradores de propulsor sólido.
6. Implementação na prática de um layout fundamentalmente novo da espaçonave.
7. Capacidade de realizar manobras horizontais pelo navio.
8. Grande volume do compartimento de carga, a capacidade de retornar à carga da Terra com peso de até 14, 4 toneladas.
9. O custo e o tempo de desenvolvimento foram administrados para cumprir os prazos prometidos ao presidente dos Estados Unidos Nixon em 1971.
Metas não alcançadas e falhas:
1. Facilitação qualitativa do acesso ao espaço. Em vez de reduzir o custo de entrega de um quilograma de carga em órbita em duas ordens de magnitude, o Ônibus Espacial acabou sendo um dos métodos mais caros de entrega de satélites na órbita da Terra.
2. Preparação rápida de ônibus espaciais entre voos espaciais. Em vez do prazo esperado, estimado em duas semanas entre os lançamentos, os ônibus espaciais poderiam se preparar para o lançamento no espaço por meses. Antes do desastre do ônibus espacial Challenger, o recorde entre os voos era de 54 dias, após o desastre - 88 dias. Ao longo de todo o período de operação, foram lançados em média 4,5 vezes ao ano, sendo que o número mínimo de lançamentos economicamente justificado permissível é de 28 lançamentos por ano.
3. Simplicidade de serviço. As soluções técnicas escolhidas durante a criação dos ônibus espaciais foram bastante trabalhosas para manter. Os motores principais exigiam procedimentos de desmontagem e longos tempos de serviço. As unidades turbo-bombas dos motores do primeiro modelo exigiam sua antepara completa e reparos após cada voo para o espaço. Os ladrilhos de proteção contra calor eram únicos - cada ninho tinha seu próprio ladrilho. No total, eram 35 mil, além disso, as telhas podem ser danificadas ou perdidas durante o vôo.
4. Substitua todas as mídias descartáveis. Os ônibus espaciais nunca foram lançados em órbitas polares, o que era necessário principalmente para a implantação de satélites de reconhecimento. Nesse sentido, os trabalhos preparatórios foram realizados, mas foram encurtados após o desastre do Challenger.
5. Acesso confiável ao espaço. Quatro ônibus espaciais significaram que a perda de qualquer um deles foi a perda de 25% de toda a frota (sempre houve no máximo 4 orbitadores voadores, o ônibus espacial Endeavour foi construído para substituir o Challenger perdido). Depois do desastre, os voos ficaram parados por muito tempo, por exemplo, após o desastre do Challenger - por 32 meses.
6. A capacidade de carga dos ônibus espaciais acabou sendo 5 toneladas inferior ao exigido pelas especificações militares (24,4 toneladas em vez de 30 toneladas).
7. Grandes capacidades de manobra horizontal nunca foram aplicadas na prática, porque os ônibus espaciais não voaram em órbitas polares.
8. O retorno de satélites da órbita terrestre parou já em 1996, enquanto apenas 5 satélites retornaram do espaço durante todo o período.
9. O conserto de satélites acabou tendo pouca demanda. No total, 5 satélites foram reparados, no entanto, os ônibus também fizeram a manutenção do famoso telescópio Hubble 5 vezes.
10. As soluções de engenharia implementadas afetaram negativamente a confiabilidade de todo o sistema. Na hora da decolagem e do pouso, havia áreas que não deixavam à tripulação chance de resgate em caso de emergência.
11. O fato de que o ônibus espacial só poderia realizar voos tripulados colocava os astronautas em risco desnecessariamente, por exemplo, a automação seria suficiente para lançamentos de satélite de rotina em órbita.
12. O encerramento do programa do Ônibus Espacial em 2011 foi sobreposto ao cancelamento do programa Constelação. Isso fez com que os Estados Unidos perdessem seu acesso independente ao espaço por muitos anos. Como resultado, perdas de imagens e a necessidade de adquirir lugares para seus astronautas na espaçonave de outro país (nave russa tripulada "Soyuz").
Shuttle Discovery realiza uma manobra antes de atracar com a ISS
Algumas estatísticas
As naves foram projetadas para permanecer na órbita da Terra por duas semanas. Normalmente seus voos duravam de 5 a 16 dias. O recorde do vôo mais curto da história do programa pertence ao ônibus espacial Columbia (morreu junto com a tripulação em 1º de fevereiro de 2003, o 28º vôo ao espaço), que em novembro de 1981 passou apenas 2 dias, 6 horas e 13 minutos no espaço. O mesmo ônibus espacial fez o vôo mais longo em novembro de 1996 - 17 dias 15 horas 53 minutos.
No total, durante a operação deste programa de 1981 a 2011, 135 lançamentos foram realizados por ônibus espaciais, dos quais Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (morreram junto com a tripulação em 28 de janeiro de 1986). No total, no âmbito do programa, foram construídos cinco dos vaivéns acima, que realizaram voos para o espaço. Outro ônibus espacial, o Enterprise, foi o primeiro a ser construído, mas inicialmente se destinava apenas a testes terrestres e atmosféricos, bem como a trabalhos preparatórios em locais de lançamento, nunca voou para o espaço.
É importante notar que a NASA planejou usar os ônibus espaciais muito mais ativamente do que realmente resultou. Em 1985, especialistas da agência espacial americana esperavam que em 1990 eles fariam 24 lançamentos por ano e os navios voassem até 100 voos ao espaço; na prática, todos os 5 ônibus espaciais faziam apenas 135 voos em 30 anos, dois dos quais terminaram um desastre. O recorde de número de voos ao espaço pertence ao ônibus espacial "Discovery" - 39 voos ao espaço (o primeiro em 30 de agosto de 1984).
Pouso do ônibus espacial "Atlantis"
As naves americanas também possuem o mais triste anti-registro entre todos os sistemas espaciais - em termos de número de pessoas mortas. Dois desastres com sua participação causaram a morte de 14 astronautas americanos. Em 28 de janeiro de 1986, durante a decolagem, como resultado de uma explosão em um tanque de combustível externo, o ônibus espacial Challenger colapsou, isso aconteceu no 73º segundo de vôo e causou a morte de todos os 7 tripulantes, incluindo o primeiro astronauta leigo - a ex-professora Christa McAuliffe, que venceu o concurso nacional americano pelo direito de voar ao espaço. O segundo desastre ocorreu em 1º de fevereiro de 2003, durante o retorno da espaçonave Columbia de seu 28º vôo ao espaço. A causa da catástrofe foi a destruição da camada externa de proteção contra o calor no plano esquerdo da asa do ônibus espacial, que foi causada por um pedaço de isolamento térmico do tanque de oxigênio caindo sobre ele no momento do lançamento. Em seu retorno, o ônibus espacial desabou no ar, matando 7 astronautas.
O programa do Sistema de Transporte Espacial foi oficialmente concluído em 2011. Todas as naves operacionais foram desativadas e enviadas para museus. O último vôo ocorreu em 8 de julho de 2011 e foi realizado pela nave Atlantis com tripulação reduzida para 4 pessoas. O voo terminou no início da manhã de 21 de julho de 2011. Ao longo de 30 anos de operação, essas espaçonaves realizaram 135 voos, no total, eles completaram 21.152 órbitas ao redor da Terra, entregando 1.600 toneladas de diversas cargas úteis ao espaço. Durante este tempo, a tripulação incluiu 355 pessoas (306 homens e 49 mulheres) de 16 países diferentes. O astronauta Franklin Storey Musgrave foi o único a voar em todas as cinco naves construídas.
