Geek
7th December 2009, 08:04 AM
شاتل در لغت به اتوبوسهایی اطلاق می شود که در یک مسیر مشخص رفت و آمد می نمایند. شاتل فضايي، يك سامانه حمل و نقل فضايي سرنشين‌دار، قابل بازگشت و قابل استفاده مجدد است. امروزه ايالات متحده از اين وسيله براي که برای حمل انسان،محموله های فضایی و بردن ماهواره به فضا،توسط اداره هوانوردی و فضایی ملی ایالات متحده آمریکا(NASA ) در دهه هفتاد میلادی طراحی شده است.
حمل فضانوردان، ماهواره‌ها، ايستگاه‌هاي فضايي و مواد و تجهيزات مورد نياز ايستگاه‌هاي فضايي استفاده مي‌كند. «شاتل» در زبان انگليسي به معناي رفت وآمدكننده است.
در طول حدوداً 20 سال گذشته، اين سامانه فضايي عظيم و منحصر به‌فرد به نوعي يكي از نمادهاي فناوري و حتي قدرت سياسي ايالات متحده بوده است. شاتل فضايي حتي به نوعي در فرهنگ عامه مردم جهان نيز وارد شده است. كودكان سراسر جهان در روياهاي خود سوار شدن بر شاتل را تصور مي‌كنند و بزرگترها در كنار عباراتي نظير آپولو هوا كردن، از اين نماد آمريكايي، به عنوان ضرب‌المثلي براي تشبيه كارهاي بسيار سخت، پيچيده و غيرممكن استفاده مي‌كنند. ديدن منظره پرتاب شاتل فضايي، همواره گردشگران زيادي را به اطراف [مركز فضايي كندي] يا كيپ كاناورال در ايالت فلوريدا مي‌كشاند.
شاتل فضایی بعنوان یک موشک قابل استفاده مجدد و فضاپیمای قابل بازیابی مطرح شد زیرا تا آن زمان در تکنولوژی پرتاپ با موشک،قسمت های مختلف از موشک جدا شده و به زمین سقوط نموده و یا اینکه در فضا سرگردان می ماندند برای مثال موشک ساترن 5 با جرمی حدود 2900 تن و ارتفاع 111 متر به فضا پرتاب شد ولی در بازگشت آنچه از این آسمان خراش پرنده باقی مانده بود توده ای 6 تنی بود که در اقیانوس آرام فرود آمد و راهی موزه شد.
اگرچه تاكنون ده‌ها بار شاتل فضايي به فضا پرتاب شده و بازگشته است، اما هنوز هر ماموريت جديد آن هيجان بسيار زيادي دارد كه حجم زيادي از اخبار علمي جهان را به خود اختصاص مي‌دهد. در حال حاضر ماموريت‌هاي شاتل براي خدمات‌رساني و تكميل ايستگاه فضايي بين‌المللي انجام مي‌پذيرد. شاتل فضايي در طول عمر خود دو بار، يكبار در سال 1986 حين پرتاب و يكبار در سال 2003 حين بازگشت، دچار سانحه شد و در مجموع 14 فضانورد ناسا در ماوريت‌هاي شاتل جان خود را از دست دادند. همين مساله باعث شد تا ناسا در شاتل فضايي تغييرات زيادي را به وجود آورد. حتي در مواردي پيشنهاد شد كه شاتل فضايي از رده خارج شود.
روس‌ها اگرچه پيشگامان عرصه فضا بودند، اما هرگز ايده استفاده از يك وسيله قابل بازگشت و استفاده مجدد را نپذيرفتند و آن را اقتصادي و بهينه نمي‌دانستند. البته آنها هم يك وسيله قابل استفاده مجدد موسوم به [بوران] را توليد كردند كه بسيار شبيه به شاتل فضايي آمريكايي‌ها بود، اما هرگز به مرحله عملياتي شدن نرسيد.
شاتل ها به ترتیب ساخت اینتر پرایز،کلمبیا،چلنجر،دیسکاو ری،آتلانتیس و ایندیور نامیده شدند. اینتر پرایز توانایی پرواز به فضا را نداشت و فقط ابزاری آزمایشی و آموزشی بود. دوازدهم آوریل 1981(اوایل دهه 1360)،یعنی بعد از حدود 10 سال،شاتل فضایی کلمبیا،با موفقیت به فضا فرستاده شد تا فصل جدیدی از تجسس ای فضایی آغاز گردد. در سال 1983،اولین ماهواره به وسیله چالنجر در مدار قرار داده شد. در نوامبر 1983 اولین آزمایشگاه فضایی با 71 مورد آزمایش طراحی شده به وسیله دانشمندان آمریکا و اروپا به فضا فرستاده شد و در آوریل 1984،اولین تعمیر ماهواره ای توسط شاتل صورت پذیرفت و بازیافت ماهواره های پاپالا و وستار و بازگرداندن آنها به زمین در نوامبر سال 1984 اتفاق افتد تا در 5 سال آغازین استفاده از شاتل،ماموریتهای بسیار مهمی انجام شود.پس از این موفقیت های اولیه در ژانویه سال1986،با انفجار شاتل چالنجر(چلنجر) و کشته شدن خدمه آن بعلت ایجاد شعله در مخزن سوخت بیرونی،مامریتهای شاتل برای تحقیق و تفحص به مدت 3 سال معلق ماند.
سازمان ناسا این 3 سال را صرف تکمیل و ایمن تر کردن شاتل نمود و در سال 1988 میلادی پروازهای شاتل دوباره آغاز شد.
ولی متاسفانه دوباره حادثه به سراغ شاتل های فضایی آمد،در روز شنبه 12 بهمن 1381(16 ژرانویه 2003)در حدود ساعت 14 به وقت جهانی هفت فضانورد شاتل کلمبیا در پایان یک ماموریت 16 روزه علمی حاضر بودند(آماده بودند) که به زمین بازگرند،اما در کمال حیرت مردمان این فضاپیما در اثر یک مشکل در قسمت مخازن سوخت منفجر شد و از بین رفت. پس از این حادثه بار دیگر شاتل ها به مدت 3 سال زمین گیر شدند.
لازم به ذکر است شوروی سابق نیز برنامه ای مشابه با شاتل فضایی آمریکا را در نوامبر سال 1988 آغاز کرد،در این تاریخ شوروی نخستین شاتل خود به نام بوران را برای آزمایش پرواز بدون سرنشین به مدار فرستاد. شاتل بوران تقریبا هم اندازه وهم شکل شاتل آمریکا بود.
این شاتل به همراه موشک جدید انرژیا به فضا رفت. اما این برنامه در سال 1993 یعنی بعد از فروپاشی شوروی با توقف روبرو شد. بوران دیگر هرگز پرواز نکرد.
ساختار شاتل فضایی
شاتل ها دارای سه بخش اصلی هستند:
1. مدارگرد
2. دو موشک سوخت جامد یا " بالا برنده"
3. مخزن بیرونی و بزرگ سوخت مایع
http://www.parssky.com/picture/20082612-43-1PM02.jpg
مدارگرد:
مدارگرد تنها بخشی از شاتل است که وارد مدار می شود. مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت متصل است و هیدروژن و اکسیژن مایع موجود در آن را می سوزاند تا نیروی رانشی پرتاب ایجاد شود. طول این مدارگرد 37 متر،عرض آن از انتهای یک بال تا انتهای بال دیگر 24 متر و ارتفاع آن در حالت ایستاده روی سکوی پرتاب 17 متر است.
مدارگرد نیز پس از پایان ماموریت به زمین باز می گردد و مانند هواپیمایی با سرعت 346 کیلومتر در ساعت بر باند ویژه فضاپیما ها می نشیند. مدارگرد نیز دست کم صد بار می تواند در مدار زمین قرار گیرد و هر بار مدت پرواز آن از 5 تا حداکثر 30 روز است. مدارگرد دارای سه بخش است: کابین فضانوردان،آفت یا اتاق بار و موتورها.
کابین فضانوردان،در بخش جلویی شاتل قرار دارد و به طور میانگین گنجایش 7 نفر و در شرایط اضطراری 10 نفر را داراست.
اتاق بار یا آفت قسمتی است در طبقه ی عقبی پرواز که متخصصان فنی و علمی در آنجا می نشینند. ان ها را به ترتیب متخصصان ماموریت(فضانوردان ناسا) و متخصصان بار(که فضانورد نیستند و عموما دانشمندند) می نامند. منظور از بار، ماهواره یا تجهیزاتی است که در فضاپیما با خود به مدار زمین می برد.
در یک شاتل،51 موتور به کار رفته است. موتورهای موشکی سوخت جامد که فقط در دو دقیقه نخست پرتاب به کار می روند. سه موتور اصلی در جریان پرتاب روشن اند. این موتورها نیروی لازم برای کشش 170 تن جرم شاتل را تولید می کنند. دو موتور مانور در مدار، فضاپیما را قادر می سازند تا مدار خود را بدور زمین اصلاح کند و یا تغییر مسیر دهد. لازم به ذکر است که توان موتورهای شاتل فضایی حین برخاستن 140 میلیون اسب بخار است.(یعنی معادل توان حدود 1.5 میلیون پژو 206)
بالا برنده ها:
دو موشک با سوخت جامد،بزرگ ترین موشک های سوخت جامدی اند که تا بحال برای پروازهای فضایی ساخته شده اند، این دو موشک قادرند هزار و سیصد تن جرم را رو به بالا بکشند و فقط صعود فضاپیما را تند تر می کنند. هر کدام از این موشک ها 43 متر ارتفاع و در هنگام پر بودن 60 تن وزن دارند. یک موشک پرتاب کننده نیروی رانشی معادل 1.5 میلیون کیلو گرم در هنگام پرتاب ایجاد می کند. این دو موشک پس از اینکه شاتل فضایی را بع ارتفاع 45 کیلومتری از زمین رساندند یعنی بالای ضخیم ترین لایه های جوی زمین از فضاپیما جدا می شوند و با چتر در اقیانوس فرود می آیند. این موشک ها قابل بازیافت بوده و در ماموریت های بعدی مورد استفاده قرار می گیرند.
مخزن سوخت بیرونی:
طول مخزن سوخت بیرونی 48 متر و عرض آن حدود 8 متر است و با 705 تن سوخت هیدرازین و نیتروکسید نیتروزین در کل 738.5 تن جرم دارد. این مخزن سه موتور موشکی مدارگرد را تغذیه می کند. این مخزن سوخت پس از رساندن مدارگرد به ارتفاع مورد نظر،از آن جدا می شود و طبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمین می سوزد و از بین می رود.
ارتفاع مدارهایی که شاتل در آنها قرار می گیرند از 185 تا 1110 کیلومتر با توجه به ماموریتشان تغییر می کند. گرچه بیشتر اوقات به مدار 240 کیلومتری می روند. در آنجا هر 90 دقیقه یک بار دور زمین می گردند.
شاتل فضایی در مواجهه با جو زمین چه می کند؟
اصطکاک بدنه شاتل فضایی با جو زمین موجب می شود دما در حد بسیار بالایی بالا برود. برای حل این مشکل مهندسان ناسا سطح زیرین مدارگرد را با سرامیک می پوشانند. طرح فعلی شاتل شامل20548 قطعه سرامیک از جنس الیا سیلیکون است. هر قطعه طوری شکل گرفته که دقیقا قالب تمام زوایای فضاپیما باشد و بتواند دمایی برابر با 1260 درجه سانتیگراد را تحمل کند. کلاهک دماغه شاتل و لبه ی بال ها که در هنگام بازگشت شاتل به جو،بیشترین گرما را متحمل می شوند،با ماده ای پوشیده اند که می تواند دمایی برابر 1649 درجه سانتیگراد را تحمل کند،دمایی که فولاد در آن ذوب می شود.
آینده ی شاتل های فضایی:
قرار بود شاتل ها ابزارهای ارزان قیمتی برای پرتاب فضانوردان به مدار باشند،اما در عمل هر پرتاب حدود سیصد میلیون دلار هزینه در بر داشت. نکته دیگر این است که ناسا باید حدود دوازده هزار نفر را فقط برای پرتاب فضاپیما استخدام کند!
جایگزین آینده شاتل ها احتمالا چیزی مشابه هواپیمای ملی هوا فضا خواهد بود که ناسا و نیروی هوایی آمریکا بطور مشترک با هم ساخت اد. این هواپیما که X-33 نام دارد، سی و سومین هواپیما از یک رشته پر تعداد هواپیما های آزمایشی مشترک ناسا و نیروی هوایی است. این رشته از هواپیما ها به هواپیمای X-34 که مدل دیگری از موشک های قابل مصرف دوباره است،رسیده اند.
هواپیمای X-33 مانند یک هواپیمای جت عادی از باند پرواز بلند می شود و به سرعت مناسب جهت پرتاب به مدار زمین می رسد و همانند یک هواپیمای معمولی فرود می آید.چ
این فضاپیما طوری طراحی شده است که خودش را سریعتر و بالاتر پرتاب کند،تا جایی که جو آن قدر نازک شود که موتورهای عکس العملی آن به کار افتد. سپس در سرعت 22 ماخ(22 برابر سرعت صوت است یعنی 6.4 کیلومتر در ثانیه)، این موتورها خاموش می شوند و یک موتور موشکی، سرعت آن را به 25 ماخ(سرعت لازم برای حرکت در فضا)می رساند.
هر پرتاب هواپیمایX-33 بیش از یک میلیون دلار هزینه خواهد داشت. طرفداران این طرح مدعی اند که می توان این هواپیما را یک روز و نیم پس از فرود،دوباره به فضا فرستاد(شاتل ها باید بین پروازها چندین ماه استراحت کنند) و از آن جایی که هواپیمای هوافضا،بیشتر مانند یک جت عمل می کند تا یک موشک،می تواند در شرایط اضطراری دور بزند و به نقطه حرکتش بازگردد،قابلیتی که شاتل های فضایی ندارند.
روند توسعه و تاريخچه شاتل فضايي
در اولين دهه از آغاز عصر فضا و حتي قبل از آن، طراحي و ساخت وسيله‌اي كه بتواند مانند هواپيما پرواز كرده، به فضا برود، بازگردد و مجدداً مورد استفاده قرار گيرد ذهن بسياري از متخصصان را به خود مشغول كرده بود . ايده به نظر خيلي ساده مي‌آمد و عمده مزيت اين طرح، كاهش چشمگير هزينه‌ها بود . مسلماً استفاده مجدد از يك وسيله مي‌تواند به كم كردن هزينه‌ها بيانجامد. در دهه 60، مطالعات اوليه بر روي اين ايده، ناسا را به اين نتيجه رساند كه طرح بايد حول يك وسيله شبيه هواپيما با [بدنه برآزا] دنبال شود . پس از تكميل طرح اوليه، [ريچارد نيكسون]، رئيس جمهور وقت ايالات متحده، در پنجم ژانويه 1972 با امضاي سندي، رسماً موافقت خود را با آغاز اين پروژه ملي اعلام كرد
http://www.parssky.com/picture/20082612-45-4PM04.jpg]
طراحان و مهندسان در طراحي مفهومي اين پروژه به اين نتيجه رسيدند كه قسمت رفت و برگشتي اين سامانه (يا همان شاتل در تصور عموم) بايد شبيه هواپيمايي با بال دلتا و بدنه نسبتاً پهن باشد كه قابليت حمل فضانورد و انواع محموله‌ها و همچنين پهلوگيري در فضا را داشته باشد [2]. همچنين دو موتور راكتي پيشران جامد بايد به عنوان بوستر در اولين مرحله پرتاب جهت تامين بيشتر نيروي پيشران ايفاي نقش كنند. اين دو موتور پس از خاموشي و سقوط در دريا قابل استفاده مجدد خواهند بود. تنها قسمت يكبار مصرف اين سامانه، تانك پيشران مايع بزرگي است كه وظيفه تأمين سوخت و اكسيدكننده مايع را براي موتورهاي راكتي شاتل در مراحل بالايي پرواز بر عهده دارد
شركت راكول اينترنشنال كه در آن زمان [شركت راكول آمريكاي شمالي] نام داشت، طي قراردادي شش ساله، به عنوان پيمانكار اصلي براي ساخت بخش مدارگرد بازگشتي انتخاب شد. ساخت موتور پيشران مايع اصلي نيز كه در قسمت عقب همين مدارگرد تعبيه مي‌شد به يكي از زيرمجموعه‌هاي همين شركت، [راكت‌داين]، واگذار شد. ساخت بوسترهاي پيشران جامد نيز به طور مشترك به شركت‌هاي [تيوكول كِميكال]، [مك‌دانل داگلاس] و [يونايتد اسپيس بوسترز] واگذار شد. تيوكول طراحي و ساخت پيشران جامد را بر عهده داشت، مك‌دانل داگلاس موظف به توسعه سازه بوسترها بود و تست و مونتاژ هم بر عهده يونايتد اسپيس بود
ولين پرواز آزمايشي شاتل فضايي، كه [انترپرايز] نام داشت، بر دوش يك هواپيماي بهينه‌سازي شده بوئينگ747، در اوت 1977 و در [مركز پروازهاي فضايي مارشال] انجام پذيرفت. شاتل در ارتفاع 23000 پايي زمين (حدود 7 كيلومتري) از هواپيماي بوئينگ رها شد و با موفقيت در باند مركز فرود آمد. ديگر آزمايش‌هاي پروازي نيز در همين مركز پيگيري شد.
http://www.isa.ir/enc/library/upload/article/21_space%20shuttle%2007.JPG
[شاتل فضايي كلمبيا] اولين پرواز فضايي آزمايشي اين سامانه را در 12 آوريل 1981، درست 20 سال بعد از سفر يوري گاگارين به فضا، به نمايش گذاشت. اين پرواز 54 ساعته كاملاً موفقيت‌آميز، حامل دو فضانورد به نام‌هاي [جان يانگ] و [رابرت كريپن] بود ( تصاوير 8 و 9). اين پرواز كه به اُاِف‌تي1 مشهور بود، اولين پرواز فضايي بشر بود كه طي آن فضاپيما به زمين بازمي‌گشت و مانند يك هواپيما بر روي باند مي‌نشست.
http://www.isa.ir/enc/library/upload/article/21_space%20shuttle%2008.jpg
http://www.isa.ir/enc/library/upload/article/21_space%20shuttle%2009.JPG
اسا سا هر پرواز فضايي شاتل را با يك كد نشان مي‌دهد. در چهار ماموريت اول از اختصار [اُاِف‌تي] به معناي آزمايش پرواز مداري استفاده مي‌شد. بعداً با نامگذاري اين وسيله با عنوان سامانه حمل و نقل فضايي، از اختصار اس‌تي‌اس به جاي اُاِف‌تي استفاده مي‌شد اين روش كدگذاري تا سال 1983 (اس‌تي‌اس9) ادامه داشت. از آن به بعد، كد مشخصه هر عمليات فضايي شاتل يك اختصار سه مولفه‌اي بود. اولين مولفه عددي بود كه به سال پرتاب اشاره داشت. دومين مولفه پايگاه فضايي مورد استفاده در پرتاب را نشان مي‌داد (عدد 1 براي پايگاه كيپ كاناورال و 2 براي پايگاه [واندنبرگ]) و مولفه سوم كه يك حرف الفباي انگليسي بود، بيانگر چندمين پرتابي بود كه در آن سال و از آن پايگاه انجام مي‌شد. به عنوان نمونه، 41-B، يعني دومين پرتاب از پايگاه فضايي كيپ كاناورال ، در سال 1984 . البته بايد توجه داشت كه هنوز هم در بسياري از مراجع كدگذاري اس‌تي‌اس رايج است.
پرواز اس‌تي‌اس4 در ژوئن 1982، آخرين پرواز فضايي آزمايشي شاتل بود كه با موفقيت انجام شد. شاتل در اين پرواز براي اولين بار يك محموله نظامي را حمل مي‌كرد. البته اين پرواز محموله‌هاي آزمايشي ديگري هم داشت. صحت عملكرد بسيار عالي و بيش از حد انتظار [بازوي جايگذاري از دور] كه توسط كانادايي‌ها ساخته شده بود نيز در همين پرواز به اثبات رسيد. اين بازو كه 16 متر طول و 38 سانتي‌متر قطر دارد، مي‌تواند قطعات فضايي به جرم حداكثر 30 تن را در فضا گرفته و جابجا نمايد
اس‌تي‌اس5 اولين پرواز عملياتي اين سامانه فضايي بود كه در 11 نوامبر 1982 و توسط شاتل كلمبيا انجام شد. اين پرواز دو مشتري تجاري داشت: شركت [تلستات] و [ستلايت بيزينس سيستمز] كه خواهان پرتاب ماهواره‌هاي مخابراتي‌شان به مدار انتقالي زمين‌ثابت از طريق شاتل فضايي بودند. در اين پرواز براي اولين بار چهار فضانورد داخل يك فضاپيما راهي فضا شدند
حمل فضانوردان، ماهواره‌ها، ايستگاه‌هاي فضايي و مواد و تجهيزات مورد نياز ايستگاه‌هاي فضايي استفاده مي‌كند. «شاتل» در زبان انگليسي به معناي رفت وآمدكننده است.
در طول حدوداً 20 سال گذشته، اين سامانه فضايي عظيم و منحصر به‌فرد به نوعي يكي از نمادهاي فناوري و حتي قدرت سياسي ايالات متحده بوده است. شاتل فضايي حتي به نوعي در فرهنگ عامه مردم جهان نيز وارد شده است. كودكان سراسر جهان در روياهاي خود سوار شدن بر شاتل را تصور مي‌كنند و بزرگترها در كنار عباراتي نظير آپولو هوا كردن، از اين نماد آمريكايي، به عنوان ضرب‌المثلي براي تشبيه كارهاي بسيار سخت، پيچيده و غيرممكن استفاده مي‌كنند. ديدن منظره پرتاب شاتل فضايي، همواره گردشگران زيادي را به اطراف [مركز فضايي كندي] يا كيپ كاناورال در ايالت فلوريدا مي‌كشاند.
شاتل فضایی بعنوان یک موشک قابل استفاده مجدد و فضاپیمای قابل بازیابی مطرح شد زیرا تا آن زمان در تکنولوژی پرتاپ با موشک،قسمت های مختلف از موشک جدا شده و به زمین سقوط نموده و یا اینکه در فضا سرگردان می ماندند برای مثال موشک ساترن 5 با جرمی حدود 2900 تن و ارتفاع 111 متر به فضا پرتاب شد ولی در بازگشت آنچه از این آسمان خراش پرنده باقی مانده بود توده ای 6 تنی بود که در اقیانوس آرام فرود آمد و راهی موزه شد.
اگرچه تاكنون ده‌ها بار شاتل فضايي به فضا پرتاب شده و بازگشته است، اما هنوز هر ماموريت جديد آن هيجان بسيار زيادي دارد كه حجم زيادي از اخبار علمي جهان را به خود اختصاص مي‌دهد. در حال حاضر ماموريت‌هاي شاتل براي خدمات‌رساني و تكميل ايستگاه فضايي بين‌المللي انجام مي‌پذيرد. شاتل فضايي در طول عمر خود دو بار، يكبار در سال 1986 حين پرتاب و يكبار در سال 2003 حين بازگشت، دچار سانحه شد و در مجموع 14 فضانورد ناسا در ماوريت‌هاي شاتل جان خود را از دست دادند. همين مساله باعث شد تا ناسا در شاتل فضايي تغييرات زيادي را به وجود آورد. حتي در مواردي پيشنهاد شد كه شاتل فضايي از رده خارج شود.
روس‌ها اگرچه پيشگامان عرصه فضا بودند، اما هرگز ايده استفاده از يك وسيله قابل بازگشت و استفاده مجدد را نپذيرفتند و آن را اقتصادي و بهينه نمي‌دانستند. البته آنها هم يك وسيله قابل استفاده مجدد موسوم به [بوران] را توليد كردند كه بسيار شبيه به شاتل فضايي آمريكايي‌ها بود، اما هرگز به مرحله عملياتي شدن نرسيد.
شاتل ها به ترتیب ساخت اینتر پرایز،کلمبیا،چلنجر،دیسکاو ری،آتلانتیس و ایندیور نامیده شدند. اینتر پرایز توانایی پرواز به فضا را نداشت و فقط ابزاری آزمایشی و آموزشی بود. دوازدهم آوریل 1981(اوایل دهه 1360)،یعنی بعد از حدود 10 سال،شاتل فضایی کلمبیا،با موفقیت به فضا فرستاده شد تا فصل جدیدی از تجسس ای فضایی آغاز گردد. در سال 1983،اولین ماهواره به وسیله چالنجر در مدار قرار داده شد. در نوامبر 1983 اولین آزمایشگاه فضایی با 71 مورد آزمایش طراحی شده به وسیله دانشمندان آمریکا و اروپا به فضا فرستاده شد و در آوریل 1984،اولین تعمیر ماهواره ای توسط شاتل صورت پذیرفت و بازیافت ماهواره های پاپالا و وستار و بازگرداندن آنها به زمین در نوامبر سال 1984 اتفاق افتد تا در 5 سال آغازین استفاده از شاتل،ماموریتهای بسیار مهمی انجام شود.پس از این موفقیت های اولیه در ژانویه سال1986،با انفجار شاتل چالنجر(چلنجر) و کشته شدن خدمه آن بعلت ایجاد شعله در مخزن سوخت بیرونی،مامریتهای شاتل برای تحقیق و تفحص به مدت 3 سال معلق ماند.
سازمان ناسا این 3 سال را صرف تکمیل و ایمن تر کردن شاتل نمود و در سال 1988 میلادی پروازهای شاتل دوباره آغاز شد.
ولی متاسفانه دوباره حادثه به سراغ شاتل های فضایی آمد،در روز شنبه 12 بهمن 1381(16 ژرانویه 2003)در حدود ساعت 14 به وقت جهانی هفت فضانورد شاتل کلمبیا در پایان یک ماموریت 16 روزه علمی حاضر بودند(آماده بودند) که به زمین بازگرند،اما در کمال حیرت مردمان این فضاپیما در اثر یک مشکل در قسمت مخازن سوخت منفجر شد و از بین رفت. پس از این حادثه بار دیگر شاتل ها به مدت 3 سال زمین گیر شدند.
لازم به ذکر است شوروی سابق نیز برنامه ای مشابه با شاتل فضایی آمریکا را در نوامبر سال 1988 آغاز کرد،در این تاریخ شوروی نخستین شاتل خود به نام بوران را برای آزمایش پرواز بدون سرنشین به مدار فرستاد. شاتل بوران تقریبا هم اندازه وهم شکل شاتل آمریکا بود.
این شاتل به همراه موشک جدید انرژیا به فضا رفت. اما این برنامه در سال 1993 یعنی بعد از فروپاشی شوروی با توقف روبرو شد. بوران دیگر هرگز پرواز نکرد.
ساختار شاتل فضایی
شاتل ها دارای سه بخش اصلی هستند:
1. مدارگرد
2. دو موشک سوخت جامد یا " بالا برنده"
3. مخزن بیرونی و بزرگ سوخت مایع
http://www.parssky.com/picture/20082612-43-1PM02.jpg
مدارگرد:
مدارگرد تنها بخشی از شاتل است که وارد مدار می شود. مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت متصل است و هیدروژن و اکسیژن مایع موجود در آن را می سوزاند تا نیروی رانشی پرتاب ایجاد شود. طول این مدارگرد 37 متر،عرض آن از انتهای یک بال تا انتهای بال دیگر 24 متر و ارتفاع آن در حالت ایستاده روی سکوی پرتاب 17 متر است.
مدارگرد نیز پس از پایان ماموریت به زمین باز می گردد و مانند هواپیمایی با سرعت 346 کیلومتر در ساعت بر باند ویژه فضاپیما ها می نشیند. مدارگرد نیز دست کم صد بار می تواند در مدار زمین قرار گیرد و هر بار مدت پرواز آن از 5 تا حداکثر 30 روز است. مدارگرد دارای سه بخش است: کابین فضانوردان،آفت یا اتاق بار و موتورها.
کابین فضانوردان،در بخش جلویی شاتل قرار دارد و به طور میانگین گنجایش 7 نفر و در شرایط اضطراری 10 نفر را داراست.
اتاق بار یا آفت قسمتی است در طبقه ی عقبی پرواز که متخصصان فنی و علمی در آنجا می نشینند. ان ها را به ترتیب متخصصان ماموریت(فضانوردان ناسا) و متخصصان بار(که فضانورد نیستند و عموما دانشمندند) می نامند. منظور از بار، ماهواره یا تجهیزاتی است که در فضاپیما با خود به مدار زمین می برد.
در یک شاتل،51 موتور به کار رفته است. موتورهای موشکی سوخت جامد که فقط در دو دقیقه نخست پرتاب به کار می روند. سه موتور اصلی در جریان پرتاب روشن اند. این موتورها نیروی لازم برای کشش 170 تن جرم شاتل را تولید می کنند. دو موتور مانور در مدار، فضاپیما را قادر می سازند تا مدار خود را بدور زمین اصلاح کند و یا تغییر مسیر دهد. لازم به ذکر است که توان موتورهای شاتل فضایی حین برخاستن 140 میلیون اسب بخار است.(یعنی معادل توان حدود 1.5 میلیون پژو 206)
بالا برنده ها:
دو موشک با سوخت جامد،بزرگ ترین موشک های سوخت جامدی اند که تا بحال برای پروازهای فضایی ساخته شده اند، این دو موشک قادرند هزار و سیصد تن جرم را رو به بالا بکشند و فقط صعود فضاپیما را تند تر می کنند. هر کدام از این موشک ها 43 متر ارتفاع و در هنگام پر بودن 60 تن وزن دارند. یک موشک پرتاب کننده نیروی رانشی معادل 1.5 میلیون کیلو گرم در هنگام پرتاب ایجاد می کند. این دو موشک پس از اینکه شاتل فضایی را بع ارتفاع 45 کیلومتری از زمین رساندند یعنی بالای ضخیم ترین لایه های جوی زمین از فضاپیما جدا می شوند و با چتر در اقیانوس فرود می آیند. این موشک ها قابل بازیافت بوده و در ماموریت های بعدی مورد استفاده قرار می گیرند.
مخزن سوخت بیرونی:
طول مخزن سوخت بیرونی 48 متر و عرض آن حدود 8 متر است و با 705 تن سوخت هیدرازین و نیتروکسید نیتروزین در کل 738.5 تن جرم دارد. این مخزن سه موتور موشکی مدارگرد را تغذیه می کند. این مخزن سوخت پس از رساندن مدارگرد به ارتفاع مورد نظر،از آن جدا می شود و طبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمین می سوزد و از بین می رود.
ارتفاع مدارهایی که شاتل در آنها قرار می گیرند از 185 تا 1110 کیلومتر با توجه به ماموریتشان تغییر می کند. گرچه بیشتر اوقات به مدار 240 کیلومتری می روند. در آنجا هر 90 دقیقه یک بار دور زمین می گردند.
شاتل فضایی در مواجهه با جو زمین چه می کند؟
اصطکاک بدنه شاتل فضایی با جو زمین موجب می شود دما در حد بسیار بالایی بالا برود. برای حل این مشکل مهندسان ناسا سطح زیرین مدارگرد را با سرامیک می پوشانند. طرح فعلی شاتل شامل20548 قطعه سرامیک از جنس الیا سیلیکون است. هر قطعه طوری شکل گرفته که دقیقا قالب تمام زوایای فضاپیما باشد و بتواند دمایی برابر با 1260 درجه سانتیگراد را تحمل کند. کلاهک دماغه شاتل و لبه ی بال ها که در هنگام بازگشت شاتل به جو،بیشترین گرما را متحمل می شوند،با ماده ای پوشیده اند که می تواند دمایی برابر 1649 درجه سانتیگراد را تحمل کند،دمایی که فولاد در آن ذوب می شود.
آینده ی شاتل های فضایی:
قرار بود شاتل ها ابزارهای ارزان قیمتی برای پرتاب فضانوردان به مدار باشند،اما در عمل هر پرتاب حدود سیصد میلیون دلار هزینه در بر داشت. نکته دیگر این است که ناسا باید حدود دوازده هزار نفر را فقط برای پرتاب فضاپیما استخدام کند!
جایگزین آینده شاتل ها احتمالا چیزی مشابه هواپیمای ملی هوا فضا خواهد بود که ناسا و نیروی هوایی آمریکا بطور مشترک با هم ساخت اد. این هواپیما که X-33 نام دارد، سی و سومین هواپیما از یک رشته پر تعداد هواپیما های آزمایشی مشترک ناسا و نیروی هوایی است. این رشته از هواپیما ها به هواپیمای X-34 که مدل دیگری از موشک های قابل مصرف دوباره است،رسیده اند.
هواپیمای X-33 مانند یک هواپیمای جت عادی از باند پرواز بلند می شود و به سرعت مناسب جهت پرتاب به مدار زمین می رسد و همانند یک هواپیمای معمولی فرود می آید.چ
این فضاپیما طوری طراحی شده است که خودش را سریعتر و بالاتر پرتاب کند،تا جایی که جو آن قدر نازک شود که موتورهای عکس العملی آن به کار افتد. سپس در سرعت 22 ماخ(22 برابر سرعت صوت است یعنی 6.4 کیلومتر در ثانیه)، این موتورها خاموش می شوند و یک موتور موشکی، سرعت آن را به 25 ماخ(سرعت لازم برای حرکت در فضا)می رساند.
هر پرتاب هواپیمایX-33 بیش از یک میلیون دلار هزینه خواهد داشت. طرفداران این طرح مدعی اند که می توان این هواپیما را یک روز و نیم پس از فرود،دوباره به فضا فرستاد(شاتل ها باید بین پروازها چندین ماه استراحت کنند) و از آن جایی که هواپیمای هوافضا،بیشتر مانند یک جت عمل می کند تا یک موشک،می تواند در شرایط اضطراری دور بزند و به نقطه حرکتش بازگردد،قابلیتی که شاتل های فضایی ندارند.
روند توسعه و تاريخچه شاتل فضايي
در اولين دهه از آغاز عصر فضا و حتي قبل از آن، طراحي و ساخت وسيله‌اي كه بتواند مانند هواپيما پرواز كرده، به فضا برود، بازگردد و مجدداً مورد استفاده قرار گيرد ذهن بسياري از متخصصان را به خود مشغول كرده بود . ايده به نظر خيلي ساده مي‌آمد و عمده مزيت اين طرح، كاهش چشمگير هزينه‌ها بود . مسلماً استفاده مجدد از يك وسيله مي‌تواند به كم كردن هزينه‌ها بيانجامد. در دهه 60، مطالعات اوليه بر روي اين ايده، ناسا را به اين نتيجه رساند كه طرح بايد حول يك وسيله شبيه هواپيما با [بدنه برآزا] دنبال شود . پس از تكميل طرح اوليه، [ريچارد نيكسون]، رئيس جمهور وقت ايالات متحده، در پنجم ژانويه 1972 با امضاي سندي، رسماً موافقت خود را با آغاز اين پروژه ملي اعلام كرد
http://www.parssky.com/picture/20082612-45-4PM04.jpg]
طراحان و مهندسان در طراحي مفهومي اين پروژه به اين نتيجه رسيدند كه قسمت رفت و برگشتي اين سامانه (يا همان شاتل در تصور عموم) بايد شبيه هواپيمايي با بال دلتا و بدنه نسبتاً پهن باشد كه قابليت حمل فضانورد و انواع محموله‌ها و همچنين پهلوگيري در فضا را داشته باشد [2]. همچنين دو موتور راكتي پيشران جامد بايد به عنوان بوستر در اولين مرحله پرتاب جهت تامين بيشتر نيروي پيشران ايفاي نقش كنند. اين دو موتور پس از خاموشي و سقوط در دريا قابل استفاده مجدد خواهند بود. تنها قسمت يكبار مصرف اين سامانه، تانك پيشران مايع بزرگي است كه وظيفه تأمين سوخت و اكسيدكننده مايع را براي موتورهاي راكتي شاتل در مراحل بالايي پرواز بر عهده دارد
شركت راكول اينترنشنال كه در آن زمان [شركت راكول آمريكاي شمالي] نام داشت، طي قراردادي شش ساله، به عنوان پيمانكار اصلي براي ساخت بخش مدارگرد بازگشتي انتخاب شد. ساخت موتور پيشران مايع اصلي نيز كه در قسمت عقب همين مدارگرد تعبيه مي‌شد به يكي از زيرمجموعه‌هاي همين شركت، [راكت‌داين]، واگذار شد. ساخت بوسترهاي پيشران جامد نيز به طور مشترك به شركت‌هاي [تيوكول كِميكال]، [مك‌دانل داگلاس] و [يونايتد اسپيس بوسترز] واگذار شد. تيوكول طراحي و ساخت پيشران جامد را بر عهده داشت، مك‌دانل داگلاس موظف به توسعه سازه بوسترها بود و تست و مونتاژ هم بر عهده يونايتد اسپيس بود
ولين پرواز آزمايشي شاتل فضايي، كه [انترپرايز] نام داشت، بر دوش يك هواپيماي بهينه‌سازي شده بوئينگ747، در اوت 1977 و در [مركز پروازهاي فضايي مارشال] انجام پذيرفت. شاتل در ارتفاع 23000 پايي زمين (حدود 7 كيلومتري) از هواپيماي بوئينگ رها شد و با موفقيت در باند مركز فرود آمد. ديگر آزمايش‌هاي پروازي نيز در همين مركز پيگيري شد.
http://www.isa.ir/enc/library/upload/article/21_space%20shuttle%2007.JPG
[شاتل فضايي كلمبيا] اولين پرواز فضايي آزمايشي اين سامانه را در 12 آوريل 1981، درست 20 سال بعد از سفر يوري گاگارين به فضا، به نمايش گذاشت. اين پرواز 54 ساعته كاملاً موفقيت‌آميز، حامل دو فضانورد به نام‌هاي [جان يانگ] و [رابرت كريپن] بود ( تصاوير 8 و 9). اين پرواز كه به اُاِف‌تي1 مشهور بود، اولين پرواز فضايي بشر بود كه طي آن فضاپيما به زمين بازمي‌گشت و مانند يك هواپيما بر روي باند مي‌نشست.
http://www.isa.ir/enc/library/upload/article/21_space%20shuttle%2008.jpg
http://www.isa.ir/enc/library/upload/article/21_space%20shuttle%2009.JPG
اسا سا هر پرواز فضايي شاتل را با يك كد نشان مي‌دهد. در چهار ماموريت اول از اختصار [اُاِف‌تي] به معناي آزمايش پرواز مداري استفاده مي‌شد. بعداً با نامگذاري اين وسيله با عنوان سامانه حمل و نقل فضايي، از اختصار اس‌تي‌اس به جاي اُاِف‌تي استفاده مي‌شد اين روش كدگذاري تا سال 1983 (اس‌تي‌اس9) ادامه داشت. از آن به بعد، كد مشخصه هر عمليات فضايي شاتل يك اختصار سه مولفه‌اي بود. اولين مولفه عددي بود كه به سال پرتاب اشاره داشت. دومين مولفه پايگاه فضايي مورد استفاده در پرتاب را نشان مي‌داد (عدد 1 براي پايگاه كيپ كاناورال و 2 براي پايگاه [واندنبرگ]) و مولفه سوم كه يك حرف الفباي انگليسي بود، بيانگر چندمين پرتابي بود كه در آن سال و از آن پايگاه انجام مي‌شد. به عنوان نمونه، 41-B، يعني دومين پرتاب از پايگاه فضايي كيپ كاناورال ، در سال 1984 . البته بايد توجه داشت كه هنوز هم در بسياري از مراجع كدگذاري اس‌تي‌اس رايج است.
پرواز اس‌تي‌اس4 در ژوئن 1982، آخرين پرواز فضايي آزمايشي شاتل بود كه با موفقيت انجام شد. شاتل در اين پرواز براي اولين بار يك محموله نظامي را حمل مي‌كرد. البته اين پرواز محموله‌هاي آزمايشي ديگري هم داشت. صحت عملكرد بسيار عالي و بيش از حد انتظار [بازوي جايگذاري از دور] كه توسط كانادايي‌ها ساخته شده بود نيز در همين پرواز به اثبات رسيد. اين بازو كه 16 متر طول و 38 سانتي‌متر قطر دارد، مي‌تواند قطعات فضايي به جرم حداكثر 30 تن را در فضا گرفته و جابجا نمايد
اس‌تي‌اس5 اولين پرواز عملياتي اين سامانه فضايي بود كه در 11 نوامبر 1982 و توسط شاتل كلمبيا انجام شد. اين پرواز دو مشتري تجاري داشت: شركت [تلستات] و [ستلايت بيزينس سيستمز] كه خواهان پرتاب ماهواره‌هاي مخابراتي‌شان به مدار انتقالي زمين‌ثابت از طريق شاتل فضايي بودند. در اين پرواز براي اولين بار چهار فضانورد داخل يك فضاپيما راهي فضا شدند