«Спейс Шаттл»[3][4][5][lower-alpha 1] (англ. Space Shuttle, або «Спейс Шатл»[6][7], також «Космічний човник»[8] або «Космічний човен»[9]) — система частково багаторазових низькоорбітальних космічних кораблів, яку з 1981 по 2011 рік експлуатувало Національне управління США з аеронавтики і дослідження космічного простору (НАСА) в рамках програми «Спейс Шаттл». Нині система виведена з експлуатації.
 | ||||||
| Запуск Discovery | ||||||
| Призначення | пілотовані космічні польоти | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Виробник |
United Space Alliance[en]; Alliant Techsystems (ТП прискорювачі); Martin Marietta (Паливний бак); Boeing (Орбітер) | |||||
| Країна | США | |||||
| вартість запуску () | $450 млн.-$1,5 млрд. (2011)[1] ($210 млрд за весь проєкт[2]) | |||||
| Розміри | ||||||
| Висота | 56,1 м | |||||
| Діаметр | 8,7 м | |||||
| Маса | 2 030 000 кг | |||||
| Ступенів | 2 | |||||
| Вантаж | ||||||
| Вантаж на ННО |
27 500 кг | |||||
| Вантаж на МКС |
16 050 кг | |||||
| Вантаж на ГПО |
3 810 кг | |||||
| Вантаж на Землю з орбіти |
14 400 кг | |||||
| Споріднені ракети | ||||||
| Історія запусків | ||||||
| Статус | недіюча | |||||
| Космодроми |
Космічний центр імені Кеннеді, LC-39; Авіабаза Ванденберг, SLC-6 | |||||
| Всього запусків | 135 | |||||
| Успішних | 134 запуски, 133 приземлення | |||||
| Невдалих |
Челленджер (7 загиблих); Колумбія (7 загиблих) | |||||
| Перший запуск | 12 квітня 1981 року | |||||
| Останній запуск | 21 липня 2011 року | |||||
| Відомий вантаж | Спейслеб, Габбл (телескоп), Магеллан (космічний апарат), Комптон (обсерваторія), Чандра (телескоп) | |||||
| ступінь - Твердопаливні прискорювачі | ||||||
| Довжина | 45,46 м | |||||
| Діаметр | 3,71 м | |||||
| Повна маса | 590 000 кг | |||||
| Двигуни | ||||||
| Тяга | від 2 до 12 500 кН | |||||
| Питомий імпульс | 2,64 км/с або 269 с | |||||
| Тривалість горіння | 124 с | |||||
| Паливо | APCP, PBAN | |||||
| Перший ступінь - Орбітер плюс Паливний бак | ||||||
| Двигуни | 3 од. RS-25 на орбітері (рів. моря: 1860 кН, вакуум: 2279 кН) | |||||
| Тяга | рів. моря: 5'580 кН, вакуум: 6'837 кН | |||||
| Питомий імпульс | рів. моря: 366 с, вакуум: 452 с | |||||
| Паливо | рідкий водень/рідкий кисень | |||||
Космічні кораблі цього типу в українській мові називають спейс-шатл[10] або просто шатл[7][11]. Слід зауважити, що, згідно з Українським правописом 201 року, у назві системи або програми «Спейс Шаттл» слово Шаттл, оскільки це власна назва, пишемо з великої літери і з подвоєною Т[12], а в назві типу космічного корабля, оскільки це загальна назва, — з маленької і з однією Т: шатл[13].
Офіційна назва системи — Space Transportation System[en] (STS, англ. «Космічна транспортна система»). Уперше вона згадується в плані 1969 року щодо розробки системи багаторазових космічних кораблів, складеному під керівництвом віцепрезидента США Спіро Агню. Це був єдиний пункт, який передбачав фінансування розробки, оскільки розробка теж згадуваного в плані «ядерного шатла» була скасована[14].
Перший із чотирьох орбітальних випробувальних польотів (STS-1) відбувся в 1981 році, а експлуатаційні польоти (STS-5) розпочалися в 1982 році. У період з 1981 по 2011 рік були побудовані п'ять повноцінних кораблів-носіїв «Спейс Шаттл», які здійснили 135 польотів. Вони стартували з Космічного центру імені Кеннеді у Флориді. Під час експлуатаційних місій шатли виводили на орбіту численні супутники, міжпланетні зонди, космічний телескоп «Габбл», обладнання для проведення наукових експериментів на орбіті, а також брали участь у програмі «Мир — Шаттл[en]» разом із Росією і в будівництві й обслуговуванні Міжнародної космічної станції (МКС). Загальна тривалість польотів шатлів склала 1323 дні[15].
«Спейс Шаттл» складався з орбітального апарата (Orbiter Vehicle, OV), обладнаного трьома головними двигунами RS-25 компанії Rocketdyne, пари твердопаливних ракетних прискорювачів (SRB) багаторазового використання та одноразового зовнішнього бака (ET), який містив рідкий водень і рідкий кисень. «Спейс Шаттл» запускався у вертикальному положенні, як звичайна ракета, з двома прискорювачами по боках, які працювали одночасно з трьома основними двигунами орбітального корабля, живлячись від зовнішнього бака. Прискорювачі скидалися до того, як апарат досягав орбіти, і далі шатл продовжував політ на своїх головних двигунах. Зовнішній бак скидався пізніше, після відключення головних двигунів і безпосередньо перед виходом на орбіту[en], який здійснювався за допомогою двох двигунів Системи орбітального маневрування[en] (OMS) орбітального апарата. Після завершення місії орбітальний апарат вмикав двигуни OMS, сходив з орбіти і входив в атмосферу. На етапі прольоту скрізь атмосферу орбітальний апарат захищався від надмірної температури за допомогою керамічних плиток системи термозахисту. Він планерував як орбітальний літак і сідав на злітно-посадковій смузі — як правило, на Посадковому майданчику для шатлів[en] у Космічному центрі імені Кеннеді у Флориді або на сухому озері Роджерс на авіабазі Едвардс у Каліфорнії. Якщо посадка відбувалася в Едвардсі, орбітальний корабель повертався до Космічного центру імені Кеннеді на «спині» літака Boeing 747, спеціально переобладнаного для перевезення шатлів.
Перший орбітальний корабель, «Ентерпрайз», був побудований у 1976 році. Його використовували для випробувань зближення й посадки[en] (ALT), але він не був призначений для виведення на орбіту. Спочатку було побудовано чотири повністю працездатних орбітальних кораблі: «Колумбія», «Челленджер», «Діскавері» та «Атлантіс». З них два були втрачені в результаті аварій під час польотів: у 1986 році сталася катастрофа шатла «Челленджер», а у 2003-му «Колумбія» загинула під час повернення з орбіти. Загалом загинуло 14 астронавтів. П'ятий діючий (і шостий загалом) орбітальний корабель «Індевор» був побудований у 1991 році на заміну «Челленджеру». Після STS-135, останнього польоту «Атлантіса», який відбувся 21 липня 2011 року в рамках програми «Спейс Шаттл», три вцілілі робочі кораблі були виведені з експлуатації, і аж до запуску місії Crew Dragon Demo-2 у травні 2020 року[16] США були змушені доставляти своїх астронавтів на МКС, купуючи місця на російських космічних кораблях «Союз».
Проєктування й розробка
Історичні передумови
Наприкінці 1930-х років німецький уряд розпочав проєкт Amerikabomber[en] — реалізацію ідеї Ойґена Зенґера та математикині Ірен Бредт, яка полягала у створенні крилатої ракети під назвою Silbervogel (нім. «срібний птах»)[17][18]. У 1950-х роках Повітряні сили США запропонували використовувати для виконання військових операцій, як-от розвідка, супутникові атаки та ураження зброєю класу «повітря — земля», багаторазовий пілотований планер.
Наприкінці 1950-х років Повітряні сили почали розробку частково багаторазового літака Boeing X-20 Dyna-Soar. Повітряні сили працювали над Dyna-Soar разом із з НАСА і в червні 1961 року розпочали підготовку шести пілотів. Через зростання вартості розробки і той факт, що пріоритетнішою вважалася програма «Джеміні», у грудні 1963 року програма розробки Dyna-Soar була скасована. На додаток до програми Dyna-Soar, у 1957 році Повітряні сили провели дослідження можливості багаторазового використання прискорювачів. Це стало основою для повітряно-космічного літака — повністю багаторазового космічного корабля, розробка якого який так і не просунулася далі початкової фази проєктування в 1962—1963 роках[19].
Починаючи з початку 1950-х років, НАСА і Повітряні сили США сумісно розробляли несні корпуси для випробування літаків, які створювали підіймальну силу фюзеляжем, а не крилами, і випробували літаки NASA M2-F1[en], Northrop M2-F2[en], Northrop M2-F3[en], Northrop HL-10[en], Martin Marietta X-24[en] та Martin Marietta X-24B. У рамках програми було протестовано їхні аеродинамічні характеристики. Згодом ці наробітки втілилися в конструкції космічного корабля «Спейс Шаттл», зокрема приземлення без двигунів з великої висоти і з високою швидкістю[20][21].
Процес проєктування
24 вересня 1966 року, коли проєктувальні роботи в рамках космічної програми «Аполлон» наближалися до завершення, НАСА і Повітряні сили опублікували спільне дослідження, у якому дійшли висновку, що для задоволення їхніх майбутніх потреб потрібен новий транспортний засіб і що найбільш економічно ефективним рішенням буде частково багаторазова система[14]. 10 серпня 1968 року керівник Управління пілотованих космічних польотів НАСА Джордж Мюллер[en] оприлюднив план створення шатла багаторазового використання[22]. 30 жовтня 1968 року НАСА опублікувало запит на пропозицію (RFP) щодо проєктування «об'єднаного апарата для запуску й посадки» (ILRV)[22][23]. Замість того, щоб віддавати весь контракт одному переможцю на основі початкових пропозицій, НАСА оголосило про поетапний підхід до укладання контрактів і розробки «космічного човна»:
- Фаза А — запит на дослідження, виконані конкуруючими аерокосмічними компаніями.
- Фаза В — змагання між двома підрядниками за конкретний контракт.
- Фаза С — проєктування деталей компонентів космічного човна.
- Фаза D — виробництво космічного човна[24][25].
Щоб визначити оптимальну конструкцію багаторазового космічного корабля, у грудні 1968 року НАСА створило Робочу групу з розробки космічного човна (Space Shuttle Task Group) і уклало контракти на проведення досліджень із компаніями General Dynamics, Lockheed, McDonnell Douglas і North American Rockwell. У липні 1969 року Робоча група з розробки космічних човнів опублікувала звіт, у якому зазначалося, що «Шаттл» буде здатен здійснювати короткочасні пілотовані місії та підтримувати роботу космічної станції, а також матиме можливості із запуску, обслуговування й повернення супутників. У звіті також було визначено три класи майбутніх багаторазових шатлів:
- Клас I являв собою багаторазовий орбітальний корабель, встановлений на одноразових прискорювачах.
- Клас II мав використовувати кілька одноразових ракетних двигунів і один бак із паливом (півтора ступеня).
- Клас III — багаторазовий орбітальний корабель із багаторазовим прискорювачем.
У вересні 1969 року Космічна цільова група під керівництвом віцепрезидента США Спіро Агню опублікувала звіт, у якому закликала розпочати розробку космічного човна для доставки людей і вантажів на низьку навколоземну орбіту (ННО), розгінного блока для переміщення між навколоземними й навколомісячними орбітами, а також багаторазового ядерного розгінного блоку для далеких космічних польотів[26][27].
Після оприлюднення звіту робочої групи з розробки багаторазових космічних кораблів чимало аерокосмічних інженерів віддали перевагу повністю багаторазовій конструкції Класу III з огляду передбачувану економію витрат на обладнання. Максим Фаже[en], інженер НАСА, який працював над розробкою капсули для космічної програми «Меркурій», запатентував проєкт двоступеневої повністю відновлюваної системи з прямокрилим орбітальним апаратом, встановлюваним на більшому прямокрилому прискорювачі[28][29]. Лабораторія динаміки польоту Повітряних сил (Air Force Flight Dynamics Laboratory) стверджувала, що прямокрила конструкція не витримає високих теплових та аеродинамічних навантажень під час входу в атмосферу і не забезпечить необхідної дальності польоту. Крім того, Повітряні сили вимагали більшої вантажопідйомності, ніж передбачала конструкція, запропонована Фаже. У січні 1971 року керівництво НАСА і Повітряні сили вирішили, що оптимальною конструкцією для «Спейс Шаттла» буде багаторазовий орбітальний корабель з дельтаподібним крилом, встановлений на одноразовий бак із паливом[30].
Визначивши потребу в багаторазовому космічному кораблі великої вантажопідйомності, НАСА і Повітряні сили сформулювали вимоги до конструкції для своїх відповідних служб. Повітряні сили планували запускати за допомогою «Спейс Шаттла» важкі супутники і тому вимагали, щоб він був здатний виводити 29 000 кг на низьку навколоземну орбіту, якщо запуск здійснюється в східному напрямку, або 18 000 кг — на полярну орбіту. Проєкти супутників вимагали також, щоб шатл мав відсік для корисного навантаження розміром 4,6 на 18 м. НАСА оцінило двигуни F-1 і J-2 ракет «Сатурн» і визначило, що вони не відповідають вимогам програми «Спейс Шаттл»; у липні 1971 року НАСА уклало з компанією Rocketdyne контракт на початок розробки двигуна RS-25[31].
НАСА розглянуло 29 потенційних конструкцій космічних човнів і вирішило, що слід зупинитися на конструкції з двома бічними прискорювачами, а самі прискорювачі повинні бути багаторазовими, щоб зменшити витрати. НАСА і Повітряні сили вирішили використовувати ракети-носії із твердопаливними ракетними двигунами, оскільки вони дешевші і їх легше переобладнати для повторного використання після приводнення в океані. У січні 1972 року президент Річард Ніксон схвалив проєкт «Спейс Шаттл», а в березні НАСА ухвалило рішення про його остаточну конструкцію. Відповідальність за розробку головного двигуна «Спейс Шаттл» (SSME) покладалася на компанію Rocketdyne. У квітні 1971 року оновлені специфікації SSME були представлені Rocketdyne, а в липні того ж року був опублікований контракт[32]. У серпні того ж року НАСА віддало контракт на будівництво орбітального корабля компанії North American Rockwell. У серпні 1973 року контракт на зовнішній бак отримала компанія Martin Marietta, а в листопаді контракт на твердопаливний прискорювач відійшов компанії Morton Thiokol[33].
Розвиток концепції
4 червня 1974 року компанія Rockwell розпочала будувати перший орбітальний корабель із номером OV-101, названий спершу «Конституція», але пізніше перейменований на «Ентерпрайз». Він призначався для випробувань і тому не мав двигунів і теплозахисту. Будівництво було завершено 17 вересня 1976 року, після чого «Ентерпрайз» перевезли на авіабазу Едвардс для випробувань[34].
Rockwell сконструювала Стенд для випробування основних двигунів шатлів[en] (MPTA-098), який являв собою структурну ферму, змонтовану на бічному прискорювачі з трьома приєднаними двигунами RS-25. У Національній лабораторії космічних технологій (NSTL) «Ентерпрайз» пройшов випробування, які мали підтвердити, що його двигуни здатні безпечно пройти всю процедуру запуску[35]. Щоб визначити вплив аеродинамічних і термічних навантажень під час запуску та входу в атмосферу, компанія Rockwell провела механічні й термічні перевірки на Стенді для випробування на міцність (STA-099)[35].
Початок розробки RS-25, багаторазового головного двигуна космічного шатла з дроселюванням, затримався на дев'ять місяців, упродовж яких компанія Pratt & Whitney оскаржувала контракт, виданий компанії Rocketdyne. Виробництво першого двигуна було завершено в березні 1975 року після роз'язання всіх проблем із його розробкою. Під час випробувань RS-25 зазнав численних відмов сопел, крім того, зламалися лопатки турбіни[en]. Попри проблеми під час випробувань, у травні 1978 року НАСА замовило дев'ять двигунів RS-25 для трьох орбітальних кораблів, що будувалися[36].
Значними затримками супроводжувалася розробка Системи теплового захисту космічних шатлів. У попередніх космічних кораблях НАСА використовувалися абляційні теплозахисні екрани, але вони не допускали повторного використання. НАСА вирішило використовувати для теплового захисту керамічні плитки: завдяки ним шатл можна було побудувати з легкого алюмінію, а плитки за потреби заміняти окремо. 27 березня 1975 року розпочалося будівництво «Колумбії», а 25 березня 1979 року шатл був доставлений у Космічний центр імені Кеннеді (KSC)[3]. На момент його прибуття залишалося встановити ще 6000 з 30 000 плиток. Однак багато з тих, встановлених раніше, довелося замінити; на це пішло ще два роки монтажу, перш ніж «Колумбія» змогла злетіти[25].
5 січня 1979 року НАСА ввело в експлуатацію другий орбітальний апарат. Пізніше того ж місяця компанія Rockwell почала перетворювати STA-099 на OV-099; пізніше цей шатл дістав назву «Челленджер». 29 січня 1979 року НАСА замовило ще два орбітальних апарати, OV-103 і OV-104, які дістали назви «Діскавері» та «Атлантіс». У лютому 1982 року почалося будівництво OV-105, пізніше названого «Індевор», але в 1983 році НАСА вирішило обмежити флот шатлів чотирма орбітальними кораблями. Однак у вересні 1987 року, після катастрофи «Челленджера», НАСА відновило виробництво «Індевора»[37].
Випробування
Після прибуття на авіабазу Едвардс «Ентерпрайз» пройшов льотні випробування на літаку-носії шаттлів — Boeing 747, спеціально переобладнаному для перевезення орбітальних кораблів. У лютому 1977 року «Ентерпрайз» розпочав випробування із заходження на посадку та приземлення[en] (ALT): він пройшов випробування без відділення, під час яких він залишався прикріпленим до літака впродовж усього польоту. 12 серпня 1977 року «Ентерпрайз» провів своє перше випробування в режимі планерування, під час якого відокремився від літака-носія і приземлився на авіабазі Едвардс[39]. 13 березня 1978 року, після чотирьох додаткових польотів, «Ентерпрайз» перевезли до Центру космічних польотів імені Маршалла (MSFC). «Ентерпрайз» пройшов вібровипробування в рамках наземного тесту на вертикальну вібрацію: шатл, прикріплений до зовнішнього бака і твердопаливних ракетних прискорювачів, піддали вібрації, яка імітувала навантаження під час запуску[40]. У квітні 1979 року «Ентерпрайз» доставили в Космічний центр імені Кеннеді (KSC), де до нього приєднали зовнішній бак і твердопаливні прискорювачі, і перемістили на стартовий майданчик LC-39. Після встановлення шатла на стартовому майданчику було здійснено перевірки правильності позиціонування обладнання стартового комплексу. У серпні 1979 року «Ентерпрайз» повернули до Каліфорнії, де використовували для побудови Стартового комплексу № 6 авіабази Повітряних сил Ванденберг[41].
24 листопада 1980 року «Колумбію» з'єднали із зовнішнім баком і твердопаливними прискорювачами, а 29 грудня — перемістили на стартовий майданчик LC-39[42]. Її перший політ, STS-1, став першим випадком, коли НАСА здійснила перший політ космічного корабля, який ще не літав у космос, був пілотованим[43][44]. 12 квітня 1981 року відбувся перший запуск космічного корабля «Спейс Шаттл», який пілотували Джон Янг і Роберт Кріппен. Під час дводенної місії вони протестували обладнання на борту шатла і виявили, що від верхньої частини «Колумбії» відпали кілька керамічних плиток[45]. НАСА у співпраці з Повітряними силами зробило супутникові фотографії нижньої частини «Колумбії» і визначило, що пошкоджень не було[46]. 14 квітня «Колумбія» увійшла в атмосферу і приземлилася на авіабазі Едвардс[47].
У 1981 і 1982 роках НАСА провело три додаткові випробувальні польоти «Колумбії». 4 липня 1982 року місія STS-4, пілотований Кеном Маттінглі та Генрі Гартсфілдом, приземлився на бетонну злітно-посадкову смугу на авіабазі Едвардс. Президент США Рональд Рейган і його дружина Ненсі зустріли екіпаж і виголосили промову. Після STS-4 НАСА оголосило, що Космічна транспортна система[en] (STS) введена в експлуатацію[48].
Конструктивні ідеї та їх реалізація
Спейс-шатл запускався у космос за допомогою ракет-носіїв, здійснював маневри на орбіті як космічний корабель і сідав як планер. Планувалося, що спейс-шатли будуть снувати, як човники, між навколоземною орбітою та Землею, доставляючи корисні вантажі в обох напрямках. Довжина спейс-шатла — 32, 2 м, розмах крил — 23,8 м.
Усього з 1975 по 1991 було побудовано п'ять шатлів:
- «Колумбія» (згорів в атмосфері Землі при посадці у 2003 році)
- «Челленджер» (вибухнув на старті у 1986 році)
- «Діскавері» (Знято з експлуатації у 2011 році)
- «Атлантіс» (Знято з експлуатації у 2011 році, на чому програму човників було закрито)
- «Індевор» (Знято з експлуатації у 2011 році)
8 липня 2011 року спейс шатл «Атлантіс» здійснив свій останній політ STS-135.
При розробці передбачалося, що кожен із шатлів матиме змогу до 100 разів стартувати в космос. На практиці ж вони використовувались значно рідше.
Загальні витрати на програму до 2006 року склали $160 млрд американських доларів. До 2010 року було виконано 131 запуск. Середні витрати на один політ — $1,3 млрд американських доларів.
На травень 2010 року найбільше польотів — 39 — здійснив шатл «Діскавері».
Підсумки
За 30 років експлуатації п'ять шатлів здійснили 135 польотів. Загалом всі шатли здійснили 21 152 витка навколо Землі і пролетіли 872,7 млн км (542 398 878 миль). На шатлах в космос було піднято 1,6 тис. тонн (3,5 млн фунтів) корисних вантажів. 355 астронавтів і космонавтів літали на шатлах в космос.
Цікаві факти
 Зовнішні відеофайли | |
|---|---|
 |
1. Як посадити «Спейс Шатл» … з космосу // Канал «Цікава наука» на YouTube, 9 жовтня 2020. |
- Перший старт шатла відбувся якраз в двадцяту річницю старту Гагаріна — 12 квітня 1981 року. Це був перший в історії світової космонавтики випадок польоту корабля нового типу відразу із екіпажем, без попередніх безпілотних запусків. Справа у тому, що шатл без людини на борту не міг приземлитися.
Див. також
_(19_April_2002).jpg)
Примітки
- Відповідно до §89 правопису української мови, подвоєні приголосні зберігаються у власних назвах, але не зберігаються у загальних назвах іншомовного походження.
Джерела
Посилання
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
