Space Shuttle
Z Wikipédie
Space Shuttle je americký pilotovaný kozmický raketoplán používaný na lety do vesmíru vládnou organizáciou NASA. Mal sa stať jednou zo súčastí projektovaného komplexného kozmického dopravného systému STS (Space Transportation System), ktorý však nebol realizovaný.
Raketoplán vyprojektovala a postavila päť plne prevádzkyschopných exemplárov firma Rockwell International, Space Systems Group (teraz Boeing North American), Palmdale, Kalifornia (USA). Lety sú riadené z riadiaceho strediska MCC (Mission Control Center) v Johnsonovom kozmickom stredisku (NASA Lyndon B. Johnson Space Center) v Houstone, Texas (USA) pre NASA Office of Space Flight, Washington, DC (USA).
| Raketoplány |
|---|
|
Obsah |
[upraviť] Popis raketoplánu
Kompletný raketoplán pri jeho štarte tvoria tri časti:
- Space Shuttle Solid Rocket Booster|dva pomocné štartovacie stupne SRB (Solid Rocket Boosters);
- Space Shuttle External Tank|odhadzovacia nádrž ET (External Tank);
- družicový stupeň (Orbiter), vybavený hlavnými motormi SSME (Space Shuttle Main Engines).
Celková dĺžka zostavy raketoplánu Space Shuttle pri vzlete je 56,14 m. Vzletová hmotnosť sa pri jednotlivých exemplároch a ich misiách líši a pohybuje sa približne okolo 2 050 ton. Pristávacia hmotnosť tiež kolíše a závisí najmä na množstve nákladu, dopravovaného naspäť na Zem; zvyčajne sa pohybuje od 90 do 115 ton.
[upraviť] Štartovacie stupne SRB
Štartovacie stupne a ich motory vyvinula a vyrába firma Thiokol (teraz Morton Thiokol, súčasť koncernu Alliant Techsystems, Inc.), Brigham City, Utah (USA).
Väčšia časť každého zo štartovacích stupňov SRB (Solid Rocket Booster) s dĺžkou 45,46 m, priemerom 3,8 m a vzletovou hmotnosťou 590 ton (prázdna hmotnosť 87 ton) tvorí raketový motor SRM (Solid Rocket Motor) spaľujúci tuhé pohonné látky (zmes tvorenú 12,04 % polybutadienakrylátu, 16,00 % práškového hliníka a 69,6 % chloristanu amónneho; ďalej potom 0,40 % oxidu železitého ako katalyzátora a 1,96 % epoxidového vytvrdzovača). Stavebne sa motory skladajú zo štyroch segmentov, ktoré sú zostavované dohromady až na kozmodróme. Horný segment obsahuje iniciačnú a zážihovú zložku, k spodnému je pripojená vychyľovateľná ablatívne chladená expanzná tryska. Doba činnosti motorov SRB, pevne daná množstvom pohonnej látky, je približne 120 sekúnd. Každý z motorov SRB v okamžiku vzletu raketoplánu vyvíja ťah 11,8 MN. Prierez stredového kanálu palivového zrna má tvar jedenásťcípej hviezdy; po ohorení cípov, zhruba v T +50 s po štarte, sa ťah motoru samovoľne znižuje.
Na povrchu spaľovacej komory SRM sú lineárne nálože, ktoré sú v prípade havárie raketoplánu počas štartu odpálené, spaľovaciu komoru rozpolia a tým ukončia činnosť motora, aby nedopadol na obývané miesta.
Nad horným segmentom je pod kužeľovým aerodynamickým krytom umiestená časť riadiacej elektroniky a padákový systém, umožňujúci bezpečné pristátie vypotrebovaných motorov na morskú hladinu. Ďalšia časť elektroniky je umiestnená v priestore okolo expanznej trysky, kde je tiež umiestnené turbočerpadlo hydrauliky na vychyľovanie trysky motora. V hornom a spodnom prístrojovom úseku sú tiež umiestnené vždy štvorice malých raketových motorov na rýchle oddelenie SRB od externej palivovej nádrže ET.
Stupne SRB sú z boku pripojené k externej nádrži ET prostredníctvom troch rúrkových konštrukcií, jednej v prednej a dvoch v zadnej časti SRB.
Po dokončení práce SRM vo výške 45 km sa výbušnými skrutkami oddelia spoje s nádržou ET a zapália sa dve štvorice pomocných raketových motorov, ktoré SRB vzdialia do bezpečnej vzdialenosti od raketoplánu. SRB zotrvačnosťou vystúpajú do výšky okolo 66 km. Potom sa voľným pádom vracajú na zem. Vo výške 4,8 km sa na povel barorelé odhodí predný aerodynamický kryt a vypustí sa výtažný a potom aj stabilizačný padák s priemerom 16,6 m. Vo výške 1,8 km sa odhodí stabilizačný padák a otvoria sa tri hlavné padáky, každý s priemerom 41,5 m. Tie zaistia pristátie SRB rýchlosťou 25 m/s, približne 260 km od miesta štartu. Vzduch vo vnútri spaľovacej komory zaistí, že sa nepotopia. Potom sú odvlečené záchrannými loďami do Port Canaveral a predané na demontáž a opätovné naplnenie tuhými pohonnými látkami. Predpokladá sa ich desaťnásobné opakované použitie.
SRB sa prevážajú železnične do firmy Thiokol do Utahu kvôli rozmerom demontované, a po naplnení a prevezení späť na Floridu sú znova zmontované. Práve zlyhanie tesnenia medzi jednotlivými segmentami bola príčina havárie raketoplánu Challenger.
[upraviť] Externá palivová nádrž ET
Externú palivovú nádrž ET vyvinula firma Martin Marietta (teraz Lockheed Martin) a vyrába sa v továrni Michoud Assembly Facility blízko New Orleans, LA (USA).
Nádrž ET je jedinou časťou raketoplánu, ktorá sa nedá opakovane použiť. Je valcovitého tvaru zo spodným sférickým dnom a zašpičateným vajcovitým predom. Jej celková dĺžka je 47,0 m a priemer 8,4 m. V skutočnosti sa skládá z dvoch oddelených nádrží. Spodná s objemom 1515 m3 nesie zásoby kvapalného vodíka (102 600 kg), predná s objemom 554 m3 zásoby kvapalného kyslíka (616 500 kg) pre motory SSME.
Bola vyrábaná v troch základných modifikáciách. Prvá z nich, použitá pri prvých siedmich štartoch raketoplánu, mala prázdnu hmotnosť približne 35 ton. Odľahčená verzia tejto nádrže je označovaná LWT (Lightweight Tank) s hmotnosťou približne 31 ton. Medzitým od roku 1998 bola pre lety k Medzinárodnej kozmickej stanici (ISS) používaná ešte viac odľahčená ET, označovaná skratkou SLWT (Super Lightweight Tank) s prázdnou hmotnosťou približne 30 ton.
Kyslíková nádrž je počas letu tlakovaná na prevádzkový tlak 240 až 250 kPa. K turbočerpadlám motorov SSME v družicovom stupni je kyslík dopravovaný rýchlosťou 1264 kg/s (tj. 1,1 m3/s) prívodným potrubím s vnútornou svetlosťou 380 mm. V potrubí sú umiestnené štyri senzory predčasného spotrebovania kyslíka pred dosiahnutím predpísanej rýchlosti. Vodíková nádrž je počas letu tlakovaná na prevádzkový tlak 22 až 230 kPa. K turbočerpadlám motorov SSME je vodík dopravovaný rýchlosťou 211 kg/s (tj. 3,0 m3/s) prívodným potrubím s vnútornou svetlosťou 430 mm. V spodnej časti vnútra nádrže sú umiestnené priečky, zabraňujúce pohybu kvapalného vodíka počas letu („špliechanie”), aby sa nenarušovala stabilita zostavy raketoplánu. Na týchto priečkach sú tiež umiestnené štyri senzory predčasného spotrebovania vodíka.
Kyslíková a vodíková nádrž sú spojené valcovou prechodovou časťou z hliníkových zliatin s oceľovými resp. titanovými výstuhami. Na hornom konci vodíkovej nádrže je z vonkajšej strany pripojená rúrková konštrukcia, ktorou sú nádrže pripútané k spodku družicového stupňa. Ďalšie dve konštrukcie prepájajúce ET s družicovým stupňom sú umiestnené pri spodnom okraji vodíkovej nádrže. V tomto priestore sú tiež ukončené prívodné potrubia kyslíka a vodíka a napojené na palivové rozvody v motorovom priestore družicového stupňa.
Povrch nádrže ET je pokrytý tepelnou izoláciou hrdzavo hnedej farby z penového polyuretánu plneného rozdrveným korkom, ktorá znižuje odparovanie pohonných látok pred štartom, čiastočne zabraňuje tvorbe námrazy na povrchu nádrže a chráni obsah nádrže pred aerodynamickým ohrevom počas vzletu atmosférou. Niektoré časti povrchu sú chránené proti aerodynamickému ohrevu ablačným materiálom. Pri prvých dvoch štartoch (STS-1 a STS-2) bol povrch izolácie chránený vrstvou bieleho náteru; nepoužitím náteru pri ďalších letoch raketoplánov bolo ušetrených zhruba 500 kg "mŕtvej" (neužitočnej) hmotnosti.
Odpadnutie väčšieho kusu tejto penovej izolácie a jeho náraz do nábežnej hrany krídla raketoplánu Columbia, ktorú poškodil, bol v závere misie STS-107 príčinou jeho havárie.
Približne 15 s po dosiahnutí suborbitálnej dráhy a vypnutí motorov SSME sa prívodné potrubie rozpojí a výbušnými skrutkami sa oddelí prepojovacia konštrukcia medzi ET a družicovým stupňom. Družicový stupeň sa manévrom motormi RCS odpúta do bezpečnej vzdialenosti. Odhodená nádrž ET pokračuje v lete po balistickej suborbitálnej dráhe a zaniká v atmosfére.
[upraviť] Družicový stupeň
Okrídlený družicový stupeň (orbiter) vyvinul hlavný dodávateľ celého raketoplánu. Je to najzložitejšia a najdôležitejšia časť celého raketoplánu a zároveň jediná časť, ktorá sa dostane do vesmíru a potom pristane. Ide o jednoplošník s deltovitými krídlami dvojakej šípovitosti s celkovou dĺžkou 37,24 m, výškou 17,25 m a rozpätím 23,79 m. Jeho prázdná hmotnosť je rôzna pri jednotlivých exemplároch (Columbia bola najťažšia) a pohybuje sa okolo 90 ton. Družicový stupeň má tri hlavné konštrukčné časti:
- predná časť — dvojpodlažná kabína pre posádku; (dĺžka 8,74 metra)
- stredná časť — trup s nákladovým priestorom; (dĺžka 18,28 metra)
- zadná časť — motorový priestor s motormi SSME. (dĺžka 5,48 metra)
Priestor pre posádku (7 osôb, v núdzových prípadoch až 10 osôb) má objem 71,5 m3 a v jeho priestoroch je atmosféra normálneho vzduchu s tlakom 1014 hPa. V jeho hornej časti sa nachádza letová paluba alebo pilotná paluba, vybavená 10 oknami, na ktorej sú sústredené prvky riadenia. Nachádza sa tu sedadlo veliteľa letu (vľavo) a pilota (vpravo). Za nimi sú demontovateľné kreslá pre ďalších členov posádky. Priamo za sedadlom veliteľa je v podlahe priechod na strednú, alebo obytnú palubu. Obytná paluba obsahuje bočný prielez pre nástup a výstup posádky a prielez do nákladového priestoru. Okrem toho je vybavená sanitárnym zariadením, záchodom, kuchynkou a miestami pre odpočinok. Za priečkou v prednej časti obytnej paluby je umiestnená väčšina riadiacej elektroniky vrátane piatich palubných počítačov. Pod podlahou obytnej paluby sa nachádza spodná, alebo technická paluba. Je tu klimatizačné zariadenie a systémy podpory života. Do tejto paluby nie je bežne prístup, posádka sa tam môže dostať iba po demontovaní podlahových panelov v obytnej palube.
Riadenie systémov raketoplánu zaisťuje päť hlavných palubných počítačov typu IBM AP-101S (pôvodne AP-101) s výkonom viac ako 1 milión operácií za sekundu a s operačnou pamäťou 256K 32bitových slov. Počas kritických fáz letu ako je vzlet a pristátie, sú štyri počítače prepojené a navzájom sa kontrolujú. Piaty, vybavený jednoduchším programovým vybavením, slúži ako záloha.
Navigačný systém využíva najmä tri inerciálne plošiny IMU (Inertial Measurement Units), ktoré zásobujú palubné počítače informáciami o aktuálnej orientácii družicového stupňa v priestore a o negravitačných zrýchleniach (napr. spôsobených prácou motorov). Na ich nastavovanie slúži automatické aj manuálne zameriavače hviezd. Negravitačné zrýchlenie meria aj ďalšia súprava štyroch lineárnych akcelerometrov. V priebehu stretávacích manévrov na stanovenie vzdialenosti družicového stupňa od cieľa a relatívnej rýchlosti sa používa palubný rádiolokátor. Pre navigáciu v závere pristátia slúži prijímač systému TACAN. V poslednom čase sa skúšobne používa navigačný systém GPS. Vlastná pilotáž letu zaisťuje prostredníctvom hlavných počítačov autopilot, ktorý môže tiež preberať príkazy pilotov z ručných ovládacích prvkov, umiestnených na letovej palube.
Komunikačný systém pracuje v pásmach Ku (15,25 až 17,25 GHz) a S (1,7 až 2,4 GHz). Väčšina spojení s riadiacim strediskom je sprostredkovaná cez družice systému TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System), umiestnených na geostacionárnej dráhe. V prvých približne 4 minútach letu môže systém pracujúci v pásme S komunikovať s pozemnou stanicou na kozmodróme priamo. Pre spojenie s Medzinárodnou kozmickou stanicou v jej blízkosti, alebo s členmi posádky, pracujúcimi v skafandroch vo voľnom priestore, sa používa systém pracujúci v pásme UKV (243 až 300 MHz). Tento systém slúži aj ako záložný pre spojenie s pozemnými stanicami.
V trupe s rozmermi 18,3 × 5,2 × 4,0 m je umiestnený nákladový priestor, uzavierateľný dvojkrídlovými dverami, na ktorých vnútornej strane sú radiátory klimatizačného systému. Tieto radiátory prostredníctvom glykolovej slučky odvádzajú z vnútra družicového stupňa odpadové teplo. Aby mohli správne fungovať, musia byť dvere do nákladového priestoru vo vesmíre otvorené. V trupe sa okrem iného nachádza diaľkový manipulátor RMS (Remote Manipulator System), nazývaný aj manipulačné rameno, tri palivové batérie s výkonom 3 × 7 kW (v maxime 3 × 12 kW) a štyri nádrže s kyslíkom a štyri nádrže s vodíkom potrebným pre ich prevádzku. Nachádza sa tu tiež všetok užitočný náklad. Môže to byť jedna alebo viac družíc, sondy, moduly pre vesmírnu stanicu (Mir, ISS), zásobovacie kontajnery, alebo vesmírne laboratórium. Starší typ vesmírneho laboratória je európsky Spacelab, od letu STS-57 až po let STS-107 sa používal novší Spacehab. Býva tu tiež inštalovaná prechodová komora slúžiaca na prechod do otvoreného priestoru.
Zadná časť orbitera sa nazýva motorová sekcia. Táto časť nesie tiež smerové kormidlo (smerovku). V zadnej časti sú umiestnené tri turbočerpadlá APU (Auxiliary Power Units) hydraulického systému na ovládanie motorov SSME a aerodynamických riadiacich plôch.
V motorovom priestore sa nachádzajú tri kyslíkovodíkové motory SSME (Space Shuttle Main Engines) s nominálnym ťahom 3 × 2,1 MN vo vákuu. Dodávku pohonných látok do spaľovacích komôr týchto motorov zaisťujú turbočerpadlá, pričom časť kvapalného vodíka je najskôr vedená stenami expanznej trysky, ktoré sú tak regeneratívne ochladzované. Všetky tri motory sú uložené výkyvne a ich vychyľovaním hydraulickými ovládačmi je riadený smer letu raketoplánu počas jeho vzletu na obežnú dráhu. Tieto motory sú používané len pri štarte. Po oddelení hlavnej nádrže ET už nie sú pripojené na nijaký prívod paliva a na obežnej dráhe nemajú nijakú funkciu.
Pod motorovým priestorom je umiestnený trupový elevón. Nad motorovým priestorom po stranách kýlovej plochy s kormidlami a aerodynamickou brzdou sú pripevnené dva moduly manévrovacích motorov OMS (Orbital Maneuvring System), každý s jedným motorom OMS s ťahom 26,7 kN, 12 riadiacimi motormi RCS (Reaction Control System) s ťahom 3,87 kN a dvoma vernierovými motormi s ťahom 111 N. Ako pohonné látky pre OMS a RCS slúžia monometylhydrazín a oxid dusičitý. Ďalší modul RCS so 14 motormi s ťahom 3,87 kN a dvoma motormi s ťahom 111 N je zabudovaný vpredu, pred priestorom pre posádku.
Konštrukcia trupu raketoplánu je vyrobená najmä z ľahkých hliníkových zliatin. Pre najviac mechanicky namáhané časti je použitá oceľ a titánové zliatiny.
Povrch raketoplánu je pokrytý systémom tepelnej ochrany TPS (Thermal Protection System), chrániacim trup raketoplánu pred aerodynamickým ohrevom počas zostupu do atmosféry Zeme. Najviac namáhané časti, tj. predok trupu a nábežná hrana krídla, sú chránené panelmi z uhlíkového laminátu, pokrytého glazúrou zo zmesi oxidu hlinitého, oxidu kremičitého a karbidu kremíku ako ochranu proti oxidácii. Spodok trupu a krídla sú pokryté dlaždicami z vysoko porézneho oxidu kremičitého, ktoré sú vyrobené z kremennej vaty, s čiernou glazúrou, zaisťujúcou vysokú emitivitu (spätné vyžarovanie) tepelného žiarenia. Horná časť krídla, boky trupu a boky kýlovej plochy sú pokryté podobnými kremennými dlaždicami, avšak s bielou glazúrou, zaisťujúcou vysokú reflektivitu (odrazivosť) tepelného žiarenia. Celkový počet dlaždíc je viac ako 30 tisíc. Ich hrúbka kolíše podľa prepokladaného tepelného zaťaženia jednotlivých miest trupu od 25 do 125 mm. Dlaždice nie sú lepené priamo na hliníkový trup, ale na pružnú podložku z Nomexovej plsti (vyrobenej z aramidu) a medzi jednotlivými dlaždicami je ponechaná dilatačná medzera, zaplnená pružnou upchávkou z keramickej tkaniny. Najmenej tepelne namáhaný vrch trupu (dvere nákladového priestoru) je pokrytý panelmi FRSI (Felt Reusable Surface Insulation) z Nomexovej plsti. Pred vyvezením raketoplánu na štartovaciu rampu je celý povrch družicového stupňa impregnovaný vodoodpudivým postrekom.
Pre pristátie je raketoplán vybavený vysúvacím podvozkom. Pre skrátenie dojazdu po pristátí je v spodnej časti kýlovej plochy zabudovaný brzdiaci páskový padák.
[upraviť] Nákres orbitera
- stabilizačné motory — reaktívny kontrolný systém
- podvozková šachta
- predný podvozok
- okienka
- pilotná paluba
- veliteľ letu
- druhý pilot
- hlavný vstupný prielez
- priechod na obytnú palubu
- dvere do nákladového priestoru
- nákladový priestor
- rameno na diaľkové ovládanie
- radiátory
- tri hlavné motory
- orbitálne manévrovacie motory
- stabilizačné a manévrovacie motory
- nádrže s palivom a okysličovadlom
- nádrže s héliom
- vertikálny stabilizátor (smerovka, kormidlo)
- vyklápacia časť smerovky
- krídlo
- elevóny
- zadný podvozok
- prípojka na pozemské zariadenie
Tepelná ochrana — špeciálne tvarované izolačné platničky priliehajúce na zakrivené plochy:
A. Zosilnená uhlíkovo-uhlíková izolácia RCC (teploty nad 1 260°C)
B. Keramické platničky (648–1 260°C)
C. Platničky z keramických vlákien (370–648°C)
D. Plsť (do 370°C)
[upraviť] História projektu
Program STS bol oficiálne zahájený 5. januára 1972, keď prezident Richard M. Nixon oznámil, že NASA bola poverená vyvinúť mnohonásobne použiteľný dopravný prostriedok pre lety zo Zeme na obežnú dráhu a späť. Okrem raketoplánu bolo v pláne vyvinúť tiež nadväzujúci systém medziorbitálnych ťahačov a prípadne aj prostriedkov pre kyvadlovú dopravu k Mesiacu a späť. Tieto nadväzujúce projekty, tvoriace komplex prostriedkov označovaných STS však nikdy neboli realizované.
Na základe požiadaviek ministerstva obrany USA boli v projekte urobené značné kompromisy oproti pôvodným návrhom NASA, ktoré predpokladali plne mnohonásobne použiteľný systém. Projekt sa v úvodnej fáze niekoľkokrát menil a konečná realizácia sa dostávala do sklzu najmä pre rozpočtové problémy.
Okrem niekoľkých funkčných overovacích modelov bol konečne postavený prvý letuschopný exemplár (výr. č. OV-101), ktorý však nebol vybavený ani tepelnou ochranou, ani kyslíkovodíkovými hlavnými motormi SSME a bol určený iba k letovým skúškam v zemskej atmosfére. Pôvodne mal byť pomenovaný Constitution (Ústava), ale na základe celonárodnej dopisovej kampane bol na nátlak fanúšikov televizneho seriálu Star Trek nakoniec pomenovaný Enterprise. Jeho slávnostné odovzdanie sa uskutočnila 17. septembra 1976 a v priebehu roku 1977 vykonal päť skúšobných kĺzavých letov v atmosfére.
Prvým exemplárom, určeným na let do vesmíru bol raketoplán Columbia (OV-102). Ten bol odovzdaný NASA 8. marca 1979 a 23. marca toho istého roku bol letecky na chrbte lietadla Boeing 747-SCA prepravený na Kennedyho vesmírne stredisko. Prvý let do vesmíru (STS-1) absolvoval v dňoch 12. až 14. apríl 1981 s dvojčlennou posádkou. Posledný let do vesmíru (STS-107 absolvoval v dňoch 16. januára až 1. februára 2003 so sedemčlennou posádkou; let však skončil haváriou, pri ktorej zahynuli všetci členovia posádky.
Ďalší exemplár Challenger (OV-099) bol prerobený z raketoplánu pôvodne určeného na lámacie skúšky a bol odovzdaný NASA 30. júna 1982. Na svoj prvý let odštartoval 4. apríla 1983. Zničený bol pri havárii počas štartu 28. januára 1986, pri ktorej zahynula celá sedemčlenná posádka.
Tretím exemplárom bol Discovery odovzdaný NASA 16. októbra 1983. Rovnako ako štvrtý raketoplán Atlantis, dokončený 6. apríla 1985, je doteraz v službe.
Piaty raketoplán pomenovaný Endeavour bol postavený ako náhrada za zničený Challenger. Do služby bol odovzdaný 25. apríla 1991.
Po havárii raketoplánu Columbia sa už nepočíta so stavbou náhradného exempláru. Boli odvolané všetky štarty raketoplánov s výnimkou letov k Medzinárodnej vesmírnej stanici (ISS). Obnovenie letov raketoplánov nazvané Return to flight bolo podmienené splnením množstva technických a organizačných zmien. Počas prvého letu raketoplánu Discovery (STS-114) v dňoch 26. júla až 9. augusta 2005 však došlo k opätovnému odpadávaniu tepelnej izolácie nádrže ET, čo viedlo k opätovnému prerušeniu letov raketoplánov. Opätovné obnovenie letov sa uskutočnilo až 4. júla 2006.
Z rozhodnutia vlády USA majú byť raketoplány Space Shuttle vyradené z prevádzky po dobudovaní ISS v roku 2010.
[upraviť] Prehľad vyrobených exemplárov
| Výr. č. | Názov | Poznámka |
|---|---|---|
| žiadne | Pathfinder | rozmerová maketa iba pre skúšky pozemných systémov |
| MPTA-ET | nádrž ET pre skúšky motorov SSME (Main Propulsion Test Article) | |
| MPTA-098 | iba motorový priestor pre skúšky motorov SSME | |
| STA-099 | určený pre lámacie skúšky (Structural Test Article), neskôr prestavaný na OV-099 | |
| OV-101 | Enterprise | určený iba na kĺzavé skušobné lety v atmosfére |
| OV-099 | Challenger | prestavaný z STA-099, zničený pri havárii 28. januára 1986 |
| OV-102 | Columbia | zničený pri havárii 1. februára 2003 |
| OV-103 | Discovery | prevádzkyschopný |
| OV-104 | Atlantis | prevádzkyschopný |
| OV-105 | Endeavour | prevádzkyschopný |
[upraviť] Ekonomika prevádzky
Pôvodné predpoklady, že po ekonomickej stránke bude prevádzka raketoplánov výhodná sa ukázala ako chybná. Už pred rokom 1985 sa náklady na vypustenie pohybovali od 71 po 74 milónov dolárov. Bolo známe že štarty boli dotované približne 16 miliónmi dolárov aby raketoplány mohli konkurovať v tom čase novej nosnej rakete Ariane. Po katastrofe raketoplánu Challenger sa náklady skokom vyšplhali až na 110 mil. USD a aj neskôr sa neúmerne zvyšovali.
Náklady v porovnaní s ďalšími nosčmi (údaje z roku 1997):
| Nosič | Cena nosiča (mil. USD) |
Nosná kapacita LEO/GEO (t) |
Cena za jednotku užitočnej hmotnosti LEO/GEO (USD/kg) |
|---|---|---|---|
| Delta-2 | 45-50 | 5 / 1,8 | 8800–9700 / 24200–27100 |
| Atlas-2 | 75-85 | 6,5 / 2,8 | 11200–12800 / 26490–30240 |
| Titan-4B | 200-400 | 21,6 / 8,6 | 9050–18320 / 23170–46350 |
| Ariane 5 | 120 | 17,9 / 6,7 | 6620 / 17660 |
| Proton | 50-70 | 20,8/5,4 | 2200–3310 / 9050–12580 |
| STS | 175-363 | 24,3 / 5,8 | 7060–14790 / 29580–61370 |
[upraviť] Priebeh typickej expedície
[upraviť] Pozemné prípravy
Družicový stupeň je po návrate z predchádzajúcej misie presunutý do jednej z troch montážnych hál OPF (Orbiter Processing Facility) na vyloženie nákladu a odstrojenie, v priebehu ktorého sa demontujú hlavné motory SSME a nahradia sa inými, ktoré medzitým prešli údržbou. Revíziou prechádzajú tiež moduly manévrovacích motorov OMS a RCS, ktoré sa niekedy tiež ako stavebný celok vymenia. Kontrolou prejde aj systém tepelnej ochrany TPS a je prípadne opravený a ošetrený. V OPF je do kabiny posádky a nákladového priestoru podľa potreby umiestnená časť užitočného nákladu.
V montážnej budove VAB (Vehicle Assembly Building) sa medzitým na pohyblivom vypúšťacom zariadení MLP (Mobile Launch Platform) z jednotlivých segmentov zostavia obidva štartovacie stupne SRB a potom sa k nim pripojí odhadzovacia nádrž ET. Po ukončení príprav družicového stupňa v OPF je tento prevezený do VAB, žeriavom zdvihnutý, otočený do vertikálnej polohy a pripojený k ET. Po dokončení základných previerok sa MLP so zostaveným kompletným raketoplánom prevezie pásovým transportérom na jednu z dvoch štartovacích rámp LC-39A alebo LC-39B (v súčasnosti už len na 39-A), kde sa MLP posadí a napojí na pozemné zariadenie (rozvody elektrickej energie, dátové komunikačné linky, rozvody dodávky stlačených plynov, prevádzkových kvapalín a pohonných látok). Na rampe prebehnú ďalšie skúšky zostavy, zavŕšené skušobným odpočítavaním štartu.
Na rampe sa tiež naloží zostávajúce užitočné zaťaženie.
Vlastné odpočítavanie štartu začíná zvyčajne tri dni pred očakávaným štartom za stavu T −43 hodín a obsahuje množstvo plánovaných prerušení, z ktorých posledné dve sú za stavu T −20 minút a T −9 minút. Približne 6 hodín pred štartom je do nádrže ET natankované palivo, dve hodiny pred štartom začína do stroja nastupovať posádka. Vlastný štart začína postupným zážihom hlavných motorov SSME začínajúc v čase T −6,6 sekundy. V T −0 sa zapália motory SRB a ich ťah pretrháva nity, ktorými je do tej doby raketoplán pripútaný k MLP.
[upraviť] Vzlet
Snímka: NASA
V momente štartu je ťah motorov SSME nastavený na najvyššiu možnú hodnotu (107 % nominálneho ťahu) a tiež motory SRM dávajú maximálny ťah. V čase T +10 s minie raketoplán najvyššie poschodie obslužnej veže a otáča sa pozdĺž pozdĺžnej osi tak, aby jeho vertikálna os (kolmá na rovinu krídla) ležala v rovine dráhy, do ktorej má byť navedený. Postupne sa tiež mení sklon, takže pôvodne vertikálne stúpanie sa plynule mení na dopredný let. Tento manéver sa uskutočňuje preto, aby sa nádrž ET nachádzala nad orbiterom a tým priveľmi nezaťažovala svoje spoje s orbiterom. V čase T +50 s sa znižuje ťah motorov SSME na 67 %, aby sa znížilo aerodynamické namáhanie počas zmeny režimu letu raketoplánu z podzvukového na nadzvukový. Maximálne aerodynamické namáhanie nastáva pri T +54 s. Približne v T +65 s sa opäť ťah motorov SSME zvyšuje na 100 až 104 % nominálneho ťahu.
V čase T +120 až 130 s dohoria motory SRM a štartovacie stupne SRB sa odhadzujú. Pokračujú v lete po balistickej dráze a neskôr na padákoch približne v T +410 s dopadajú do Atlantiku.
Družicový stupeň poháňaný motormi SSME pokračuje v lete. Približne v T +450 až +460 s, keď preťaženie dosiahne hodnotu 3g, začnú palubné počítače znižovať ťah motorov SSME tak, aby sa preťaženie ďalej nezvyšovalo. V určitom okamihu letu sa raketoplán otočí do polohy, v ktorej je nádrž ET pod orbiterom. Tento manéver sa nazýva roll to heads up a tým sa umožní komunikácia raketoplánu s riadiacim strediskom prostredníctvom spojovacej družice TDRS. Zároveň je umožnené ľahšie fotografovanie nádrže po jej odhodení. Pri prvých letoch sa tento manéver neprevádzal. Pri letoch na Medzinárodnú vesmírnu stanicu sa niekedy zažihnú aj motory OME, aby uľahčili stúpanie. Tesne pred dosiahnutím plánovanej rýchlosti sa skokom zníži ťah motorov SSME na 64 %. K vypnutiu motorov (MECO - Main Engine Cut Off) dochádza medzi T +500 až 510 s. O 20 s neskôr je odhodena nádrž ET, ktorá pokračuje po balistickej dráhe, zhorí v atmosfére a jej prípadné zvyšky približne v čase T +86,5 min po štarte dopadajú do oceánu.
[upraviť] Núdzové prerušenie štartu
Ak dôjde k výpadku jedného alebo viacerých motorov SSME počas vzletu alebo inej závažnej poruche na systémoch raketoplánu, je nutné vzlet raketoplánu núdzovo ukončiť. Časy, uvedené v ďalších odstavcoch sú pre prípad výpadku jedného motora; v prípade výpadku viacerých motorov alebo iných porúch, sa podstatným spôsobom líšia. Časové intervaly sa prekrývajú, niekedy je možné využiť viaceré alternatívne spôsoby.
[upraviť] Manéver RTLS (Return to Launch Site)
Ak sa tak stane v čase od T +0 do približne T +245 s, raketoplán pokračuje v doprednom lete do odhodenia štartovacích stupňov (ak k nemu už nedošlo) tak dlho, až kým sa nespotrebuje časť pohonných látok z nádrže ET. Potom sa družicový stupeň otočí, aby motory SSME najskôr vynulovali doprednú rýchlosť a naopak raketoplán urýchlili naspäť smerom k miestu štartu. Po vyčerpaní pohonných látok je ET odhodená a raketoplán pristáva na KSC.
[upraviť] Manéver TAL (Trans-Atlantic Landing)
Tento manéver sa používa v čase od približne T +150 s do T +275 s. V tomto prípade sa raketoplán uvedie do viac či menej strmo stúpajúceho letu, aby vyčerpal prebytočné pohonné látky a po odhodení ET družicový stupeň pristáva na záložnom letisku v západnej Európe alebo západnej Afrike (podľa sklonu plánovanej dráhy).
[upraviť] Manéver ATO (Abort to Orbit)
Pri tomto manévri, ktorý môže byť uskutočnený po T +260 s, je raketoplán navedený na bezpečnú obežnú dráhu okolo Zeme, avšak podstatne nižšej ako bola plánovaná a preto nie je možné splniť úlohy misie. Používa sa v prípade, že nehrozí bezprostredné nebezpečenstvo a raketoplán môže zotrvať na obežnej dráhe dlhšiu dobu a prípadne plniť náhradné úlohy.
[upraviť] Manéver AOA (Abort Once Around)
Tento manéver sa používa tiež po T +260 s a to v prípade, že buď nie je možné dosiahnuť bezpečnú stabilnú obežnú dráhu alebo hrozí nebezpečenstvo (napr. dehermetizácia obytných priestorov). Družicový stupeň je navedený na takú dráhu, z ktorej môže uskutočniť pristátie na území USA po necelom jednom obehu okolo Zeme.
[upraviť] Núdzové navedenie na obežnú dráhu
Ak dôjde k výpadku jedného motora SSME po T +305 s, výkon zostávajúcich motorov spolu so zásobami pohonných látok pre motory OMS je zvyčajne dostačujúci, aby družicový stupeň bol navedený na plánovanú obežnú dráhu a mohol tak splniť všetky alebo väčšinu stanovených úloh.
[upraviť] Operácie na obežnej dráhe
Pod odhodení ET pokračuje družicový stupeň v lete po suborbitálnej dráhe. Po dosiahnutí apogea tejto dráhy približne v čase T +40 minút sa zapoja obidva manévrovacie motory OMS, ktoré zvýšia rýchlosť raketoplánu tak, aby sa dostal na stabilnú východziu dráhu. Po prvotnej previerke systémov (cca 90 minút po štarte) sú otvorené dvere nákladového priestoru, aby mohli začať fungovať radiátory klimatizačného systému. Potom sú zvyčajne vypojené tri z piatich hlavných palubných počítačov, aby sa ušetrila elektrická energia.
Nasledujú operácie na obežnej dráhe, špecifikované úlohy podľa jednotlivých misií.
Deň pred návratom z obežnej dráhy sa uskutočňuje dôkladná kontrola všetkých systémov družicového stupňa vrátane skúšobného zážihu motorov OMS a RCS. V obytnej kabíne sú uložené resp. pripútané všetky predmety.
V deň návratu sú na obytnej palube nainštalované kreslá, posádka si oblečie ľahké skafandre a pripraví sa na zostup. Dvere do nákladového priestoru sú uzavreté a sú spustené čerpadlá hydrauliky APU.
[upraviť] Návrat na Zem
Družicový stupeň sa otočí proti smeru letu a zapojí motory OMS, ktoré znížia jeho rýchlosť o 85 až 110 m/s. Zážih motorov OMS sa oficiálne považuje za začiatok pristávacieho manévra. Tým sa pôvodná dráha zmení na eliptickú s perigeom pod hornou hranicou atmosféry. Po ukončení manévru sa raketoplán otočí do polohy pre vstup do atmosféry (predkom dopredu, pozdĺžnu os asi 30º nad horizont). V tejto polohe sa totiž opiera o zemskú atmosféru veľkou plochou, čo umožňuje aerodynamické brzdenie a zároveň tepelnému treniu vystavuje svoju spodnú, tepelne najlepšie chránenú stranu. Potom sa z dôvodu bezpečnosti z prednýmch motorov raketoplánu FRCS vypúšťajú prebytočné pohonné hmoty. Do atmosféry družicový stupeň vstupuje v referenčnej výške 121 km rýchlosťou asi 7,6 km/s asi 30 až 35 minút pred dosadnutím na pristávaciu dráhu a vo vzdialenosti viac ako 8 000 km od miesta pristátia.
Počas zostupu atmosférou družicový stupeň vďaka aerodynamickému odporu stráca rýchlosť, pričom jeho kinetická energia sa mení na tepelnú a okolitý vzduch sa v nárazovej vlne ohrieva na vysokú teplotu a ionizuje sa. Tepelná energia z nárazovej vlny sa v prvých fázach zostupu prenáša na povrch raketoplánu najmä žiarivým prenosom (radiačne), pričom povrch sa zahrieva na najexponovanejších miestach až na 1 500 ºC. V neskorších fázach zostupu, keď sa raketoplán pohybuje v hustejších vrstvách atmosféry a prúdenie okolo neho prechádza z laminárneho na turbulentné, sa pridáva aj prenos tepla vedením a nábežné hrany môžu byť vystavené teplotám až 1 800 ºC. Stabilitu lode v tejto fáze udržujú korekčné raketové motory, nakoľko je hustota atmosféry ešte príliš nízka na to, aby mohli byť použité aerodynamické prvky. So vzrastajúcim odporom vzduchu rastá aj preťaženie na palube raketoplánu.
_(19_April_2002).jpg/300px-NASA_Space_Shuttle_Atlantis_landing_(STS-110)_(19_April_2002).jpg)
Pre urýchlenie brzdenia raketoplán počas prvých 20 minút po vstupe do atmosféry vykoná dve striedavo pravotočivé a ľavotočivé zatáčky. Po znížení rýchlosti na 760 m/s vo výške okolo 25 km a vzdialenosti približne 100 km od miesta pristátia, začne raketoplán kontrolované aerodynamické brzdenie TAEM (Terminal Area Energy Management), aby do oblasti letiska priletel vo výške 9,5 km rýchlosťou okolo 240 m/s. Potom prejde do zatáčky HAC (Heading Alignment Circle) s polomerom 5 až 6 km, ktorá ho navedie rýchlosťou 150±6 m/s na zostupnú dráhu v osi pristávacej dráhy vo výške 3 km, 12,8 km od prahu dráhy asi jednu minútu pred dosadnutím.
Kĺzavý zostup prebieha veľmi strmo, pod uhlom 17º až 19º k horizonále (teda asi sedemkrát strmejšie, ako bežné dopravné lietadlo). Dvadsať sekúnd pred dosadnutím vo výške okolo 500 m je uhol klesania znížený na 1,5º a posádka vysúva podvozok. Záverečné podrovnanie vo výške 25 m zníži vertikálnu rýchlosť na menej ako 2,7 m/s. Družicový stupeň dosadá asi 65 m za prahom dráhy pristávacou rýchlosťou medzi 340 až 360 km/h (podľa hmotnosti nákladu) najskôr kolesami hlavného podvozku (pod krídlom), potom sa vypúšťa brzdiaci padák, ktorý pri prvých letoch nebol používaný. V súčasnosti väčšinou pristáva na Floride na pristávacej dráhe SLF Shuttle Landing Facility). Ďalšou možnosťou je Edwardsova letecká základňa v Kalifornii, v krajnom prípade aj základňa White Sands v Novom Mexiku, kde však raketoplán pristával len raz. Približne 20 až 30 s po prvom dotyku so zemou dosadnú aj pneumatiky predného podvozku a zhruba o minútu neskôr sa raketoplán zastaví. Po pristátí prebieha zabezpečenie raketoplánu. Pokiaľ stroj pristál v Kalifornii alebo v Novom Mexiku, na Floridu je premiestnený prostredníctvom špeciálneho lietadla Shuttle Carrier Aircraft. Potom sa vracia naspäť do hangáru OPF.
[upraviť] Štatistika letov (k 5. júlu 2007)
| Stroj | Dní | Obehov | Vzdialenosť (km) |
Vzletov | Najdlhší let (dní) |
Osôb | Výstupy do vesmíru |
Spojení so stanicami Mir / ISS |
Počet vypustených družíc a sond |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Columbia | 300,74 | 4 808 | 201 497 772 | 28 | 17,66 | 160 | 7 | 0 / 0 | 8 |
| Challenger | 62,41 | 995 | 41 527 416 | 10 | 8,23 | 60 | 6 | 0 / 0 | 10 |
| Discovery | 281,45 | 4 433 | 185 235 454 | 33 | 13,89 | 206 | 35 | 1 / 7 | 31 |
| Atlantis | 243,99 | 3 654 | 152 534 078 | 28 | 12,89 | 174 | 25 | 7 / 8 | 14 |
| Endeavour | 206,60 | 3 259 | 136 910 237 | 19 | 13,86 | 130 | 29 | 1 / 6 | 3 |
| Celkom | 1 095,19 | 17 149 | 717 704 957 | 117 | 17 66 | 813 | 101 | 9 / 20 | 66 |
[upraviť] Pôvod názvu
Prvé slovo názvu, space, je skrátením dvojslovného termínu outer space, teda vesmír; druhá časť shuttle v pôvodnom význame slova znamená článok tkáčskeho stavu alebo šijacieho stroja, teda súčiastku, vykonávajúcu nepretržitý pohyb tam a späť; v americkej angličtine je v prenesenom význame používaný na označenie dopravného prostriedku kyvadlovej prepravy (napr. vlak, autobus, loď a pod.). V spojení space shuttle teda znamená dopravný prostriedok pre kozmickú kyvadlovú prepravu.
[upraviť] Zdroje
- L+K 2,3/2005, Space Shuttle — ekonomická katastrofa technického zázraku
- Tomáš Přibyl: Den, kdy se nevrátila Columbia (JUNIOR, 2003)
[upraviť] Iné projekty
Commons ponúka multimediálne súbory na tému Space Shuttle
[upraviť] Externé odkazy
- Referenčná príručka (po anglicky)
- Aktuálny stav misií raketoplánu (po anglicky)
- Prehľad letov v encyklopédii SPACE-40 (po česky)
- STS v Malej evcyklopédii kozmonautiky (po česky)
