تبلیغات
پایگاه ستاره شناسی و فضا آسمان اصفهان - شاتل فضایی
تازه ترین خبرها و مقالات آسمان و فضا...
تاریخ : سه شنبه 3 اسفند 1389
نویسنده : سهند نوائی

شاتل فضایی، وسیله هوافضایی منحصر به‌ فردی است كه ایالات متحده برای ماموریت‌های فضایی سرنشین‌دار خود از آن استفاده می‌كند. بیش از دو دهه از عملیاتی شدن این سامانه می‌گذرد. این وسیله به نوعی نمادی از فناوری هوافضای آمریكاست. شاتل فضایی در طول عمر عملیاتی خود ركوردهای فضایی بی‌شماری را ثبت كرده است...
تصویر 1- شاتل فضایی در آستانه پرتاب از پایگاه

در طول حدوداً 20 سال گذشته، این سامانه فضایی عظیم و منحصر به‌فرد به نوعی یكی از نمادهای فناوری و حتی قدرت سیاسی ایالات متحده بوده است. شاتل فضایی حتی به نوعی در فرهنگ عامه مردم جهان نیز وارد شده است. كودكان سراسر جهان در رویاهای خود سوار شدن بر شاتل را تصور می‌كنند و بزرگترها در كنار عباراتی نظیر آپولو هوا كردن، از این نماد آمریكایی، به عنوان ضرب‌المثلی برای تشبیه كارهای بسیار سخت، پیچیده و غیرممكن استفاده می‌كنند. دیدن منظره پرتاب شاتل فضایی، همواره گردشگران زیادی را به اطراف [مركز فضایی كندی] یا كیپ كاناورال در ایالت فلوریدا می‌كشاند.

شاتل فضایی، یك سامانه حمل و نقل فضایی سرنشین‌دار، قابل بازگشت و قابل استفاده مجدد است. امروزه ایالات متحده از این وسیله برای حمل فضانوردان، ماهواره‌ها، ایستگاه‌های فضایی و مواد و تجهیزات مورد نیاز ایستگاه‌های فضایی استفاده می‌كند. «شاتل» در زبان انگلیسی به معنای رفت وآمدكننده است.

در طول حدوداً 20 سال گذشته، این سامانه فضایی عظیم و منحصر به‌فرد به نوعی یكی از نمادهای فناوری و حتی قدرت سیاسی ایالات متحده بوده است. شاتل فضایی حتی به نوعی در فرهنگ عامه مردم جهان نیز وارد شده است. كودكان سراسر جهان در رویاهای خود سوار شدن بر شاتل را تصور می‌كنند و بزرگترها در كنار عباراتی نظیر آپولو هوا كردن، از این نماد آمریكایی، به عنوان ضرب‌المثلی برای تشبیه كارهای بسیار سخت، پیچیده و غیرممكن استفاده می‌كنند. دیدن منظره پرتاب شاتل فضایی، همواره گردشگران زیادی را به اطراف [مركز فضایی كندی] یا كیپ كاناورال در ایالت فلوریدا می‌كشاند. ( تصاویر 1،‌ 2،‌ 3 و 4)
 
تصویر 1- شاتل فضایی در آستانه پرتاب از پایگاه
 
شاتل فضایی در حین پرتاب
تصویر 2- شاتل فضایی در حین پرتاب


اگرچه تاكنون ده‌ها بار شاتل فضایی به فضا پرتاب شده و بازگشته است، اما هنوز هر ماموریت جدید آن هیجان بسیار زیادی دارد كه حجم زیادی از اخبار علمی جهان را به خود اختصاص می‌دهد. در حال حاضر ماموریت‌های شاتل برای خدمات‌رسانی و تكمیل ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام می‌پذیرد. شاتل فضایی در طول عمر خود دو بار، یكبار در سال 1986 حین پرتاب و یكبار در سال 2003 حین بازگشت، دچار سانحه شد و در مجموع 14 فضانورد ناسا در ماوریت‌های شاتل جان خود را از دست دادند. همین مساله باعث شد تا ناسا در شاتل فضایی تغییرات زیادی را به وجود آورد. حتی در مواردی پیشنهاد شد كه شاتل فضایی از رده خارج شود.
 
شاتل فضایی در حین پرتاب
تصویر 3- شاتل فضایی در حین پرتاب
تصویر 4- شاهدان عینی پرتاب شاتل فضایی
 

روس‌ها اگرچه پیشگامان عرصه فضا بودند، اما هرگز ایده استفاده از یك وسیله قابل بازگشت و استفاده مجدد را نپذیرفتند و آن را اقتصادی و بهینه نمی‌دانستند. البته آنها هم یك وسیله قابل استفاده مجدد موسوم به [بوران] را تولید كردند كه بسیار شبیه به شاتل فضایی آمریكایی‌ها بود، اما هرگز به مرحله عملیاتی شدن نرسید. (تصویر 5)

شاتل فضایی به [سامانه حمل و نقل فضایی یا اِس‌تی‌اِس] نیز معروف است. این وسیله توسط سه شركت  بزرگ هوافضای آمریكا یعنی: [بوئینگ]، [لاكهیدمارتین] و [راكوِل اینترنشنال] طراحی، ساخته و خدمات‌رسانی شده و مالكیت و عملیات آن بر عهده سازمان دولتی ناسا است [1].
 
 
فضاپیمای بوران روسیه كه توسعه آن در سال 1993 متوقف شد
تصویر 5- فضاپیمای بوران روسیه كه توسعه آن در سال 1993 متوقف شد.

 
روند توسعه و تاریخچه‌ی شاتل فضایی

در اولین دهه از آغاز عصر فضا و حتی قبل از آن، طراحی و ساخت وسیله‌ای كه بتواند مانند هواپیما پرواز كرده، به فضا برود، بازگردد و مجدداً مورد استفاده قرار گیرد ذهن بسیاری از متخصصان را به خود مشغول كرده بود [2]. ایده به نظر خیلی ساده می‌آمد و عمده مزیت این طرح، كاهش چشمگیر هزینه‌ها بود [2]. مسلماً استفاده مجدد از یك وسیله می‌تواند به كم كردن هزینه‌ها بیانجامد. در دهه 60، مطالعات اولیه بر روی این ایده، ناسا را به این نتیجه رساند كه طرح باید حول یك وسیله شبیه هواپیما با [بدنه برآزا] دنبال شود [2] (تصویر 6). پس از تكمیل طرح اولیه، [ریچارد نیكسون]، رئیس جمهور وقت ایالات متحده، در پنجم ژانویه 1972 با امضای سندی، رسماً موافقت خود را با آغاز این پروژه ملی اعلام كرد [3].
 
 
مدل شاتل در تونل باد
تصویر 6- مدل شاتل در تونل باد

طراحان و مهندسان در طراحی مفهومی این پروژه به این نتیجه رسیدند كه قسمت رفت و برگشتی این سامانه (یا همان شاتل در تصور عموم) باید شبیه هواپیمایی با بال دلتا و بدنه نسبتاً پهن باشد كه قابلیت حمل فضانورد و انواع محموله‌ها و همچنین پهلوگیری در فضا را داشته باشد [2]. همچنین دو موتور راكتی پیشران جامد باید به عنوان بوستر در اولین مرحله پرتاب جهت تامین بیشتر نیروی پیشران ایفای نقش كنند. این دو موتور پس از خاموشی و سقوط در دریا قابل استفاده مجدد خواهند بود. تنها قسمت یكبار مصرف این سامانه، تانك پیشران مایع بزرگی است كه وظیفه تأمین سوخت و اكسیدكننده مایع را برای موتورهای راكتی شاتل در مراحل بالایی پرواز بر عهده دارد [2].

شركت راكول اینترنشنال كه در آن زمان [شركت راكول آمریكای شمالی] نام داشت، طی قراردادی شش ساله، به عنوان پیمانكار اصلی برای ساخت بخش مدارگرد بازگشتی انتخاب شد. ساخت موتور پیشران مایع اصلی نیز كه در قسمت عقب همین مدارگرد تعبیه می‌شد به یكی از زیرمجموعه‌های همین شركت، [راكت‌داین]، واگذار شد. ساخت بوسترهای پیشران جامد نیز به طور مشترك  به شركت‌های [تیوكول كِمیكال]، [مك‌دانل داگلاس] و [یونایتد اسپیس بوسترز] واگذار  شد. تیوكول طراحی و ساخت پیشران جامد را بر عهده داشت، مك‌دانل داگلاس موظف به توسعه سازه بوسترها بود و تست و مونتاژ هم بر عهده یونایتد اسپیس بود [3].

اولین پرواز آزمایشی شاتل فضایی، كه [انترپرایز] نام داشت، بر دوش یك هواپیمای بهینه‌سازی شده بوئینگ747، در اوت 1977 و در [مركز پروازهای فضایی مارشال] انجام پذیرفت. شاتل در ارتفاع 23000 پایی زمین (حدود 7 كیلومتری) از هواپیمای بوئینگ رها شد و با موفقیت در باند مركز فرود آمد. دیگر آزمایش‌های پروازی نیز در همین مركز پیگیری شد [2] (تصویر 7).
 
 تصویر 7- شاتل انترپرایز بر دوش هواپیمای 747 ناسا
 
[شاتل فضایی كلمبیا] اولین پرواز فضایی آزمایشی این سامانه  را در 12 آوریل 1981، درست 20 سال بعد از سفر یوری گاگارین به فضا، به نمایش گذاشت. این پرواز 54 ساعته كاملاً موفقیت‌آمیز، حامل دو فضانورد به نام‌های [جان یانگ] و [رابرت كریپن] بود ( تصاویر 8 و 9). این پرواز كه به اُاِف‌تی1 مشهور بود، اولین پرواز فضایی بشر بود كه طی آن فضاپیما به زمین بازمی‌گشت و مانند یك هواپیما بر روی باند می‌نشست [2].
 
اولین سرنشینان شاتل: جان یانگ و رابرت كریپن
تصویر 8- اولین سرنشینان شاتل: جان یانگ و رابرت كریپن
جان یانگ و رابرت كریپن در كابین شاتل
تصویر 9- جان یانگ و رابرت كریپن در كابین شاتل

ناسا هر پرواز فضایی شاتل را با یك كد نشان می‌دهد. در چهار ماموریت اول از اختصار [اُاِف‌تی] به معنای آزمایش پرواز مداری استفاده می‌شد. بعداً با نامگذاری این وسیله با عنوان سامانه حمل و نقل فضایی، از اختصار اس‌تی‌اس به جای اُاِف‌تی استفاده می‌شد [2]. این روش كدگذاری تا سال 1983 (اس‌تی‌اس9) ادامه داشت. از آن به بعد، كد مشخصه هر عملیات فضایی شاتل یك اختصار سه مولفه‌ای بود. اولین مولفه عددی بود كه به سال پرتاب اشاره داشت. دومین مولفه پایگاه فضایی مورد استفاده در پرتاب را نشان می‌داد (عدد 1 برای پایگاه كیپ كاناورال و 2 برای پایگاه [واندنبرگ]) و مولفه سوم كه یك حرف الفبای انگلیسی بود، بیانگر چندمین پرتابی بود كه در آن سال و از آن پایگاه انجام می‌شد. به عنوان نمونه، 41-B، یعنی دومین پرتاب (B) از پایگاه فضایی كیپ كاناورال (1)، در سال 1984 (4) [2]. البته باید توجه داشت كه هنوز هم در بسیاری از مراجع كدگذاری اس‌تی‌اس رایج است.

پرواز اس‌تی‌اس4 در ژوئن 1982، آخرین پرواز فضایی آزمایشی شاتل بود كه با موفقیت انجام شد. شاتل در این پرواز برای اولین بار یك محموله نظامی را حمل می‌كرد. البته این پرواز محموله‌های آزمایشی دیگری هم داشت. صحت عملكرد بسیار عالی و بیش از حد انتظار [بازوی جایگذاری از دور] كه توسط كانادایی‌ها ساخته شده بود نیز در همین پرواز به اثبات رسید [2]. این بازو كه 16 متر طول و 38 سانتی‌متر قطر دارد، می‌تواند قطعات فضایی به جرم حداكثر 30 تن را در فضا گرفته و جابجا نماید [4].

اس‌تی‌اس5 اولین پرواز عملیاتی این سامانه فضایی بود كه در 11 نوامبر 1982 و توسط شاتل كلمبیا انجام شد. این پرواز دو مشتری تجاری داشت: شركت [تلستات] و [ستلایت بیزینس سیستمز] كه خواهان پرتاب ماهواره‌های مخابراتی‌شان به مدار انتقالی زمین‌ثابت از طریق شاتل فضایی بودند. در این پرواز برای اولین بار چهار فضانورد داخل یك فضاپیما راهی فضا شدند [2].
 
سالی راید، اولین زن فضانورد امریكایی در شاتل 
تصویر 10- سالی راید، اولین زن فضانورد امریكایی در شاتل

 
شاتل فضایی بسیار خوب عمل می‌كرد و به مظهری از قدرت فناوری تبدیل شده بود. در هر پرواز شاتل، ركوردهای تازه‌ای ثبت می‌شد. اولین زن فضانورد آمریكایی، [سالی راید] و اولین سیاه‌پوست فضانورد، [گویون بلوفورد]، با شاتل به فضا رفتند ( تصاویر 10 و 11).
 
شاتل برای اولین بار ماهواره‌هایی را در مدار تعمیر كرد و حتی برخی از آنها را برای تعمیرات اساسی و استفاده مجدد به زمین آورد.
تعمیرات تلسكوپ فضایی هابل، یكی از ماموریت‌های معمول شاتل فضایی است [2].
 
ناسا در یك همكاری بین‌المللی با آژانس فضایی اروپا، آزمایشگاه علمی-تحقیقاتی فضایی [اسپیس لب] را در 1983 و طی پرواز اس‌تی‌اس9، در داخل شاتل به فضا برد (تصویر 12).
 
گویون بلوفورد، اولین سیاه‌پوست فضانورد در شاتل
تصویر 11- گویون بلوفورد، اولین سیاه‌پوست فضانورد در شاتل
 
ایستگاه فضایی اسپیس‌لب در داخل شاتل فضایی
تصویر 12- ایستگاه فضایی اسپیس‌لب در داخل شاتل فضایی
 
ناسا تا تابستان 1984 سه شاتل فضایی عملیاتی به نام‌های كلمبیا، [چلنجر] و [دیسكاوری] در اختیار داشت. پیش از این، شاتل انترپرایز كه تنها به عنوان نمونه آزمایشی و بدون موتورهای موشكی و سپر كامل حرارتی ساخته شد، بعد از آزمایش‌های پروازی زیرمداری بازنشسته شده بود. بعدها شاتل [آتلانتیس] و [اندیور] (برای جایگزینی شاتل از دست رفته چلنجر) هم به این مجموعه اضافه شدند. تا سال 1986، این وسیله 24 پرواز موفقیت آمیز را در كارنامه خود ثبت كرد و طی آنها توانست فضانوردانی از آلمان غربی، كانادا، فرانسه، عربستان‌سعودی، هلند و مكزیك را نیز به فضا ببرد. عمده ماموریت شاتل در چهار سال اول عملیاتی شدن، خدمات‌رسانی به ماهواره‌های موجود در مدار و آماده پرتاب بود [2].
 
ناسا با سرعت هرچه تمام‌تر به پروازهای شاتل ادامه می‌داد تا اینكه در 28 ژانویه 1986، وقوع یك فاجعه، جهان را شوكه كرد. شاتل فضایی چلنجر در پرواز 51-L، درست 73 ثانیه پس از پرتاب و در حالی كه حدود 9 مایل در جهت عمودی و 7 مایل در جهت افق به پیش رفته بود، ناگهان در هوا منفجر شد و هر 7 فضانورد آن كشته شدند (تصاویر 13 و  14). علت این حادثه چند ماه بعد معلوم شد: به وجود آمدن نقص در یكی از عایق‌های حرارتی یكی از بوسترهای پیشران جامد. ناسا بعد از این سانحه كلیه عملیات‌های فضایی سرنشین‌دار خود را به مدت دو سال تعطیل كرد [2].
  
حادثه انفجار شاتل چلنجر
تصویر 13- حادثه انفجار شاتل چلنجر
  
تصویر 14- فضانوردان كشته‌شده در سانحه چلنجر
  
مدیران و مهندسان ناسا به تجدید نظر و بازنگری شاتل پرداختند و بسیاری از طراحی‌ها و نقشه‌ها را عوض كردند. انتقادات بسیار فراوانی به این وسیله و نحوه اداره عملیات آن وارد شد ( به‌وی‍ژه به نحوه عملیات شاتل چلنجر كه با چهار بار به تاخیر افتادن پرتاب، روزهای متمادی بر روی سكوی پرتاب ماند) اما اراده ایالات متحده به ادامه كار این وسیله بعد از رفع نقایص استوار بود. از طرفی ایالات متحده قراردادی را برای ایجاد یك ایستگاه فضایی عظیم امضا كرده بود كه وجود شاتل می‌توانست كمك زیادی به انجام آن بكند. سرانجام در 29 سپتامبر 1988، شاتل دیسكاوری پروازی را با موفقیت به انجام رساند و این وسیله دوباره به عملیات بازگشت، اما این‌بار نه برای خدمات‌رسانی به ماهواره‌ها، بلكه برای ایفای نقش در پیشبرد پروژه ایستگاه فضایی بین‌المللی [3] (تصویر 15).
 
  شاتل فضایی در حال نزدیك شدن به ایستگاه فضایی بین‌المللی
تصویر 15- شاتل فضایی در حال نزدیك شدن به ایستگاه فضایی بین‌المللی
 
 
در سال 2003 حادثه دیگری، این‌بار به هنگام بازگشت شاتل كلمبیا به جوّ زمین، فاجعه دیگری را رقم زد كه این مساله نیز به تعطیلی موقت فعالیت‌های فضایی سرنشین‌دار ناسا انجامید، اما دو سال بعد با انجام تصحیحات و بازنگری، ماموریت‌های شاتل از سر گرفته شد و تا به امروز ادامه دارد. حادثه دوم شاتل شبهات جدی را در مورد ایمنی این سامانه مطرح كرد و حتی بازنشستگی شاتل فضایی هم به صورت جدی مطرح شد (تصاویر 16 و 17).
 
حادثه انفجار شاتل كلمبیا
تصویر 16- حادثه انفجار شاتل كلمبیا
 
فضانوردان كشته‌شده در سانحه كلمبیا 
تصویر 17- فضانوردان كشته‌شده در سانحه كلمبیا
 
شاتل بیشتر از هر پرتابگر دیگری پرواز کرده و از 1981 تا اواخر سال 2007 بیش از 120 ماموریت را با موفقیت به انجام رسانده و با اینکه بیش از 20 سال از شروع کار آن می‌گذرد، به طور مداوم در حال تکامل و بهبود بوده است. ناسا تغییرات کلی و جزیی زیادی در قسمت‌های مختلف شاتل ایجاد کرده تا آن را ایمن‌تر، توانمندتر و قابل اعتمادتر کند. گفته می‌شود که ناسا با انجام این تغییرات توانسته است پروازها را نسبت به سال 1992 حدوداً سه مرتبه ایمن‌تر کند و مشکلات پروازی نیز بیش از 70 درصد کاهش پیدا کرده است [1]. ناسا در سال 2004 رسماً اعلام كرد كه قصد دارد تا سال 2010 شاتل فضایی را بازنشسته كرده و وسیله فضایی سرنشین‌دار بازگشت‌پذیری تحت عنوان [اوریون] را برای سفر به ماه و مریخ جایگزین آن نماید.
 
 

مشخصات شاتل فضایی

همان‌طور كه پیشتر نیز اشاره شد، شاتل فضایی یا سامانه حمل و نقل فضایی از سه قسمت اصلی تشكیل شده است:

  • [وسیله مدارگرد (اُوی)] (بخش اصلی)
  • [بوسترهای پیشران جامد (اس‌آربی)] (موتورهای راكتی جامد)
  • [مخزن پیشران خارجی (ئی‌تی)] (مخزن خارجی)

مدارگرد، كه گاهی به تنهایی شاتل فضایی خوانده می شود، همان وسیله هواپیماشكلی است كه به زمین بازمی‌گردد و فرود می‌آید. بوسترهای پیشران جامد پس از فاز اولیه پرتاب جدا شده و در دریا سقوط می‌كنند تا دوباره مورد استفاده قرار گیرند. مخزن پیشران خارجی هم كه معمولاً در تصاویر با رنگ نارنجی مشخص است، پس از فاز نهایی پرتاب از مدارگرد جدا شده و در جو متلاشی می‌شود. شاتل فضایی قادر است تا محموله 24400 كیلوگرمی را تا مدار 204 كیلومتری حمل كند. اگر محموله برای ایستگاه فضایی بین‌المللی باشد كه در ارتفاع حدود 400 كیلومتری قرار دارد، این قابلیت حمل به 12500 كیلوگرم كاهش می‌یابد [5]. برای مدار انتقالی زمین‌ثابت، قابلیت حمل محموله به 3810 كیلوگرم می‌رسد [1]. این آمار برای شاتل‌های بعد از سانحه چلنجرارائه شده است. تا قبل از چلنجر، قابلیت حمل محموله حدود 15 درصد بیشتر بود كه بعد از آن در جهت افزایش ایمنی عملیات‌ها این قابلیت حمل كاهش یافت [5]. البته مدارگردهای مختلف به لحاظ وزنی مقدار اندكی با هم متفاوتند كه این مساله می‌تواند روی قابلیت حمل محموله موثر باشد. همچنین در طول بیش از دو دهه برنامه شاتل فضایی، وزن قسمت‌هایی از این وسیله مانند مخزن خارجی نیز چند بار كم شده است، كه این مساله هم بر روی توانایی شاتل در حمل محموله موثر بوده است.

 در ادامه، مشخصات و توضیحاتی پیرامون هر یك از بخش‌های شاتل ارائه می‌شود:
 

 
مدارگرد شاتل
 
وظیفه اصلی مدارگرد حمل فضانوردان و محموله‌ها به فضا و بازگرداندن آنها به زمین است. این بخش شاتل شبیه به یك هواپیما با دو بال دلتا و دمی عمودی است. مدارگرد به هنگام بازگشت به زمین درست مانند یك هواسُر عمل می‌كند و بدون هیچ‌گونه نیروی پیشران بر روی باند فرود می‌آید. (تصاویر 18 و 19)
 
 
 مدارگرد در حال تقرب به باند فرود
تصویر 18- مدارگرد در حال تقرب به باند فرود
 
مدارگرد در لحظه فرود روی باند 
تصویر 19- مدارگرد در لحظه فرود روی باند
 
 نمایی از داخل كابین مدارگرد
تصویر 20- نمایی از داخل كابین مدارگرد
 
نمای بیرونی كابین مدارگرد كلمبیا 
تصویر 21- نمای بیرونی كابین مدارگرد كلمبیا
 

مدارگرد از سه قسمت اصلی تشكیل شده است. در قسمت جلویی آن كابین كنترل و محل استقرار فضانوردان قرار دارد (تصاویر 20 و 21).

قسمت میانی مدارگرد با دارا بودن فضایی خالی با طول زیاد، بستری برای حمل محموله‌ها است (تصاویر 22 و 23).

در قسمت عقبی شاتل نیز سه موتور پیشران مایع قرار دارند كه در هنگام پرتاب از مخزن سوخت خارجی تغذیه شده و بخشی از نیروی رانش مرحله اول و تمام نیروی مرحله دوم پرتاب را تامین می‌كنند (تصاویر 24 و 25).

هر یك از این موتورها، نیروی رانشی معادل 1/2 میلیون نیوتن در خلاء و 67/1 میلیون نیوتن را در سطح دریا تامین می‌كنند. نسبت سوخت (هیدروژن مایع) به اكسیدكننده (اكسیژن مایع) در آنها 6 به 1 است.

بخش میانی مدارگرد

تصویر 22- بخش میانی مدارگرد

نمای داخلی قسمت میانی مدارگرد

تصویر 23- نمای داخلی قسمت میانی مدارگرد

 

سه راكت انتهای شاتل فضایی

تصویر 24- سه راكت انتهای شاتل فضایی

 

نمای موتورهای راكتی شاتل فضایی

تصویر 25- نمای موتورهای راكتی شاتل فضایی

ناسا در پروژه شاتل فضایی، هفت فروند مدارگرد را تولید كرده است [6]. از این 7 فروند، یك مدل غیرپروازی و یك فروند غیرعملیاتی بودند و پنج فروند، ناوگان شاتل را تشكیل می‌دادند كه تنها سه فروند از آنها باقی مانده است:
  • شاتل فضایی [پت‌فایندر][اُوی098] (فقط یك مدل غیرپروازی)
  • شاتل فضایی چلنجر - اُوی099 یا اس‌تی‌اِی099
  • شاتل فضایی انترپرایز – اُوی101 (فقط برای آزمایش‌های زیرمداری)
  • شاتل فضایی كلمبیا - اُوی102
  • شاتل فضایی دیسكاوری - اُوی103
  • شاتل فضایی آتلانتیس - اُوی104
  • شاتل فضایی اندیور - اُوی105
تمام مدارگردها دارای ابعاد كاملاً یكسانی هستند و تنها از نظر برخی ویژگی‌های سامانه‌ای با هم تفاوت دارند. مدل‌های جدیدتر به لحاظ سازه‌ای سبك‌تر شده‌اند و بنابراین قابلیت حمل سامانه و محموله آنها افزایش پیدا كرده است (تصویر 26). همین تفاوت‌ها باعث می‌شود تا به لحاظ قابلیت ماموریت نیز تفاوت‌هایی داشته باشند. هر مدارگرد برای حمل 4 الی 7 فضانورد (كه دو نفر آنها حتماً خلبان هستند) طراحی شده است. گرچه ماموریت با 8 فضانورد نیز تجربه شده است. مدارگردها قادر هستند در موارد اضطراری تا 11 نفر را نیز با خود به زمین بازگردانند [1].
 
اجزای سازه‌ای و سامانه‌ای مدارگرد
تصویر 26- اجزای سازه‌ای و سامانه‌ای مدارگرد
 
هر مدارگرد دارای سامانه‌ای موسوم به [مانور مداری] است كه برای مانورهای مداری آن در فضا طراحی شده است. این سامانه كه در قسمت عقب (كنار دم) مدارگرد تعبیه شده، از دو موتور پیشران مایع هر یك با نیروی رانش 26700 نیوتن تشكیل شده است. در كنار این سامانه مداری، [سامانه كنترل عكس‌العملی] شامل 24 پیشرانه 3870 نیوتنی وچهار موتور ورنیه نیز بكار گرفته شده است. علاوه بر همه اینها، 14 پیشرانه فضایی ودو موتور ورنیه نیز در قسمت دماغه شاتل وجود دارند. همه این پیشرانه‌ها از پیشران مایع مونومتیل هیدرازین و تترا اكسید نیتروژن استفاده می‌كنند. سازه مدارگرد بیشتر از آلومینیوم ساخته شده است اما سازه‌های پشتیبان موتورهای راكتی آن بیشتر از آلیاژ تیتانیوم است [4].
 
بازوی رباتی یا جایگذاری از راه دور نیز كه قبلاً توضیح داده شد، یكی از ‌سامانه‌های جانبی مهم مدارگرد است كه در طول بستر بار آن قراردارد (تصویر 27).
 
بازوی رباتی جایگذاری از راه دور شاتل فضایی
تصویر 27- بازوی رباتی جایگذاری از راه دور شاتل فضایی
 

یكی از مهم‌ترین و حساس‌ترین بخش‌های مدارگرد، كاشی‌های عایق حرارتی هستند كه در زیر بدنه، بال و دماغه شاتل به‌صورت سرتاسری نصب می‌شوند تا در هنگام ورود مجدد مدارگرد به زمین جلوی نفوذ حرارت چندین هزار درجه‌ای را به شاتل بگیرند. سانحه دوم شاتل فضایی به خاطر نقص به وجود آمده در یكی از همین عایق‌ها بود. (تصاویر 28 و 29)

طول دهانه بال مدارگرد 79/23 متر و طول بدنه آن 24/37 متر است. جنس سازه اصلی تشكیل دهنده مدارگرد عمدتا از آلومینیوم است اما سازه پشتیبان سامانه پیشرانش آن از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده است [4].
 
كاشی‌های حرارتی زیر مدارگرد
تصویر 28- كاشی‌های حرارتی زیر مدارگرد
 
 كاشی‌های حرارتی دماغه و بخش زیرین مدارگرد
تصویر 29- كاشی‌های حرارتی دماغه و بخش زیرین مدارگرد
 
 

بوسترهای پیشران جامد (موتورهای راکتی جامد)

دو بوستر پیشران جامد شاتل فضایی به رنگ سفید بوده و در طرفین مخزن خارجی نصب می‌شوند. این دو بوستر نقش اصلی را در مرحله اول پرتاب شاتل فضایی بر عهده دارند. بوسترها پس از حدود 2 دقیقه و در ارتفاع حدود 45700 متری (150000 پایی) از سامانه جدا می‌شوند و وسیله به كمك چتر در اقیانوس سقوط می‌كنند و سپس به وسیله یدك‌كش‌های مخصوصی از آب گرفته شده و جهت بازیافت و استفاده مجدد مورد استفاده قرار می‌گیرند (تصاویر 30 و 31).
  
سقوط بوستر پیشران جامد شاتل در اقیانوس به كمك چتر
تصویر 30- سقوط بوستر پیشران جامد شاتل در اقیانوس به كمك چتر
 
از آب‌گیری بوستر پیشران جامد شاتل برای بازیافت مجدد  
تصویر 31- از آب‌گیری بوستر پیشران جامد شاتل برای بازیافت مجدد
  
 

 پیشران بوسترها از نوع جامد است. 16 درصد پودر آلومینیوم اتمیزه شده به عنوان سوخت، 8/69 درصد پركلرات آلومینیوم به عنوان اكسیدكننده، 2/0 درصد اكسید آهن به عنوان كاتالیزور، 12 درصد اسید اكریلونیت به عنوان بایندر و 2 درصد اپوكسی به عنوان ماده مخصوص پخت، تركیبات این پیشران را تشكیل می‌دهند [7].

هر بوستر در راستای طولی از پنج قسمت مجزا تشكیل شده كه در هنگام آماده‌سازی برای پرتاب مونتاژ می‌شوند.

در قسمت نوك بوسترها چند موتور راكتی كوچك در جهت معكوس تعبیه شده كه در هنگام جدایش عمل می‌كنند. بوسترها با استفاده از سامانه نازل متحرك خود، در كنترل كل شاتل در مرحله اول پرتاب نیز نقش ایفا می‌كنند.

علت اصلی بروز سانحه چلنجر، نقص در یكی از اورینگ‌های ([واشر عایق حلقه‌ای]) عایق بخش انتهایی یكی از بوسترها بود. بعد از این حادثه، تغییرات زیادی به لحاظ مهندسی در سامانه بوسترها صورت پذیرفت. 


 
مخزن پیشران مایع خارجی

مخزن پیشران مایع خارجی، محفظه‌ای است برای نگهداری هیدروژن و اكسیژن مایع كه در موتورهای راكتی پیشران مایع نصب شده در پشت مدارگرد، تزریق می‌شوند. این مخزن عظیم در اولین شاتل‌ها سفیدرنگ بود. اما بعد از این كه مشخص شد این رنگ هیچ اثر مثبت مكانیكی بر روی مخزن ندارد، از رنگ زدن آن خودداری شد و بدین ترتیب، 272 كیلوگرم از وزن آن كاسته شد. رنگ نارنجی این مخزن مربوط به رنگ پرایمر آن است [9].

پس از جدایش بوسترها در انتهای مرحله اول پرتاب و در ارتفاع 45 كیلومتری، مدارگرد با استفاده از پیشران موجود در این مخزن، تا ارتفاع 113 كیلومتری بالا می‌رود. حدود 5/8 دقیقه بعد از لحظه پرتاب (10 ثانیه بعد از خاموشی موتورهای راكتی عقبی مدارگرد [10])، این مخزن جدا و در هوا متلاشی می‌شود[9] و برخی بقایای آن در اقیانوس هند یا اطلس سقوط می‌كنند [10].

این مخزن حاوی 5/1 میلیون لیتر اكسیژن مایع و 5/0 میلیون لیتر هیدروژن مایع در هنگام پرتاب است. پوسته مخزن با ضخامت 5/2 سانتی‌متر، پوششی از فومِ [پلی‌ایزو‌سیانورات] دارد. جنس مخازن هیدروژن و اكسیژن آن از آلومینیوم 2090 و 2195 است كه برای نگهداری مایعات [كرایژنیك] بسیار مناسب است. مخازن اكسیژن و هیدروژن آن به گونه‌ای طراحی شده است كه جلوی تلاطم مایعات داخل آنها را می‌گیرند.

طول این مخزن 9/46 متر و قطر آن 4/8 متر است. وزن خالی آن بارها دستخوش تغییر شده اما حدوداً 26 تن است [9]. سازه مخزن به نوعی رابط و پشتیبانی برای كل مجموعه است. (تصاویر 32 و 33)
ساختار مخزن پیشران مایع خارجی شاتل فضایی
تصویر 32- ساختار مخزن پیشران مایع خارجی شاتل فضایی
حمل مخزن پیشران مایع خارجی شاتل فضایی
تصویر 33- حمل مخزن پیشران مایع خارجی شاتل فضایی

 
پشتیبانی زمینی شاتل فضایی
ساختمانی سوله‌مانند در مركز فضایی كندی قرار دارد كه به [ساختمان مونتاژ وسیله یا وی‌اِی‌بی] معروف است (تصویر 34). سه بخش مختلف شاتل فضایی قبل از پرتاب در این ساختمان مونتاژ می‌شوند. سپس بر روی وسیله ترابری كه به [كراولر] معروف است، قرار داده شده و با سرعت 6/1 كیلومتر بر ساعت به سمت سكوی پرتاب حمل می‌شود [4] (تصویر 35).
ساختمان مونتاژ وسیله شاتل فضایی در مركز فضایی كندی
تصویر 34- ساختمان مونتاژ وسیله شاتل فضایی در مركز فضایی كندی
حمل شاتل فضایی بر روی كراولر
تصویر 35- حمل شاتل فضایی بر روی كراولر
در مركز فضایی كندی یك باند فرود ویژه برای مدارگرد در نظر گرفته شده است. طول این باند 4575 متر بوده و از هر طرف نیز 305 متر باند اضافه (برای احتیاط) دارد. عرض آن نیز 91 متر است. باند در راستای شمال غربی به جنوب شرقی قرار دارد. مشابه چنین باندی در [پایگاه هوایی ادواردز] نیز وجود دارد كه در حدود 8 كیلومتر طول دارد [4].

ترجیح آن است كه مدارگرد بر روی باند فرود مركز فضایی كندی فرود آید، اما در صورت اضطرار (مثلاً نامناسب بودن آب و هوا) فرود بر روی پایگاه‌های دیگری نظیر پایگاه ادواردز نیز انجام می‌شود و بعد شاتل بر پشت یك هواپیمای بوئینگ747 بهینه‌سازی شده به مركز فضایی كندی منتقل می‌شود [4].

عملیات ارتباط و كنترل زمینی شاتل فضایی نیز از مركز فضایی كندی انجام می‌شود (تصویر 36).
 
ایستگاه كنترل زمینی شاتل فضایی واقع در مركز فضایی كندی
تصویر 36- ایستگاه كنترل زمینی شاتل فضایی واقع در مركز فضایی كندی
 

مراجع
 
[1] - www.wikipedia.org/Space_shuttle
[2] - Millbrooke A., "Aviation History", Jeppesen Sanderson Training Products, First Edition, 1999.
[3] - Gatland K., "Illustrated Encyclopedia of Space Technology", Salamander Books, 1981.
[4] - Williamson M., "Cambridge Dictionary of Space Technology", Cambridge University Press, First Edition, 2001.
[5] - www.astronautix.com
[6] - www.wikipedia.org/Orbiter_Vehicle_Designation
[7] - www.nasa.gov/system_SRB
[8] - "MSFC-DOC-1622", Marshal Space Flight Center Standard Doc.
[9] - www.nasa.gov/system_ET
[10] - www.wikipedia.org/Space_Shuttle_external_tank

منبع:
وبگاه دانشنامه‌ی فضایی ایران





موضوعات مرتبط: آموزش ,
برچسب‌ها: شاتل فضایی , شاتل انترپرایز , كراولر , مركز فضایی كندی , بوسترهای پیشران جامد , شاتل فضایی چلنجر , شاتل فضایی انترپرایز , شاتل فضایی كلمبیا , شاتل فضایی دیسكاوری , شاتل فضایی آتلانتیس ,
آخرین مطالب