Program lotów wahadłowców - Polski Serwis Naukowy

Ten artykuł dotyczy programu realizowanego przez NASA. Zapoznaj się również z: Program Buran - informacje o radzieckich wahadłowcach.

Start promu Columbia w 1981 roku podczas pierwszej misji amerykańskiego promu kosmicznego. Zbiornik był pokryty białą powłoką FRL tylko dla dwóch pierwszych startów. Od STS-3 zbiornik nie był pokrywany powłoką, aby zmniejszyć jego masę.

Space Transportation System (STS) – System Transportu Kosmicznego – program załogowych lotów kosmicznych zrealizowany przez NASA odbywanych za pomocą wahadłowców kosmicznych (ang. Space Shuttles) rozpoczęty lotem promu Columbia 12 kwietnia 1981 roku, a zakończony 21 lipca 2011 roku lotem wahadłowca Atlantis w misji STS-135.

Challenger (oznaczenie - STA-099, OV-99) - drugi wahadłowiec kosmiczny amerykańskiego Programu STS. Pierwszy lot odbył się 4 kwietnia 1983 roku w trakcie misji oznaczonej symbolem STS-6. Uległ zniszczeniu 28 stycznia 1986 przy starcie misji STS-51-L.
Orion (wcześniej znany pod nazwą Crew Exploration Vehicle (CEV czyli Załogowy Pojazd Badawczy), to projektowany amerykański załogowy pojazd kosmiczny, który docelowo ma zastąpić wycofywane ze służby wahadłowce i umożliwić Amerykanom załogowe wyprawy na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) oraz Księżyc. Orion lub jego następca zabiorą ludzi na Marsa prawdopodobnie jeszcze w XXI wieku.[potrzebne źródło]

Amerykański system STS składał się z trzech elementów:

zbiornika zewnętrznego (ang. External Tank – ET), który podaje paliwo do głównych silników promu (ang. Space Shuttle Main Engines – SSME),
dwóch rakiet dodatkowych na paliwo stałe (ang. Solid Rocket Boosters – SRB),
orbitera.

Historia

Rozpoczęcie projektu

Odrzucony zbiornik paliwa wahadłowca

Początki amerykańskiego programu wahadłowca kosmicznego sięgają końca lat 60. i początku lat 70. XX wieku. Wraz z końcem rozwoju programu Apollo NASA poszukiwała nowego celu. Jedną z głównych myśli jaką kierowała się agencja, była chęć stworzenia pojazdu wielokrotnego użytku, który byłby zdolny do wynoszenia ładunków i misji załogowych na orbitę okołoziemską oraz stanowiłby podstawę do rozwoju kolejnych misji na Księżyc, a także umożliwił budowę stacji orbitalnej i zrealizowanie podróży na Marsa. W tym samym czasie Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych zajęte były rozwojem podobnego projektu pod nazwą X-20 Dyna-Soar. Kurczący się budżet NASA doprowadził jednak do konieczności wprowadzenia cięć. W ramach szukania oszczędności zrezygnowano z planów misji na Marsa, pozostawiono natomiast budowę promu kosmicznego oraz stacji orbitalnej. Szybko jednak zorientowano się, że zrealizowanie obu celów, ze względu na ograniczenia finansowe, nie będzie możliwe. Środki zostały zarezerwowane na budowę promu. W niedługim czasie NASA, która koniecznie chciała zachować jak najwięcej programów badawczych, zwróciła się do Sił Powietrznych z propozycją współpracy. USAF zgodziły się uczestniczyć w programie, postawiły jednak duże wymagania przed konstrukcją, wynikające z chęci jej używania do wynoszenia ciężkich satelitów szpiegowskich (o masie około 18 ton) na orbity okołobiegunowe, które wymagają większego udźwigu rakiety niż standardowe orbity. Dodatkowo orbiter powinien się cechować dużą zdolnością do manewrowania, co umożliwiłoby lądowanie w wielu miejscach na terenie kraju. Do osiągnięcia tych założeń potrzebna była duża powierzchnia nośna, co przekładało się na konieczność konstrukcji większych i cięższych skrzydeł. Nie mogły być one jednak za długie, gdyż ich rozpiętość ograniczona była przez ściśle ustalony, maksymalny dopuszczalny wymiar poprzeczny. Odpowiednio dużą powierzchnię można było osiągnąć tylko dzięki układowi skrzydeł delta, które są znacznie masywniejsze. Kolejno każdy wzrost masy orbitera wymagał odpowiedniego zwiększenia udźwigu dolnego stopnia rakiety nośnej. Planowany system dwustopniowy urósł przez to do rozmiarów większych od rakiety Saturn V przy jednocześnie, znacznie bardziej skomplikowanej konstrukcji. Koszty urosły niebotycznie.

1 lutego 2003, podczas powrotu z przestrzeni kosmicznej, prom Columbia uległ zniszczeniu w wyniku uszkodzenia osłony termicznej na krawędzi natarcia lewego skrzydła. Uszkodzenie osłony nastąpiło w czasie wznoszenia po starcie, za sprawą fragmentu pianki osłaniającej zbiornik zewnętrzny wahadłowca, który oderwał się od zbiornika i uderzył w skrzydło orbitera, wyrywając dziurę o średnicy ok. 25 cm. W efekcie podczas przelotu przez termosferę gorące gazy mogły dostawać się do środka. Zdarzenie to zostało zaobserwowane już po dotarciu promu na orbitę, jednak w czasie trwającej kilka dni misji, głównie z powodów organizacyjnych, nie udało się sprawdzić, czy uszkodzenie było wystarczająco poważne, by podejmować jakiekolwiek radykalne działania (np. wysłanie drugiego promu na orbitę). Trzeba wspomnieć też, że gdy śledczy zażądali zdjęć satelitarnych promu, NASA odmówiła.
Mir (ros. Мир, po polsku pokój) – zbudowana przez Związek Radziecki załogowa stacja orbitalna, która od wystrzelenia jej pierwszego modułu w 1986, do jej kontrolowanej deorbitacji w 2001, okrążała Ziemię poruszając się po niskiej orbicie okołoziemskiej. W pierwszych latach swojego istnienia Mir był używany tylko przez Związek Radziecki i współpracujące z nim państwa w ramach programu Interkosmos. Po rozpadzie ZSRR na stację zaczęli latać również astronauci innych narodowości, w tym ze Stanów Zjednoczonych.

Przeciwnicy wahadłowców optowali za tańszym gotowym rozwiązaniem. Proponowali użycie rakiet Saturn V wraz z modułami Gemini do budowy i utrzymywania stacji orbitalnej. Druga strona ripostowała, że przy zakładanej, odpowiednio dużej liczbie lotów pojazdów wielokrotnego użytku, koszty będą znacznie niższe niż używanie jednorazowych rakiet. Zakładana liczba startów (średnio jeden lub dwa tygodniowo) nie mogła zostać wykorzystana przez kontrakty USAF i NASA. Dlatego zaproponowano, by wszystkie przyszłe amerykańskie loty kosmiczne przeprowadzane były przy użyciu wahadłowców. Wymagało to, aby koszt wyniesienia jednego kilograma ładunku na orbitę był niższy w przypadku promów kosmicznych niż koszt użycia jakiegokolwiek innego systemu.

Odliczanie do startu wahadłowca trwa około 3 dni i jest zakończeniem wielomiesięcznego procesu przygotowań promu kosmicznego do startu. Odliczanie nie jest ciągłe, istnieje wiele przerw, planowanych i wymuszonych sytuacją pogodową lub techniczną.
National Aeronautics and Space Administration (NASA) (pl. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej) – agencja rządu Stanów Zjednoczonych odpowiedzialna za narodowy program lotów kosmicznych, ustanowiona 29 lipca 1958 r. na mocy National Aeronautics and Space Act.

W tym czasie NASA starała się zapewnić stabilne, minimum pięcioletnie, finansowanie projektu. Ówczesne realia wyglądały jednak zupełnie inaczej niż wymagały tego plany agencji. Rosnąca inflacja oraz wojna wietnamska doprowadziły do dużych cięć w budżecie. Postawienie wszystkiego na jedną kartę uniemożliwiło skreślenie projektu, gdyż w takim przypadku równałoby się to z całkowitym brakiem lotów załogowych aż do początku 1980. Starano się rozłożyć finansowanie badań i konstrukcję na dłuższy okres. Nie było to jednak praktyczne, gdyż nie można zbudować połowy rakiety teraz, połowy później i testować każdy z fragmentów osobno. W konsekwencji wielokrotnie przeprojektowywano prom. Zrezygnowano z możliwości ponownego wykorzystywania wszystkich elementów, gdyż taki układ, praktycznie niewykonalny, był równocześnie bardzo kosztowny i nie miał szans na opłacalność. Zdecydowano się na konstrukcję z zewnętrznym zbiornikiem paliwa (ET, ang. External Tank), która była tańsza w budowie i umożliwiała zabieranie większego ładunku. Metoda ta wymagała jednak każdorazowego wyrzucania zbiornika.

STS-51-L - ostatnia misja promu kosmicznego Challenger. 28 stycznia 1986 r., w dniu startu po 73 sekundach na oczach całego świata rozpadł się zespół wahadłowca. Zginęła cała 7 osobowa załoga, w tym pierwsza nauczycielka w kosmosie Christa McAuliffe. Była to 25. misja wahadłowca, a 10. Challengera.
National Air and Space Museum (Narodowe muzeum lotnictwa i przestrzeni kosmicznej) to muzeum w Waszyngtonie, część Instytutu Smithsona. Muzeum posiada największą na świecie kolekcję eksponatów statków powietrznych oraz kosmicznych, a ponad 9 milionów turystów rocznie czyni je najczęściej zwiedzanym muzeum świata[potrzebne źródło].

Ostatecznym punktem spornym była konstrukcja silników dodatkowych. Zastanawiano się nad użyciem dolnego członu rakiety Saturn V, nad konstrukcją jednego dużego silnika na paliwo stałe oraz nad zbudowaniem dwóch mniejszych. Ostatecznie wygrał model oparty na dwóch rakietach na paliwo stałe (SRB, ang. Solid Rocket Booster) umieszczonych po obu stronach zewnętrznego zbiornika paliwa (ET). Rakiety takie są znacznie tańsze w konstrukcji, prostsze i przez to bardziej niezawodne od ich odpowiedników na paliwo płynne.

Teleskop kosmiczny Chandra (ang. Chandra X-ray Observatory, CXO) – teleskop kosmiczny pracujący w zakresie promieni rentgenowskich wyniesiony na orbitę przez prom kosmiczny Columbia 23 lipca 1999 roku podczas misji STS-93.
Wirginia (ang. Virginia), albo Wspólnota Wirginii (ang. Commonwealth of Virginia) – stan w USA na wybrzeżu Oceanu Atlantyckiego. Wirginia na północy graniczy ze stanami Wirginia Zachodnia i Maryland, oraz z Dystryktem Kolumbii, na zachodzie ze stanem Kentucky, a na południu z Tennessee oraz z Karoliną Północną. Od wschodu znajduje się wybrzeże Oceanu Atlantyckiego oraz zatoka Chesapeake.

Kolejno od lewej do prawej: Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis i Endeavour. Nie zamieszczone na zdjęciu: Enterprise oraz Pathfinder.

Budowa

Projekt został ogłoszony 5 stycznia 1972 roku za prezydentury Richarda Nixona. Pierwszy gotowy orbiter używany do celów testowych został przedstawiony 17 września 1976 roku. Początkowo planowano nazwać go Constitution, jednak na skutek interwencji fanów serialu Star Trek, którzy zasypali agencję listami, ostatecznie zmieniono ją na Enterprise. Orbiter ten nigdy nie poleciał w kosmos, a obecnie jest eksponatem w National Air and Space Museum w Waszyngtonie.

Waszyngton, D.C., formalnie Dystrykt Kolumbii (ang. Washington, D.C. /ˈwɒʃɪŋtən ˌdiːˈsiː/, District of Columbia), potocznie nazywany Waszyngtonem, Dystryktem lub po prostu D.C. – założona 16 lipca 1790 stolica Stanów Zjednoczonych.
Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, MSK (ang. International Space Station, ISS; ros. Международная Космическая Станция, МКС; trb.: Mieżdunarodnaja Kosmiczeskaja Stancyja, MKS) – pierwsza stacja kosmiczna wybudowana z założenia przy współudziale wielu krajów. Składa się obecnie z 14 głównych modułów (docelowo ma ich liczyć 16) i umożliwia jednoczesne przebywanie sześciu członków stałej załogi (trzech do roku 2009). Pierwsze moduły stacji zostały wyniesione na orbitę i połączone ze sobą w 1998 roku. Pierwsza stała załoga zamieszkała na niej w roku 2000. Źródłem zasilania ISS są baterie słoneczne, transportem ludzi i materiałów zajmują się amerykańskie wahadłowce programu STS (od lutego 2003 do 26 lipca 2005 wstrzymane z powodu katastrofy Columbii) oraz rosyjskie statki kosmiczne Sojuz i Progress.

Pierwszym w pełni funkcjonalnym wahadłowcem była Columbia. Została ona dostarczona do Centrum Lotów Kosmicznych im. Kennedy'ego 25 marca 1979 roku. W swój dziewiczy lot poleciała w misji STS-1 12 kwietnia 1981 roku. Drugim zbudowanym statkiem był Challenger, dostarczony w lipcu 1982. Następnym Discovery, dostarczony w listopadzie 1983 roku. Kolejnym Atlantis, dostarczony w kwietniu 1985. Po katastrofie promu Challenger 28 stycznia 1986 roku, z pozostałych części, które miały służyć jako zapasowe dla dotychczasowej floty, zbudowano prom Endeavour, który dostarczono do centrum lotów w maju 1991 roku. Katastrofa wahadłowca Columbia 1 lutego 2003 roku uziemiła pozostałe jednostki i postawiła pod znakiem zapytania ich dalsze losy. W czasie przerwy w lotach przeprowadzono Program Powrotu do Lotów (Return To Flight), w czasie którego przeprowadzono analizę przyczyn katastrofy Columbii i przedstawiono metody wykrywania uszkodzeń kadłuba oraz metod jego naprawy podczas pobytu na orbicie. Pierwszym lotem po tej przerwie był lot promu Discovery (misja STS-114) 26 lipca 2005.

Discovery (oznaczenie NASA dla orbitera – OV-103) - skonstruowany przez NASA amerykański wahadłowiec kosmiczny, przystosowany do odbywania wielokrotnych podróży na orbitę. Jest trzecim promem NASA, który odbył lot w przestrzeń kosmiczną (wcześniej taką podróż odbyły Columbia i Challenger) i jednocześnie najstarszym pozostającym w służbie. Jego pierwsza podróż kosmiczna miała miejsce 30 sierpnia 1984. Jego zadaniem jest transport załogi i wymiana zaopatrzenia Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
Wallops Flight Facility — ośrodek badawczo-rozwojowy, kosmodrom i główny poligon rakietowy amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, formalnie podlegający Goddard Space Flight Center. Zbudowany przez NACA, czyli przed powstaniem NASA, w celu przeprowadzania badań aeronautycznych za pomocą pojazdów z napędem rakietowym. Pierwszą rakietę wystrzelono z ośrodka 4 lipca 1945, w Dzień Niepodległości Stanów Zjednoczonych. Do roku 2000, wystrzelono ich ponad 14 000.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)