Vládní program USA STS (Space Transportation System) je po celém světě známější pod názvem Space Shuttle. Tento program realizovali specialisté NASA, jeho hlavním cílem bylo vytvoření a použití opakovaně použitelné transportní kosmické lodi s lidskou posádkou určené k dopravě lidí a různých nákladů na oběžné dráhy Země a zpět. Odtud skutečný název - „Space Shuttle“.
Práce na programu začaly v roce 1969 s financováním dvou amerických vládních resortů: NASA a ministerstva obrany. Vývojové a vývojové práce byly prováděny jako součást společného programu NASA a letectva. Specialisté zároveň aplikovali řadu technických řešení, která byla dříve testována na lunárních modulech programu Apollo 60. let: experimenty s posilovači tuhých pohonných hmot, systémy pro jejich separaci a získávání paliva z vnější nádrže. Základem systému vesmírné dopravy, který byl vytvořen, měla být kosmická loď pro opakované použití s lidskou posádkou. Součástí systému byly také komplexy pozemní podpory (montážní, testovací a startovací přistávací komplex Kennedyho vesmírného střediska na letecké základně Vandenberg na Floridě), středisko řízení letu v Houstonu (Texas) a také systémy přenosu dat a komunikace prostřednictvím satelitů a jiné prostředky ….
Na práci na tomto programu se podílely všechny přední americké letecké společnosti. Program byl skutečně rozsáhlý a národní, více než 1000 společností ze 47 států dodalo různé produkty a vybavení pro raketoplán. Zakázku na stavbu první orbitální lodi v roce 1972 získala společnost Rockwell International. Stavba prvních dvou raketoplánů začala v červnu 1974.
První let raketoplánu Columbia. Vnější palivová nádrž (uprostřed) byla na prvních dvou letech natřena pouze bíle. V budoucnu nebyl tank lakován, aby se snížila hmotnost systému.
Popis systému
Strukturálně opakovaně použitelný vesmírný transportní systém Space Shuttle zahrnoval dva záchranné posilovače na tuhá paliva, které sloužily jako první stupeň, a obíhající opakovaně použitelná kosmická loď (orbiter, orbiter) se třemi kyslíkovo-vodíkovými motory, stejně jako velký vnější palivový prostor, který tvořil Druhá fáze. Po dokončení programu vesmírných letů se orbiter nezávisle vrátil na Zemi, kde přistál jako letadlo na speciálních drahách.
Dva pevné raketové posilovače fungují asi dvě minuty po startu, pohánějí a vedou kosmickou loď. Poté se ve výšce asi 45 kilometrů oddělí a pomocí padákového systému splashují dolů do oceánu. Po opravě a doplnění jsou opět použity.
Externí palivová nádrž, která hoří v zemské atmosféře, naplněná kapalným vodíkem a kyslíkem (palivo pro hlavní motory), je jediným jednorázovým prvkem vesmírného systému. Samotná nádrž je také rámem pro připevnění posilovačů na tuhá paliva ke kosmické lodi. Je vyhozen za letu asi 8,5 minuty po startu ve výšce asi 113 kilometrů, většina nádrže shoří v zemské atmosféře a zbývající části spadnou do oceánu.
Nejslavnější a nejznámější částí systému je samotná opakovaně použitelná kosmická loď - raketoplán, ve skutečnosti samotný „raketoplán“, který je vypuštěn na oběžnou dráhu Země. Tento raketoplán slouží jako testovací místo a platforma pro vědecký výzkum ve vesmíru a také jako domov pro posádku dvou až sedmi lidí. Samotný raketoplán je vyroben podle schématu letadla s trojúhelníkovým křídlem v půdorysu. K přistání používá podvozek letadlového typu. Pokud jsou raketové posilovače na tuhá paliva navrženy tak, aby byly použity až 20krát, pak samotný raketoplán - až 100 letů do vesmíru.
Rozměry orbitální lodi ve srovnání se Sojuzem
Americký systém Space Shuttle by mohl při startu na východ z mysu Canaveral (Florida) vynést na oběžnou dráhu výšku 185 kilometrů a sklon 28 ° až 24,4 tun nákladu při startu na východ a 11,3 tuny při startu z území Kennedyho vesmírného letu Vycentrujte na oběžnou dráhu s nadmořskou výškou 500 kilometrů a sklonem 55 °. Při startu z letecké základny Vandenberg (Kalifornie, západní pobřeží) bylo možné na cirkumpolární oběžnou dráhu s nadmořskou výškou 185 kilometrů dostat až 12 tun nákladu.
Co se nám podařilo zrealizovat a co z našich plánů, zůstalo pouze na papíře
V rámci sympozia věnovaného realizaci programu Space Shuttle, které se konalo v říjnu 1969, „otec“raketoplánu George Mueller poznamenal: „Naším cílem je snížit náklady na dodání kilogramu užitečného zatížení do oběžná dráha od 2 000 $ za Saturn-V do 40–100 dolarů za kilogram. Můžeme tedy otevřít novou éru průzkumu vesmíru. Úkolem tohoto sympozia, NASA a letectva v následujících týdnech a měsících je zajistit, abychom toho mohli dosáhnout. “Obecně se u různých variant založených na raketoplánu předpokládalo, že náklady na spuštění užitečného zatížení se budou pohybovat v rozmezí od 90 do 330 dolarů za kilogram. Navíc se věřilo, že raketoplány druhé generace sníží částku na 33–66 $ za kilogram.
Ve skutečnosti se však tato čísla ukázala být nedosažitelná ani blízko. Podle Muellerových propočtů navíc náklady na spuštění raketoplánu měly činit 1–2,5 milionu dolarů. Ve skutečnosti byly podle NASA průměrné náklady na spuštění raketoplánu asi 450 milionů dolarů. A tento významný rozdíl lze nazvat hlavním rozporem mezi uvedenými cíli a realitou.
Kyvadlová doprava „Endeavour“s otevřeným nákladovým prostorem
Po dokončení programu System Space Transportation System v roce 2011 již můžeme s jistotou říci, kterých cílů bylo během jeho realizace dosaženo, a které nikoli.
Cílů programu Space Shuttle bylo dosaženo:
1. Realizace doručování různých typů nákladu na oběžnou dráhu (horní stupně, satelity, segmenty vesmírných stanic včetně ISS).
2. Možnost opravy satelitů umístěných na nízké oběžné dráze Země.
3. Možnost návratu satelitů zpět na Zemi.
4. Schopnost letět až 8 lidí do vesmíru (během záchranné akce bylo možné posádku přivést až 11 osob).
5. Úspěšná implementace opakovaně použitelného letu a opětovného použití samotného raketoplánu a urychlovačů na tuhá paliva.
6. Implementace v zásadě nového uspořádání kosmické lodi v praxi.
7. Schopnost provádět horizontální manévry lodí.
8. Velký objem nákladového prostoru, schopnost vrátit se k nákladu Země o hmotnosti až 14, 4 tuny.
9. Náklady a doba vývoje se podařilo dodržet termíny, které byly slíbeny americkému prezidentovi Nixonovi v roce 1971.
Nedosažené cíle a neúspěchy:
1. Kvalitativní usnadnění přístupu do vesmíru. Namísto snížení nákladů na dodání kilogramu nákladu na oběžnou dráhu o dva řády se raketoplán ve skutečnosti ukázal být jednou z nejdražších metod doručování satelitů na oběžnou dráhu Země.
2. Rychlá příprava raketoplánů mezi lety do vesmíru. Místo očekávaného časového rámce, který byl odhadován na dva týdny mezi starty, se raketoplány ve skutečnosti mohly na start do vesmíru připravovat měsíce. Před katastrofou raketoplánu Challenger byl rekord mezi lety 54 dní, po katastrofě - 88 dní. Za celou dobu svého provozu byly vypuštěny v průměru 4, 5krát za rok, přičemž minimální přípustný ekonomicky odůvodněný počet spuštění byl 28 spuštění za rok.
3. Jednoduchost služby. Technická řešení zvolená během vytváření raketoplánů byla poměrně pracná na údržbu. Hlavní motory vyžadovaly postupy demontáže a dlouhé servisní doby. Jednotky turbočerpadel motorů prvního modelu vyžadovaly jejich kompletní přepážku a opravu po každém letu do vesmíru. Tepelně stíněné dlaždice byly jedinečné - každé hnízdo mělo svou vlastní dlaždici. Celkem jich bylo 35 tisíc, navíc se dlaždice mohly během letu poškodit nebo ztratit.
4. Vyměňte všechna jednorázová média. Raketoplány se nikdy nedostaly na polární oběžné dráhy, což bylo nezbytné hlavně pro rozmístění průzkumných satelitů. V tomto směru probíhaly přípravné práce, ale ty byly po katastrofě Challengeru omezeny.
5. Spolehlivý přístup do vesmíru. Čtyři raketoplány znamenaly, že ztráta kteréhokoli z nich byla ztrátou 25% celé flotily (vždy zde nebyly více než 4 létající oběžné dráhy, raketoplán Endeavour byl postaven tak, aby nahradil ztraceného Challengera). Po katastrofě byly lety na dlouhou dobu zastaveny, například po katastrofě Challengeru - na 32 měsíců.
6. Ukázalo se, že nosnost raketoplánů je o 5 tun nižší, než vyžadují vojenské specifikace (24,4 tuny místo 30 tun).
7. Velké horizontální manévrovací schopnosti nebyly v praxi nikdy použity, z toho důvodu, že raketoplány neletěly na polární dráhy.
8. Návrat satelitů z oběžné dráhy Země se zastavil již v roce 1996, přičemž za celé období bylo z vesmíru vráceno pouze 5 satelitů.
9. Ukázalo se, že po opravách satelitů je malá poptávka. Celkem bylo opraveno 5 satelitů, ale raketoplány také provedly údržbu slavného Hubblova teleskopu 5krát.
10. Implementovaná technická řešení negativně ovlivnila spolehlivost celého systému. V době vzletu a přistání existovaly oblasti, které nenechávaly posádce šanci na záchranu v případě nouze.
11. Skutečnost, že raketoplán mohl provádět pouze lety s posádkou, zbytečně ohrožovala astronauty, například automatizace by postačovala pro běžné vypouštění satelitů na oběžnou dráhu.
12. Uzavření programu Space Shuttle v roce 2011 bylo překryto zrušením programu Constellation. To způsobilo, že Spojené státy na mnoho let ztratily nezávislý přístup do vesmíru. Výsledkem jsou ztráty obrazu a potřeba získat místa pro své astronauty na kosmické lodi jiné země (ruská kosmická loď s posádkou „Sojuz“).
Shuttle Discovery před připojením k ISS provede manévr
Nějaká statistika
Raketoplány byly navrženy tak, aby zůstaly na oběžné dráze Země dva týdny. Obvykle jejich lety trvaly od 5 do 16 dnů. Rekord v nejkratším letu v historii programu patří raketoplánu Columbia (zemřel společně s posádkou 1. února 2003, 28. let do vesmíru), který v listopadu 1981 strávil pouhé 2 dny, 6 hodin a 13 let minut ve vesmíru. Stejný raketoplán provedl nejdelší let v listopadu 1996 - 17 dní 15 hodin 53 minut.
Celkem bylo během provozu tohoto programu od roku 1981 do roku 2011 provedeno 135 startů raketoplány, z toho Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (zemřel spolu s posádkou 28. ledna 1986). Celkem bylo v rámci programu postaveno pět výše uvedených raketoplánů, které uskutečnily lety do vesmíru. Jako první byl postaven další raketoplán Enterprise, ale původně byl určen pouze pro pozemní a atmosférické zkoušky, stejně jako pro přípravné práce na startovních místech, nikdy nevyletěl do vesmíru.
Stojí za zmínku, že NASA plánovala využívat raketoplány mnohem aktivněji, než se ve skutečnosti ukázalo. V roce 1985 experti z americké vesmírné agentury očekávali, že do roku 1990 uskuteční 24 startů každý rok a lodě létají až 100 letů do vesmíru, v praxi všech 5 raketoplánů uskutečnilo za 135 let pouze 135 letů, z nichž dva skončily katastrofa. Rekord v počtu letů do vesmíru patří raketoplánu „Discovery“- 39 letů do vesmíru (první 30. srpna 1984).
Přistání raketoplánu "Atlantis"
Americké raketoplány také vlastní nejsmutnější anti -rekord mezi všemi vesmírnými systémy - pokud jde o počet zabitých lidí. Dvě katastrofy s jejich účastí způsobily smrt 14 amerických astronautů. 28. ledna 1986, během vzletu, v důsledku výbuchu ve vnější palivové nádrži raketoplán Challenger zkolaboval, to se stalo v 73. vteřině letu a vedlo ke smrti všech 7 členů posádky, včetně prvního laického astronauta - bývalá učitelka Christa McAuliffe, která vyhrála celostátní americkou soutěž o právo létat do vesmíru. Ke druhé katastrofě došlo 1. února 2003 při návratu kosmické lodi Columbia z jejího 28. letu do vesmíru. Příčinou katastrofy bylo zničení vnější tepelné stínící vrstvy na levé rovině raketoplánu, což bylo způsobeno tím, že na ni v době startu spadl kus tepelné izolace kyslíkové nádrže. Po návratu se raketoplán zhroutil ve vzduchu a zabil 7 astronautů.
Program Space Transportation System byl oficiálně dokončen v roce 2011. Všechny operační raketoplány byly vyřazeny z provozu a odeslány do muzeí. Poslední let se uskutečnil 8. července 2011 a provedl jej raketoplán Atlantis s posádkou sníženou na 4 osoby. Let skončil brzy ráno 21. července 2011. Za 30 let provozu tyto kosmické lodě provedly 135 letů, celkem absolvovaly 21 152 obletů kolem Země a do vesmíru dopravily 1 600 tun různých užitečných zatížení. Během této doby posádka zahrnovala 355 lidí (306 mužů a 49 žen) ze 16 různých zemí. Astronaut Franklin Storey Musgrave byl jediný, kdo létal na všech pěti postavených raketoplánech.
