شاتل فضایی

شاتل فضايي، وسيله هوافضايي منحصر به‌ فردي است كه ايالات متحده براي ماموريت‌هاي فضايي سرنشين‌دار خود از آن استفاده مي‌كند. بيش از دو دهه از عملياتي شدن اين سامانه مي‌گذرد. اين وسيله به نوعي نمادي از فناوري هوافضاي آمريكاست. شاتل فضايي در طول عمر عملياتي خود ركوردهاي فضايي بي‌شماري را ثبت كرده است...

تاریخ ویرایش: 10 آذر ماه 1388

مقدمه

شاتل فضايي، يك سامانه حمل و نقل فضايي سرنشين‌دار، قابل بازگشت و قابل استفاده مجدد است. امروزه ايالات متحده از اين وسيله براي حمل فضانوردان، ماهواره‌ها، ايستگاه‌هاي فضايي و مواد و تجهيزات مورد نياز ايستگاه‌هاي فضايي استفاده مي‌كند. «شاتل» در زبان انگليسي به معناي رفت وآمدكننده است.

در طول حدوداً 20 سال گذشته، اين سامانه فضايي عظيم و منحصر به‌فرد به نوعي يكي از نمادهاي فناوري و حتي قدرت سياسي ايالات متحده بوده است. شاتل فضايي حتي به نوعي در فرهنگ عامه مردم جهان نيز وارد شده است. كودكان سراسر جهان در روياهاي خود سوار شدن بر شاتل را تصور مي‌كنند و بزرگترها در كنار عباراتي نظير آپولو هوا كردن، از اين نماد آمريكايي، به عنوان ضرب‌المثلي براي تشبيه كارهاي بسيار سخت، پيچيده و غيرممكن استفاده مي‌كنند. ديدن منظره پرتاب شاتل فضايي، همواره گردشگران زيادي را به اطراف [مركز فضايي كندي] يا كيپ كاناورال در ايالت فلوريدا مي‌كشاند. ( تصاوير 1،‌ 2،‌ 3 و 4)
 
تصوير 1- شاتل فضايي در آستانه پرتاب از پايگاه
 
شاتل فضايی در حين پرتاب
تصوير 2- شاتل فضايي در حین پرتاب


اگرچه تاكنون ده‌ها بار شاتل فضايي به فضا پرتاب شده و بازگشته است، اما هنوز هر ماموريت جديد آن هيجان بسيار زيادي دارد كه حجم زيادي از اخبار علمي جهان را به خود اختصاص مي‌دهد. در حال حاضر ماموريت‌هاي شاتل براي خدمات‌رساني و تكميل ايستگاه فضايي بين‌المللي انجام مي‌پذيرد. شاتل فضايي در طول عمر خود دو بار، يكبار در سال 1986 حين پرتاب و يكبار در سال 2003 حين بازگشت، دچار سانحه شد و در مجموع 14 فضانورد ناسا در ماوريت‌هاي شاتل جان خود را از دست دادند. همين مساله باعث شد تا ناسا در شاتل فضايي تغييرات زيادي را به وجود آورد. حتي در مواردي پيشنهاد شد كه شاتل فضايي از رده خارج شود.
 
شاتل فضايي در حين پرتاب
تصوير 3- شاتل فضايي در حين پرتاب
تصوير 4- شاهدان عيني پرتاب شاتل فضايي
 

روس‌ها اگرچه پيشگامان عرصه فضا بودند، اما هرگز ايده استفاده از يك وسيله قابل بازگشت و استفاده مجدد را نپذيرفتند و آن را اقتصادي و بهينه نمي‌دانستند. البته آنها هم يك وسيله قابل استفاده مجدد موسوم به [بوران] را توليد كردند كه بسيار شبيه به شاتل فضايي آمريكايي‌ها بود، اما هرگز به مرحله عملياتي شدن نرسيد. (تصوير 5)

شاتل فضايي به [سامانه حمل و نقل فضايي يا اِس‌تي‌اِس] نيز معروف است. اين وسيله توسط سه شركت  بزرگ هوافضاي آمريكا يعني: [بوئينگ]، [لاكهيدمارتين] و [راكوِل اينترنشنال] طراحي، ساخته و خدمات‌رساني شده و مالكيت و عمليات آن بر عهده سازمان دولتي ناسا است [1].
 
 
فضاپيماي بوران روسيه كه توسعه آن در سال 1993 متوقف شد
تصوير 5- فضاپيماي بوران روسيه كه توسعه آن در سال 1993 متوقف شد.

 
روند توسعه و تاریخچه‌ی شاتل فضایی

در اولين دهه از آغاز عصر فضا و حتي قبل از آن، طراحي و ساخت وسيله‌اي كه بتواند مانند هواپيما پرواز كرده، به فضا برود، بازگردد و مجدداً مورد استفاده قرار گيرد ذهن بسياري از متخصصان را به خود مشغول كرده بود [2]. ايده به نظر خيلي ساده مي‌آمد و عمده مزيت اين طرح، كاهش چشمگير هزينه‌ها بود [2]. مسلماً استفاده مجدد از يك وسيله مي‌تواند به كم كردن هزينه‌ها بيانجامد. در دهه 60، مطالعات اوليه بر روي اين ايده، ناسا را به اين نتيجه رساند كه طرح بايد حول يك وسيله شبيه هواپيما با [بدنه برآزا] دنبال شود [2] (تصوير 6). پس از تكميل طرح اوليه، [ريچارد نيكسون]، رئيس جمهور وقت ايالات متحده، در پنجم ژانويه 1972 با امضاي سندي، رسماً موافقت خود را با آغاز اين پروژه ملي اعلام كرد [3].
 
 
مدل شاتل در تونل باد
تصوير 6- مدل شاتل در تونل باد

طراحان و مهندسان در طراحي مفهومي اين پروژه به اين نتيجه رسيدند كه قسمت رفت و برگشتي اين سامانه (يا همان شاتل در تصور عموم) بايد شبيه هواپيمايي با بال دلتا و بدنه نسبتاً پهن باشد كه قابليت حمل فضانورد و انواع محموله‌ها و همچنين پهلوگيري در فضا را داشته باشد [2]. همچنين دو موتور راكتي پيشران جامد بايد به عنوان بوستر در اولين مرحله پرتاب جهت تامين بيشتر نيروي پيشران ايفاي نقش كنند. اين دو موتور پس از خاموشي و سقوط در دريا قابل استفاده مجدد خواهند بود. تنها قسمت يكبار مصرف اين سامانه، تانك پيشران مايع بزرگي است كه وظيفه تأمين سوخت و اكسيدكننده مايع را براي موتورهاي راكتي شاتل در مراحل بالايي پرواز بر عهده دارد [2].

شركت راكول اينترنشنال كه در آن زمان [شركت راكول آمريكاي شمالي] نام داشت، طي قراردادي شش ساله، به عنوان پيمانكار اصلي براي ساخت بخش مدارگرد بازگشتي انتخاب شد. ساخت موتور پيشران مايع اصلي نيز كه در قسمت عقب همين مدارگرد تعبيه مي‌شد به يكي از زيرمجموعه‌هاي همين شركت، [راكت‌داين]، واگذار شد. ساخت بوسترهاي پيشران جامد نيز به طور مشترك  به شركت‌هاي [تيوكول كِميكال]، [مك‌دانل داگلاس] و [يونايتد اسپيس بوسترز] واگذار  شد. تيوكول طراحي و ساخت پيشران جامد را بر عهده داشت، مك‌دانل داگلاس موظف به توسعه سازه بوسترها بود و تست و مونتاژ هم بر عهده يونايتد اسپيس بود [3].

اولين پرواز آزمايشي شاتل فضايي، كه [انترپرايز] نام داشت، بر دوش يك هواپيماي بهينه‌سازي شده بوئينگ747، در اوت 1977 و در [مركز پروازهاي فضايي مارشال] انجام پذيرفت. شاتل در ارتفاع 23000 پايي زمين (حدود 7 كيلومتري) از هواپيماي بوئينگ رها شد و با موفقيت در باند مركز فرود آمد. ديگر آزمايش‌هاي پروازي نيز در همين مركز پيگيري شد [2] (تصوير 7).
 
 تصوير 7- شاتل انترپرايز بر دوش هواپيماي 747 ناسا
 
[شاتل فضايي كلمبيا] اولين پرواز فضايي آزمايشي اين سامانه  را در 12 آوريل 1981، درست 20 سال بعد از سفر يوري گاگارين به فضا، به نمايش گذاشت. اين پرواز 54 ساعته كاملاً موفقيت‌آميز، حامل دو فضانورد به نام‌هاي [جان يانگ] و [رابرت كريپن] بود ( تصاوير 8 و 9). اين پرواز كه به اُاِف‌تي1 مشهور بود، اولين پرواز فضايي بشر بود كه طي آن فضاپيما به زمين بازمي‌گشت و مانند يك هواپيما بر روي باند مي‌نشست [2].
 
اولين سرنشينان شاتل: جان يانگ و رابرت كريپن
تصوير 8- اولين سرنشينان شاتل: جان يانگ و رابرت كريپن
جان يانگ و رابرت كريپن در كابين شاتل
تصوير 9- جان يانگ و رابرت كريپن در كابين شاتل

ناسا هر پرواز فضايي شاتل را با يك كد نشان مي‌دهد. در چهار ماموريت اول از اختصار [اُاِف‌تي] به معناي آزمايش پرواز مداري استفاده مي‌شد. بعداً با نامگذاري اين وسيله با عنوان سامانه حمل و نقل فضايي، از اختصار اس‌تي‌اس به جاي اُاِف‌تي استفاده مي‌شد [2]. اين روش كدگذاري تا سال 1983 (اس‌تي‌اس9) ادامه داشت. از آن به بعد، كد مشخصه هر عمليات فضايي شاتل يك اختصار سه مولفه‌اي بود. اولين مولفه عددي بود كه به سال پرتاب اشاره داشت. دومين مولفه پايگاه فضايي مورد استفاده در پرتاب را نشان مي‌داد (عدد 1 براي پايگاه كيپ كاناورال و 2 براي پايگاه [واندنبرگ]) و مولفه سوم كه يك حرف الفباي انگليسي بود، بيانگر چندمين پرتابي بود كه در آن سال و از آن پايگاه انجام مي‌شد. به عنوان نمونه، 41-B، يعني دومين پرتاب (B) از پايگاه فضايي كيپ كاناورال (1)، در سال 1984 (4) [2]. البته بايد توجه داشت كه هنوز هم در بسياري از مراجع كدگذاري اس‌تي‌اس رايج است.

پرواز اس‌تي‌اس4 در ژوئن 1982، آخرين پرواز فضايي آزمايشي شاتل بود كه با موفقيت انجام شد. شاتل در اين پرواز براي اولين بار يك محموله نظامي را حمل مي‌كرد. البته اين پرواز محموله‌هاي آزمايشي ديگري هم داشت. صحت عملكرد بسيار عالي و بيش از حد انتظار [بازوي جايگذاري از دور] كه توسط كانادايي‌ها ساخته شده بود نيز در همين پرواز به اثبات رسيد [2]. اين بازو كه 16 متر طول و 38 سانتي‌متر قطر دارد، مي‌تواند قطعات فضايي به جرم حداكثر 30 تن را در فضا گرفته و جابجا نمايد [4].

اس‌تي‌اس5 اولين پرواز عملياتي اين سامانه فضايي بود كه در 11 نوامبر 1982 و توسط شاتل كلمبيا انجام شد. اين پرواز دو مشتري تجاري داشت: شركت [تلستات] و [ستلايت بيزينس سيستمز] كه خواهان پرتاب ماهواره‌هاي مخابراتي‌شان به مدار انتقالي زمين‌ثابت از طريق شاتل فضايي بودند. در اين پرواز براي اولين بار چهار فضانورد داخل يك فضاپيما راهي فضا شدند [2].
 
سالي رايد، اولين زن فضانورد امريكايي در شاتل 
تصوير 10- سالي رايد، اولين زن فضانورد امريكايي در شاتل

 
شاتل فضايي بسيار خوب عمل مي‌كرد و به مظهري از قدرت فناوري تبديل شده بود. در هر پرواز شاتل، ركوردهاي تازه‌اي ثبت مي‌شد. اولين زن فضانورد آمريكايي، [سالي رايد] و اولين سياه‌پوست فضانورد، [گويون بلوفورد]، با شاتل به فضا رفتند ( تصاوير 10 و 11).
 
شاتل براي اولين بار ماهواره‌هايي را در مدار تعمير كرد و حتي برخي از آنها را براي تعميرات اساسي و استفاده مجدد به زمين آورد.
تعميرات تلسكوپ فضايي هابل، يكي از ماموريت‌هاي معمول شاتل فضايي است [2].
 
ناسا در يك همكاري بين‌المللي با آژانس فضايي اروپا، آزمايشگاه علمي-تحقيقاتي فضايي [اسپيس لب] را در 1983 و طي پرواز اس‌تي‌اس9، در داخل شاتل به فضا برد (تصوير 12).
 
گويون بلوفورد، اولين سياه‌پوست فضانورد در شاتل
تصوير 11- گويون بلوفورد، اولين سياه‌پوست فضانورد در شاتل
 
ايستگاه فضايي اسپيس‌لب در داخل شاتل فضايي
تصوير 12- ايستگاه فضايي اسپيس‌لب در داخل شاتل فضايي
 
ناسا تا تابستان 1984 سه شاتل فضايي عملياتي به نام‌هاي كلمبيا، [چلنجر] و [ديسكاوري] در اختيار داشت. پيش از اين، شاتل انترپرايز كه تنها به عنوان نمونه آزمايشي و بدون موتورهاي موشكي و سپر كامل حرارتي ساخته شد، بعد از آزمايش‌هاي پروازي زيرمداري بازنشسته شده بود. بعدها شاتل [آتلانتيس] و [انديور] (براي جايگزيني شاتل از دست رفته چلنجر) هم به اين مجموعه اضافه شدند. تا سال 1986، اين وسيله 24 پرواز موفقيت آميز را در كارنامه خود ثبت كرد و طي آنها توانست فضانورداني از آلمان غربي، كانادا، فرانسه، عربستان‌سعودي، هلند و مكزيك را نيز به فضا ببرد. عمده ماموريت شاتل در چهار سال اول عملياتي شدن، خدمات‌رساني به ماهواره‌هاي موجود در مدار و آماده پرتاب بود [2].
 
ناسا با سرعت هرچه تمام‌تر به پروازهاي شاتل ادامه مي‌داد تا اينكه در 28 ژانويه 1986، وقوع يك فاجعه، جهان را شوكه كرد. شاتل فضايي چلنجر در پرواز 51-L، درست 73 ثانيه پس از پرتاب و در حالي كه حدود 9 مايل در جهت عمودي و 7 مايل در جهت افق به پيش رفته بود، ناگهان در هوا منفجر شد و هر 7 فضانورد آن كشته شدند (تصاوير 13 و  14). علت اين حادثه چند ماه بعد معلوم شد: به وجود آمدن نقص در يكي از عايق‌هاي حرارتي يكي از بوسترهاي پيشران جامد. ناسا بعد از اين سانحه كليه عمليات‌هاي فضايي سرنشين‌دار خود را به مدت دو سال تعطيل كرد [2].
  
حادثه انفجار شاتل چلنجر
تصوير 13- حادثه انفجار شاتل چلنجر
  
تصوير 14- فضانوردان كشته‌شده در سانحه چلنجر
  
مديران و مهندسان ناسا به تجديد نظر و بازنگري شاتل پرداختند و بسياري از طراحي‌ها و نقشه‌ها را عوض كردند. انتقادات بسيار فراواني به اين وسيله و نحوه اداره عمليات آن وارد شد ( به‌وي‍ژه به نحوه عمليات شاتل چلنجر كه با چهار بار به تاخير افتادن پرتاب، روزهاي متمادي بر روي سكوي پرتاب ماند) اما اراده ايالات متحده به ادامه كار اين وسيله بعد از رفع نقايص استوار بود. از طرفي ايالات متحده قراردادي را براي ايجاد يك ايستگاه فضايي عظيم امضا كرده بود كه وجود شاتل مي‌توانست كمك زيادي به انجام آن بكند. سرانجام در 29 سپتامبر 1988، شاتل ديسكاوري پروازي را با موفقيت به انجام رساند و اين وسيله دوباره به عمليات بازگشت، اما اين‌بار نه براي خدمات‌رساني به ماهواره‌ها، بلكه براي ايفاي نقش در پيشبرد پروژه ايستگاه فضايي بين‌المللي [3] (تصوير 15).
 
  شاتل فضايي در حال نزديك شدن به ايستگاه فضايي بين‌المللي
تصوير 15- شاتل فضايي در حال نزديك شدن به ايستگاه فضايي بين‌المللي
 
 
در سال 2003 حادثه ديگري، اين‌بار به هنگام بازگشت شاتل كلمبيا به جوّ زمين، فاجعه ديگري را رقم زد كه اين مساله نيز به تعطيلي موقت فعاليت‌هاي فضايي سرنشين‌دار ناسا انجاميد، اما دو سال بعد با انجام تصحيحات و بازنگري، ماموريت‌هاي شاتل از سر گرفته شد و تا به امروز ادامه دارد. حادثه دوم شاتل شبهات جدي را در مورد ايمني اين سامانه مطرح كرد و حتي بازنشستگي شاتل فضايي هم به صورت جدي مطرح شد (تصاوير 16 و 17).
 
حادثه انفجار شاتل كلمبيا
تصوير 16- حادثه انفجار شاتل كلمبيا
 
فضانوردان كشته‌شده در سانحه كلمبيا 
تصوير 17- فضانوردان كشته‌شده در سانحه كلمبيا
 
شاتل بيشتر از هر پرتابگر ديگري پرواز کرده و از 1981 تا اواخر سال 2007 بيش از 120 ماموريت را با موفقيت به انجام رسانده و با اينکه بيش از 20 سال از شروع کار آن مي‌گذرد، به طور مداوم در حال تکامل و بهبود بوده است. ناسا تغييرات کلي و جزيي زيادي در قسمت‌هاي مختلف شاتل ايجاد کرده تا آن را ايمن‌تر، توانمندتر و قابل اعتمادتر کند. گفته مي‌شود که ناسا با انجام اين تغييرات توانسته است پروازها را نسبت به سال 1992 حدوداً سه مرتبه ايمن‌تر کند و مشکلات پروازي نيز بيش از 70 درصد کاهش پيدا کرده است [1]. ناسا در سال 2004 رسماً اعلام كرد كه قصد دارد تا سال 2010 شاتل فضايي را بازنشسته كرده و وسيله فضايي سرنشين‌دار بازگشت‌پذيري تحت عنوان [اوريون] را براي سفر به ماه و مريخ جايگزين آن نمايد.
 
 

مشخصات شاتل فضایی

همان‌طور كه پيشتر نيز اشاره شد، شاتل فضايي يا سامانه حمل و نقل فضايي از سه قسمت اصلي تشكيل شده است:

  • [وسيله مدارگرد (اُوي)] (بخش اصلي)
  • [بوسترهاي پيشران جامد (اس‌آربي)] (موتورهاي راكتي جامد)
  • [مخزن پيشران خارجي (ئي‌تي)] (مخزن خارجي)

مدارگرد، كه گاهي به تنهايي شاتل فضايي خوانده مي شود، همان وسيله هواپيماشكلي است كه به زمين بازمي‌گردد و فرود مي‌آيد. بوسترهاي پيشران جامد پس از فاز اوليه پرتاب جدا شده و در دريا سقوط مي‌كنند تا دوباره مورد استفاده قرار گيرند. مخزن پيشران خارجي هم كه معمولاً در تصاوير با رنگ نارنجي مشخص است، پس از فاز نهايي پرتاب از مدارگرد جدا شده و در جو متلاشي مي‌شود. شاتل فضايي قادر است تا محموله 24400 كيلوگرمي را تا مدار 204 كيلومتري حمل كند. اگر محموله براي ايستگاه فضايي بين‌المللي باشد كه در ارتفاع حدود 400 كيلومتري قرار دارد، اين قابليت حمل به 12500 كيلوگرم كاهش مي‌يابد [5]. براي مدار انتقالي زمين‌ثابت، قابليت حمل محموله به 3810 كيلوگرم مي‌رسد [1]. اين آمار براي شاتل‌هاي بعد از سانحه چلنجرارائه شده است. تا قبل از چلنجر، قابليت حمل محموله حدود 15 درصد بيشتر بود كه بعد از آن در جهت افزايش ايمني عمليات‌ها اين قابليت حمل كاهش يافت [5]. البته مدارگردهاي مختلف به لحاظ وزني مقدار اندكي با هم متفاوتند كه اين مساله مي‌تواند روي قابليت حمل محموله موثر باشد. همچنين در طول بيش از دو دهه برنامه شاتل فضايي، وزن قسمت‌هايي از اين وسيله مانند مخزن خارجي نيز چند بار كم شده است، كه اين مساله هم بر روي توانايي شاتل در حمل محموله موثر بوده است.

 در ادامه، مشخصات و توضيحاتي پيرامون هر يك از بخش‌هاي شاتل ارائه مي‌شود:
 

 
مدارگرد شاتل
 
وظيفه اصلي مدارگرد حمل فضانوردان و محموله‌ها به فضا و بازگرداندن آنها به زمين است. اين بخش شاتل شبيه به يك هواپيما با دو بال دلتا و دمي عمودي است. مدارگرد به هنگام بازگشت به زمين درست مانند يك هواسُر عمل مي‌كند و بدون هيچ‌گونه نيروي پيشران بر روي باند فرود مي‌آيد. (تصاوير 18 و 19)
 
 
 مدارگرد در حال تقرب به باند فرود
تصوير 18- مدارگرد در حال تقرب به باند فرود
 
مدارگرد در لحظه فرود روي باند 
تصوير 19- مدارگرد در لحظه فرود روي باند
 
 نمايي از داخل كابين مدارگرد
تصوير 20- نمايي از داخل كابين مدارگرد
 
نماي بيروني كابين مدارگرد كلمبيا 
تصوير 21- نماي بيروني كابين مدارگرد كلمبيا
 

مدارگرد از سه قسمت اصلي تشكيل شده است. در قسمت جلويي آن كابين كنترل و محل استقرار فضانوردان قرار دارد (تصاوير 20 و 21).

قسمت مياني مدارگرد با دارا بودن فضايي خالي با طول زياد، بستري براي حمل محموله‌ها است (تصاوير 22 و 23).

در قسمت عقبي شاتل نيز سه موتور پيشران مايع قرار دارند كه در هنگام پرتاب از مخزن سوخت خارجي تغذيه شده و بخشي از نيروي رانش مرحله اول و تمام نيروي مرحله دوم پرتاب را تامين مي‌كنند (تصاوير 24 و 25).

هر يك از اين موتورها، نيروي رانشي معادل 1/2 ميليون نيوتن در خلاء و 67/1 ميليون نيوتن را در سطح دريا تامين مي‌كنند. نسبت سوخت (هيدروژن مايع) به اكسيدكننده (اكسيژن مايع) در آنها 6 به 1 است.

بخش مياني مدارگرد

تصوير 22- بخش مياني مدارگرد

نماي داخلي قسمت مياني مدارگرد

تصوير 23- نماي داخلي قسمت مياني مدارگرد

 

سه راكت انتهاي شاتل فضايي

تصوير 24- سه راكت انتهاي شاتل فضايي

 

نماي موتورهاي راكتي شاتل فضايي

تصوير 25- نماي موتورهاي راكتي شاتل فضايي

ناسا در پروژه شاتل فضايي، هفت فروند مدارگرد را توليد كرده است [6]. از اين 7 فروند، يك مدل غيرپروازي و يك فروند غيرعملياتي بودند و پنج فروند، ناوگان شاتل را تشكيل مي‌دادند كه تنها سه فروند از آنها باقي مانده است:
  • شاتل فضايي [پت‌فايندر][اُوي098] (فقط يك مدل غيرپروازي)
  • شاتل فضايي چلنجر - اُوي099 يا اس‌تي‌اِي099
  • شاتل فضايي انترپرايز – اُوي101 (فقط براي آزمايش‌هاي زيرمداري)
  • شاتل فضايي كلمبيا - اُوي102
  • شاتل فضايي ديسكاوري - اُوي103
  • شاتل فضايي آتلانتيس - اُوي104
  • شاتل فضايي انديور - اُوي105
تمام مدارگردها داراي ابعاد كاملاً يكساني هستند و تنها از نظر برخي ويژگي‌هاي سامانه‌اي با هم تفاوت دارند. مدل‌هاي جديدتر به لحاظ سازه‌اي سبك‌تر شده‌اند و بنابراين قابليت حمل سامانه و محموله آنها افزايش پيدا كرده است (تصوير 26). همين تفاوت‌ها باعث مي‌شود تا به لحاظ قابليت ماموريت نيز تفاوت‌هايي داشته باشند. هر مدارگرد براي حمل 4 الي 7 فضانورد (كه دو نفر آنها حتماً خلبان هستند) طراحي شده است. گرچه ماموريت با 8 فضانورد نيز تجربه شده است. مدارگردها قادر هستند در موارد اضطراري تا 11 نفر را نيز با خود به زمين بازگردانند [1].
 
اجزاي سازه‌اي و سامانه‌اي مدارگرد
تصوير 26- اجزاي سازه‌اي و سامانه‌اي مدارگرد
 
هر مدارگرد داراي سامانه‌اي موسوم به [مانور مداري] است كه براي مانورهاي مداري آن در فضا طراحي شده است. اين سامانه كه در قسمت عقب (كنار دم) مدارگرد تعبيه شده، از دو موتور پيشران مايع هر يك با نيروي رانش 26700 نيوتن تشكيل شده است. در كنار اين سامانه مداري، [سامانه كنترل عكس‌العملي] شامل 24 پيشرانه 3870 نيوتني وچهار موتور ورنيه نيز بكار گرفته شده است. علاوه بر همه اينها، 14 پيشرانه فضايي ودو موتور ورنيه نيز در قسمت دماغه شاتل وجود دارند. همه اين پيشرانه‌ها از پيشران مايع مونومتيل هيدرازين و تترا اكسيد نيتروژن استفاده مي‌كنند. سازه مدارگرد بيشتر از آلومينيوم ساخته شده است اما سازه‌هاي پشتيبان موتورهاي راكتي آن بيشتر از آلياژ تيتانيوم است [4].
 
بازوي رباتي يا جايگذاري از راه دور نيز كه قبلاً توضيح داده شد، يكي از ‌سامانه‌هاي جانبي مهم مدارگرد است كه در طول بستر بار آن قراردارد (تصوير 27).
 
بازوي رباتي جايگذاري از راه دور شاتل فضايي
تصوير 27- بازوي رباتي جايگذاري از راه دور شاتل فضايي
 

يكي از مهم‌ترين و حساس‌ترين بخش‌هاي مدارگرد، كاشي‌هاي عايق حرارتي هستند كه در زير بدنه، بال و دماغه شاتل به‌صورت سرتاسري نصب مي‌شوند تا در هنگام ورود مجدد مدارگرد به زمين جلوي نفوذ حرارت چندين هزار درجه‌اي را به شاتل بگيرند. سانحه دوم شاتل فضايي به خاطر نقص به وجود آمده در يكي از همين عايق‌ها بود. (تصاوير 28 و 29)

طول دهانه بال مدارگرد 79/23 متر و طول بدنه آن 24/37 متر است. جنس سازه اصلي تشكيل دهنده مدارگرد عمدتا از آلومينيوم است اما سازه پشتيبان سامانه پيشرانش آن از آلياژ تيتانيوم ساخته شده است [4].
 
كاشي‌هاي حرارتي زير مدارگرد
تصوير 28- كاشي‌هاي حرارتي زير مدارگرد
 
 كاشي‌هاي حرارتي دماغه و بخش زيرين مدارگرد
تصوير 29- كاشي‌هاي حرارتي دماغه و بخش زيرين مدارگرد
 
 

بوسترهای پیشران جامد (موتورهای راکتی جامد)

دو بوستر پيشران جامد شاتل فضايي به رنگ سفيد بوده و در طرفين مخزن خارجي نصب مي‌شوند. اين دو بوستر نقش اصلي را در مرحله اول پرتاب شاتل فضايي بر عهده دارند. بوسترها پس از حدود 2 دقيقه و در ارتفاع حدود 45700 متري (150000 پايي) از سامانه جدا مي‌شوند و وسيله به كمك چتر در اقيانوس سقوط مي‌كنند و سپس به وسيله يدك‌كش‌هاي مخصوصي از آب گرفته شده و جهت بازيافت و استفاده مجدد مورد استفاده قرار مي‌گيرند (تصاوير 30 و 31).
  
سقوط بوستر پيشران جامد شاتل در اقيانوس به كمك چتر
تصوير 30- سقوط بوستر پيشران جامد شاتل در اقيانوس به كمك چتر
 
از آب‌گيري بوستر پيشران جامد شاتل براي بازيافت مجدد  
تصوير 31- از آب‌گيري بوستر پيشران جامد شاتل براي بازيافت مجدد
  
 

 پيشران بوسترها از نوع جامد است. 16 درصد پودر آلومينيوم اتميزه شده به عنوان سوخت، 8/69 درصد پركلرات آلومينيوم به عنوان اكسيدكننده، 2/0 درصد اكسيد آهن به عنوان كاتاليزور، 12 درصد اسيد اكريلونيت به عنوان بايندر و 2 درصد اپوكسي به عنوان ماده مخصوص پخت، تركيبات اين پيشران را تشكيل مي‌دهند [7].

هر بوستر در راستاي طولي از پنج قسمت مجزا تشكيل شده كه در هنگام آماده‌سازي براي پرتاب مونتاژ مي‌شوند.

در قسمت نوك بوسترها چند موتور راكتي كوچك در جهت معكوس تعبيه شده كه در هنگام جدايش عمل مي‌كنند. بوسترها با استفاده از سامانه نازل متحرك خود، در كنترل كل شاتل در مرحله اول پرتاب نيز نقش ايفا مي‌كنند.

علت اصلي بروز سانحه چلنجر، نقص در يكي از اورينگ‌هاي ([واشر عايق حلقه‌اي]) عايق بخش انتهايي يكي از بوسترها بود. بعد از اين حادثه، تغييرات زيادي به لحاظ مهندسي در سامانه بوسترها صورت پذيرفت. 


 
مخزن پیشران مایع خارجی

مخزن پيشران مايع خارجي، محفظه‌اي است براي نگهداري هيدروژن و اكسيژن مايع كه در موتورهاي راكتي پيشران مايع نصب شده در پشت مدارگرد، تزريق مي‌شوند. اين مخزن عظيم در اولين شاتل‌ها سفيدرنگ بود. اما بعد از اين كه مشخص شد اين رنگ هيچ اثر مثبت مكانيكي بر روي مخزن ندارد، از رنگ زدن آن خودداري شد و بدين ترتيب، 272 كيلوگرم از وزن آن كاسته شد. رنگ نارنجي اين مخزن مربوط به رنگ پرايمر آن است [9].

پس از جدايش بوسترها در انتهاي مرحله اول پرتاب و در ارتفاع 45 كيلومتري، مدارگرد با استفاده از پيشران موجود در اين مخزن، تا ارتفاع 113 كيلومتري بالا مي‌رود. حدود 5/8 دقيقه بعد از لحظه پرتاب (10 ثانيه بعد از خاموشي موتورهاي راكتي عقبي مدارگرد [10])، اين مخزن جدا و در هوا متلاشي مي‌شود[9] و برخي بقاياي آن در اقيانوس هند يا اطلس سقوط مي‌كنند [10].

اين مخزن حاوي 5/1 ميليون ليتر اكسيژن مايع و 5/0 ميليون ليتر هيدروژن مايع در هنگام پرتاب است. پوسته مخزن با ضخامت 5/2 سانتي‌متر، پوششي از فومِ [پلي‌ايزو‌سيانورات] دارد. جنس مخازن هيدروژن و اكسيژن آن از آلومينيوم 2090 و 2195 است كه براي نگهداري مايعات [كرايژنيك] بسيار مناسب است. مخازن اكسيژن و هيدروژن آن به گونه‌اي طراحي شده است كه جلوي تلاطم مايعات داخل آنها را مي‌گيرند.

طول اين مخزن 9/46 متر و قطر آن 4/8 متر است. وزن خالي آن بارها دستخوش تغيير شده اما حدوداً 26 تن است [9]. سازه مخزن به نوعي رابط و پشتيباني براي كل مجموعه است. (تصاوير 32 و 33)
ساختار مخزن پيشران مايع خارجي شاتل فضايي
تصوير 32- ساختار مخزن پيشران مايع خارجي شاتل فضايي
حمل مخزن پيشران مايع خارجي شاتل فضايي
تصوير 33- حمل مخزن پيشران مايع خارجي شاتل فضايي

 
پشتیبانی زمینی شاتل فضایی
ساختماني سوله‌مانند در مركز فضايي كندي قرار دارد كه به [ساختمان مونتاژ وسيله يا وي‌اِي‌بي] معروف است (تصوير 34). سه بخش مختلف شاتل فضايي قبل از پرتاب در اين ساختمان مونتاژ مي‌شوند. سپس بر روي وسيله ترابري كه به [كراولر] معروف است، قرار داده شده و با سرعت 6/1 كيلومتر بر ساعت به سمت سكوي پرتاب حمل مي‌شود [4] (تصوير 35).
ساختمان مونتاژ وسيله شاتل فضايي در مركز فضايي كندي
تصوير 34- ساختمان مونتاژ وسيله شاتل فضايي در مركز فضايي كندي
حمل شاتل فضايي بر روي كراولر
تصوير 35- حمل شاتل فضايي بر روي كراولر
در مركز فضايي كندي يك باند فرود ويژه براي مدارگرد در نظر گرفته شده است. طول اين باند 4575 متر بوده و از هر طرف نيز 305 متر باند اضافه (براي احتياط) دارد. عرض آن نيز 91 متر است. باند در راستاي شمال غربي به جنوب شرقي قرار دارد. مشابه چنين باندي در [پايگاه هوايي ادواردز] نيز وجود دارد كه در حدود 8 كيلومتر طول دارد [4].

ترجيح آن است كه مدارگرد بر روي باند فرود مركز فضايي كندي فرود آيد، اما در صورت اضطرار (مثلاً نامناسب بودن آب و هوا) فرود بر روي پايگاه‌هاي ديگري نظير پايگاه ادواردز نيز انجام مي‌شود و بعد شاتل بر پشت يك هواپيماي بوئينگ747 بهينه‌سازي شده به مركز فضايي كندي منتقل مي‌شود [4].

عمليات ارتباط و كنترل زميني شاتل فضايي نيز از مركز فضايي كندي انجام مي‌شود (تصوير 36).
 
ايستگاه كنترل زميني شاتل فضايي واقع در مركز فضايي كندي
تصوير 36- ايستگاه كنترل زميني شاتل فضايي واقع در مركز فضايي كندي
 

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
  • دیدگاه کاربران

  • مجید  |  سلام
    از گستردگی مطالب شما لذت بردم و از آن در مطالب قابل ارائه استفاده می کنم
    اگر در زمینه متالورژی مطلبی خواستید به من پیام بدهید.
    مجید غفوری
  • نعمت اله قاضی  |  به امید ایرانی فراتر از خیال،سپاس از اطلاعات کامل شما
  • ناشناس  |  ممنون مطالب فوق العاده خوب و کامل بودند باتشکر
  • عباس صدری  |  برایم بسیار جالب بود. واقعا هوشمندی وتلاش تلاشگران ستودنی است.
    این کار یک نمونه ی عالی برای پیشبرد واقعی علم است. هرچند بعد از 55 سال تدریس دیگر توانی برایم نمانده است اما هنوز عاشق علم وپیشرفت های واقعی آنم.
  • مسیح رجایی  |  ازتون سپاس گذارم بخاطر زحمات گران قدرتون برای جمع آوری این مطالب مفید

ارسال دیدگاه جدید

(ضروری)
 
(ضروری)
(ضروری)
واژه‌های کلیدی : شاتل فضایی
تبلیغات در پورتال هوافضای ایران
نیازمندی‌های هوایی و فضایی ایران
کانال تلگرام پورتال هوافضای ایران
فهرست کانال‌ها و گروه‌های هوافضا و هوانوردی ایران در تلگرام
عکس های تصادفی
Space Shuttle Challenger AccidentSharon Christa McAuliffe is Briefed on HelmetsExpedition 44 Qualification ExamsClose-Up View of a Skylab Food Can Measuring Compartment
فرهنگ واژگان هوافضا-نسخه 1
   
عضویت در خبرنامه و آگاهی از تازه ها
تبلیغات
نیازمندی های هوافضا
طراحی و ساخت تجهیزات دوار
حامی پیپر
نیازمندی های هوافضایی
آخرین نظرات
29 خرداد ماه 1396
امیر صادقی در نوشته شرکت مهندسی تعمیرات هواپیمایی فارسکو (فجرآشیان):
سلام امیر صادقی هستم دانشجوی مهندسی تعمیر ونگهداری پهباد اماده همکاری با شرکت شما میباشم ...
26 خرداد ماه 1396
حسین لنگری در نوشته پژوهشگاه هوافضا:
در کشور ما هزینه های زیادی برای علم شده است ولی از علم هنوز استفاده زیادی نشده است هر کس ی ...
25 خرداد ماه 1396
پوریا نوری در نوشته ماهنامه صنايع هوافضا:
من اشتراک سالیانه میخوام اگر امکانش هست راهنمایی کنید. ازمشهد 09159053414 ...
25 خرداد ماه 1396
مسعود غفاری در نوشته شرکت مهندسی تعمیرات هواپیمایی فارسکو (فجرآشیان):
اینجانب فارغ التحصیل دانشگاه بین المللی استرالیا در کشور کویت هستم دارای مدرک تعمیرات و نگ ...
21 خرداد ماه 1396
محسن صالحی در نوشته شرکت مهندسی تعمیرات هواپیمایی فارسکو (فجرآشیان):
با سلام بنده ۲۶ سال دارم و دارای مدرک لیسانس مکانیک طراحی جامدات و همچنین مدرک b1 می باشم ...
21 خرداد ماه 1396
پانته آ داودی فر در نوشته کمیته دائمی تشعشعات فضایی:
با عرض سلام چطور می توانم به مقاله نامه سومین کنفرانس ملی تشعشعات فضایی ایران دسترسی داشته ...
20 خرداد ماه 1396
امید کاویانی در نوشته ساختمان هلیکوپتر:
با سلام و سپاس ببخشید چطور میتوانم این کتاب ها را دانلود کنم ؟ متشکرم. ...
19 خرداد ماه 1396
Fateme. Jafari در نوشته پرسش و پاسخ پیرامون رشته مهندسی هوافضا (برگرفته از دانشگاه امیرکبیر):
من الان پایه دهمم رشته ریاضی خیلی علاقه دارم ب مهندسی هوا و فضا ولی خانوادم کاملا مخالف ه ...
5 خرداد ماه 1396
داربستان در نوشته اتحادیه صنایع هوایی و فضایی ایران:
بسیار عالی