Program pemerintah AS STS (Space Transportation System) lebih dikenal di seluruh dunia dengan nama Space Shuttle. Program ini dilaksanakan oleh spesialis NASA, tujuan utamanya adalah pembuatan dan penggunaan pesawat ruang angkasa berawak yang dapat digunakan kembali yang dirancang untuk mengirim orang dan berbagai kargo ke orbit rendah dan kembali. Oleh karena itu nama sebenarnya - "Space Shuttle".
Pengerjaan program dimulai pada tahun 1969 dengan dana dari dua departemen pemerintah AS: NASA dan Departemen Pertahanan. Pekerjaan pengembangan dan pengembangan dilakukan sebagai bagian dari program bersama antara NASA dan Angkatan Udara. Pada saat yang sama, para spesialis menerapkan sejumlah solusi teknis yang sebelumnya telah diuji pada modul bulan program Apollo tahun 1960-an: eksperimen dengan booster propelan padat, sistem untuk memisahkannya dan memperoleh bahan bakar dari tangki eksternal. Dasar dari sistem transportasi ruang angkasa yang dibuat adalah menjadi pesawat ruang angkasa berawak yang dapat digunakan kembali. Sistem ini juga mencakup kompleks pendukung darat (kompleks pendaratan, uji dan peluncuran Kennedy Space Center yang terletak di Pangkalan Angkatan Udara Vandenberg, Florida), pusat kendali penerbangan di Houston (Texas), serta sistem relai data dan komunikasi melalui satelit dan sarana lain….
Semua perusahaan kedirgantaraan Amerika terkemuka ikut serta dalam pengerjaan program ini. Program ini benar-benar berskala besar dan nasional, lebih dari 1000 perusahaan dari 47 negara bagian memasok berbagai produk dan peralatan untuk Space Shuttle. Kontrak untuk pembangunan kapal orbit pertama pada tahun 1972 dimenangkan oleh Rockwell International. Konstruksi dua pesawat ulang-alik pertama dimulai pada Juni 1974.
Penerbangan pertama pesawat ulang-alik Columbia. Tangki bahan bakar eksternal (tengah) hanya dicat putih pada dua penerbangan pertama. Di masa depan, tangki tidak dicat untuk mengurangi berat sistem.
Deskripsi sistem
Sistem transportasi ruang angkasa yang dapat digunakan kembali secara struktural Space Shuttle termasuk dua penguat bahan bakar padat penyelamat, yang berfungsi sebagai tahap pertama dan pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali mengorbit (pengorbit, pengorbit) dengan tiga mesin oksigen-hidrogen, serta kompartemen bahan bakar tempel besar yang membentuk tahap kedua. Setelah menyelesaikan program penerbangan luar angkasa, pengorbit secara mandiri kembali ke Bumi, di mana ia mendarat seperti pesawat terbang di landasan pacu khusus.
Dua pendorong roket padat beroperasi selama sekitar dua menit setelah peluncuran, mendorong dan memandu pesawat ruang angkasa. Setelah itu, pada ketinggian sekitar 45 kilometer, mereka berpisah dan, dengan bantuan sistem parasut, jatuh ke laut. Setelah diperbaiki dan diisi ulang, mereka digunakan lagi.
Tangki bahan bakar eksternal, yang terbakar di atmosfer bumi, diisi dengan hidrogen cair dan oksigen (bahan bakar untuk mesin utama), adalah satu-satunya elemen sekali pakai dari sistem ruang angkasa. Tangki itu sendiri juga merupakan kerangka untuk memasang pendorong propelan padat ke pesawat ruang angkasa. Itu dilemparkan dalam penerbangan sekitar 8,5 menit setelah lepas landas di ketinggian sekitar 113 kilometer, sebagian besar tangki terbakar di atmosfer bumi, dan bagian yang tersisa jatuh ke laut.
Bagian paling terkenal dan dapat dikenali dari sistem ini adalah pesawat ruang angkasa yang dapat digunakan kembali itu sendiri - pesawat ulang-alik, sebenarnya "pesawat ulang-alik" itu sendiri, yang diluncurkan ke orbit dekat bumi. Pesawat ulang-alik ini berfungsi sebagai tempat pengujian dan platform untuk penelitian ilmiah di luar angkasa, serta rumah bagi awak yang terdiri dari dua hingga tujuh orang. Pesawat ulang-alik itu sendiri dibuat sesuai dengan skema pesawat dengan sayap segitiga dalam rencana. Untuk pendaratan, ia menggunakan roda pendarat tipe pesawat. Jika pendorong roket propelan padat dirancang untuk digunakan hingga 20 kali, maka pesawat ulang-alik itu sendiri - hingga 100 penerbangan ke luar angkasa.
Dimensi kapal orbital dibandingkan dengan Soyuz
Sistem Pesawat Luar Angkasa Amerika dapat mengorbit pada ketinggian 185 kilometer dan kemiringan 28 ° hingga 24,4 ton kargo ketika diluncurkan ke timur dari Cape Canaveral (Florida) dan 11,3 ton ketika diluncurkan dari wilayah Penerbangan Luar Angkasa Kennedy Pusatkan ke orbit dengan ketinggian 500 kilometer dan kemiringan 55 °. Ketika diluncurkan dari Pangkalan Angkatan Udara Vandenberg (California, pantai barat), hingga 12 ton kargo dapat dimasukkan ke orbit sirkumpolar dengan ketinggian 185 kilometer.
Apa yang berhasil kami implementasikan, dan apa rencana kami yang tersisa hanya di atas kertas
Sebagai bagian dari simposium yang didedikasikan untuk implementasi program Pesawat Ulang-alik, yang berlangsung pada Oktober 1969, "bapak" pesawat ulang-alik, George Mueller, mencatat: “Tujuan kami adalah mengurangi biaya pengiriman satu kilogram muatan ke mengorbit dari $2.000 untuk Saturn-V menjadi 40-100 dolar per kilogram. Jadi kita bisa membuka era baru eksplorasi luar angkasa. Tantangan selama beberapa minggu dan bulan mendatang untuk simposium ini, dan untuk NASA dan Angkatan Udara, adalah untuk memastikan bahwa kita dapat mencapainya.” Secara umum, untuk berbagai varian berbasis Space Shuttle, biaya peluncuran muatan diperkirakan berkisar antara 90 hingga 330 dolar per kilogram. Selain itu, diyakini bahwa angkutan generasi kedua akan mengurangi jumlahnya menjadi $ 33-66 per kilogram.
Namun pada kenyataannya, angka-angka ini ternyata tidak dapat dicapai bahkan mendekati. Apalagi, menurut perhitungan Mueller, biaya peluncuran pesawat ulang-alik seharusnya $1-2,5 juta. Faktanya, menurut NASA, biaya rata-rata peluncuran pesawat ulang-alik adalah sekitar $ 450 juta. Dan perbedaan yang signifikan ini bisa disebut perbedaan utama antara tujuan yang dinyatakan dan kenyataan.
Shuttle "Endeavour" dengan kompartemen kargo terbuka
Setelah selesainya program Sistem Transportasi Antariksa pada tahun 2011, kita sudah dapat dengan yakin mengatakan tujuan mana yang dicapai selama pelaksanaannya, dan mana yang tidak.
Tujuan dari program Space Shuttle telah tercapai:
1. Pelaksanaan pengiriman berbagai jenis kargo ke orbit (tingkat atas, satelit, segmen stasiun luar angkasa, termasuk ISS).
2. Kemungkinan perbaikan satelit yang terletak di orbit rendah bumi.
3. Kemungkinan mengembalikan satelit ke Bumi.
4. Kemampuan untuk menerbangkan hingga 8 orang ke luar angkasa (selama operasi penyelamatan, kru dapat membawa hingga 11 orang).
5. Implementasi yang sukses dari penerbangan yang dapat digunakan kembali dan penggunaan yang dapat digunakan kembali dari pesawat ulang-alik itu sendiri dan akselerator propelan padat.
6. Implementasi dalam praktik tata letak pesawat ruang angkasa yang secara fundamental baru.
7. Kemampuan untuk melakukan manuver horizontal oleh kapal.
8. Volume kompartemen kargo yang besar, kemampuan untuk mengembalikan kargo ke Bumi dengan berat hingga 14, 4 ton.
9. Biaya dan waktu pengembangan berhasil memenuhi tenggat waktu yang dijanjikan kepada Presiden AS Nixon pada tahun 1971.
Tujuan tidak tercapai dan kegagalan:
1. Fasilitasi kualitatif akses ruang. Alih-alih mengurangi biaya pengiriman satu kilogram kargo ke orbit dengan dua kali lipat, Pesawat Ulang-alik ternyata menjadi salah satu metode pengiriman satelit yang paling mahal ke orbit Bumi.
2. Persiapan cepat antar-jemput antar penerbangan luar angkasa. Alih-alih kerangka waktu yang diharapkan, yang diperkirakan dua minggu antara peluncuran, pesawat ulang-alik sebenarnya bisa mempersiapkan peluncuran ke luar angkasa selama berbulan-bulan. Sebelum bencana pesawat ulang-alik Challenger, rekor antar penerbangan adalah 54 hari, setelah bencana - 88 hari. Selama seluruh periode operasi mereka, mereka diluncurkan rata-rata 4, 5 kali setahun, sedangkan jumlah peluncuran minimum yang dibenarkan secara ekonomi adalah 28 peluncuran per tahun.
3. Kesederhanaan pelayanan. Solusi teknis yang dipilih selama pembuatan pesawat ulang-alik agak sulit untuk dipertahankan. Mesin utama membutuhkan prosedur pembongkaran dan waktu servis yang lama. Unit turbopump dari mesin model pertama membutuhkan sekat dan perbaikan lengkap setelah setiap penerbangan ke luar angkasa. Ubin pelindung panas itu unik - setiap sarang memiliki ubinnya sendiri. Totalnya ada 35 ribu, apalagi ubinnya bisa rusak atau hilang selama penerbangan.
4. Ganti semua media sekali pakai. Pesawat ulang-alik tidak pernah diluncurkan ke orbit kutub, yang diperlukan terutama untuk penyebaran satelit pengintai. Dalam arah ini, pekerjaan persiapan dilakukan, tetapi mereka dibatasi setelah bencana Challenger.
5. Akses yang andal ke luar angkasa. Empat pesawat ulang-alik berarti bahwa hilangnya salah satu dari mereka adalah hilangnya 25% dari seluruh armada (selalu ada tidak lebih dari 4 pengorbit terbang, pesawat ulang-alik Endeavour dibangun untuk menggantikan Challenger yang hilang). Setelah bencana, penerbangan dihentikan untuk waktu yang lama, misalnya, setelah bencana Challenger - selama 32 bulan.
6. Daya dukung pesawat ulang-alik ternyata 5 ton lebih rendah dari yang dipersyaratkan oleh spesifikasi militer (24,4 ton, bukan 30 ton).
7. Kemampuan manuver horizontal yang besar tidak pernah diterapkan dalam praktik, karena pesawat ulang-alik tidak terbang ke orbit kutub.
8. Kembalinya satelit dari orbit bumi sudah berhenti pada tahun 1996, sementara hanya 5 satelit yang dikembalikan dari luar angkasa selama seluruh periode.
9. Perbaikan satelit ternyata tidak banyak diminati. Secara total, 5 satelit telah diperbaiki, namun, pesawat ulang-alik juga telah melakukan pemeliharaan teleskop Hubble yang terkenal sebanyak 5 kali.
10. Solusi rekayasa yang diterapkan berdampak negatif pada keandalan seluruh sistem. Pada saat lepas landas dan mendarat, ada area yang tidak memungkinkan awak kapal untuk melakukan penyelamatan dalam keadaan darurat.
11. Fakta bahwa pesawat ulang-alik hanya dapat melakukan penerbangan berawak menempatkan astronot dalam risiko yang tidak perlu, misalnya, otomatisasi akan cukup untuk peluncuran satelit rutin ke orbit.
12. Penutupan program Space Shuttle pada tahun 2011 ditumpangkan pada pembatalan program Constellation. Hal ini menyebabkan Amerika Serikat kehilangan akses independennya ke luar angkasa selama bertahun-tahun. Akibatnya, kehilangan gambar dan kebutuhan untuk mendapatkan tempat bagi astronot mereka di pesawat ruang angkasa negara lain (pesawat ruang angkasa berawak Rusia "Soyuz").
Shuttle Discovery melakukan manuver sebelum berlabuh dengan ISS
Beberapa statistik
Pesawat ulang-alik dirancang untuk tinggal di orbit Bumi selama dua minggu. Biasanya penerbangan mereka berlangsung dari 5 hingga 16 hari. Rekor penerbangan terpendek dalam sejarah program adalah milik pesawat ulang-alik Columbia (meninggal bersama kru pada 1 Februari 2003, penerbangan ke-28 ke luar angkasa), yang pada November 1981 hanya menghabiskan waktu 2 hari, 6 jam dan 13 menit di luar angkasa. Pesawat ulang-alik yang sama melakukan penerbangan terpanjang pada November 1996 - 17 hari 15 jam 53 menit.
Secara total, selama pengoperasian program ini dari 1981 hingga 2011, 135 peluncuran dilakukan oleh pesawat ulang-alik, di antaranya Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (meninggal bersama kru pada 28 Januari 1986). Secara total, dalam kerangka program, lima dari pesawat ulang-alik di atas dibangun, yang melakukan penerbangan ke luar angkasa. Pesawat ulang-alik lain, Enterprise, adalah yang pertama dibangun, tetapi awalnya hanya dimaksudkan untuk pengujian darat dan atmosfer, serta pekerjaan persiapan di lokasi peluncuran, tidak pernah terbang ke luar angkasa.
Perlu dicatat bahwa NASA berencana menggunakan pesawat ulang-alik jauh lebih aktif daripada yang sebenarnya terjadi. Kembali pada tahun 1985, para ahli dari badan antariksa Amerika mengharapkan bahwa pada tahun 1990 mereka akan membuat 24 peluncuran setiap tahun, dan kapal terbang hingga 100 penerbangan ke luar angkasa, dalam praktiknya, semua 5 pesawat ulang-alik hanya melakukan 135 penerbangan dalam 30 tahun, dua di antaranya berakhir sebuah bencana. Rekor jumlah penerbangan ke luar angkasa milik pesawat ulang-alik "Discovery" - 39 penerbangan ke luar angkasa (yang pertama pada 30 Agustus 1984).
Pendaratan pesawat ulang-alik "Atlantis"
Pesawat ulang-alik Amerika juga memiliki anti-rekor paling menyedihkan di antara semua sistem ruang angkasa - dalam hal jumlah orang yang tewas. Dua bencana dengan partisipasi mereka menyebabkan kematian 14 astronot Amerika. Pada tanggal 28 Januari 1986, saat lepas landas, akibat ledakan di tangki bahan bakar eksternal, pesawat ulang-alik Challenger runtuh, ini terjadi pada detik ke-73 penerbangan dan menyebabkan kematian semua 7 anggota awak, termasuk astronot awam pertama. - mantan guru Christa McAuliffe, yang memenangkan kompetisi nasional Amerika untuk hak terbang ke luar angkasa. Bencana kedua terjadi pada 1 Februari 2003, saat kembalinya pesawat ruang angkasa Columbia dari penerbangan ke-28 ke luar angkasa. Penyebab bencana adalah penghancuran lapisan pelindung panas luar di bidang kiri sayap pesawat ulang-alik, yang disebabkan oleh sepotong isolasi termal dari tangki oksigen yang jatuh ke atasnya pada saat peluncuran. Saat kembali, pesawat ulang-alik itu ambruk di udara, menewaskan 7 astronot.
Program Sistem Transportasi Antariksa secara resmi selesai pada tahun 2011. Semua angkutan yang beroperasi dinonaktifkan dan dikirim ke museum. Penerbangan terakhir terjadi pada tanggal 8 Juli 2011 dan dilakukan oleh pesawat ulang-alik Atlantis dengan kru dikurangi menjadi 4 orang. Penerbangan berakhir dini hari tanggal 21 Juli 2011. Selama 30 tahun beroperasi, pesawat ruang angkasa ini telah melakukan 135 penerbangan, total, mereka telah menyelesaikan 21.152 orbit di sekitar Bumi, mengirimkan 1.600 ton berbagai muatan ke luar angkasa. Selama waktu ini, kru termasuk 355 orang (306 pria dan 49 wanita) dari 16 negara berbeda. Astronot Franklin Storey Musgrave adalah satu-satunya yang menerbangkan kelima pesawat ulang-alik yang dibuat.
