يُعرف برنامج الحكومة الأمريكية STS (نظام النقل الفضائي) في جميع أنحاء العالم باسم مكوك الفضاء. تم تنفيذ هذا البرنامج من قبل متخصصين في وكالة ناسا ، وكان هدفه الرئيسي هو إنشاء واستخدام مركبة فضائية للنقل مأهولة قابلة لإعادة الاستخدام مصممة لتوصيل الأشخاص والبضائع المختلفة إلى المدارات الأرضية المنخفضة والعودة. ومن هنا الاسم الفعلي - "مكوك الفضاء".
بدأ العمل في البرنامج في عام 1969 بتمويل من إدارتين حكوميتين أمريكيتين: وكالة ناسا ووزارة الدفاع. تم تنفيذ أعمال التطوير والتطوير كجزء من برنامج مشترك بين ناسا والقوات الجوية. في الوقت نفسه ، طبق المتخصصون عددًا من الحلول التقنية التي سبق اختبارها على الوحدات القمرية لبرنامج Apollo في الستينيات: تجارب باستخدام معززات الوقود الصلب ، وأنظمة فصلها والحصول على الوقود من خزان خارجي. كان أساس نظام النقل الفضائي الذي يتم إنشاؤه هو أن تكون مركبة فضائية مأهولة قابلة لإعادة الاستخدام. تضمن النظام أيضًا مجمعات الدعم الأرضي (مجمع التجميع والاختبار والإطلاق التابع لمركز كينيدي للفضاء الموجود في قاعدة فاندنبرغ الجوية ، فلوريدا) ، ومركز التحكم في الطيران في هيوستن (تكساس) ، بالإضافة إلى أنظمة نقل البيانات والاتصالات عبر الأقمار الصناعية و وسائل أخرى …
شاركت جميع شركات الطيران الأمريكية الرائدة في العمل على هذا البرنامج. كان البرنامج واسع النطاق ووطنيًا حقًا ، حيث قدمت أكثر من 1000 شركة من 47 دولة منتجات ومعدات مختلفة لمكوك الفضاء. فازت شركة Rockwell International بعقد بناء أول سفينة مدارية في عام 1972. بدأ بناء أول مكوكين في يونيو 1974.
أول رحلة لمكوك الفضاء كولومبيا. تم طلاء خزان الوقود الخارجي (الوسط) باللون الأبيض فقط في أول رحلتين. في المستقبل ، لم يتم طلاء الخزان لتقليل وزن النظام.
وصف النظام
تضمن مكوك الفضاء نظام النقل الفضائي القابل لإعادة الاستخدام هيكليًا اثنين من معززات الوقود الصلب القابلة للإصلاح ، والتي كانت بمثابة المرحلة الأولى ومركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام (مركبة مدارية ، مدارية) مع ثلاثة محركات أكسجين وهيدروجين ، بالإضافة إلى حجرة وقود خارجية كبيرة شكلت المرحلة الثانية. بعد الانتهاء من برنامج رحلة الفضاء ، عادت المركبة المدارية بشكل مستقل إلى الأرض ، حيث هبطت مثل طائرة على مدارج خاصة.
يعمل المعززان الصاروخان الصلبان لمدة دقيقتين تقريبًا بعد الإطلاق ، ويدفعان ويوجهان المركبة الفضائية. بعد ذلك ، على ارتفاع حوالي 45 كيلومترًا ، يفصلون ، بمساعدة نظام المظلة ، يتناثرون في المحيط. بعد الإصلاح وإعادة التعبئة ، يتم استخدامها مرة أخرى.
خزان الوقود الخارجي ، الذي يحترق في الغلاف الجوي للأرض ، مملوء بالهيدروجين السائل والأكسجين (وقود المحركات الرئيسية) ، هو العنصر الوحيد المتاح في نظام الفضاء. الخزان نفسه هو أيضًا إطار لربط معززات الوقود الصلب بالمركبة الفضائية. تم طرحه في رحلة بعد حوالي 8.5 دقيقة من إقلاعه على ارتفاع حوالي 113 كيلومترًا ، ويحترق معظم الخزان في الغلاف الجوي للأرض ، وتسقط الأجزاء المتبقية في المحيط.
الجزء الأكثر شهرة وتميزًا في النظام هو المركبة الفضائية التي يمكن إعادة استخدامها نفسها - المكوك ، في الواقع "مكوك الفضاء" نفسه ، والذي يتم إطلاقه في مدار قريب من الأرض. يعمل هذا المكوك كأرض اختبار ومنصة للبحث العلمي في الفضاء ، بالإضافة إلى كونه منزلًا لطاقم مكون من شخصين إلى سبعة أشخاص. المكوك نفسه مصنوع وفقًا لمخطط الطائرة مع وجود جناح مثلث في المخطط. للهبوط ، يستخدم معدات هبوط من نوع الطائرة. إذا تم تصميم معززات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لاستخدامها حتى 20 مرة ، فإن المكوك نفسه - ما يصل إلى 100 رحلة في الفضاء.
أبعاد السفينة المدارية مقارنة بسويوز
يمكن لنظام مكوك الفضاء الأمريكي أن يدور في المدار على ارتفاع 185 كيلومترًا وميل 28 درجة حتى 24.4 طنًا من البضائع عند إطلاقه إلى الشرق من كيب كانافيرال (فلوريدا) و 11.3 طنًا عند إطلاقه من إقليم رحلة الفضاء كينيدي مركز في مدار بارتفاع 500 كيلومتر وميل 55 درجة. عند الإطلاق من قاعدة فاندنبرغ الجوية (كاليفورنيا ، الساحل الغربي) ، يمكن وضع ما يصل إلى 12 طنًا من البضائع في مدار حول القطب على ارتفاع 185 كيلومترًا.
ما تمكنا من تنفيذه وماذا من خططنا بقي على الورق فقط
كجزء من الندوة المخصصة لتنفيذ برنامج مكوك الفضاء ، التي عقدت في أكتوبر 1969 ، أشار "الأب" للمكوك ، جورج مولر: "هدفنا هو تقليل تكلفة إيصال كيلوغرام من الحمولة إلى المدار من 2000 دولار لساتيرن V إلى 40-100 دولار للكيلوغرام. حتى نتمكن من فتح حقبة جديدة من استكشاف الفضاء. التحدي خلال الأسابيع والأشهر القادمة لهذه الندوة ، ولوكالة ناسا والقوات الجوية ، هو ضمان قدرتنا على تحقيق ذلك ". بشكل عام ، بالنسبة للمتغيرات المختلفة القائمة على مكوك الفضاء ، كان من المتوقع أن تكون تكلفة إطلاق حمولة في حدود 90 إلى 330 دولارًا للكيلوغرام الواحد. علاوة على ذلك ، كان يُعتقد أن مكوكات الجيل الثاني ستقلل المبلغ إلى 33-66 دولارًا للكيلوغرام الواحد.
لكن في الواقع ، تبين أن هذه الأرقام بعيدة المنال حتى عن قرب. علاوة على ذلك ، ووفقًا لحسابات مولر ، فإن تكلفة إطلاق المكوك كان يجب أن تتراوح بين مليون و 2.5 مليون دولار. في الواقع ، وفقًا لوكالة ناسا ، بلغ متوسط تكلفة إطلاق المكوك حوالي 450 مليون دولار. ويمكن تسمية هذا الاختلاف الكبير بالتناقض الرئيسي بين الأهداف المعلنة والواقع.
مكوك "إنديفور" مع مقصورة شحن مفتوحة
بعد الانتهاء من برنامج نظام النقل الفضائي في عام 2011 ، يمكننا بالفعل أن نقول بثقة ما هي الأهداف التي تم تحقيقها أثناء تنفيذه ، والتي لم يتم تحقيقها.
تم تحقيق أهداف برنامج المكوك الفضائي:
1. تنفيذ تسليم أنواع مختلفة من البضائع إلى المدار (المراحل العليا ، الأقمار الصناعية ، أجزاء من المحطات الفضائية بما في ذلك محطة الفضاء الدولية).
2. إمكانية إصلاح الأقمار الصناعية الموجودة في مدار أرضي منخفض.
3. إمكانية إعادة الأقمار الصناعية إلى الأرض.
4. القدرة على طيران ما يصل إلى 8 أشخاص إلى الفضاء (أثناء عملية الإنقاذ ، يمكن أن يصل الطاقم إلى 11 شخصًا).
5. التنفيذ الناجح للطيران القابل لإعادة الاستخدام والاستخدام القابل لإعادة الاستخدام للمكوك نفسه ومسرعات الوقود الصلب.
6- التنفيذ العملي لتصميم جديد جذري للمركبة الفضائية.
7. القدرة على القيام بمناورات أفقية بالسفينة.
8. حجم كبير من مقصورة الشحن ، والقدرة على العودة إلى الأرض حمولة يصل وزنها إلى 14.4 طن.
9. تمت إدارة التكلفة ووقت التطوير للوفاء بالمواعيد النهائية التي وعد بها الرئيس الأمريكي نيكسون في عام 1971.
الأهداف التي لم تتحقق والفشل:
1. التيسير النوعي للوصول إلى الفضاء. بدلاً من تقليل تكلفة توصيل كيلوغرام من البضائع إلى المدار بمقدار أمرين من حيث الحجم ، تبين أن مكوك الفضاء هو في الواقع أحد أغلى الطرق لتوصيل الأقمار الصناعية إلى مدار الأرض.
2. الإعداد السريع للمكوكات بين الرحلات الفضائية. بدلاً من الإطار الزمني المتوقع ، والذي قُدر بأسبوعين بين عمليات الإطلاق ، يمكن للمكوكات أن تستعد بالفعل للإطلاق في الفضاء لعدة أشهر.قبل كارثة مكوك الفضاء تشالنجر ، كان الرقم القياسي بين الرحلات 54 يومًا ، بعد الكارثة - 88 يومًا. خلال فترة تشغيلها بأكملها ، تم إطلاقها في المتوسط 4 ، 5 مرات في السنة ، في حين كان الحد الأدنى المسموح به من عدد عمليات الإطلاق المبررة اقتصاديًا هو 28 عملية إطلاق في السنة.
3. بساطة الخدمة. كانت الحلول التقنية التي تم اختيارها أثناء إنشاء المكوكات شاقة إلى حد ما في الصيانة. تتطلب المحركات الرئيسية إجراءات تفكيك وأوقات خدمة طويلة. تتطلب وحدات المضخة التوربينية لمحركات النموذج الأول حاجزًا كاملاً وإصلاحًا بعد كل رحلة إلى الفضاء. كانت بلاط الحماية من الحرارة فريدة من نوعها - كان لكل عش بلاطه الخاص. في المجموع ، كان هناك 35 ألفًا منهم ، علاوة على ذلك ، يمكن أن يتعرض البلاط للتلف أو الضياع أثناء الرحلة.
4. استبدل جميع الوسائط التي يمكن التخلص منها. لم يتم إطلاق المكوكات مطلقًا في المدارات القطبية ، والتي كانت ضرورية بشكل أساسي لنشر أقمار الاستطلاع. في هذا الاتجاه ، تم تنفيذ الأعمال التحضيرية ، ولكن تم تقليصها بعد كارثة تشالنجر.
5. وصول موثوق إلى الفضاء. أربع مكوكات فضائية تعني أن خسارة أي منها كانت خسارة 25٪ من الأسطول بأكمله (لم يكن هناك دائمًا أكثر من 4 مركبات فضاء ، تم بناء مكوك إنديفور ليحل محل تشالنجر المفقود). بعد الكارثة ، توقفت الرحلات الجوية لفترة طويلة ، على سبيل المثال ، بعد كارثة تشالنجر - لمدة 32 شهرًا.
6. تبين أن القدرة الاستيعابية للمكوكات أقل بمقدار 5 أطنان مما تتطلبه المواصفات العسكرية (24.4 طن بدلاً من 30 طنًا).
7. لم يتم تطبيق قدرات المناورة الأفقية الكبيرة في الممارسة العملية ، وذلك بسبب أن المكوكات لم تطير في المدارات القطبية.
8. توقفت بالفعل عودة الأقمار الصناعية من مدار الأرض في عام 1996 ، بينما تم إرجاع 5 أقمار فقط من الفضاء خلال الفترة بأكملها.
9. تبين أن الطلب على إصلاح الأقمار الصناعية قليل. في المجموع ، تم إصلاح 5 أقمار صناعية ، ومع ذلك ، قامت المكوكات أيضًا بصيانة تلسكوب هابل الشهير 5 مرات.
10. أثرت الحلول الهندسية المنفذة سلبًا على موثوقية النظام بأكمله. في وقت الإقلاع والهبوط ، كانت هناك مناطق لم تترك للطاقم فرصة لإنقاذ في حالة الطوارئ.
11- وحقيقة أن المكوك لا يمكنه القيام إلا برحلات مأهولة يعرض رواد الفضاء للخطر دون داع ، فعلى سبيل المثال ، ستكون الأتمتة كافية لإطلاق السواتل الروتينية في المدار.
12- وقد تم إغلاق برنامج المكوك الفضائي في عام 2011 على أساس إلغاء برنامج "كونستليشن". تسبب هذا في فقدان الولايات المتحدة لوصولها المستقل إلى الفضاء لسنوات عديدة. نتيجة لذلك ، فقدان الصورة والحاجة إلى الحصول على أماكن لرواد الفضاء على مركبة فضائية من بلد آخر (المركبة الفضائية الروسية المأهولة "سويوز").
يقوم مكوك ديسكفري بمناورة قبل الالتحام بمحطة الفضاء الدولية
بعض الإحصائيات
تم تصميم المكوكات للبقاء في مدار الأرض لمدة أسبوعين. عادة ما تستغرق رحلاتهم من 5 إلى 16 يومًا. ينتمي الرقم القياسي لأقصر رحلة في تاريخ البرنامج إلى مكوك الفضاء كولومبيا (توفي مع الطاقم في 1 فبراير 2003 ، الرحلة رقم 28 إلى الفضاء) ، والتي أمضت في نوفمبر 1981 يومين فقط و 6 ساعات و 13 دقيقة في الفضاء. قام المكوك نفسه بأطول رحلة في نوفمبر 1996 - 17 يومًا و 15 ساعة و 53 دقيقة.
في المجموع ، أثناء تشغيل هذا البرنامج من 1981 إلى 2011 ، تم تنفيذ 135 عملية إطلاق بواسطة مكوكات فضائية ، منها ديسكفري - 39 ، أتلانتس - 33 ، كولومبيا - 28 ، إنديفور - 25 ، تشالنجر - 10 (ماتوا مع الطاقم في 28 يناير 1986). في المجموع ، في إطار البرنامج ، تم بناء خمس من المكوكات المذكورة أعلاه ، والتي قامت برحلات إلى الفضاء. مكوك آخر ، Enterprise ، كان أول ما تم بناؤه ، ولكن في البداية كان مخصصًا فقط للاختبار الأرضي والجوي ، بالإضافة إلى الأعمال التحضيرية في مواقع الإطلاق ، ولم يطير أبدًا إلى الفضاء.
تجدر الإشارة إلى أن ناسا خططت لاستخدام المكوكات بشكل أكثر نشاطًا مما اتضح بالفعل.في عام 1985 ، توقع خبراء من وكالة الفضاء الأمريكية أنه بحلول عام 1990 ، سيتم إطلاق 24 مرة كل عام ، وتطير السفن بما يصل إلى 100 رحلة إلى الفضاء ، ومن الناحية العملية ، قامت جميع الرحلات المكوكية الخمس بـ 135 رحلة فقط خلال 30 عامًا ، انتهت اثنتان منها كارثة. ينتمي الرقم القياسي لعدد الرحلات إلى الفضاء إلى مكوك "ديسكفري" - 39 رحلة إلى الفضاء (الأولى في 30 أغسطس 1984).
هبوط المكوك "أتلانتس"
تمتلك المكوكات الأمريكية أيضًا أتعس سجل مضاد بين جميع أنظمة الفضاء - من حيث عدد القتلى. تسببت كارثتان بمشاركتهم في وفاة 14 رائد فضاء أمريكي. في 28 يناير 1986 ، أثناء الإقلاع ، نتيجة انفجار في خزان وقود خارجي ، انهار مكوك تشالنجر ، حدث هذا في الثانية 73 من الرحلة وأدى إلى وفاة جميع أفراد الطاقم السبعة ، بما في ذلك أول رائد فضاء. - المعلمة السابقة كريستا ماكوليف ، التي فازت بالمسابقة الأمريكية على حق الطيران في الفضاء. وقعت الكارثة الثانية في 1 فبراير 2003 ، أثناء عودة مركبة الفضاء كولومبيا من رحلتها الثامنة والعشرين إلى الفضاء. كان سبب الكارثة هو تدمير الطبقة الخارجية للحماية من الحرارة على المستوى الأيسر من جناح المكوك ، والذي نتج عن سقوط قطعة من العزل الحراري لخزان الأكسجين عليه وقت الإطلاق. ولدى عودته ، انهار المكوك في الهواء ، مما أسفر عن مقتل 7 رواد فضاء.
اكتمل برنامج نظام النقل الفضائي رسميًا في عام 2011. تم إيقاف تشغيل جميع المكوكات العاملة وإرسالها إلى المتاحف. تمت الرحلة الأخيرة في 8 يوليو 2011 ونفذتها مكوك أتلانتس مع طاقم تقلص إلى 4 أشخاص. انتهت الرحلة في وقت مبكر من صباح يوم 21 يوليو 2011. لمدة 30 عامًا من التشغيل ، أجرت هذه السفن الفضائية 135 رحلة ، في المجموع ، أكملت 21152 مدارًا حول الأرض ، حيث نقلت 1600 طن من الحمولات المختلفة إلى الفضاء. خلال هذا الوقت ، ضم الطاقم 355 شخصًا (306 رجلاً و 49 امرأة) من 16 دولة مختلفة. كان رائد الفضاء فرانكلين ستوري موسغريف هو الوحيد الذي طار جميع المكوكات الخمس التي تم بناؤها.
