شاتل(اتوبوس فضایی)
در انتهای برنامه آپولو مقامات ناسا برنامه آینده فضایی ایالات متحده را بررسی می کردند. در آن زمان فضانوردان و تجهیزات توسط موشک های یکبار مصرف به فضا ارسال می شد. آنها به وسیله ای مطمئن و کم هزینه نیاز داشتند که بتوانند از آن چندین بار استفاده کنند.
به این ترتیب ایده شاتل فضایی به ذهن ها وارد شد. این یک کار بزرگ فنی بود، برای ارسال ۲ میلیون کیلوگرم تجهیزات و مسافربه مدار ۱۸۵تا ۶۴۳ کیلومتری بالای زمین این شاتل نیاز به سه موتور اصلی، مخزن سوخت بیرونی، دو موشک جامد تقویت کننده و نیز سیستم مدیریت مقصد داشت. محققان سازمان فضایی ناسا شروع مطالعه و طراحی شاتل فضایی کردند و سرانجام پس از سالها آزمایش روی موارد مختلف، ۴ شاتل ( کلمبیا- آتلانتیس- دیسکاوری-چالنجر) برای پروازهای آینده طراحی و ساخته شد.گفتنی است شاتل ایندیوور بعد از انفجار شاتل چالنجر بعنوان جانشین آن ساخته شد. پرواز اول را شاتل فضایی کلمبیا در سال ۱۹۸۰ با خلبانی جان یانگ و رابرت کریمن با موفقیت انجام داد و این اولین گامها برای آینده ای روشن بود. در سال ۱۹۸۶ بدلیل ایجاد شعله در مخزن سوخت بیرونی شاتل چالنجر منفجر شد و تمامی ۷ نفر فضانورد آن از بین رفتند و این هزینه ای سنگین برای ناسا و ایالات متحده بود. برنامه سفر با شاتل ها جهت رفع اشکالات فنی چند سال به تعویق افتاد. امروزه نیز شاتلها به کار خود ادامه می دهند و مهمترین بازوهای اکتشافی علم ستاره شناسی و علوم فضایی هستند.
شاتلهای فضایی به گونه ای ساخته شده اند که ۱۰۰ پرواز به فضا را به آسانی انجام دهند. ماموریت شاتل های فضایی ۷یا ۸ روزه است ولی قادرند بسته به ماموریت های محوله تا ۱۴ روز هم پرواز کنند. اجزای حرکتی شاتل عمدتاً عبارتند از:
۱- دو موشک جامد تقویت کننده
۲- مخزن سوخت بیرونی
۳-سه موتور اصلی نصب شده روی مدار پیما
۴-سیستم مدیریت مقصد در فضا نصب شده روی مدار پیما
موشکهای جامد تقویت کننده فراهم کننده بیشترین نیرو ( حدود ۷۱% ) برای بلند کردن شاتل فضایی از سکوی پرتاب هستند. موشکهای جامد آخرین بخشی هستند که پس از اجازه پرتاب روشن می شوند. چون پس از آتش گرفتن دیگر قابل خاموش کردن نیستند. ارتفاع هر یک از این موشکها ۴۶ متر و وزن آنها همراه سوخت جامد به ۶۰۰ تن می رسد. درون هر یک از این موشکها سوخت جامد، موتور احتراق، سیستم کنترلی رها شدن ( جدا شدن از شاتل ) و چتر فرود ( برای فرود سالم در اقیانوس و استفاده مجدد از موشکها ) تعبیه شده است.
مخزن سوخت بیرونی سوخت مایع موتورهای اصلی را در خود ذخیره دارد. ارتفاع این مخزن ۴۸ متر و قطر آن 4/8 متر می باشد و قادر است ۲ میلیون لیتر سوخت ( با نسبت: اکسیژن یک و هیدروژن ۶ واحد) را در خود نگاه دارد. سه موتور روی مدارپیما ( هر کدام با ارتفاع 3/4 متر و عرض 3/2 متر) نصب شده اند، که سوخت مخزن بیرونی را که شامل اکسیژن و هیدروژن است را با هم ترکیب می کنند و باقیمانده نیرو را ( حدود ۲۹% ) برای بلند کردن شاتل فراهم می کنند. موتورها قادرند حجم عظیمی از سوخت مخزن بیرونی را با سرعت و قدرت بسوزانند ( معادل حجم یک استخر بزرگ در عرض ۱۰ ثانیه ). آب حاصل از ترکیب اکسیژن و هیدروژن بخاطر گرمای فوق العاده سریع بخار می شود و می توان بخار حاصله را به هنگام بلند شدن شاتل مشاهده کرد. دو موتور سیستم مدیریت مقصد هم در بخش عقب مدارپیما روی دم ها قرار دارد. این موتورها برای قرار دادن شاتل در مدار نهایی و تغییر مکان شاتل از مداری به مدار دیگر و کم کردن سرعت شاتل به هنگام فرود تعبیه شده اند. درون این موتورها دو مخزن هلیم و اکسیدایزر قرار دارد. خاصیت این مواد در این است که در نبود اکسیژن می توانند با هم ترکیب شده و یه سرعت آتش بگیرند. در ضمن روی دماغه هم ۱۴ موتور جت کوچک نصب شده اند که از همین نوع سوخت استفاده می کنند.
مراحل پرتاب شاتل به فضا:
پس از آنکه شاتل در سکوی پرتاب آماده پرتاب شد از ۳۱ ثانیه قبل از پرتاب مراحل زیر اتفاق می افتد:
۳۱ ثانیه قبل: کامپیوترهای مرکزی تمام کنترل ها را بر عهده می گیرند.
۶/۶ ثانیه قبل: موتورهای اصلی نوبت به نوبت روشن می شوند و به ۹۰% قدرت خود می رسند.
۳ ثانیه قبل: موتورهای اصلی آماده پرتاب شاتل به فضا هستند.
لحظه پرتاب: موشکهای جامد تقویت کننده آتش می گیرند.
۲۰ ثانیه بعد: شاتل به طور مستقیم به فضا پرتاب می شود.
۶۰ ثانیه بعد: موتورهای اصلی به ۱۰۰ % قدرت خود می رسند.
۲ دقیقه بعد: در ارتفاع ۴۵ کیلومتری موشکهای جامد تقویت کننده از شاتل جدا می شوند. در این لحظه چتر نجات موشکها جدا شده و باز می شوند تا ۲۰۰ کیلومتر دورتر و در اقیانوس آرام کشتی ها این موشکها را از آب باز پس گیرند.
5/8 دقیقه بعد : موتورهای اصلی خاموش می شود.
۹ دقیقه بعد : مخزن سوخت بیرونی از شاتل جدا می شود و بخاطر برخورد با سرعت بالا به مولکولهای هوا در جو زمین می سوزد.
5/10 دقیقه بعد : موتورهای سیستم مدیریت مقصد روشن می شوند تا شاتل را در مدار پایینی قرار دهند.
۴۵ دقیقه بعد : موتورهای سیستم مدیریت مقصد دوباره روشن می شوند تا شاتل را در مدار بالا یی ( ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری از سطح زمین ) قرار دارند.
اکنون شاتل به یک مدارپیما تبدیل شده و خارج از جو آماده ادامه ماموریت است.
در بخش میانی مدارپیما تجهیزات و بازوی میکانیکی و در بخش جلویی مرکز فرمانده ای و محل اسقرار خدمه و مخازن هوا و غذا قرار دارد. وقتی مدارپیما به ایستگاه مورد نظر میرسد دربهای بالای بدنه شاتل باز شده و تجهیزات توسط بازوی میکانیکی که درون آن تعبیه شده به ایستگاه منتقل می گردد. هرگاه لازم باشد که مدارپیما جابجا شود ( مثلاً برای تنظیم کردن تلسکوپ یا عکس برداری از زمین )، موتورهای کوچکی که روی دماغه آن تعبیه شده اند برای چند لحظه روشن شده، تا مدارپیما به راحتی بچرخد یا دور بزند. در دماغه مدارپیما نیز دربهای مخصوصی قرار دارند تا خدمه بتوانند از آن بیرون آمده و خارج از مدارپیما به کارهای نصب و تعمیرات ایستگاهای فضایی و ماهواره ها بپردازند.
پس از آنکه ماموریت مدارپیما به اتمام رسید حال نوبت بازگشت به زمین می رسد. بازگشت مدارپیما یکی از حساسترین مراحل سفر است. ابتدا مدارپیما باید ۱۸۰ درجه گردش کند و سپس تحت زاویه خاص ( ۲۸ تا ۳۶ درجه) گردش دیگری را انجام دهد، در این زمان سطح زیرین آن به اتمسفر برخورد می کند و مدارپیما در این حالت با سرعت ۲۸ هزار کیلومتر در ساعت از اتمسفر زمین عبور خواهد کرد و دمای سطح آن به ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد می رسد. به همین دلیل سطح مدارپیما را از مواد خاص ( ترکیبات سخت کربن ) ساخته شده است تا در برابر حرارت شدید مقاوم باشد. پس از اینکه مدارپیما از جو عبور کرد، به ارتفاعی می رسد که غلظت هوا در آن مکان زیادتر است. از این به بعد مدارپیما مانند هواپیما با کمک بالها در یک ناحیه s شکل ابتدا تحت زاویه ۴۰ درجه وسپس ۲۰ درجه به طرف زمین مانور میدهد تا سرعت سقوطش کم شود. پس از اینکه مدارپیما به باند فرود نزدیک شد، دماغه را بالا می آورد و سپس چتر سرعت گیر را باز می کند تا آرام روی باند توقف کند .
در زمان فرود و وارد شدن مدارپیما به جو زمین امکان هرگونه سانحه ای وجود دارد، در اول فوریه سال ۲۰۰۳ قدیمی ترین مدارپیمای ناسا ( کلمبیا ) در ارتفاع ۲۰۰ هزار پایی بالای سطح زمین منفجر شد و تمامی خدمه آن جان باختند. این سوانح نتوانست کار پرواز شاتلها را مختل سازد و بازهم شاتل آتلانتیس به فضا پرتاب شد.
به خاطر پیروزی ۹۸ درصدی در ماموریت ها شاتل قابل اعتماد ترین سامانه پرتاب گر در خدمات رسانی به همه جای دنیا است. با وجود این روبرو شدن با واقعیت ها در مورد توانایی ها و کاستی های شاتل بسیار ضروری است. پروازهای شاتل بسیار پر هزینه است. هزینه ی هر پرواز ۴۰۰ میلیون دلار تا یک میلیارد دلار است. بسیاری بر این باورند که یک سامانه ی پرتابگر مقرون به صرفه تر باید جایگزین سامانه ی شاتل شود.
شاتل روسیه با نام بوران را میتوان بعنوان معادل روسی شاتلهای آمریکایی دانست.
آخرین پرواز شاتلها با فرود شاتل آتلانتیس در اول مرداد ۱۳۹۰ انجام شد.هزینه های بسیار بالا برای نگهداری وپرتاب شاتلها از مهم ترین دلایل بازنشستگی آنها اعلام گردیده است.با اعلام این خبر زمینه برای تحقیقات بخش خصوصی در جهت ادامه پروژه های فضایی البته با سفاین کوچکتر وکم خرج تر قوت گرفته است.
نویسنده : میلاد جبوری عباسی
ویراستار : خسرو جعفری زاده
برای کسب اطلاعات بیشتر به آدرس زیر مراجعه نمایید:
http://www.isa.ir/enc/components6.php?articleId=21