A Space Shuttle űrrepülő – magyarul gyakran „űrsikló” – (hivatalos angol nevén: Space Transportation System,STS, annyi mint Űrszállítási rendszer) az Amerikai Egyesült Államok ember szállítására is alkalmas űrprogramja volt. Ez volt a világon az első olyan konstrukció, amelynek bizonyos részeit újra fel lehetett használni. A szárnyas űrrepülő (Orbiter) függőleges állásban, rakétaként hagyta el a Földet, majd siklórepülő módjára szállt le.
Feladatai közé tartozott az állandó személyzet cseréje a Nemzetközi Űrállomáson, az utánpótlás és az állomás elemeinek odaszállítása, műholdak pályára állítása és karbantartása, illetve különböző kísérletek és mérések alacsony Föld körüli pályákon.
Összesen hat ilyen űrrepülőgépet építettek meg, amelyek közül öt repült a világűrben, 1981 óta összesen százharmincöt alkalommal. A harminc év alatt két űrrepülőgép semmisült meg: a Challenger1986-ban, a Columbia2003-ban szenvedett balesetet. Az űrkutatás történetének két legnagyobb katasztrófájában 13 amerikai és egy izraeli űrhajós halt meg.
A Szovjetunió is kifejlesztett az 1980-as években egy, a Space Shuttle-hoz hasonló űrrepülőgépet, de a Buran csak egy próbarepülésig jutott el 1988-ban.
Története
Az alapok
Space Shuttle jelvény
Már 1968 októberében, jóval az Apollo-program befejezése előtt, a NASA elkezdte kidolgozni az űrrepülőgép terveit. 1969-ben Richard Nixon elnök megalakította az Űrkutatási Munkacsoportot (Space Task Group), amelynek vezetésével Spiro T. Agnew alelnököt bízta meg. A munkacsoport kidolgozta a Nemzeti Űrkutatási Stratégiát, amelynek – az űrállomás és az embert a Marsra juttató Mars-expedíció mellett – a Space Shuttle program is a része volt.
1969 októberében egy, az űrrepülőgépről tartott washingtoni megbeszélésen George Mueller (a NASA akkori ügyvezetője) a következőket mondta:[2]
„A magunk elé kitűzött cél az űrkutatási műveletek költségének csökkentése a jelenlegi egy font hasznos teherre eső 1000 dolláros költségszintről valahol a 20 és 50 dolláros fontonkénti költségszintre. Ha ezt sikerül elérnünk, akkor egy teljesen új világ nyílik meg előttünk az űrkutatásban. Tehát e megbeszélés résztvevői és mindannyiunk számára a Légierőnél és a NASA-nál is, az elkövetkező hetekben és hónapokban most az a megoldandó feladat, hogy kidolgozzuk egy olyan rendszer terveit, amely ezeket a követelményeket teljesíti. Engedjék meg, hogy körvonalazzam, hogy véleményem szerint melyek azok a területek, amelyek kritikusak e célunk elérése érdekében:
Az első terület egy olyan hajtómű kifejlesztése, amely elegendő teljesítménnyel rendelkezik ahhoz, hogy a saját és a tervezett hasznos teher súlyával is megbirkózzon.
A második technikai probléma egy olyan hővédő pajzs kifejlesztése, ami lehetővé teszi, hogy ezt a hővédő pajzsot időről időre újra fel lehessen használni, minimális javítási és tesztelési munka mellett.
A harmadik fontos és kritikus fejlesztendő terület egy olyan irányítási rendszer, amely lehetővé teszi, hogy a földi csapat komolyabb támogatása nélkül, a fedélzeten tartózkodó személyzet önállóan is képes legyen az irányításra.
E három terület közül ez utóbbi lehet a legnagyobb kihívás.”
1972-ben a NASA a Kongresszusnak benyújtott jelentésében[3] a következőket írta:
„A Space Shuttle program elsődleges célja egy olyan új szállítási eszköz biztosítása, amely: (1) jelentősen csökkenti az űrkutatási műveletek költségeit és (2) biztosítja a jövőben felmerülő tudományos, honvédelmi és kereskedelmi felhasználások megvalósítását.”
A végső tervet 1972. január 5-én hagyta jóvá Richard Nixon elnök.
A fejlesztés és a flotta megépítése
Szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéta (SRB) tesztje 1978-ban
A végső tervben a ma ismert rendszer került kialakításra, mely egy újrafelhasználható, a repülő és az űrhajó tulajdonságait egyesítő Orbiterből, egy egyszer használatos üzemanyagtartályból, és két újrafelhasználható gyorsító rakétából áll. A korábbi tervekhez képest a végleges koncepció sokkal olcsóbb, de a technikai fejlesztéseket tekintve kevésbé ambiciózus lett.
A Shuttle flotta felépítéséhez 5,15 milliárd dollárt kapott a NASA, míg a teljes beruházási költség több mint 10 milliárd dollárra rúgott 1981-ig. A program minden évben tudta tartani a még Nixon elnök idején megállapított éves költségkeretet.
A gyártással megbízott fővállalkozó a North American Aviation (később Rockwell International) lett, amely az Apollo-program során a parancsnoki modulért is felelt. A szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták gyártásáért a Morton Thiokol Corporation, a külső üzemanyagtartályért a Martin Marietta Corporation (jelenleg a Lockheed Martin), míg a főhajtóművekért a Rocketdyne a felelős alvállalkozó.
1976 szeptemberében az Enterprise lett az első tagja a flottának, amelyik elkészült, igaz, űrrepülésre nem volt alkalmas. Egy kilenc hónapig tartó gurulási, siklási, megközelítési és leszállási tesztsorozatot hajtottak végre vele a kaliforniai Edwards légitámaszponton. 1978. március 13-án az Enterprise űrrepülőgépet az alabamaiMarshall Űrrepülési Központba szállították, ahol a külső üzemanyagtartállyal és a két gyorsítórakétával összeszerelve rezgési teszteknek vetették alá a szerkezetet, mely egy éven át tartott. 1979 áprilisában a floridaiKennedy Űrközpontba szállították, és az indítóállványon végeztek vele szállítási és mozgatási teszteket. 1979 augusztusában visszaszállították az Edwards légitámaszpontra.
Az első teljesen működőképes űrrepülő a Columbia volt, amelyet 1979. március 25-én szállítottak a Kennedy Űrközpontba.
1982 júliusára építették át űrrepülésre alkalmassá a korábban csak strukturális tesztelés céljából elkészített Challengert. 1983 novemberében készült el a Discovery, míg 1985 áprilisában az Atlantis.
A Challenger pusztulása után 1991 májusára készült el a flotta legújabb tagja, az Endeavour. A 2003 februárjában megsemmisült Columbia pótlására már nem építenek új űrsiklót.
Az első űrrepülőgép küldetés: a Columbia 1981. április 12-én, néhány másodperccel a hajtómű beindítása után. A külső üzemanyagtartályt kizárólag az első két repüléshez festették fehérre. A további küldetéseken ezt elhagyták, amitől láthatóvá vált a tartályt borító, rozsdaszínű-narancsos, habos állagú szigetelés. Mintegy 450 kilogrammal csökkentették így a tömegét, és ezt a hasznos teher növelésére fordították.
1983-ban az STS–9 küldetés során vitték először az űrbe a Spacelab űrlaboratórium modult (az űrrepülő rakterébe rögzített és a legénységi kabinnal összekötött modul), amely az ESA és a NASA közös fejlesztése. Ugyanebben az évben a Challenger fedélzetén repült az első amerikai női űrhajós, Sally Ride, aki második repülése során (1984-ben) kipróbálta a magyar készítésű Pille dózismérőt is (STS–7 és STS–41–G).
Az űrrepülőgépes program előrehaladását nagymértékben visszavetette a Challenger 1986. január 28-án bekövetkezett tragédiája. (STS–51–L) 1988-ra kijavították az űrrepülőgép-rendszer hibáját, és ismét megindultak a repülések, azonban az elpusztult Challenger miatt a NASA már nem tudta teljesíteni az amúgy is szorosra tervezett ütemtervet.
A Magellan űrszonda indítása az Atlantis űrrepülőgép rakteréből (STS–30)
1989 májusában és októberében az Atlantis fedélzetéről először indítottak űrszondákat (Magellan, Galileo űrszonda) a kétfokozatú IUS rakétával. (STS–30 és STS–34) 1990 áprilisában a Discovery pályára vitte a Hubble űrtávcsövet. (STS–31) 1992-ben készült el a Challenger helyett épített Endeavour űrrepülőgép, mellyel ismét teljes lett a NASA Shuttle flottája. Az Endeavour 1993. decemberi repülése alkalmával megjavították a Hubble-űrtávcső hibásan csiszolt főtükrét. (STS–61)
1994-től folytatódtak az amerikai–orosz közös űrrepülések, melyek keretében a Discovery űrrepülőgép fedélzetén két orosz vendégűrhajós járt (STS–63), valamint 1995 júniusában az Atlantis fedélzetén amerikai és orosz űrhajósokkal csatlakozott a Mir űrállomáshoz (STS–71). Ettől fogva rendszeressé váltak a Shuttle–Mir küldetések (STS–74, STS–76, STS–, STS–81, STS–84, STS–86, STS–89, STS–91). Az Atlantis átlagosan négy havonta látogatta meg az orosz űrállomást, és néhány napos közös űrrepülés után megtörtént az amerikai fedélzeti mérnök váltása is. A közös repülések a Nemzetközi Űrállomás építését készítették elő, mely 1998 őszén vette kezdetét (STS–88).
Összesen 25 alkalommal vitte valamelyik űrrepülőgép magával a Spacelab kutatómodult, amit végül a Nemzetközi Űrállomás építésének megkezdésével nyugdíjaztak. Érdekes módon két évvel később, 2000 februárjában, az STS–99 jelű küldetés során ismét sor került a Spacelab használatára.
1998. október 29-én emelkedett a magasba a Discovery, fedélzetén az ekkor 77 éves John Glennel, ezzel ő a legidősebb személy, aki valaha az űrben járt. Az esemény világszerte nagy médiaérdeklődést váltott ki. (STS–95)
A Space Shuttle program a 21. században
Jeffrey N. Williams űrhajós a Nemzetközi Űrállomáson végzett munkálatok közben (STS–101)
2000-ben öt küldetésre került sor, amelyek során kutatási feladatokat hajtottak végre (STS–), illetve újabb modulokat szállítottak a Nemzetközi Űrállomásra (STS–101, STS–106, STS–92, STS–97). A következő évben tovább folytatódott az űrállomás építése, amelynek során telepítették a Destiny laboratóriummodult (STS–98), a Leonardo többcélú logisztikai modult (STS–102), a Canadarm2 robotkart (STS–100) és az új légzsilipmodult (STS–104). 2002. március 1-jén a Columbia repülése során újabb karbantartási és bővítési munkálatokat végeztek a Hubble Űrtávcsövön. (STS–109)
2003. február 1-jén visszatérés közben a Columbia űrrepülőgépTexas állam fölött darabokra szakadt, és a fedélzetén tartózkodó űrhajósok életüket vesztették (Columbia-katasztrófa (STS–107). A programot a baleset miatt azonnal felfüggesztették, és csak 2005. július 26-án, a Discovery 13 napig tartó repülésével indult újra. A küldetés során a Nemzetközi Űrállomáson végeztek szerelési munkálatokat, illetve kipróbálták az új lézeres letapogató rendszert, amellyel a hővédő pajzs esetleges sérüléseit lehet felfedezni. A repülés során több apró problémát találtak a hővédő pajzs ragasztásánál használt anyaggal kapcsolatban, így a program újabb egyéves szünetre lett kárhoztatva. (STS–114)
2006. július 4-én került sor az újabb repülésre, amely során ismét a Discovery állt Föld körüli pályára. A küldetés során újabb biztonsági eljárásokat teszteltek, felszerelést és egy új űrhajóst is szállítottak a Nemzetközi Űrállomásra. (STS–121)
A program lezárása
A Discovery 2011. február 24. és március 9. között (STS–133), az Endeavour pedig 2011. május 16. és június 1. között (STS–134) tette meg utolsó útját. Az Atlantis 2011. július 8. és 21. között járt utoljára az űrben (STS–135).
Az emberes űrrepülések folytatására több elképzelés is született.
Az amerikai kormányzat döntése értelmében az űrutazásban nagyobb teret kell engedni a magáncégeknek, ezért a NASA szerződést kötött a SpaceX magáncéggel is a Nemzetközi Űrállomás ellátására. A SpaceX ehhez teljesen önállóan fejleszti a saját rakéta- (Falcon 9) és űrhajó rendszereit (Dragon űrhajó).
Az Orion űrhajó első tesztrepülése 2014. december 5-én volt, jelenleg (2023 nyarán) még fejlesztés alatt áll.
Az űrrepülőgépek 135 felszállása közül kettő végződött tragédiával, melynek összesen 14 űrhajós esett áldozatául.
1986. január 28. – Challenger – A jobb oldali szilárd hajtóanyagú rakéta szigetelési hibái miatt a start utáni 73. másodpercben a kiáramló gázsugár a külső üzemanyag tartályba hasított, a teljes jármű megsemmisült.
2003. február 1. – Columbia – Felszállás közben a külső üzemanyagtartályról leszakadó szigetelőhab-darab felszakította a Columbia szárnyának belépőélét, ami miatt a légkörbe való visszatéréskor az űrrepülőgép darabokra hullott.
Az STS rendszer
Az STS-rendszer főbb részei
Az STS (Space Transportation System – Űrszállítási rendszer) rendszer alkotóelemei: az űrrepülőgép, a külső (nagyméretű és jellegzetes narancssárga színű) üzemanyagtartály és a két gyorsítórakéta. Az űrrepülőgép és a gyorsítórakéták többször is felhasználhatóak. Az üzemanyagtartály a repüléskor megsemmisül.
Gyorsítórakéták
A szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták (solid rocket boosters (SRB)) az indítás után az első két percben megadják azt a földkörüli pályára álláshoz szükséges plusz tolóerőt, amelyet az űrrepülőgép saját három fő hajtóműve önmagában nem képes előállítani. 45 kilométeres magasságban automatikusan leválnak a külső üzemanyagtartályról és ejtőernyő segítségével visszahullanak az Atlanti-óceánba. A vízből a NASA két hajója, a Freedom Star és a Liberty Star emeli ki és szállítja vissza a Kennedy Űrközpontba, ahol darabjaira szedik majd újra összerakják őket. Tolóerejük egyenként 1152 tonna, amely a felszálláshoz szükséges tolóerő körülbelül 77%-át teszi ki. A fennmaradó 23%-ot az űrrepülőgép három fő hajtóművé adja.[4]
Mindkét SRB-t egyenként 500 tonna üzemanyaggal töltik fel.[5] Az üzemanyagot egy utahi gyárban állítják elő. A porított állagú alumínium (16%) tüzelőanyagot és az oxidálószerként használt ammónium-perklorátot (70%) a hozzáadott egyéb adalékanyagokkal (2%) együtt a tüzelőanyagként is szolgáló polibutadién(12%) kötőanyagba keverik.[6] A kész hajtóanyag kinézetre és tapintásra kemény gumiradírra emlékeztet.
Ezek az SRB-k a valaha épített legnagyobb szilárd hajtóanyagú rakéták és egyben itt alkalmazzák először embert is szállító űrprogramban.
Külső üzemanyagtartály
A külső üzemanyagtartály a leválás után visszazuhan a légkörbe
A külső tartályban (external tank (ET)) lévő üzemanyagot az űrrepülőgép főhajtóművei használják el felszállás közben. Fontos feladata a jármű szerkezeti stabilitásának biztosítása is, mivel a ET-hez kapcsolódik az Orbiter és a két SRB is. 130 kilométer magasan (körülbelül 8 és fél perccel az indulás után) leválasztják az űrrepülőgépről, és a légkörbe visszazuhanva megsemmisül. Három részből áll:
az elülső felében található a folyékonyoxigén-tank;
a hátulsó részben található a folyékonyhidrogén-tank;
a két tartályt összefogó elem;
A hidrogéntank mérete két és félszer akkora, mint az oxigéntanké, viszont a súlya csak egyharmadát teszi ki. A különbség abból adódik, hogy a folyékony oxigén tizenhatszor nehezebb, mint a folyékony hidrogén.
A tartály jellegzetes narancssárga színű, két és fél centiméter vastag, poliizocianurát anyagú, megkeményedett hab állagú hővédő burkolattal van ellátva, aminek a feladata a hajtóanyag és a tartály megfelelő hőmérsékletének megőrzése a felszállás alatt, illetve a jégképződés megakadályozása. A felszállás során rendszeresen leszakadnak kisebb-nagyobb darabok ebből a burkolatból, egy ilyen lehulló darab okozott végzetes sérülést a Columbia katasztrófájának alkalmával is.
A tankból az Orbiter felé a folyékony hidrogén és a folyékony oxigén egy-egy 43 cm átmérőjű csövön át áramlik, az elhasznált üzemanyag helyét az Orbiter hajtóműveinek gázgenerátoraiból visszavezetett hidrogén- és oxigéngázzal töltik fel.[7]
Az űrrepülőgép hivatalos megnevezése az Orbiter. Ez a név onnan ered, hogy a rendszernek csak ez a része áll Föld körüli pályára. Itt tartózkodik a személyzet és itt található a raktér is. A raktérben található egy kanadai fejlesztésű és gyártású 15,2 méter hosszú robotkar (Canadarm, hivatalosan: Remote Manipulator System) a felhasználandó eszközök mozgatásához.
Az Orbiter 37,24 méter hosszú, 23,79 méter széles és 14,12 méter magas (kiengedett futóművel együtt 17,25 méter magas). Három fő részre tagolódik:
az elülső törzsrész (forward fuselage), amely gyakorlatilag a személyzeti kabint (crew cabin) jelenti;
a középső törzsrész (mid fuselage), amely a rakteret (payload bay) és a szárnyakat foglalja magába;
illetve a hátsó törzsrész (aft fuselage), amelyhez a három háromszög alakban elhelyezkedő főhajtómű és a függőleges stabilizátor is kapcsolódik.
Az elülső törzsrész
Az elülső törzsrész legnagyobb részét a személyzeti kabin teszi ki, de itt találhatóak az elülső manőverező fúvókák, amelyek a függőleges irányú és a hosszanti tengely körüli forgási manővereket teszik lehetővé a Föld körüli pályán (az oldalirányú manőverezést a hátsó törzsrészen található fúvókák biztosítják), illetve az orrfutómű is.
A személyzeti kabin felépítése
A személyzeti kabin három fedélzetből (emeletből) áll: a repülési fedélzetből (flight deck), a középső fedélzetből (mid deck) és az alsó fedélzetből (lower deck).
A repülési fedélzet a pilótafülke szerepét tölti be. Itt a hagyományos repülőgépekhez hasonlóan két pilóta – közösen vagy vészhelyzet esetén akár egyedül is – irányítja az orbitert a felszállás illetve a leszállás során.
A középső fedélzeten találhatóak meg az élelmiszert és a felszerelést tároló egységek, a hálóegységek, a szemétfeldolgozó egység, a személyes higiéniai igényeket kiszolgáló egységek és a raktérbe vezető zsiliprendszer is.
Az alsó fedélzeten különböző eszközök tárolására alkalmas rekeszek vannak kialakítva, melyeket a középső fedélzetről, a padlóba épített ajtókon keresztül lehet elérni.
A középső törzsrész
A középső törzsrész magában foglalja a rakteret és a szárnyakat, illetve az ehhez kapcsolódó különböző rendszereket. A középső törzsrész (a szárnyak nélkül) 18,3 méter hosszú, 5,2 méter széles és 4 méter magas. Itt található a 15,2 méter hosszú robotkar is, aminek segítségével ki tudják emelni a szállított eszközöket a raktérből, illetve az űrséták során emelvényként is szolgálhat az űrhajósok számára. A robotkar végén egy videokamera és egy erős fényű lámpa is található, így a középső fedélzeten a robotkart működtető kezelő munkáját egy monitor is segíti. Emellett a raktér mindkét végén további három-három lámpa gondoskodik a megfelelő megvilágításról. A robotkar végén található a Columbia katasztrófája után felszerelt lézeres letapogató egység is, aminek segítségével a Föld körüli pályára állás után fel tudják mérni az Orbiter alját és oldalát befedő hővédő csempék állapotát.
A raktér ajtajának belsejében találhatóak a négy részre osztott hűtőegységek.
Az Orbiter háromszög alakban elrendezett főhajtóművei A képen megfigyelhető a függőleges vezérsík egy része és a Föld körüli pályán végrehajtandó manőverezéshez szükséges hátsó fúvókák isAz Atlantis napnyugtakor a magasba emelkedik A füstfelhő felső része világosabb, mert a nap ott közvetlenül megvilágítja. A füst megvilágított része árnyékot vet az égen. A háttérben a felkelő Hold láthatóA szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták leválása körülbelül 45 kilométeres magasságban
A hátsó törzsrész
A hátsó törzsrészen található a bal és jobb oldali manőverező, illetve a toló fúvókák, a három RS–25-ös főhajtómű, a függőleges vezérsík és a külső üzemanyagtartály hátsó rögzítő egysége.
Indítás
Az űrrepülő indítására nem kerül sor, ha villámlás esélye fennáll. A repülőgépeket rendszeresen éri villámcsapás, de ezeket komolyabb meghibásodás nélkül átvészelik, mivel a repülő nem érintkezik a talajjal és a külső felülete elvezeti a feszültséget. A kereskedelmi repülőkhöz hasonlóan az űrrepülőgép is túlnyomórészt az elektromosságot jól vezető alumíniumötvözetekből készül. A különbség a két jármű esetében az, hogy az űrrepülőgép a felszállás során hosszú füstcsíkot húz maga után, ami gyakorlatilag szabad utat nyújthat az űrrepülőbe csapó villám számára. Ilyen eset korábban megtörtént az Apollo–12 indítása során is.
Az űrsikló indításai keleti irányban történnek. A küldetés kívánalmaitól függően a pályáraállás szöge 28,5 fok („alacsony”) és 57 fok („magas”) között van az Egyenlítőhöz képest. A Nemzetközi Űrállomáshoz 51,6 fokos az inklináció. Az „alacsony” indítások nagyobb hasznos teher felvitelét tették lehetővé, de ezt már nem alkalmazzák.
Az indítás előtt 12 másodperccel a Mobil indítóállványon több mint 1,1 millió liter vízzel árasztják el a hajtóművek alatt található árkokat. Ennek az a célja, hogy elnyelje a rakéták beindításával keletkező hangrezgéseket és lángvisszacsapódásokat, amelyek kárt tehetnek a járműben.[8]
10 másodperccel az indítás előtt beindítják a főhajtóművek harangjai alá esetlegesen beszoruló hidrogén elégetését szolgáló rendszert (Main Engine Hydrogen Burnoff System), mivel a hajtóművek beindításával az túl magas nyomást és robbanást idézhet elő. Ez a rendszer izzó, világító labdák ezreit lövelli a hajtómű harangjai alá. Az indítás előtt 6,6 másodperccel beindítják a főhajtóműveket, amelyeknek 3 másodperc alatt el kell érniük a 100%-os teljesítményt. Ilyenkor megfigyelhető a teljes járműszerkezet úgynevezett „bólintása”, ami körülbelül 2 méteres kilengést jelent a legénységi kabin magasságában. Ez annak a következménye, hogy a szerkezet ilyenkor még rögzítve van, de a hajtóművek tolóereje már megmozdítja a szerkezetet. Miután a főhajtóművek elérték a maximális teljesítményt és a szerkezet visszabillen a bólintásból, akkor beindulnak a gyorsító rakéták. Az indítóállvány rögzítő csapjait ezzel egy időben lerobbantják és az űrrepülőgép elemelkedik.[8]
Röviddel azután, hogy az űrrepülőgép elhagyja az indítóállványt, megkezdődik a hajlási és fordulási manőver, így az Orbiter a külső üzemanyagtartály alá kerül és a rádióösszeköttetés zavartalanul folytatódhat a földi irányítóközponttal. Az emelkedés során folyamatosan csökkenő szögben folytatja az emelkedést, míg a sebessége az üzemanyag mennyiségének csökkenése miatt növekedik. A Föld körüli pályára álláshoz a függőleges gyorsulás helyett nagyobb szükség van a vízszintes gyorsulásra, bár ez szabad szemmel nehezen észrevehető, mivel a horizontális gyorsulás nagyobb része a látótávolságon kívül zajlik le.
34 másodperccel az elemelkedés után, amikor az űrrepülő megközelíti a Max Q határt (ezen a ponton éri a szerkezetet a legnagyobb aerodinamikai terhelés), a főhajtóművek teljesítményét visszaveszik 64%-ra, hogy megelőzzék a jellemzően az űrrepülő szárnyainál jelentkező túlterhelést. Ebben az időben figyelhető meg a jármű körül kialakuló kondenzfelhő, amely a hangsebesség átlépésekor jelentkezik. A Max Q pont elhagyása után (az emelkedés 60. másodpercétől) a hajtóműveket ismét maximális teljesítményen járatják.[9]
126 másodperccel az indulás után a szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták apró robbanótöltetek segítségével leválnak a szerkezetről, és kis méretű rakéták segítségével eltávolodnak.[9] Kellően eltávolodva kinyílnak az orrkúpban található fékezőernyők, és az SRB-k visszahullanak az Atlanti-óceánba. Ezután az űrrepülő már csak a saját hajtóművei segítségével repül tovább. Az SRB-k leválása után rövid ideig a tolóerő-súly arány 1 alá csökken, azaz a jármű gyorsulása mérséklődik. Az égés folyamán folyamatosan csökken az üzemanyagtartályban található üzemanyag mennyisége és ezáltal a jármű tömege, ennek következtében a tolóerő-súly arány hamarosan ismét 1 fölé emelkedik, így az űrrepülő gyorsulása 1 g-nél nagyobbra növekszik. A jármű a repülés ötödik percében ismét forduló manővert hajt végre, így ismét az Orbiter kerül felülre. A rádió-összeköttetés a továbbiakban már műholdak segítségével folytatódhat.
A repülés hetedik percében a jármű tömege annyira lecsökken, hogy a hajtóművek teljesítményét fokozatosan visszaveszik. Ennek az a célja, hogy csökkentsék a személyzetre és a szerkezetre ható gyorsulás mértékét körülbelül 3 g-re.
Nyolc és fél perccel az indítás után, mielőtt az üzemanyag teljesen elfogyna a tartályból (üzemanyag nélkül járatva a hajtóműveket azok tönkremennének), a főhajtóműveket leállítják, és a külső üzemanyagtartályt leválasztják, ami ezután visszazuhan a légkörbe és elég. Ezután kb. 25 perc múlva az űrrepülőgép földkörüli manőverezését lehetővé tévő OMS (Orbital Maneuvering System) hajtóművek emelik tovább az űrrepülőgépet.[9][10]
Leszállás
Az Endeavour a kifutópályán gurul a kiengedett fékezőernyővel
A légkörbe való visszatéréshez a parancsnok és a pilóta a pályáról történő letéréshez szükséges fékező helyzetbe állítja a gépet: ilyenkor az űrrepülőgép farokrésze kerül a haladás irányába, és az alja a világűr felé. Ezután három percig járatják az űrrepülő földkörüli manőverező hajtóműveit a keringéssel ellentétes irányba, így az űrrepülő sebessége lecsökken, ezáltal az űrrepülő magassága is csökkenni kezd. Az egész műveletet – a futóművek kiengedésének és a landolás kivételével – számítógép vezérli, bár a kézi vezérlés lehetősége adott.[11]
Körülbelül 120 km-es magasságban éri el az űrrepülő a légkör sűrűbb rétegét, nagyjából huszonötszörös hangsebességgel. Az űrrepülőgép orra 40 fokos szögben megemelkedik és így érkezik a légkörbe, aminek során a hővédőpajzs több mint 1500 °C hőmérsékletűre hevül fel. Hogy megfelelő mértékben lelassuljon, az ereszkedés során egy elnyújtott „S”-kanyart is leír, körülbelül 70-80 fokos dőlésszöggel.[11]
A légkör alacsonyabb rétegeiben az űrrepülő hagyományos siklórepülő módjára ereszkedik, azzal a különbséggel, hogy az ereszkedési sebessége sokkal nagyobb (nagyjából 3 km percenként). Mach 3-as sebességnél kiengedik a légköri adatgyűjtő szondát, amely légnyomási és egyéb adatokat szolgáltat a pilóta számára.
A leszállási hely megközelítése 3 km-es magasságban kezdődik, 12 km-re a leszállópályától. A pilóták aktiválják az áramlásrontó lapokat, hogy csökkentsék az űrrepülő sebességét. Körülbelül 430 km/h sebességnél és a földet érés előtt 15 másodperccel kiengedik a futóműveket, majd nagyjából 340 km/h sebességgel megkezdődik a leszállás. Miután a kerekek földet értek, kiengedik a 12 méter hosszú fékezőernyőt, amit 110 km/h sebességnél leoldanak.[11]
Az űrrepülő leszállása után a legénység rendszerint egy órán belül elhagyja a járművet.[11] Ennyi ideig tart, míg a külső burkolat megfelelő hőmérsékletre hűl le, és a szükséges ellenőrzéseket (például nem szivárognak-e mérgező gázok) elvégzik.
Ha a meteorológiai körülmények megengedik, akkor minden esetben a floridai Kennedy Űrközpont területén száll le az űrrepülő. Ha ez nem lehetséges, akkor a kaliforniai Edwards légitámaszponton (ilyen esetben az űrrepülő további szállítási költsége közel egymillió dollár).
Megszakítások
Elemelkedés előtt:
Redundant Set Launch Sequencer (RSLS) – akkor következik be, ha a Shuttle fedélzeti számítógépe bármilyen problémát észlel onnantól, hogy megkapta az indítás vezérlését a földi irányítástól egészen T-0 ig, a boosterek indításáig. Ekkor a számítógép leállítja a Shuttle már működő főhajtóműveit (Space Shuttle Main Engine (SSME)). Eddig ötször fordult elő: STS–41–D, STS–51–F, STS–51, STS–55 és STS–68.
Emelkedés közbeni megszakítások:
Az emelkedés közbeni megszakítás akkor válik szükségessé, ha a jármű működésében hibák keletkeznek. Ilyenek például az űrsikló főhajtóműveinek (SSME) vagy manőverező hajtóműveinek (OMS) meghibásodása. Más problémák a repülés idő előtti megszakítását teszik elengedhetetlenül szükségessé, ilyen például a kabinnyomás nem tervezett csökkenése, vagy a hűtőrendszer üzemzavara. Ilyen esetekben a legmegfelelőbb megszakítási módot alkalmazva a repülést mihamarabb be kell fejezni. Kétféle megszakítási módot különböztetünk meg, a sértetlen megszakítást és az előre nem tervezhető megszakítást. A sértetlen megszakítási módok lehetővé teszik az orbiter biztonságos landolását a tervezett leszállási helyek egyikén. A nem tervezhető megszakításokat úgy alkották meg, hogy biztosítsák a legénység túlélésének esélyét olyan vészhelyzetekben is, amikor a sértetlen megszakítási módok nem alkalmazhatók. Ez a megszakítás általában a jármű elhagyását eredményezi
Sértetlen megszakítási módok:
Return to Launch Site (RTLS) – visszatérés az indítási helyre. E módszer lehetővé teszi az orbiter visszatérését az indítás helyére, vagyis a Kennedy Űrközpontba (KSC) az indítás után kb. 25 perccel. Ezt a módszert úgy tervezték, hogy tudja kezelni az űrsikló egyik főhajtóművének kiesése miatt keletkező tolóerő-veszteséget. A megszakítás T+4:20-ig használható, innentől már nincs elég üzemanyag visszatérni az indítási helyre (negative return). Az RTLS három részből áll: a meghajtott repülésből, a külső tank (ET) leválasztásából és a siklórepülésből való leszállásból. A legénység a megszakítás kapcsoló RTLS állásába forgatásával és a megszakítás gomb kiengedésével aktiválja. Aktiválás után a jármű még távolodik a visszatérési ponttól, a cél az, hogy csak a visszatéréshez szükséges és elégséges üzemanyag maradjon a külső tankban. Amikor a felesleges üzemanyagot elhasználta, a jármű-tank együttes elfordul úgy, hogy a Shuttle kerül fölülre, és már a leszállási hely irányába néz. A működő hajtóművek a KSC felé indítják meg a járművet. Mindeközben az OMS és a válaszadó rendszer (reacting control system (RCS)) hajtóművei az űrsikló-tank együttes súlyát csökkentik, és később az Orbiter siklórepülését is segítik a tank leválasztása után. Mikor a jármű eléri a tervezett hajtóműleállítási pontot (MECO), már csak kevesebb mint két százaléknyi üzemanyag marad a külső tankban. 20 másodperccel ezelőtt az Orbiter felveszi a külső tank leválasztásához szükséges pozíciót, a MECO parancs kiadásakor a tankleválasztási folyamat elindul. A válaszadórendszer (RCS) biztosítja, hogy az űrsikló ne ütközzön a már leválasztott külső tankhoz, és a siklórepüléshez szükséges pozíciót felvegye. Innentől normális leszállási folyamatként az Orbiter leszáll a KSC-ban.[12]
Transoceanic Abort Landing (TAL) – transzóceáni vészleszállás. Arra az esetre, ha a hajtóműhiba az utolsó RTLS lehetőség után következik be, és még az AOA mód nem alkalmazható, vagy a felmerülő probléma mihamarabbi leszállást kíván. Ebben az esetben a jármű ballisztikus pályán átrepülve az óceánt az emelkedési pálya földi vetületéhez legközelebbi alkalmas repülőtéren kb. 35 perccel az indítás után leszáll. Három TAL-helyszín áll rendelkezésre: egy Franciaországban (Istres légitámaszpont), kettő Spanyolországban (Zaragoza légitámaszpont, Morón légitámaszpont). Kiválasztásukban fontos szempont volt, hogy a felszállási helytől keletre, az Egyenlítő közelében helyezkednek el. Mindegyik helyszínt felszerelték az űrsikló leszállásához szükséges speciális felszereléssel, és nemzetközi egyezmények alapján üzemeltetik. A küldetések idején a vészleszállóhelyeken NASA-személyzet és a védelmi minisztérium emberei tartózkodnak. A vészleszállóhely hosszának legalább 2300 méteresnek kell lennie. Célszerű olyan helyszíneket választani, ahol az év legnagyobb szakában tiszta az idő. Szükséges a katonai TACAN (Tactical Air Navigation) leszállórendszereken kívül a NASA által az űrsikló leszállásához speciális berendezéseket üzemeltetni. Egy-egy helyszínen legalább 100 ember dolgozik. Szükséges továbbá az űrsikló visszaszállításához alkalmas infrastruktúra megléte. A legénység a megszakítás kapcsoló TAL/AOA állásba forgatásával és a megszakítás gomb kiengedésével aktiválja a TAL módot. Fontos, hogy ezt még a MECO előtt tegyék, mert azután AOA módba vált a rendszer. A TAL mód a járműnek a tervezett leszállóhely síkjába történő fordításával kezdődik. A MECO előtt az Orbiter felülre fordul, és az OMS, valamint az RCS segítségével megkezdődik a felesleges üzemanyag elégetése, mindemellett e hajtóművek a jármű pályán tartását is segítik. Nyilvánvaló cél, hogy az Orbiter leszállótömege minél kisebb legyen. A TAL normál leszállásként működik innentől.[12]
Abort to Orbit (ATO) – az Orbiter biztonságos pályamagasságba emelése, ha a kialakult nehézségek miatt a kívánt pálya nem elérhető. Ha a Shuttle hajtóműhibájának bekövetkeztekor elért sebesség még nem elegendő, a Küldetésirányító Központ (Mission Control Center (MCC)) megállapítja, hogy a megszakítást kell alkalmazni és erről tájékoztatja a legénységet. Az OMS segítségével a Shuttle egy alacsony, de már biztonságos körpályára emelhető, és a küldetés teljesíthető. ATO megszakítás eddig egyszer fordult elő: STS–51F.[12]
Abort Once Around (AOA) – egy keringés utáni leszállás. Ha a hajtóműhiba bekövetkeztekor a biztonságos pályamagasság nem érthető el, vagy ha elérhető, de már nem maradna elég üzemanyag a pályaelhagyó fékezéshez (deorbit burn), illetve ha a létfenntartó rendszer hibásodik meg, az AOA megszakítást alkalmazzák. Ennek során az OMS-t használva a MECO után pályaelhagyási pozícióba fordítják a járművet, majd a megfelelő időben végrehajtják a fékezést, aminek eredményeként az Orbiter letér pályájáról, és normál módon leszáll az AOA helyszínek egyikén. Ezek: White Sands, N.M., Edwards Légitámaszpont vagy KSC. Az AOA megszakítás esetén az űrsikló egyszer megkerüli a földet, így kb. 90 perccel az indítás után száll le.[12]
Nem tervezett megszakítás
A nem tervezett megszakítások általában több mint egy hajtómű meghibásodása vagy egyéb rendszerek hibás működése során kerülnek előtérbe. Egy hajtómű leállása és egy másik jelentős tolóerővesztése is képes nem tervezett megszakítást kikényszeríteni.
Ezen megszakítások célja, hogy az Orbitert egyben tartsák, amíg a hajózó személyzet azt el nem hagyja.
A fentiektől eltérő rendszerhibák miatt megvalósuló nem tervezett megszakítások általában biztosítják a személyzet és a jármű épen maradását. Két hajtómű leállása is jó eséllyel vezethet normál leszálláshoz, ez nagymértékben függ a hiba bekövetkeztének idejétől. Azonban mindhárom főhajtómű elvesztése az űrsikló megsemmisülését okozza. Cél a hajózó személyzet mihamarabbi távozása a járműből.
Ha a vészhelyzet megkívánja, az űrsiklóval vízre is le lehet szállni.[13][14]
Fejlesztések
Az STS–101 küldetés során az Atlantis volt a legmodernebb pilótafülkével felszerelve. 32 mechanikus és elektromechanikus műszert, illetve katódsugárcsöves monitort cseréltek ki, mindezzel 34 kg-ot és jelentős energiaigényt takarítottak meg.
Az első repülés óta folyamatosan fejlesztették az STS-rendszer minden elemét. A legtöbb módosítás természetesen a legbonyolultabb felépítésű Orbiteren történt.
Az 1990-ben beszerelt új repülésvezérlő számítógépekkel egy időben, a korábbi monokróm kijelzőpanelek színes monitorra cserélése is megtörtént.
Eredetileg a középső fedélzet belsejében helyezkedett el a légzsilip rendszer, amit a Nemzetközi Űrállomás építésének megkezdésével külső légzsilip és dokkoló egység váltott fel. Így jelentősen megnövekedett az ottani szabad hely.
Folyamatosan fejlesztették az űrrepülőgép főhajtóműveit is (a fejlesztések különböző lépéseit Block I, Block II és Block IIA néven illetik). Az eredeti hajtómű-konstrukcióhoz képest a jelenlegi hajtóművek teljesítménye 4%-kal emelkedett meg. A hajtóművek további néhány százalékos tartalékkal rendelkeznek különböző vészhelyzetek esetére.
Az első két küldetés alkalmával fehérre festették a külső üzemanyagtartályt, hogy védjék a szigetelést. A repülések során megállapították, hogy erre nincs szükség, így a további repülések során már nem alkalmaztak festést. Az ezzel nyert súlymegtakarítás nagyobb hasznos teher szállítására adott módot.
Folyamatosan átalakították az üzemanyagtartályt is. Néhány szükségtelen elemet a későbbiekben kihagytak a konstrukcióból, illetve több helyen könnyebb alumíniumötvözeteket használtak az eredeti anyagok helyett. Ezekkel a módosításokkal több mint 3,5 Mp súlymegtakarítást értek el, amivel szintén a hasznos teher mértékét lehetett növelni.
A Challenger katasztrófája után átdolgozták a szilárd hajtóanyagú gyorsítórakéták szegmensei közti tömítést is (a korábbi kettő helyett három tömítőgyűrű került beszerelésre). Egyéb fejlesztéseket is tervbe vettek, ám ezek anyagi források híján nem valósultak meg.
Az STS–90 küldetés indítását el kellett halasztani, mivel az üzemanyagtartály szigetelésébe harkályok lyukakat fúrtak. Ezt megelőzendő a NASA ma már hétköznapi műbaglyokat és felfújható lufikat telepít az indítóállványra (ezeket a felszállás előtt eltávolítják).
A Columbia katasztrófája után a NASA kibővítette a felszállás megfigyelésére szolgáló kamerarendszert, emellett digitális videokamerákat szereltek a gyorsítórakétákra és a külső üzemanyagtartályra is.
Átdolgozták a legnagyobb gondot okozó üzemanyagtartály-szigetelést is. A tartály és az Orbiter közötti elülső csatlakozószerkezetnél a szigetelőhabot elektromos fűtőrendszerre cserélték (a szigetelésre vagy a fűtőrendszerre a jégképződés megakadályozása miatt van szükség). Emellett a folyékony oxigént továbbító csőrendszert (LOX Feedline) is fűtőrendszerrel látták el, mivel ezen a helyen is komoly jégképződés alakulhat ki.
Költségek
2005-re a Space Shuttle program összesített költsége 145 milliárd dollárra rúgott, de 2010-re, a program leállítására, elérte a 175 milliárd dollárt.[15]
2005-ben a NASA 5 milliárd dollárt – az éves költségvetésének 30%-át – különítette el az űrrepülőgéppel végrehajtott programok finanszírozására, mely összeg 2006-ban 4,3 milliárd dollárra csökkent.[16]
A NASA 2007-re benyújtott költségvetési igényében már csak 4 milliárd dollárt szánt a program finanszírozására.[17]
Ha az eddig felmerült összes költséget elosztjuk a 135 küldetéssel, akkor küldetésenként 1,3 milliárd dollárt jelent. Az egyes küldetések valós költségeit természetesen nem lehet így kiszámolni. Ha küldetések során felmerült valós kiadásokat, megtakarításokat és bevételeket számoljuk, akkor egy küldetés átlagosan 60 millió dollárba került.
Kritikák
A Discovery űrrepülőgép 2009. március 11-én az indításra várakozik. Az STS–119 jelű küldetés az amerikai űrrepülőgép-program során a 125. küldetés volt[18]
A program eredeti célkitűzései között szerepelt a költséghatékony működtetés. A fejlesztési és üzemeltetési költségeket is magában foglalva, egy küldetés 1,3 milliárd dollárba kerül, ami fontonként (körülbelül 0,45 kg) 28 000 dolláros költséget jelent, szemben az egyszer használatos űrjárművek fontonkénti 3-5000 dolláros költségeivel.[19]
Kritikák érték a rendszer megbízhatóságát is, mivel a legénységet szállító űrrepülő a korábbi programok során alkalmazott technikákkal szemben nem az indítórakéta egység tetején, hanem annak oldalán található. Emiatt a lehulló törmelékek könnyedén sérülést okozhatnak a hővédőpajzson.
„Az űrrepülő hihetetlenül drága és nagyon veszélyes jármű. Ez egy elavult technológia.” – Louis Friedman, a The Planetary Society igazgatója.[20]
„A biztonság fogalmának bármilyen értelmezése szerint sem nevezhető ez a program biztonságosnak. Továbbra is veszélyes. Minél előbb le kell cserélnünk ezt a járművet.” – Harold Gehman, a Columbia Balesetét Vizsgáló Bizottság elnöke.[21]
„Az űrrepülőgép alapvető hiányosságokban szenved.” – Mike Griffin, a NASA ügyvezetője[21]
„Az űrrepülőgép egy nem biztonságos és drága módja annak, hogy az emberiség a Földtől néhány száz mérföldre kutassa az űrt. A probléma nem a szigetelőhab darabokkal van, hanem magával az űrrepülőgéppel. A NASA lezárhatná már ezt a programot, és a nemzet tudományos és technikai ismereteit jobban is felhasználhatná.” – a Los Angeles Times 2006. június 29-én megjelent szerkesztői jegyzete.[22]
Az amerikai űrrepülőgépek listája
Az egyes űrrepülőgépek nevet és számot is kapnak. A számozás a NASA Orbiter Vehicle Designation (OVD) nevezetű rendszere szerint történik. Az OVD rendszer alapján az OV az Orbital Vehicle (Föld Körüli Jármű) kifejezést takarja, a kötőjel utáni háromjegyű szám pedig két részből áll: egy egyjegyű sorozat- és egy kétjegyű sorszámból. A sorozatszám lehet 0 vagy 1 (a 0 az űrrepülésre alkalmatlant, az 1 az űrrepülésre alkalmast jelenti), a sorozatszám pedig egy sorban növekvő érték.
Megjegyzés: eredetileg az Enterprise űrrepülőgépet (OV–101) szánták űrrepülésre alkalmas változatnak, de később kiderült, hogy olcsóbb a tesztelés céljából megépített Challengert (OV–099) űrrepülésre alkalmassá tenni. Az OV számon viszont nem változtattak, innen ered a logikának ellentmondó számozás.
Az utolsó nyugdíjba vonuló űrsikló. Az STS–135-ös küldetés befejeztével lezárult az űrsiklók kora. Illetve a NASA elvesztette az önálló űrrepülés lehetőségét.[24]
Utolsó küldetése 2011. június 1-jén véget ért, miután biztonságban leszállt a floridai Kennedy-űrközpontban. Ezzel az Endeavour lett a második nyugdíjba vonuló űrsikló.[25]
Az egyes űrrepülőgépek nevüket tengeri hajók után kapták, amelyek fontos szerepet játszottak a tudományos kutatások során:[26]
Az Atlantis a Woods Hole Tengerkutatási Intézet elsődleges kutatóhajója volt 1930 és 1966 között.
A Challenger egy amerikai hadihajó volt az 1870-es években.
A Columbia a jelenlegi Washington és Oregon államok területét felfedező naszád volt.
A DiscoveryJames Cook brit felfedező egyik hajójának neve volt. Emellett Henry Hudson hajóját is így hívták, amely 1610 és 1611 során feltérképezte a Hudson-öböl területét. A Brit Királyi Földrajzi Társaság két hajója is ezt a nevet viselte.
Az Endeavour volt James Cook másik hajója, melyet felfedező útjai során használt.
Az Enterprise pedig a népszerű Star Trek sorozat nézőinek levéláradata után lett a sorozatban szereplő csillaghajó után elnevezve.
Egy 1986-os SpaceCamp (Űrtábor) című sci-fi-kalandfilm tini szereplői egy robot közreműködése miatt az Atlantisszal kerülnek véletlenül az űrbe.
Az 1997-es Deep Impact című kalandfilmben szereplő Messiás űrhajó legénységi része egy módosított űrsiklón alapul, mely leszállóegységként is funkcionál. (Ide szintén az Atlantisszal repülnek fel.)
Az 1998-as Armageddon című kalandfilmben két módosított űrsikló, az Independence és Freedom viszi fel a filmbéli fúrócsapatot a Földet fenyegető aszteroidára.
A szintén 1998-as A lény 2. című sci-fiben egy moduláris hajtóműegységgel rendelkező űrsiklóval utaznak a Marsra.
A 2000-es Űrcowboyok című kalandfilmben egy kitalált űrsikló, a Daedalus szerepel.
A 2013-as Gravitáció című filmben egy Explorer nevű fiktív űrsikló szerepel.
A For All Mankind című sorozatban is vannak űrsiklók, illetve egy fejlesztett űrsiklón alapuló űrhajó, a Pathfinder.
Ezen kívül számos űrsiklót ábrázoló játék, modell, makett jelent meg, de a LEGO is több készletében jelentetett meg űrsiklókat. Készültek szimulátoros videójátékok is, valamint postabélyegeken is többször jelent meg az űrsikló.
Fordítás
Ez a szócikk részben vagy egészben a Space Shuttle című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Ez a szócikk részben vagy egészben a Space Shuttle program című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
.jpg)
