شاتل اتوبوس های فضایی

شـــــــــــــــــــــاتل اتوبــــــــوس های فضـــــــــایی


داستان ساخت شاتل ها از اواخر دهه ۱۹۶۰ (۱۳۴۰) آغاز شد.


















● داستان ساخت شاتل

داستان ساخت شاتل ها از اواخر دهه ۱۹۶۰ (۱۳۴۰) آغاز شد. در حالی که ماموریت های آپولو به پایان رسید وعطش فتح ماه و پیروزی در مسابقات فضایی نزد دولت آمریکا آرام گرفت ،ونیزعدم وجود انگیزه و توان کافی برای سفر های بعدی به ماه و مریخ ،ادامه فعالیت های فضایی سرنشین دار ناسا در مسیر ساخت فضاپیمایی قرار گرفت که انسان را کم هزینه تر و مطمئن تر به مدار زمین ببرد . وسیله ای که بر خلاف فضاپیماهای آن دوران یکبار مصرف نبوده و توانایی پروازهای مجدد داشته باشد.چرا که تا آن زمان فضا پیما ها یکبار مصرف بوده و هر گاه موشکی به منظوربردن ماهواره، کاوشگر فضایی ویا یک فضاپیمای سرنشین دار به فضا پرتاب می شد،بیشتر اجزای خود را به هنگام صعود از دست می داد وآن بخش کوچکی هم که به زمین باز می گشت ،دوباره به کار نمی آمد برای مثال موشک ساترن ۵با جرمی حدود ۲۹۰۰تن و ارتفاع ۱۱۱ متر به فضا پرتاب شد ،اما آنچه ازاین آسمان خراش پرنده به زمین بازگشت،یک توده ۶ تنی بود که در اقیانوس آرام فرود آمد و راهی موزه شد.در صورتی که هزینه ی طراحی و ساخت آن به میلیون ها دلار می رسید .

شاتل های فضایی ،اتوبوس های باربری اند که بصورت چند منظوره طراحی شده اند ،آنها میتوانند یک یا چند ماهواره را با خود به مدار زمین ببرند ودر محل مناسب رها کنند،یا اینکه ماهواره ها را از مدار گرفته ،به اتاق بار منتقل کنند تا برای تعمیر به زمین برده شوند .البته گاهی فضا نوردان با روش های خاصی در نزدیکی اتاق بار شاتل ، کار تعمیر را انجام میدهند . آزمایشگاههای فضایی و تلسکوپهای فضایی هم مانند ماهواره ها به کمک شاتل در مدار قرار می گیرند.

با آغاز ساخت ایستگاه فضایی بین المللی در سال ۱۹۹۸وظیفه ی سنگین تکمیل این ایستگاه بر عهده شاتل ها نهاده شد . چرا که شاتل ها بر خلاف سایر فضاپیما های سر نشین دار کنونی (مثل سایوز) قادر به حمل بارهای سنگین (حداکثر ۲۲تن) به فضامی باشند. وبدین ترتیب نقش شاتل برجسته تراز پیش نمایان شد.

● انواع شـــــاتل

این فضــــــاپیما ها به ترتیب ساخت انترپــــرایزر، کلمبیا، چلنجر، دیســـــــــکاوری، آتلانتیس واینــــــــــــــدیور نامیده شده اند.

اینترپرایزر ابزاری آزمایشی و آموزشی بود که توانایی پرواز به فضا را نداشت.ولی پنج فضا پیمای دیگر از اوایل دهه ی ۱۹۸۰ در فعالیت های فضایی آمریکا بکار گرفته شدند،وشاتل کلمبیا برای اولین باردر۱۲ آوریل۱۹۸۱ به فضا پرتاب شد.

البته باید در نظر داشت که در حال حاضر فقط سه شاتل دیسکاوری، آتلانتیس و ایندیور به صورت فعال در ماموریت های فضایی استفاده می شوند زیرا شاتل چلنجر در دهمین ماموریت خود درسال ۱۹۸۶ در حین پرتاب منفجر شد و کلمبیا نیز در سال ۲۰۰۳ در بازگشت از بیست و هشتمین ماموریت خود از بین رفت .

● اجــــــــــــــــزای شاتل

۱)مـــــــــدارگـرد بالــــــــــدار

این بخش از لحاظ شکل شبیه یک هواپیما است ومحلی برای حضور شرنشینان وحمل بار است.در واقع مدارگرد تنها بخش شاتل است که کاملاً از جو خارج می شود و در مدار زمین قرار می گیرد و بعد از انجام ماموریت مانند یک هواپیما در سطح زمین فرود می آید،تا بعد از بازسازی ،آماده پروازهای بعدی شود.هر مدارگرد دست کم صد بار می تواند در مدار زمین قرار گیرد.جنس بدنه ی مدار گرد از آلیاژ آلومینیوم است.

هر مدارگرد شامل سه بخش کابین ،اتاق بار و موتورها است.

کــابیــــن بخش جلویی مدارگرد است و برای حضور سرنشینان طراحی شده است . فشارهوا دراین بخش توسط دستگاهی برابربا فشارهوا درسطح زمین تنظیم می شود.

اتـــــاق بــــارپس از کابین، تعبیه شده است ومحلی برای قرار دادن بارها(حداکثر۲۲تن درهرپرواز) است.در محور طولی این اتاق درب هایی تعبیه شده است که هنگام تخلیه ی بار باز می شود و بارها توسط بازوی هیدرولیک تعبیه شده در اتاق بار،درمدارمناسب رها می شوند.

▪ مــــوتــــورها: از جمله موتورهایی که در قسمت مدارگرد قرار دارند می توان به موارد زیر اشاره کرد:

سه موتوراصلی که از همان ابتدای پرتاب روشن شده و نیروی لازم جهت کشش ۱۷۰ تن از جرم شاتل را فراهم می کنند .این سه موتور فقط برای صعود اولیه طراحی شده اند.دو سیستم مدیریت مقصد،در بخش عقبی مدارگرد روی دم ها که برای قرار دادن شاتل درمدار نهایی ویا تغییر مکان شاتل ازمداری به مدار دیگرو نیز کم کردن سرعت شاتل در هنگام فرود بکار می روند. البته موتورهای کوچکی هم در دماغه ی مدارگرد تعبیه شده که هر گاه لازم باشد، برای کارهایی مثل تنظیم تلسکوپ یا عکسبرداری اززمین مدارگرد جابجا شود، برای چند لحظه روشن می شوند تا مدارپیما براحتی بچرخد.

۲)موشک های بالابرنده

دو موشک کمکی با سوخت جامد که ازموشک های مرحله های اول پرتاب محسوب می شوند وباعث سریعترشدن صعود می گردند. این دو موشک در دو طرف مدارگرد قراردارند،وبا تمام شدن سوختشان از مجموعه ی شاتل جدا شده وبا چتر در اقیانوس فرود می آیند و پس از صید و بازسازی مجدداًبرای ماموریت های بعدی استفاده می شوند.بدنه ی هر یک ازاین موشک ها فقط یک سانتیمتر ضخامت دارد ودر واقع سعی شده که این موشک ها تا حد امکان سبک ساخته شوند، بااین حال هریک ازاین موشک ها ۵۹تن جرم دارند.وقادربه بلند کردن۱۳۰۰تن جرم از زمین می باشند.

۳)مخزن بیرونی سوخت مایع

در پشت مجموعه ی شاتل مخزن نارنجی رنگی قرار دارد که مخزن بیرونی سوخت نام دارد، وظیفه ی این تانک عظیم حمل سوخت برای موتورهای اصلی مدارگرد است.این مخزن با ۴۸ متر ارتفاع و ۸ مترعرض با ۷۰۵تن سوخت هیدرازین و نیتروکسید نیتروژن پر شده و در کل ۷۳۸تن جرم دارد.جنس مخزن از آلیاژ آلومینیوم- لیتیوم است و فقط سه میلی متر ضخامت دارد.روی این پوسته لایه ای از فوم قرار می گیرد،که عایقی نارسانا،بسیارسبک و مقاوم دربرابر فشار هوا است. تنها این بخش از شاتل است، که قابلیت استفاده ی مجدد را ندارد و پس از اتمام سوختش از مدارگرد جدا شده وطبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمین می سوزد واز بین میرود.

● پرتـــــــاب شاتـــــــل

هم اکنون شاتل بر روی سکوی پرتاب است.در آستانه ی پرتاب و در حالی که مجموعه ی کامل شاتل بر روی سکوی پرتاب است،مخزن بیرونی با اکسیژن و هیدروژن مایع پر می شود.شمارش معکوس شروع شده و پس از شش ثانیه ،ابتدا موتورهای اصلی وسپس موشک های بالابرنده روشن می شوند.و سرانجام شمارش معکوس به صفر می رسد، حلقه های نگهدارنده ی سرشاتل کنار رفته و شاتل با صدایی مهیب گهواره ی بشر را به مقصد فضای بیکران ترک می کند. توان شاتل در این لحظه ۱۴۰ میلیون اسب بخار است.

شاتل در ۳۰ ثانیه نخست به فراز بالاترین ابرها در ارتفاع ۱۰ کیلومتری از سطح زمین می رسد.در حدود ۸۰درصد نیروی پیشران شاتل را در این لحظات جفت موشک بالابرنده تأمین می کنند.سوخت این موشک ها چنان سریع مصرف می شود که فقط ۲ دقیقه پس از پرتاب، شاتل به ارتفاع ۴۵ کیلومتری رسیده است.در این هنگام،موشک های خالی ازسوخت از شاتل جدا شده وبا چتردراقیانوس فرود می آیند.حالا نوبت به تک تازی موتورهای اصلی شاتل می رسد.گرانش کمتردراین ارتفاع و سرعت اولیه ی زیاد سبب می شود،شاتل هم چنان بالا رود. ۸ دقیقه پس از پرتاب،سوخت مخزن بیرونی تمام شده و موتورهای اصلی شاتل در ارتفاع ۱۱۱ کیلومتری از سطح زمین، درمحیط فضا و در لایه های بسیار رقیق کره ی زمین خاموش می شود و شاتل با سرعت اولیه ی بدست آورده ،در مداری پایین قرار می گیرد. اکنون زمان رهایی مخزن بیرونی فرا رسیده است. مخزن کنده می شود و در برخورد با جو زمین می سوزد. حالا مدارگرد تنهاست، اینک زمان روشن شدن موتورهای مانور مداری است تا شاتل را به هدف مداری خود برسانند.شاتل ها معمولاً به ۱۸۵تا ۱۱۱۰ کیلومتری از سطح زمین می روند،منطقه ی نسبتاً امن که خودبخود از زباله های فضایی پاک می شود.در این ارتفاع ، حاشیه ی جو زمین همچون ترمزی عمل می کند و زباله های فضایی را آن قدر پایین می کشند که دراثر برخورد با جو بسوزند.

● مـــــاموریــت شـــــــاتل

حالا نوبت انجام ماموریت ها واهدافی است که شاتل برای انجام آنها به فضا اعزام شده است.این ماموریت می تواند قراردادن یک یا چند ماهواره ویا تلسکوپ فضایی در مدارزمین ویا تعمیر ماهواره ها باشد. برای انجام این کارها درب های محور طولی اتاق بار کنار رفته و ماهواره توسط بازوی هیدرولیک در مدار مناسب رها می شود. تعمیرماهواره ها در فضا به دو صورت انجام می شود،اول آنکه ماهواره ی مورد نظر با بازوی هیدرولیک گرفته شود وبه محل خاصی در اتاق بار ملحق شده تا فضانوردان به تعمیرآن بپردازند. اما درروش دوم بین ماهواره و مدارگرد الحاقی صورت نمی گیرد،بلکه بازوی هیدرولیک فضانورد را همراه با قطعه ی تعمیری به ماهواره نزدیک می کند. البته انتقال ماهواره ها از فضا به زمین برای تعمیر اساسی و نیز جمع آوری زباله های فضایی و انتقال آنها به زمین نیزازدیگروظایف شاتل ها است.

● فرود شاتل

پس از آنکه ماموریت مدار پیما به اتمام رسید، نوبت به بازگشت به زمین می رسد.در اول فوریه ۲۰۰۳ قدیمی ترین مدارپیمای ناسا در هنگام فرود،در ارتفاع ۲۰۰هزار پایی بالای سطح زمین منفجر شدو تمامی سرنشینان آن جان باختند.پس بازگشت مدارپیما نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

وقتی شاتل در مدار گردشی خود به دور زمین ، به محل مناسبی در بالای کره ی زمین رسید ، دو موتور کوچک در زیر بال های شاتل به مدت سه دقیقه و پانزده ثانیه روشن شده ، تا مدار پیما از مسیر گردش به دور زمین خارج شود و به سمت آن سرازیر شود.

شاتل در مسیر خود به سوی زمین با جو روبرو می شود که با زاویه ای خاص به آن حمله می کند. این زاویه و البته فشردگی هوا در جو ،دمای سطح بدنه ی مدار گرد را به شدت بالا می برد. برای جلوگیری از سوختن مدار گرد از سپرهای حرارتی در قسمت بدنه ی مدارگرد(مخصوصاً دماغه و سطح زیرین) استفاده شده است. این سپرها که از جنس آلیاژ سیلیکون می باشند، پیش تر نیزدر کپسول های فضایی بکار رفته ، اما سپرهای بکار رفته در شاتل یکپارچه نبوده و ازهزاران قطعه تشکیل شده(حدود ۲۰۵۴۸ قطعه)، که به کاشی های سیلیسی معروفند .

بعد از گذر از جو و خاموش شدن موتورها در واقع مدارگرد عملا شبیه به هواپیمای گلایدر بدون موتوری است ، که فقط یک فرصت برای فرود دارد.باند فرود مدارگرد، مانند باند فرود هواپیما است اما بسیار طولانی تر،و این به دلیل سرعت بسیار زیاد شاتل در هنگام فرود است (۲۴۰۰ مایل در ساعت ، حدود ۴۰ برابر سرعت فرود هوا پیمای مسافربری).البته این سرعت،در واقع حداقل سرعت برای فرود است بدین معنا که مدارگرد با رسیدن به بالای اقیانوس هند، در مدار گردشی خود به دور زمین (تقریباً نقطه ی مقابل آمریکا) و روشن کردن موتورها برای چند دقیقه وگذر ازجو تا رسیدن به محل فرود در آمریکا(که حدود ۹ساعت زمان میبرد)، با انجام مانورهایی درهوا سرعت خود را به حد قابل توجهی کاهش می دهد.

بعد از توقف مدارگرد،کلیه ی مراحل فرود توسط متخصصین بررسی می شود.سپس اعضای گروه بازرسی جستجو می کنند تا هیچ ماده ی خطرناکی نشت نکند.پس از آن مدار گرد با گاز آمونیاک خنک شده،سوخت اضافی تخلیه می شود .بعد از این مراحل فضانوردان اجازه ی خروج دارند وبا پایین آمدن آنها از پلکان متحرک ماموریت فضایی به پایان می رسد.

از جمله پایگاه های دارای باند فرود شاتل می توان به ایستگاه کندی در فلوریدا، ایستگاه ادوارد در کالیفرنیا وایستگاه بندری شن های سفید در نیومکزیکو اشاره کرد.اما باید درنظر داشت که فقط ایستگاه کندی دارای سکوی پرتاب است پس اگر به هر دلیلی از جمله نا مساعد بودن هوا در فلوریدا، فرود در پایگاه دیگری انجام گیرد، شاتل برای تعمیر و پرتاب مجدد باید به ایستگاه کندی منتقل شود.برای انتقال از یک فروند هوا پیمای بویینگ ۷۴۷ استفاده می شود.

● شــــــــاتل تعمـیــــر و آ ماده سازی

شاتل های فضایی پس از انجام هر ماموریت نیاز به بازسازی وتعمیر دارند، که این کار حداقل ۱۸ هفته طول می کشد.به محض رسیدن مدارگرد به پایگاه کندی کار بر روی آن در ساختمان بزرگی شروع می شود. در آنجا فضاپیما با بازوی مکانیکی تا ارتفاع سی متری بالا میرود.انجام عملیات آماده سازی فضاپیماها برای سفربعدی به ۷۶۱ هزار گوناگون نیاز دارد.هدایت عملیات بازسازی فنی را رایانه ها برعهده می گیرند. درجه حرارت ها، مقدار فشارها، وضعیت دریچه ها و کلید های اتصال، همگی در صدم ثانیه بازرسی دقیق می شوند.کارشناسان دیگری نیز مشغول کار بر روی دو موشک سوخت جامدند.این موشک ها روی سکوی متحرکی آماده می شوندو سپس به محل اتصال با مخزن بیرونی سوخت فرستاده می شوند. پس از این مدارگرد هم به این مجموعه وصل می گردد.در سکوی پرتاب، در ساحل اقیانوس اطلس در فاصله ی شش کیلومتری از این ساختمان، کارشناسان در انتظارند تا شاتل فضایی به آنجا منتقل شود. برای انتقال فضاپیما از ساختمان مونتاژ به سکوی پرتاب از بزرگترین خودرو ساخت بشریعنی کراولراستفاده می شود. شانزده جک هیدرولیک، سکوی بازسازی متحرک و شاتل سوار بر آن را یکجا بلند کرده و بر روی سکوی پرتاب قرار می دهند.