مقدمه
تصور کنید روی صندلی فضاپیمایی که هزاران تن سوخت قابل انفجار در موشک خود دارد، نشسته اید و در حالی که لباس مخصوص فضایی به تن دارید ناگهان صدای غرش بلندی را شنیده و ارتعاش شدیدی را احساس می کنید.
موتورهای اصلی نوبت به نوبت روشن شده اند و در عرض 6 ثانیه موتورهای تقویت کننده هم روشن می شوند. کابین به شدت تکان می خورد و شما از زمین بلند می شوید و در عرض 5/8 دقیقه شما در خارج از جو زمین خواهید بود. شاید ماموریت شما انتقال آب و غذا و اکسیژن به ایستگاه فضایی بین المللی یا قرار دادن یک ماهواره در مدار و یا تعمیر یک ماهواره در فضا باشد.
پرواز با شاتل فضایی اینگونه وصف شده است. ولی به راستی شاتل فضایی چیست؟ چگونه کار می کند و چه تفاوتی با فضاپیماهای دیگر دارد؟ در این مقاله شما با دنیای جذاب شاتل های فضایی آشنا خواهید شد.
تاریخچه شاتل فضایی
درانتهای ماموریت های فضایی آپولو، مقامات سازمان ناسا برنامه آینده فضایی ایالات متحده را بررسی می کردند. در آن زمان فضانوردان و تجهیزات فضایی توسط موشک های یکبار مصرف به فضا ارسال می شدند. آنها به وسیله ای مطمئن و در عین حال کم هزینه نیاز داشتند که بتوانند از آن چندین بار استفاده کنند. برای ارسال 2میلیون کیلوگرم تجهیزات و فضانورد به مدار 185تا 643 کیلومتری بالای سطح زمین،این فضاپیمای جدید نیاز به سه موتور اصلی و مخزن سوخت بیرونی و دو موشک جامد تقویت کننده و نیز سیستم مدیریت مقصد داشت. به این ترتیب ایده شاتل فضایی توسط مهندسان علوم فضایی مطرح گردید. ناسا شروع به مطالعه و طراحی شاتل فضایی کرد و بالاخره پس ازگذشت 9سال تحقیق و آزمایش روی بخشهای مختلف، پنج فروند از این ناوها را که سامانه حمل و نقل فضایی یا شاتل فضایی نامیده شدند، به خدمت گرفت. فضاپیماهای اینترپرایز، کلمبیا، چلنجر، دیسکاوری و آتلانتیس، به تدریج از اوایل دهه1980میلادی تحویل ناسا گردید. بعدها پس از انفجار چلنجر، یک فروند دیگر نیز با نام ایندیور به ناوگان فضایی ناسا افزوده شد. شاتل اینترپرایز تنها برای آموزش فضانوردان و آزمایش دستگاه های آن در شرایط پرواز زمینی به کار برده شد و هیچ گاه به فضا نرفت.
نخستین پرواز شاتل در تاریخ 12آوریل سال1981میلادی، با شاتل کلمبیا و با خلبانی جان یانگ و رابرت کریمن با موفقیت انجام شد و بدین ترتیب شاتل های فضایی وارد عرصه برنامه های فضایی شدند.
بخش های اصلی شاتل
شاتل فضایی دارای سه بخش اصلی می باشد که عبارتند از:
1- مدارگرد (واحد مستقر کننده در مدار که سرنشینان و بار را در خود جای می دهد).
2- دو موشک تقویت کننده با سوخت جامد (که بیش ترین نیروی پیش ران را در دو دقیقه آغازین پرواز فراهم می نماید)
3- مخزن سوخت بیرونی (که سوخت موتورهای اصلی را با خود حمل می کند).
مدارگرد
مدارگرد بخش اصلی سامانه حمل و نقل فضایی را تشکیل می دهد. این بخش را معمولاً با نام شاتل می شناسیم. مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت مایع نارنجی رنگ متصل است و از هیدروژن و اکسیژن مایع موجود در آن، برای بالا رفتن استفاده می کند.
طول مدارگرد در حدود 37متر، عرض آن از انتهای یک بال تا انتهای بال دیگر 24متر، وزن آن 68 تن و ارتفاع آن در حالت ایستاده روی سکوی پرتاب 17متر می باشد. در بخش جلویی مدارپیما، کابین خدمه قراردارد و به طور میانگین گنجایش 7نفر و در شرایط اضطراری، 10نفر را داراست. در قسمت میانی مدارپیما، محفظه باری با ابعاد 18متر در 6/4متر تعبیه شده که بیشتر حجم بدنه را به خود اختصاص داده است که درون آن تجهیزات و بازوی میکانیکی قرار دارد و وقتی مدارپیما به مدار مورد نظر رسید، دربهای بالای بدنه باز می شوند و تجهیزات توسط بازوی میکانیکی، در مدار قرار می گیرند. در دماغه مدارپیما هم دربهای مخصوصی قرار دارند تا خدمه بتوانند از آن بیرون بیایند و خارج از مدارپیما به کارهای نصب و تعمیرات ایستگاههای فضایی و ماهواره ها بپردازند.
بدنه مدارگرد از آلیاژ آلومینیوم ، موتورهای اصلی از آلیاژ تیتانیوم و سطح زیرین آن از سرامیک ساخته شده است.
در قسمت دم مدارپیما، دو موتور و در دماغه آن 14 موتور جت کوچک قرار داده شده است که از این موتورها، برای قرار دادن مدارگرد در مدار نهایی و یا تغییر مکان آن از مداری به مدار دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. در درون این موتورها دو مخزن هیدروژن و اکسیژن مایع قرار دارد که در نبود اکسیژن در فضا، به راحتی با هم ترکیب شده و آتش می گیرند و بدین ترتیب نیروی لازم برای جهش مدارگرد در فضا را فراهم می کنند. مدارگرد قادر است بسته به ماموریت خود، به مدت 7 یا 8روز و درشرایط اضطراری تا 14روز در مدار باقی بماند.
موشکهای جامد تقویت کننده
موشکهای جامد تقویت کننده، بیشترین نیرو ( حدود 71%) را برای بلند کردن شاتل فضایی از سکوی پرتاب فراهم می کنند. سوخت این موشکها، معمولاً پودر آلومینیوم (به عنوان سوخت اصلی) و پرکلرات آمونیوم (به عنوان اکسید کننده آتش زا) می باشد. 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 46 متر و وزن آنها همراه با سوخت به 600 تن می رسد. داخل هر یک از این موشکها، سوخت جامد، موتور احتراق، سیستم کنترل رها شدن از مدارپیما و چتر فرود(برای فرود سالم در اقیانوس و استفاده مجدد از موشکها) تعبیه شده است.
مخزن سوخت بیرونی
مخزن سوخت بیرونی، سوخت مایع موتورهای اصلی را در خود ذخیره دارد. ارتفاع این مخزن 48متر، وزن مخزن خالی 34تن و قطر آن 4/8متر می باشد و قادر است 2میلیون لیتر سوخت (با نسبت اکسیژن یک و هیدروژن 6واحد) را در خود نگاه دارد. سه موتور روی مدارپیما (هرکدام با ارتفاع 3/4متر و عرض 3/2متر) نصب شده اند که سوخت مخزن بیرونی را که شامل هیدروژن و اکسیژن مایع است را باهم ترکیب کرده و باقیمانده نیرو را (حدود 29%) برای بلند کردن شاتل فراهم می کند. مخزن سوخت بیرونی نارنجی رنگ، باعث پایداری شاتل در طول پرتاب است و اتصال مدارگرد و بوسترهای سوخت جامد را فراهم می آورد. این بخش تنها بخش یکبار مصرف فضاپیمای شاتل را تشکیل می دهد. زمانی که موشکهای سوخت جامد در ارتفاعی نزدیک به 45کیلومتری جدا شد، مدارگرد که هنوز با موتورهای اصلی خود در حال مصرف سوخت است، مخزن خارجی را تا ارتفاعی برابر با 113 کیلومتر بالا می برد و تنها 5/8دقیقه پس از پرتاب، این مخزن در حالی که از سوخت خالی شده است، از شاتل جدا می شود و در جو سقوط می کند و آنچه که باقی می ماند روانه اقیانوس می گردد.