شاتل فضایی

نویسنده : آرسس رخش 

در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی ناسا و وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا برای رساندن محموله به فضا از موشک های بالستیک همانند اطلس و تایتان بهره میبرد که یکبار مصرف بودند ولی از سال ۱۹۶۹ ناسا بدنبال یک مدارپیمای چند بار مصرف بود در نهایت پروژه شاتل فضایی استارت زده شده و در دهه ۷۰ میلادی توسعه یافت و در نهایت در سال ۱۹۷۷ برای اولین با توانست از روی یک بویینگ ۷۴۷ جدا شده و پرواز کند و کل پروژه در سال ۲۰۱۰ حدود۲۱۰ میلیارد دلار هزینه داشت و در سال ۱۹۸۱ شاتل وارد خدمت ناسا شد و تا سال ۲۰۱۱ در خدمت بود کلا ۷ فروند از این مدار پیما ساخته شد که دو فروند اول برای آزمایش بودند شاتل یک مدار پیمای چند بار مصرف سوخت مایع بود که توسط آژانس فضایی آمریکا ناسا و وزارت دفاع آمریکا به خدمت گرفته شد و برای قرار دادن محموله هایی مانند ماهواره ها در مدار زمین و رساندن محموله به ایستگاه فضایی و برگرداندن محموله از آن استفاده میشد و برای تعمیر و نگهداری ایستگاه فضایی و ماهواره ها هم استفاده شد و مهمترین محموله ای شاتل حمل کرد تلسکوپ هابل بود شاتل چند لانچ محرمانه برای وزارت دفاع آمریکا داشت که معمولا محموله های محرمانه مانند ماهواره های نظامی که در زمینه جاسوسی عکسبرداری و جاسوسی الکترونیکی و شناسایی رادار و ارتباطات نظامی کارایی داشتند را به مدار زمین رساند .

شاتل فضایی با نام رسمی STS شناخته میشود که مخفف عبارتSPACE TRANSPORT SYSTEMمیباشد.

شاتل در لغت به اتوبوسهایی اطلاق می شود كه در یك مسیر مشخص رفت و آمد می نمایند. آن ها اتوبوسهایی هستند كه برای حمل انسان،محموله های فضایی و بردن ماهواره به فضا،توسط اداره هوانوردی و فضایی ملی ایالات متحده آمریكا(NASA ) در دهه هفتاد میلادی طراحی شده است.

شاتل فضایی بعنوان یك موشك قابل استفاده مجدد و فضاپیمای قابل بازیابی مطرح شد زیرا تا آن زمان در تكنولوژی پرتاپ با موشك،قسمت های مختلف از موشك جدا شده و به زمین سقوط نموده و یا اینكه در فضا سرگردان می ماندند برای مثال موشك ساترن 5 با جرمی حدود 2900 تن و ارتفاع 111 متر به فضا پرتاب شد ولی در بازگشت آنچه از این آسمان خراش پرنده باقی مانده بود توده ای 6 تنی بود كه در اقیانوس آرام فرود آمد و راهی موزه شد.

شاتل ها به ترتیب ساخت اینتر پرایز،كلمبیا،چلنجر،دیسكاوری،آتلانتیس و ایندیور نامیده شدند. اینتر پرایز توانایی پرواز به فضا را نداشت و فقط ابزاری آزمایشی و آموزشی بود. دوازدهم آوریل 1981(اوایل دهه 1360)،یعنی بعد از حدود 10 سال،شاتل فضایی كلمبیا،با موفقیت به فضا فرستاده شد تا فصل جدیدی از تجسس ای فضایی آغاز گردد. در سال 1983،اولین ماهواره به وسیله چالنجر در مدار قرار داده شد. در نوامبر 1983 اولین آزمایشگاه فضایی با 71 مورد آزمایش طراحی شده به وسیله دانشمندان آمریكا و اروپا به فضا فرستاده شد و در آوریل 1984،اولین تعمیر ماهواره ای توسط شاتل صورت پذیرفت و بازیافت ماهواره های پاپالا و وستار و بازگرداندن آنها به زمین در نوامبر سال 1984 اتفاق افتد تا در 5 سال آغازین استفاده از شاتل،ماموریتهای بسیار مهمی انجام شود.پس از این موفقیت های اولیه در ژانویه سال1986،با انفجار شاتل چالنجر(چلنجر) و كشته شدن خدمه آن بعلت ایجاد شعله در مخزن سوخت بیرونی،مامریتهای شاتل برای تحقیق و تفحص به مدت 3 سال معلق ماند.

سازمان ناسا این 3 سال را صرف تكمیل و ایمن تر كردن شاتل نمود و در سال 1988 میلادی پروازهای شاتل دوباره آغاز شد.

ولی متاسفانه دوباره حادثه به سراغ شاتل های فضایی آمد،در روز شنبه 12 بهمن 1381(16 ژرانویه 2003)در حدود ساعت 14 به وقت جهانی هفت فضانورد شاتل كلمبیا در پایان یك ماموریت 16 روزه علمی حاضر بودند(آماده بودند) كه به زمین بازگرند،اما در كمال حیرت مردمان این فضاپیما در اثر یك مشكل در قسمت مخازن سوخت منفجر شد و از بین رفت. پس از این حادثه بار دیگر شاتل ها به مدت 3 سال زمین گیر شدند.

لازم به ذكر است شوروی سابق نیز برنامه ای مشابه با شاتل فضایی آمریكا را در نوامبر سال 1988 آغاز كرد،در این تاریخ شوروی نخستین شاتل خود به نام بوران را برای آزمایش پرواز بدون سرنشین به مدار فرستاد. شاتل بوران تقریبا هم اندازه وهم شكل شاتل آمریكا بود.

این شاتل به همراه موشك جدید انرژیا به فضا رفت. اما این برنامه در سال 1993 یعنی بعد از فروپاشی شوروی با توقف روبرو شد. بوران دیگر هرگز پرواز نكرد.

ساختار شاتل فضایی

شاتل ها دارای سه بخش اصلی هستند:

1. مدارگرد

2. دو موشك سوخت جامد یا " بالا برنده "

3. مخزن بیرونی و بزرگ سوخت مایع

مدارگرد:

مدارگرد تنها بخشی از شاتل است كه وارد مدار می شود. مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت متصل است و هیدروژن و اكسیژن مایع موجود در آن را می سوزاند تا نیروی رانشی پرتاب ایجاد شود. طول این مدارگرد 37 متر،عرض آن از انتهای یك بال تا انتهای بال دیگر 24 متر و ارتفاع آن در حالت ایستاده روی سكوی پرتاب 17 متر است.

مدارگرد نیز پس از پایان ماموریت به زمین باز می گردد و مانند هواپیمایی با سرعت 346 كیلومتر در ساعت بر باند ویژه فضاپیما ها می نشیند. مدارگرد نیز دست كم صد بار می تواند در مدار زمین قرار گیرد و هر بار مدت پرواز آن از 5 تا حداكثر 30 روز است. مدارگرد دارای سه بخش است: كابین فضانوردان،آفت یا اتاق بار و موتورها.

كابین فضانوردان،در بخش جلویی شاتل قرار دارد و به طور میانگین گنجایش 7 نفر و در شرایط اضطراری 10 نفر را داراست.

اتاق بار یا آفت قسمتی است در طبقه ی عقبی پرواز كه متخصصان فنی و علمی در آنجا می نشینند. ان ها را به ترتیب متخصصان ماموریت(فضانوردان ناسا) و متخصصان بار(كه فضانورد نیستند و عموما دانشمندند) می نامند. منظور از بار، ماهواره یا تجهیزاتی است كه در فضاپیما با خود به مدار زمین می برد.

در یك شاتل،51 موتور به كار رفته است. موتورهای موشكی سوخت جامد كه فقط در دو دقیقه نخست پرتاب به كار می روند. سه موتور اصلی در جریان پرتاب روشن اند. این موتورها نیروی لازم برای كشش 170 تن جرم شاتل را تولید می كنند. دو موتور مانور در مدار، فضاپیما را قادر می سازند تا مدار خود را بدور زمین اصلاح كند و یا تغییر مسیر دهد. لازم به ذكر است كه توان موتورهای شاتل فضایی حین برخاستن 140 میلیون اسب بخار است.(یعنی معادل توان حدود 1.5 میلیون پژو 206)

بالا برنده ها:

دو موشك با سوخت جامد،بزرگ ترین موشك های سوخت جامدی اند كه تا بحال برای پروازهای فضایی ساخته شده اند، این دو موشك قادرند هزار و سیصد تن جرم را رو به بالا بكشند و فقط صعود فضاپیما را تند تر می كنند. هر كدام از این موشك ها 43 متر ارتفاع و در هنگام پر بودن 60 تن وزن دارند. یك موشك پرتاب كننده نیروی رانشی معادل 1.5 میلیون كیلو گرم در هنگام پرتاب ایجاد می كند. این دو موشك پس از اینكه شاتل فضایی را بع ارتفاع 45 كیلومتری از زمین رساندند یعنی بالای ضخیم ترین لایه های جوی زمین از فضاپیما جدا می شوند و با چتر در اقیانوس فرود می آیند. این موشك ها قابل بازیافت بوده و در ماموریت های بعدی مورد استفاده قرار می گیرند.

مخزن سوخت بیرونی:

طول مخزن سوخت بیرونی 48 متر و عرض آن حدود 8 متر است و با 705 تن سوخت هیدرازین و نیتروكسید نیتروزین در كل 738.5 تن جرم دارد. این مخزن سه موتور موشكی مدارگرد را تغذیه می كند. این مخزن سوخت پس از رساندن مدارگرد به ارتفاع مورد نظر،از آن جدا می شود و طبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمین می سوزد و از بین می رود.

ارتفاع مدارهایی كه شاتل در آنها قرار می گیرند از 185 تا 1110 كیلومتر با توجه به ماموریتشان تغییر می كند. گرچه بیشتر اوقات به مدار 240 كیلومتری می روند. در آنجا هر 90 دقیقه یك بار دور زمین می گردند.

شاتل فضایی در مواجهه با جو زمین چه می كند؟

اصطكاك بدنه شاتل فضایی با جو زمین موجب می شود دما در حد بسیار بالایی بالا برود. برای حل این مشكل مهندسان ناسا سطح زیرین مدارگرد را با سرامیك می پوشانند. طرح فعلی شاتل شامل20548 قطعه سرامیك از جنس الیا سیلیكون است. هر قطعه طوری شكل گرفته كه دقیقا قالب تمام زوایای فضاپیما باشد و بتواند دمایی برابر با 1260 درجه سانتیگراد را تحمل كند. كلاهك دماغه شاتل و لبه ی بال ها كه در هنگام بازگشت شاتل به جو،بیشترین گرما را متحمل می شوند،با ماده ای پوشیده اند كه می تواند دمایی برابر 1649 درجه سانتیگراد را تحمل كند،دمایی كه فولاد در آن ذوب می شود.

آینده ی شاتل های فضایی:

قرار بود شاتل ها ابزارهای ارزان قیمتی برای پرتاب فضانوردان به مدار باشند،اما در عمل هر پرتاب حدود سیصد میلیون دلار هزینه در بر داشت. نكته دیگر این است كه ناسا باید حدود دوازده هزار نفر را فقط برای پرتاب فضاپیما استخدام كند!

جایگزین آینده شاتل ها احتمالا چیزی مشابه هواپیمای ملی هوا فضا خواهد بود كه ناسا و نیروی هوایی آمریكا بطور مشترك با هم ساخت اد. این هواپیما كه X-33 نام دارد، سی و سومین هواپیما از یك رشته پر تعداد هواپیما های آزمایشی مشترك ناسا و نیروی هوایی است. این رشته از هواپیما ها به هواپیمای X-34 كه مدل دیگری از موشك های قابل مصرف دوباره است،رسیده اند.

هواپیمای X-33 مانند یك هواپیمای جت عادی از باند پرواز بلند می شود و به سرعت مناسب جهت پرتاب به مدار زمین می رسد و همانند یك هواپیمای معمولی فرود می آید.چ

این فضاپیما طوری طراحی شده است كه خودش را سریعتر و بالاتر پرتاب كند،تا جایی كه جو آن قدر نازك شود كه موتورهای عكس العملی آن به كار افتد. سپس در سرعت 22 ماخ(22 برابر سرعت صوت است یعنی 6.4 كیلومتر در ثانیه)، این موتورها خاموش می شوند و یك موتور موشكی، سرعت آن را به 25 ماخ(سرعت لازم برای حركت در فضا)می رساند.

هر پرتاب هواپیمایX-33 بیش از یك میلیون دلار هزینه خواهد داشت. طرفداران این طرح مدعی اند كه می توان این هواپیما را یك روز و نیم پس از فرود،دوباره به فضا فرستاد(شاتل ها باید بین پروازها چندین ماه استراحت كنند) و از آن جایی كه هواپیمای هوافضا،بیشتر مانند یك جت عمل می كند تا یك موشك،می تواند در شرایط اضطراری دور بزند و به نقطه حركتش بازگردد،قابلیتی كه شاتل های فضایی ندارند.