شاتل فضایی

برای دیگر کاربردها، شاتل (ابهام‌زدایی) را ببینید.

شاتل فضایی

شاتل دیسکاوری در هنگام پرتاب (ماموریت اس تی اس-۱۲۰)
ماموریت	Manned orbital launch and reentry
سازنده	United Space Alliance: Thiokol/Alliant Techsystems (SRBs) لاکهید مارتین/Martin Marietta (ET) بوئینگ/Rockwell (orbiter)
کشور سازنده	ایالات متحده آمریکا
اندازه
ارتفاع	۵۶.۱ متر (۱۸۴.۲ فوت)
قطر	۸.۷متر (۲۸.۵ فوت)
جرم	۲۰۳۰ تن (۴۴۷۰۰۰۰پوند)
ظرفیت
Payload to LEO	۲۴۴۰۰کیلوگرم (۵۳۶۰۰پوند)
Payload to GTO	۳۸۱۰کیلوگرم (۸۳۹۰پوند)
Payload to Polar orbit	۱۲۷۰۰کیلوگرم (۲۸۰۰۰پوند)
تاریخچه پرتاب
وضعیت	فعال
سایتهای پرتاب	LC-39, Kennedy Space Center SLC-6, Vandenberg AFB (unused)
تعداد راه‌اندازیها	133
موفقیت‌ها	132 successful launches 131 successful re-entries
شکست‌ها	2: (launch failure, Challenger); and (re-entry failure, Columbia)
اولین پرواز	April 12, 1981
Notable payloads	Tracking and Data Relay Satellites Spacelab Great Observatories (including Hubble) Galileo, Magellan, Ulysses Mir Docking Module ISS components
Boosters (Stage 0) - Solid Rocket Boosters
No boosters	2
	1 solid
Thrust	12.5 MN each, sea level liftoff (2,800,000 lbf)
Specific impulse	269 s
Burn time	124 s
Fuel	solid
First stage - External Tank
Engines	3 SSMEs located on Orbiter
Thrust	5.45220 MN total, sea level liftoff (1,225,704 lbf)
Specific impulse	455 s
Burn time	480 s
Fuel	LOX/LH2
Second stage - Orbiter
Engines	2 OME
Thrust	53.4 kN combined total vacuum thrust (12,000 lbf)
Specific impulse	316 s
Burn time	1250 s
Fuel	MMH/N2O4

فضاپیمای کلمبیا چند ثانیه پس از آغاز پرتاب (سال ۱۹۸۱)

شاتل فضایی (به انگلیسی: Space Shuttle) آمریکا که اولین بار در سال ۱۹۸۱ پرتاب شد. نخستین سفینه قابل استفاده مجدد جهان بود. سه بخش اصلی آن مدارپیما، موشکهای تقویت کننده، و مخزن بیرونی سوخت (تنها مخزن سوخت آن که بعد از هر مأموریت قابل استفاده نیست) می‌باشد. کاشی‌های ویژه مقاوم در برابر گرما مانع از سوختن مدارپیما به هنگام بازگشت به جو زمین می‌شوند. بازوی قابل کنترل از راه دور تعبیه شده در مخزن محموله مدارپیما، می‌تواند ماهواره‌ها را در فضا قرار دهد؛ و همچون سکویی ثابت برای کار فضانوردان عمل کند.

پس از فضاپیماهای مرکوری، جمینی و آپولو (که ماه را فتح کرد)، آمریکایی‌ها به سراغ سفینه‌های رفت و برگشتی رفتند و بدین سان، شاتل‌های فضایی متولد شدند. شاتل‌ها تا ۷ مسافر و ۲۵ تن تجهیزات را در خود جای می‌دهند و زمان طولانی‌تری را در مدار زمین به سر می‌برند. آن‌ها همچنین به یک بازوی روباتیک مجهز هستند که به کمک آن می‌توانند ماهواره‌ها را به دام انداخته، اقدامات لازم را در مورد تعمیرات یا انتقال آن صورت دهند.

تاکنون هفت شاتل به نام‌های انترپرایز، راه یاب (پث فایندر)، کلمبیا، چلنجر، دیسکاوری، آتلانتیس و اِندِور ساخته شده که دو شاتل نخست، ناکامل و برای آزمایش‌ها و بررسی‌ها ساخته شده‌اند. از میان پنج شاتل بعدی نیز چلنجر و کلمبیا دچار سانحه شده‌اند و فقط سه شاتل دیسکاوری، آتلانتیس و اندیور مشغول فعالیت هستند. به دلیل دو سانحه که باعث کشته شدن ۱۴ فضانورد و از دست رفتن ۲ فضاپیمای شاتل شد، ناسا اعلام کرده که ناوگان شاتل را تا سال ۲۰۱۰ میلادی بازنشست خواهد کرد.

شاتل‌های فضایی بسیار هزینه‌بر هستند، به طوری که پرتاب آن فقط پانصد میلیون دلار هزینه در بر دارد و این، غیر از هزینه‌های نگهداری و تعمیرات آن است. همین هزینه‌های سنگین موجب شد تا روسیه از شاتل فضایی قدرتمند خود، بوران، استفاده نکند. بوران با قدرت حمل ۳۰ تن تجهیزات، و استفاده از امکانات ناوبری پیشرفته، یک سر و گردن بالاتر از همتای آمریکایی خود است؛ ولی به دلیل هزینه‌های بسیار بالا، روسیه از آن استفاده نکرده است.

فضانوردان ماموریت STS-۱۱۸

اجزای شاتل

مدارگرد، كه گاهي به تنهايي شاتل فضايي خوانده مي شود، همان وسيله هواپيماشكلي است كه به زمين بازمي‌گردد و فرود مي‌آيد. بوسترهاي پيشران جامد پس از فاز اوليه پرتاب جدا شده و در دريا سقوط مي‌كنند تا دوباره مورد استفاده قرار گيرند. مخزن پيشران خارجي هم كه معمولاً در تصاوير با رنگ نارنجي مشخص است، پس از فاز نهايي پرتاب از مدارگرد جدا شده و در جو متلاشي مي‌شود. شاتل فضايي قادر است تا محموله 24400 كيلوگرمي را تا مدار 204 كيلومتري حمل كند. اگر محموله براي ايستگاه فضايي بين‌المللي باشد كه در ارتفاع حدود 400 كيلومتري قرار دارد، اين قابليت حمل به 12500 كيلوگرم كاهش مي‌يابد. براي مدار انتقالي زمين‌ثابت، قابليت حمل محموله به 3810 كيلوگرم مي‌رسد . اين آمار براي شاتل‌هاي بعد از سانحه چلنجرارائه شده است. تا قبل از چلنجر، قابليت حمل محموله حدود 15 درصد بيشتر بود كه بعد از آن در جهت افزايش ايمني عمليات‌ها اين قابليت حمل كاهش يافت [5]. البته مدارگردهاي مختلف به لحاظ وزني مقدار اندكي با هم متفاوتند كه اين مساله مي‌تواند روي قابليت حمل محموله موثر باشد. همچنين در طول بيش از دو دهه برنامه شاتل فضايي، وزن قسمت‌هايي از اين وسيله مانند مخزن خارجي نيز چند بار كم شده است، كه اين مساله هم بر روي توانايي شاتل در حمل محموله موثر بوده است.

• مدار گرد

وظيفه اصلي مدارگرد حمل فضانوردان و محموله‌ها به فضا و بازگرداندن آنها به زمين است. اين بخش شاتل شبيه به يك هواپيما با دو بال دلتا و دمي عمودي است. مدارگرد به هنگام بازگشت به زمين درست مانند يك هواسُر عمل مي‌كند و بدون هيچ‌گونه نيروي پيشران بر روي باند فرود مي‌آيد. مدارگرد از سه قسمت اصلي تشكيل شده است. در قسمت جلويي آن كابين كنترل و محل استقرار فضانوردان قرار دارد. قسمت مياني مدارگرد با دارا بودن فضايي خالي با طول زياد، بستري براي حمل محموله‌ها است. در قسمت عقبي شاتل نيز سه موتور پيشران مايع قرار دارند كه در هنگام پرتاب از مخزن سوخت خارجي تغذيه شده و بخشي از نيروي رانش مرحله اول و تمام نيروي مرحله دوم پرتاب را تامين مي‌كنند. هر يك از اين موتورها، نيروي رانشي معادل 1/2 ميليون نيوتن در خلاء و 67/1 ميليون نيوتن را در سطح دريا تامين مي‌كنند. نسبت سوخت (هيدروژن مايع) به اكسيدكننده (اكسيژن مايع) در آنها 6 به 1 است. تمام مدارگردها داراي ابعاد كاملاً يكساني هستند و تنها از نظر برخي ويژگي‌هاي سامانه‌اي با هم تفاوت دارند. مدل‌هاي جديدتر به لحاظ سازه‌اي سبك‌تر شده‌اند و بنابراين قابليت حمل سامانه و محموله آنها افزايش پيدا كرده است . همين تفاوت‌ها باعث مي‌شود تا به لحاظ قابليت ماموريت نيز تفاوت‌هايي داشته باشند. هر مدارگرد براي حمل 4 الي 7 فضانورد (كه دو نفر آنها حتماً خلبان هستند) طراحي شده است. گرچه ماموريت با 8 فضانورد نيز تجربه شده است. مدارگردها قادر هستند در موارد اضطراري تا 11 نفر را نيز با خود به زمين بازگردانند هر مدارگرد داراي سامانه‌اي موسوم به [مانور مداري] است كه براي مانورهاي مداري آن در فضا طراحي شده است. اين سامانه كه در قسمت عقب (كنار دم) مدارگرد تعبيه شده، از دو موتور پيشران مايع هر يك با نيروي رانش 26700 نيوتن تشكيل شده است. در كنار اين سامانه مداري، [سامانه كنترل عكس‌العملي] شامل 24 پيشرانه 3870 نيوتني وچهار موتور ورنيه نيز بكار گرفته شده است. علاوه بر همه اينها، 14 پيشرانه فضايي ودو موتور ورنيه نيز در قسمت دماغه شاتل وجود دارند. همه اين پيشرانه‌ها از پيشران مايع مونومتيل هيدرازين و تترا اكسيد نيتروژن استفاده مي‌كنند. سازه مدارگرد بيشتر از آلومينيوم ساخته شده است اما سازه‌هاي پشتيبان موتورهاي راكتي آن بيشتر از آلياژ تيتانيوم است. بازوي رباتي يا جايگذاري از راه دور نيز كه قبلاً توضيح داده شد، يكي از ‌سامانه‌هاي جانبي مهم مدارگرد است كه در طول بستر بار آن قراردارد. يكي از مهم‌ترين و حساس‌ترين بخش‌هاي مدارگرد، كاشي‌هاي عايق حرارتي هستند كه در زير بدنه، بال و دماغه شاتل به‌صورت سرتاسري نصب مي‌شوند تا در هنگام ورود مجدد مدارگرد به زمين جلوي نفوذ حرارت چندين هزار درجه‌اي را به شاتل بگيرند. سانحه دوم شاتل فضايي به خاطر نقص به وجود آمده در يكي از همين عايق‌ها بود. طول دهانه بال مدارگرد 79/23 متر و طول بدنه آن 24/37 متر است. جنس سازه اصلي تشكيل دهنده مدارگرد عمدتا از آلومينيوم است اما سازه پشتيبان سامانه پيشرانش آن از آلياژ تيتانيوم ساخته شده است.

• بوستر سوخت جامد

دو بوستر پيشران جامد شاتل فضايي به رنگ سفيد بوده و در طرفين مخزن خارجي نصب مي‌شوند. اين دو بوستر نقش اصلي را در مرحله اول پرتاب شاتل فضايي بر عهده دارند. بوسترها پس از حدود 2 دقيقه و در ارتفاع حدود 45700 متري (150000 پايي) از سامانه جدا مي‌شوند و وسيله به كمك چتر در اقيانوس سقوط مي‌كنند و سپس به وسيله يدك‌كش‌هاي مخصوصي از آب گرفته شده و جهت بازيافت و استفاده مجدد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. پيشران بوسترها از نوع جامد است. 16 درصد پودر آلومينيوم اتميزه شده به عنوان سوخت، 8/69 درصد پركلرات آلومينيوم به عنوان اكسيدكننده، 2/0 درصد اكسيد آهن به عنوان كاتاليزور، 12 درصد اسيد اكريلونيت به عنوان بايندر و 2 درصد اپوكسي به عنوان ماده مخصوص پخت، تركيبات اين پيشران را تشكيل مي‌دهند . هر بوستر در راستاي طولي از پنج قسمت مجزا تشكيل شده كه در هنگام آماده‌سازي براي پرتاب مونتاژ مي‌شوند. در قسمت نوك بوسترها چند موتور راكتي كوچك در جهت معكوس تعبيه شده كه در هنگام جدايش عمل مي‌كنند. بوسترها با استفاده از سامانه نازل متحرك خود، در كنترل كل شاتل در مرحله اول پرتاب نيز نقش ايفا مي‌كنند. علت اصلي بروز سانحه چلنجر، نقص در يكي از اورينگ‌هاي ([واشر عايق حلقه‌اي]) عايق بخش انتهايي يكي از بوسترها بود. بعد از اين حادثه، تغييرات زيادي به لحاظ مهندسي در سامانه بوسترها صورت پذيرفت.

• مخزن پیشران خارجی

مخزن پيشران مايع خارجي، محفظه‌اي است براي نگهداري هيدروژن و اكسيژن مايع كه در موتورهاي راكتي پيشران مايع نصب شده در پشت مدارگرد، تزريق مي‌شوند. اين مخزن عظيم در اولين شاتل‌ها سفيدرنگ بود. اما بعد از اين كه مشخص شد اين رنگ هيچ اثر مثبت مكانيكي بر روي مخزن ندارد، از رنگ زدن آن خودداري شد و بدين ترتيب، 272 كيلوگرم از وزن آن كاسته شد. رنگ نارنجي اين مخزن مربوط به رنگ پرايمر آن است . پس از جدايش بوسترها در انتهاي مرحله اول پرتاب و در ارتفاع 45 كيلومتري، مدارگرد با استفاده از پيشران موجود در اين مخزن، تا ارتفاع 113 كيلومتري بالا مي‌رود. حدود 5/8 دقيقه بعد از لحظه پرتاب (10 ثانيه بعد از خاموشي موتورهاي راكتي عقبي مدارگرد، اين مخزن جدا و در هوا متلاشي مي‌شود و برخي بقاياي آن در اقيانوس هند يا اطلس سقوط مي‌كنند. اين مخزن حاوي 5/1 ميليون ليتر اكسيژن مايع و 5/0 ميليون ليتر هيدروژن مايع در هنگام پرتاب است. پوسته مخزن با ضخامت 5/2 سانتي‌متر، پوششي از فومِ [پلي‌ايزو‌سيانورات] دارد. جنس مخازن هيدروژن و اكسيژن آن از آلومينيوم 2090 و 2195 است كه براي نگهداري مايعات [كرايژنيك] بسيار مناسب است. مخازن اكسيژن و هيدروژن آن به گونه‌اي طراحي شده است كه جلوي تلاطم مايعات داخل آنها را مي‌گيرند. طول اين مخزن 9/46 متر و قطر آن 4/8 متر است. وزن خالي آن بارها دستخوش تغيير شده اما حدوداً 26 تن است . سازه مخزن به نوعي رابط و پشتيباني براي كل مجموعه است.

آزمایشگاه فضایی

آزمایشگاه فضایی آزمایشگاه ویژه‌ای است که درون مخزن محموله مدارپیما جای می‌گیرد تا با ایجاد فضای اضافی دانشمندان بتوانند در فضا آزمایش کنند این آزمایشگاه بنا به نوع آزمایشهای هر سفر مجهز می‌شود آزمایشگاه فضایی همچنین بخش‌های روبازی دارد که برای مطالعه فضا و زمین هستند این آزمایشگاه متراکم از طریق مجرای هوابند به مدارپیما متصل می‌شود.

تمامی مدارپیماها نامگذاری شده‌اند اولین آنها به نام انترپرایز از نام سفینه فضایی مجموعه تلویزیونی پیشتازان فضا (استارترک) اقتباس شد انترپرایز برای مقاصد آزمایشگاهی ساخته شده بود ولی هیچگاه به مدار نرفت هر چند که چندین بار در بالای یک فروند بوئینگ ۷۴۷ پرواز کرد در سال ۱۹۷۷ انترپرایز از ارتفاع ۶۷۰۰ متری (۲۲هزار پایی) رها شد و سالم به زمین نشست. ناوگان کنونی شامل سه مدارپیمای دیسکاوری، آتلانتیس و اندیور است.

فاجعه‌های شاتل

فاجعه چلنجر

در ۲۸ ژانویه سال ۱۹۸۶ میلیونها بیننده تلویزیون در سراسر جهان با وحشت شاهد انفجار شاتل فضایی چلنجر در کمتر از ۲ دقیقه بعد از پرتابش بودند این شاتل کاملاً منهدم شد و همه ۷ فضانورد آن کشته شدند. یکی از آن فضانوردان به نام کریستیا مک‌آلیف اولین معلمی بود که به فضا سفر می‌کرد. بررسی درباره این فاجعه آشکار نمود که عایق میان ۲ بخش موشکهای تقویت کننده جدا شده، باعث نشت گاز و آتش‌گیری سفینه شده بود. پس از این حادثه برنامه فضایی شاتل به مدت سه سال متوقف شد تا ایمنی آن بهبود یابد.

فاجعه کلمبیا

در سال ۲۰۰۳ میلادی، شاتل کلمبیا هنگام بازگشت به زمین به خاطر آسیب دیدگی یکی از بالها منفجر شد و تمامی ۷ فضانورد آن کشته شدند. پس از این ۲ سانحه، ناسا اعلام کرد که فضاپیماهای شاتل را در سال ۲۰۱۰ بازنشست خواهد کرد.

فضاپیماهای شاتل

• فضاپیمای انترپرایز (آزمایشی)
• فضاپیمای دیسکاوری (آمریکا)
• فضاپیمای آتلانتیس (آمریکا)
• فضاپیمای اندور (آمریکا)
• فضاپیمای کلمبیا (آمریکا) (از بین رفته است)
• فضاپیمای چلنجر (آمریکا) (از بین رفته است)
• بوران (روسیه)

منابع

برداشت از دانشنامهٔ رشد

جُستارهای وابسته

• ایستگاه بین‌المللی فضایی

پیوند به بیرون

• سازمان فضایی ایران
• دانش فضایی، مرجع مقالات و اخبار درباره فناوری فضایی و نجوم
• راهپیمایی فضایی برای خنک شدن، گزارشی از ایراد در سیستم خنک کاری ایستگاه بین‌المللی فضایی در خلال مأموریت شاتل فضایی دیسکاوری، STS-131
• [۱]

• [۲]

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ شاتل فضایی موجود است.