Rumfærge: Det første genanvendelige rumfartøj

Den ultimative testflyvning: NASA

NASAs Columbia orbiter skyder op i luften den 12. april 1981 på NASAs første shuttle-fly nogensinde, STS-1. Kommandør af den 54 timer lange mission var astronautveteranen John Young med dengang rookie flyer Robert Crippen som pilot. (Billedkredit: NASA.)





NASAs rumfærge var verdens første genanvendelige rumfartøj. Den skød som en raket og vendte tilbage til Jorden som et svævefly, der landede som et fly på en lang betonbane. Det var designet til at transportere store nyttelaster - såsom satellitter - i kredsløb og om nødvendigt bringe dem tilbage til reparationer.

Efter testflyvninger ved hjælp af shuttle Enterprise (som ikke gik ud i rummet), blev den første rumfærge-mission, STS-1, lanceret den 12. april 1981 ombord på orbiteren Columbia. Den sidste shuttle, der skulle flyve, var Atlantis på STS-135-missionen i juli 2011. Rumfærgen led af to store katastrofer-den 28. januar 1986 (Challenger) og 1. februar 2003 (Columbia); 14 astronauter døde på de to missioner.

Rumfærgens største bidrag var at bygge den internationale rumstation, som i dag forbliver i kredsløb for årligt at udføre hundredvis af videnskabelige eksperimenter om menneskers sundhed, teknik og andre spørgsmål. Programmet huskes også for at have lanceret og serviceret Hubble -rumteleskopet, besøgt den russiske rumstation Mir, lanceret talrige satellitter og sonder og udført tusinder på tusinder af timers grundlæggende videnskabelige eksperimenter.



Rumfærgen Atlantis ses gennem vinduet på et Shuttle Training Aircraft (STA), da det starter fra Launch Pad 39A på NASA

Rumfærgen Atlantis ses gennem vinduet på et Shuttle Training Aircraft (STA), da det starter fra Launch Pad 39A ved NASAs Kennedy Space Center på STS-135-missionen, 8. juli 2011 i Cape Canaveral, Fla., På den sidste shuttle mission.(Billedkredit: NASA/Dick Clark)

Rumfærgeelementer og opsendelse

Rumfærgen, officielt kaldet rumtransportsystemet, bestod af tre hovedkomponenter [ Infografik: NASAs rumfærge - Fra top til bund ]:



  • To solide raketboostere, som gav det meste af shuttleens kraft under opsendelsen
  • Den enorme rustfarvede udvendige tank, som førte brændstof til de tre hovedmotorer under lanceringen
  • Orbiteren, der indeholdt mandskabskabinen, nyttelastrummet og tre hovedmotorer.

De massive raketforstærkere (SRB'er) opererede i de første to minutter af flyvningen for at give yderligere kraft, der var nødvendig for at få shuttlen i kredsløb. Cirka 45 kilometer op adskilte boosterne sig fra den ydre tank og faldt ned på faldskærme i Atlanterhavet. Skibe genoprettede dem, og de blev renoveret til genbrug.

Hver booster indeholdt en solid drivmotor - den største, der nogensinde er udviklet til rumfart. Hver motor indeholdt mere end 1 million lbs. (450.000 kg) af et drivmiddel, en fast blanding af ammoniumperchlorat og aluminium , samt en jernoxidkatalysator for at hjælpe den brændende reaktion og et 'bindemiddel' materiale til at holde alle komponenterne sammen, ifølge American Chemistry Council. Hele blandingen har en konsistens som et viskelæder. Ammoniumperchlorat bruges også af det amerikanske militær i raketter, sprængstof, blus og ammunition.

Den 15-etagers, rustfarvede eksterne tank var den eneste shuttle-komponent, der ikke blev genbrugt. Det fodrede mere end 500.000 liter brændstof - flydende ilt og flydende brint - til shuttleens hovedmotorer under lanceringen. Tanken var også 'rygraden' i rumfærgestrukturen. Det gav støtte til raketforstærkere og orbiter.



Den eksterne tank var den eneste del af rumfærgen, der ikke blev genbrugt fra lancering til opsendelse. Det fungerede som

Den eksterne tank var den eneste del af rumfærgen, der ikke blev genbrugt fra lancering til opsendelse. Det fungerede som 'gastank' for rumfærgen ved opsendelsen. Når den var tom, adskilte denne enorme orange tank sig fra resten af ​​apparatet og faldt tilbage til jorden.(Billedkredit: NASA)

Efter at de massive raketforstærkere var adskilt, bar orbiteren den eksterne tank til omkring 113 km over Jorden. Med sit brændstof brugt, adskilte tanken og faldt langs en planlagt bane. Det meste brændte op i atmosfæren, og resten faldt i havet.

Orbiteren er den komponent, de fleste mennesker betragter som 'the shuttle'. Det var hjertet og hjernen i systemet og det egentlige skib, der tog folk ud i rummet og bragte dem tilbage. Orbiteren havde omtrent samme størrelse som et DC-9 fly. Den var 37 meter lang og havde et vingefang på 23 fod. Besætningsrummet, der er placeret i den forreste skrog, havde normalt besætninger på syv astronauter, men af ​​og til bar færre mennesker. Den største besætningsstørrelse til en shuttle -mission var otte astronauter.

Midtkroppen husede en 18 meter lang nyttelastrum og en robotarm. Bugten kunne indeholde satellitter, moduler indeholdende hele laboratorier og byggematerialer til den internationale rumstation. Akterkroppen holdt orbitalmanøvreringssystemet, hovedmotorer og lodret hale. Mindre thrustere placeret ved shuttleens næse og agterskroget blev brugt til små flyvejusteringer.

Kort udviklingshistorie

Rumfærgen voksede ud af flere bestræbelser på at udvikle genanvendelige rumfartøjer. X-15-programmet i 1950'erne testede ideen om at flyve et rumfly. Det amerikanske luftvåben gennemførte også undersøgelser af halvfrugtbare rumfartøjer i 1960'erne. NASA påbegyndte arbejdet med et integreret lancerings- og re-entry-køretøj (ILRV) i 1968, og i 1969 modtog rumfærgens udvikling godkendelse fra daværende præsident Richard Nixon.

Den oprindelige vision med rumfærge -programmet var at udvikle et køretøj, der ville starte i rummet meget ofte (flere gange om måneden) til at indsende og reparere satellitter efter behov. Militæret var også en aktiv deltager i udviklingen, og shuttleens nyttelastrum (der transporterede udstyr ind i satellitter ud i rummet) blev udvidet i designfasen for at rumme større militære satellitter.

Specifikt bad National Reconnaissance Office om, at nyttelastrummet blev udvidet, og at shuttlen til sidst kørte polarmissioner, som er egnede til, at satellitter kan se hele Jordens overflade nedenfor. Luftvåbnet konstruerede en affyringsrampe i Vandenberg, Californien, til polar-kredsende missioner, men ideen blev opgivet efter Challenger-katastrofen i 1986. Selvom flere shuttle-militære missioner kørte i 1980'erne, faldt øvelsen ned og ophørte efter Challenger's eksplosion .

Relaterede: Klassificerede shuttle -missioner: hemmeligheder i rummet

Rumfærge aktiviteter

I de tidlige dage af rumfærge -programmet omfattede missionens opgaver at opdrage civile til at styre eksperimenter og indsende satellitter - både civile og militære. Astronauter testede vovet udstyr såsom den bemannede manøvreringsenhed, en slags jet -rygsæk, der ville gøre det muligt for besætningsmedlemmer at forlade bussen ubundet og hente satellitter til reparation. Andre satellitter blev fanget og/eller indsat ved hjælp af Canadarm, en robotarm.

Disse aktiviteter faldt kraftigt (og derefter ophørte) efter Challenger rumfærgeeksplosion i 1986, da det blev klart, at rumfærger kun kunne skyde et par gange om året i stedet for mange. Der var en bekymring for, at astronauterne lavede risikable rumvandringer. Også militære satellitter blev gradvist flyttet til engangsraketter, hvilket gav hyppigere opsendelsesmuligheder til en lavere pris.

Hvad der imidlertid ikke ændrede sig ved rumfærge -missioner, var at udføre eksperimenter. I løbet af de 30 år med rumfærge -programmet brugte omkring 355 individuelle kosmonauter og astronauter rumfærgen til opsendelse, landing eller begge dele. De lagde samlet tusinder på tusinder af timers arbejde i rummet og undersøgte alle former for videnskab, lige fra menneskelige sundhed til teknik til astronomi til dyreforsøg.

Relaterede: NASAs rumfærge efter tallene: 30 års rumfart -ikon

Rumfærgen fløj 11 gange til den russiske rumstation Mir mellem 1994 og 1998, hvor syv amerikanske astronauter lavede længere ophold på rumstationen. Dette var det første store rumfartssamarbejde mellem Rusland og USA siden Apollo-Soyuz-missionen i 1975, da amerikanere og kosmonauter fra Sovjetunionen lagde til et par korte dage i rummet. Efter Sovjetunionens sammenbrud i 1991 indvilligede NASA i et samarbejde med russerne, der begyndte med shuttle-Mir og fortsatte med programmet International Space Station.

Måske var den mest berømte opgave, som shuttlen påtog sig, at bringe astronauter, stykker og udstyr til at bygge den internationale rumstation. Det tog 13 år at færdiggøre rumstationen og snesevis af shuttle -missioner; antallet af shuttle-missioner i alt, der lagde til ved stationen, var 37 eller mere end en tredjedel af shuttleens samlede antal 135 missioner.

Den internationale rumstation, set fra rumfærgen Atlantis i juli 2011, på den sidste flyvning af shuttle -programmet.

Den internationale rumstation, set fra rumfærgen Atlantis i juli 2011, på den sidste flyvning af shuttle -programmet.(Billedkredit: NASA)

Udover hundredvis af timers astronaut rumvandringer omfattede nogle af hovedkomponenterne, som rumfærgen selv bidrog med, det europæiske Columbus -laboratorium, Harmony -noden, Tranquility -noden, det japanske Kibo -laboratorium, solpaneler, airlocks og Canadarm2 robotarmen, der blev brugt til rumfartøjer anløb. Rumfærgen bar også vigtigt udstyr, der er nødvendigt til interiøret, med nogle eksempler, herunder træningsudstyr, videnskabsstativer, toiletter og naturligvis frisk mad.

Rumfærgen er også kendt for sin gentagne succesrige service af Hubble -rumteleskopet. Teleskopet blev indsat den 25. april 1990 under rumfærgen Discovery-mission STS-31. Desværre blev der opdaget en fejl i teleskopets spejl, hvilket i høj grad kompromitterede dets evne til at foretage astronomiske observationer. NASA indsatte en opfølgende servicemission, STS-61, i december 1993. Astronauterne installerede flere instrumenter-herunder et fokuskorrigeringssystem-for at fuldføre succes og opnåede verdensomspændende anerkendelse efter den generede Hubble-lancering.

NASA udførte efterfølgende servicemissioner i 1997 (STS-82), 1999 (STS-103) og 2002 (STS-109). Den sidste servicemission blev oprindeligt aflyst i 2003 på grund af bekymringer for astronautens sikkerhed efter Columbia -katastrofen; da Hubble befinder sig i en anden bane end den internationale rumstation, kunne besætningen ikke ly på stationen, hvis ruten blev beskadiget.

Astronomer var bekymrede for, at der ville være et for stort mellemrum mellem slutningen af ​​Hubbles levetid og begyndelsen på James Webb-rumteleskopets arbejde, som oprindeligt skulle lanceres i 2010-11, men forventes at blive lanceret i 2021. Efter en ramaskrig fra forskere, offentligheden og kongressen, sagde NASA -administrator Sean O'Keefe i 2004, at han ville revidere beslutningen. En ny administrator, Michael Griffin, ankom i 2005 og godkendte en servicemission for 2008. Servicemissionen blev forsinket til 2009 (STS-125) for at tilføje en datahåndteringsenhed, der erstattede en, der mislykkedes i kredsløb. Missionen blev udført med stor succes og international opmærksomhed, og Hubble er ved godt helbred fra 2018.

Rumfærgen

Shuttle -programmet havde fem rumfærger samt test orbiter Enterprise. Her er nogle bemærkelsesværdige fakta om hver enkelt.

Mens shuttle -programmet for det meste foregik i rummet, Virksomhed blev konstrueret til drop-and-landing tests i 1977, hvilket fremmer tidligere NASA og militært arbejde med flyvende vingefartøjer. Enterprise udførte med succes en række strenge tests, der startede med taxaarbejde og kulminerede med flere gratis flyvninger og touchdowns. Enterprise blev indsat på goodwill -ture til flere lande og blev derefter Smithsonian Institutions ejendom. Det blev midlertidigt vist på Stephen F. Udvar-Hazy lufthavnsbilag til Smithsonian National Air and Space Museum i Fairfax, Va., Og flyttede derefter permanent i 2012 til Intrepid Sea, Air and Space Museum i New York City.

Columbia (1981-2003): Dette var den første rumfærge, der fløj i rummet. Det gennemførte flere testflyvninger, der behandlede tidlige problemer med varmeskjoldet og med de automatiske landingssystemer. Operationelle missioner begyndte i 1982. Nogle af dets store missionsaktiviteter omfattede Spacelab, indsættelse af Chandra røntgenobservatorium og servicering af Hubble-rumteleskopet. Den sidste mission, STS-107, sluttede katastrofalt den 1. februar 2003 under landingen, da bussen brød op i atmosfæren og dræbte syv personers besætning. Årsagen blev sporet til, at et skumstykke faldt af den ydre tank under start og smadrede ind i vingen og forårsagede et hul. Flere designændringer blev foretaget i rumfærge -programmet efter Columbia's død, og der blev udtænkt en ny inspektionsprocedure for at se på fliser efter opsendelsen (mens astronauterne var i rummet).

Udfordrer (1983-1986): Challenger blev oprindeligt konstrueret som et testkøretøj og blev derefter opgraderet til rumflyvning. Dens store mission-milepæle omfattede lancering af den første sporings- og data-relæ-satellit (som pendulerne brugte til at holde kontakten med Mission Control), flyvning af den første amerikanske kvindelige astronaut (Sally Ride), flyvning af den første afroamerikaner (Guion Bluford) og første astronautreparation af en satellit (Solar Maximum Mission -satellitten). Lufthavnen eksploderede den 28. januar 1986 under afbrydelsen af ​​mission STS-51L og dræbte alle syv astronauter om bord. Den tekniske årsag blev sporet til, at en ekstern booster -raketforsegling mislykkedes, men ledelsesmæssige årsager fik også skylden - herunder omfattende pres på shuttle -programmet for ofte at blive lanceret. Katastrofen foranledigede designændringer, en sikkerhedsgennemgang (og ændringer) af shuttle -programmet og en permanent afmatning af shuttle -lanceringsfrekvensen.

Opdagelse (1984-2011) : Discovery's første mission, STS-41D i 1984, gennemgik en blokering på grund af et brændstofventilproblem, men missionen lancerede sikkert et par uger senere og frigav tre kommunikationssatellitter. Det fløj 39 missioner-det meste af enhver shuttle-og nogle af de store nyttelaster, det frigav, omfattede Hubble-rumteleskopet, det solbundne Ulysses-rumfartøj og den øvre atmosfæres forskningssatellit. Det fløj endda med Merkur -astronauten John Glenn i en alder af 77 år, hvilket gjorde ham til den ældste person, der har flyvet i rummet til dato. Discovery var også den første shuttle til at flyve 'return to flight' -missioner efter både Challenger- og Columbia -katastroferne. Det blev taget ud af drift efter sin sidste flyvning i 2011 og vises nu på Stephen F. Udvar-Hazy lufthavnsbilag til Smithsonian National Air and Space Museum i Fairfax, Va.

Atlantis (1985-2011): Den første mission i denne shuttle var en hemmelig militærmission i 1985, for hvilken få detaljer er kendt endnu i dag. Nogle af dens andre aktiviteter omfattede at lobbe tre kommunikationssatellitter i kredsløb i en mission, lancere Magellan-rumfartøjet mod Venus, lancere Galileo-sonden mod Jupiter, flyve de fleste missioner i shuttle-Mir-programmet og flyve den sidste rumfærge-mission ( STS-135 i 2011). Shuttlen blev taget ud af drift og er i øjeblikket udstillet på Kennedy Space Center Visitor Complex nær Kennedy Space Center i Cape Canaveral, Fla.

Bestræbelse (1992-2011) : Endeavour blev konstrueret af reservedele fra andre rumfærger, som en erstatning for Challenger-rumfærgen, der eksploderede i 1986. Under Endeavours første mission, STS-49 i 1992, udførte besætningsmedlemmer den første tre-personers rumvandring for at bringe de hårde at gribe Intelsat VI-satellitten ind i nyttelastrummet til reparationer. Endeavour udførte flere videnskabeligt orienterede missioner og var den første shuttle, der deltog i samlingen af ​​den internationale rumstation. Efter sin sidste mission i 2011 blev Endeavour taget ud af drift og vises nu i California Science Center.

Yderligere rapportering af Elizabeth Howell, guesswhozoo.com -bidragyder. Denne artikel blev opdateret den 26. januar 2021 af guesswhozoo.com Reference Editor Vicky Stein.