wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-07-09
Wahadłowce do muzeum

Atlantis widoczny od dołu z pokładu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W jego otwartej ładowni są widoczne 18-tonowe elementy struktury kratownicowej i baterii słonecznych, które posłużą jako kolejny element szkieletu Stacji.


Pierwszy z nich wystartował okrągłe 20 lat po słynnym locie Gagarina. Ostatni odbędzie podróż w lipcu tego roku. Dziś, gdy NASA zamyka projekt wahadłowców, czeka nas trudny, ale i obiecujący czas, kiedy ciężar kosmicznych misji załogowych przejmie Rosja i... prywatne firmy.

Przez 30 lat lotów wyniosły na orbitę teleskop Hubblea, latały na rosyjską stację MIR i dostarczyły kluczowych elementów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS. Superkosztowny, ale też pełen sukcesów program amerykańskich wahadłowców kosmicznych, liczy już ponad 40 lat - rozpoczął się bowiem na przełomie lat 60. i 70.

Prace nad pojazdem wielokrotnego użytku zaczęto więc jeszcze przed zakończeniem programu Apollo. W projekt NASA szybko włączyło się wojsko, które w czasach zimnej wojny było zainteresowane możliwością częstego załogowego wynoszenia w kosmos ciężkich ładunków. Być może to inżynierom i negocjatorom amerykańskich sił powietrznych zawdzięczamy wielką ładownię wahadłowców, która umożliwiała wyniesienie na wokółziemską orbitę około 25 t ładunku o rozmiarach do 4,6 × 18 m. Inwestycja zapewne się opłaciła - spośród wszystkich misji wahadłowców aż osiem miało charakter ściśle wojskowy. Oczywiście pełnej tajności trudno w przypadku tak spektakularnego przedsięwzięcia wymagać: jednak choć start wahadłowców był ogłaszany na kilka minut przed odpaleniem silników, nigdy oficjalnie nie podawano informacji o ładunku ani celu misji.

Po wieloletnich przygotowaniach, 12 kwietnia 1981 roku odbył się pierwszy prawdziwy kosmiczny lot załogowy Columbii - przed nim do testów w ziemskiej atmosferze wykorzystywano nieposiadający własnego napędu wahadłowiec Enterprise. W trakcie kolejnych badań i udoskonaleń inżynierowie programu znacznie ograniczyli swoje pierwotne ambitne cele. Początkowo wahadłowce miały startować raz lub nawet dwa razy na tydzień. Wszystkie ich części zamierzano odzyskiwać i wykorzystywać ponownie. Jednak w ciągu 30 lat, które minęły od startu Columbii, odbyło się zaledwie 135 startów (i, niestety, dwa lądowania mniej), co oznacza przeciętnie jeden start na niecałe trzy miesiące. Nie udało się też odzyskać wszystkich elementów wahadłowca: jego zewnętrzny zbiornik paliwa jest jednorazowy. Spójrzmy więc na startową konfigurację systemu STS - Space Transportation System.

Rakietowy start
Na wyrzutni kompleksu startowego w Centrum Badania Przestrzeni Kosmicznej im. Kennedy'ego stoi gotowy do startu wahadłowiec, a ściślej - wszystkie składniki systemu STS. Sam orbiter wydaje się niewielki - jego długość to zaledwie 37 m, mniej niż wynosi długość wielu samolotów pasażerskich. Kształtem przypomina on z grubsza zwykły samolot, ze skrzydłami typu podwójna delta (czyli w kształcie dwóch trójkątów). Taka forma umożliwia skuteczny lot przy prędkości naddźwiękowej (coś, co bardzo się orbiterowi przyda!), pozwala też na bardzo duży kąt natarcia.

Orbiter jest dolnopłatem - tworzące jedną całość skrzydła znajdują się pod jego kadłubem. Sam kadłub składa się z kabiny załogi, ładowni i przedziału silnikowego. Znajdują się w nim trzy potężne silniki na paliwo ciekłe, pracujące przez 8,5 min po starcie i zużywające w tym czasie ponad dwa miliony litrów paliwa. Prócz silników głównych orbiter ma też niewielkie silniki zapewniające moc elektryczną w trakcie misji, a także zespół silniczków umożliwiających mu drobne manewry w przestrzeni kosmicznej i górnych warstwach atmosfery.

Ciśnieniowa kabina jest zaprojektowana dla typowej, siedmioosobowej załogi, zawiera przedział sterowania, a także obszar mieszkalny z toaletą, aneksem do spania, jadalnym i prowadzącą na zewnątrz śluzą. Minimalna liczba osób, zabieranych na pokład wahadłowca, to dowódca i pilot (w tym składzie poleciała w swój pierwszy lot Columbia), a w skrajnej sytuacji awaryjnej (ewakuacja ISS) można zabrać na pokład i zapewnić warunki do życia aż 11 osobom. Dotąd tylko dwie misje zabrały na pokład rekordową liczbę osób - osiem.

We wnętrzu wahadłowca często znajdziemy też 15-metrowe Canadarm - ramię, naśladujące budową ludzką rękę. Może ono wyciągnąć z ładowni wahadłowca, pakować do niej lub przemieścić w przestrzeni ładunek o masie do 293 t. Jednak tylko w stanie nieważkości: na powierzchni Ziemi Canadarm nie jest się w stanie nawet samo podnieść... Canadarm może współpracować z podobnym ramieniem zainstalowanym na pokładzie ISS w celu wspólnego montażu kolejnych elementów Stacji.

Orbiter przykrywają elementy osłony termicznej, stanowiącej aż 10% masy wahadłowca. Zapewnia ona izolację wnętrza pojazdu przed temperaturami zewnętrznymi zawierającymi się w zakresie od -121°C w kosmosie do 1650°C w trakcie powrotu na Ziemię. We wnętrzu wahadłowca kryje się też jego podwozie, które wyłania się zza ochrony termicznej bezpośrednio przed lądowaniem. To jedna z czynności, której nie powierzono systemom automatycznym: o wypuszczeniu podwozia, którego nie da się już cofnąć, zawsze decyduje człowiek, a zarządzający mechanizmem układ hydrauliczny skopiowano aż trzykrotnie, z dodatkowym wybuchowym systemem awaryjnym. Na wahadłowcu nie znajdziemy za to żadnego oświetlenia - orbiter, któremu zdarzają się nocne lądowania, przyziemia zawsze w oświetlonych dla niego lotniskach, a w trakcie jego powrotu na Ziemię o czysty korytarz powietrzny dbają zarówno amerykańska Federal Aviation Administration, jak i siły powietrzne.

Wahadłowiec nie stoi na wyrzutni sam. Przeciwnie - jego niewielka sylwetka jest przytłoczona ogromnym, mierzącym aż 47 m zbiornikiem zewnętrznym, który magazynuje paliwo - wodór (na dole zbiornika) i tlen (w jego górnej części) - dla trzech głównych silników wahadłowca. To właśnie ta część systemu jest jednorazowa - zbiornik odczepia się w końcowej fazie lotu, jego odzyskanie wymagałoby więc zastosowania ciężkich osłon chroniących go przed spaleniem w ziemskiej atmosferze. Pozbawiony ich zbiornik rozpada się na kawałki i wpada do Oceanu Indyjskiego lub Pacyfiku.

Prócz zbiornika zewnętrznego do wahadłowca dołączone są dwie dodatkowe rakiety na paliwo stałe, które wspomagają główne silniki orbitera w trakcie pierwszych dwóch minut lotu. Każda z nich po zużyciu ponad 450 t paliwa i oddzieleniu na wysokości ponad 40 km spada na spadochronach i jest wyławiana z Atlantyku. Rozwiązanie z wykorzystaniem paliwa stałego ma swoje wady: po uruchomieniu rakiet nie można ich już zatrzymać i start musi się odbyć.

Moment startu jest wybierany bardzo starannie: temperatura nie może być za niska, wiatr za silny, pokrywa chmur - znacząca, wahadłowiec nie lubi też burz. Do roku 2007 data startu miała też dodatkowe ograniczenie - misja nie mogła się przeciągać z grudnia na styczeń, gdyż groziło to awarią systemu liczenia czasu przez komputery pokładowe.

Rozpoczyna się odliczanie do startu. Trwa co najmniej trzy dni, często bywa jednak przerywane przez ostatnie naprawy i poprawki lub złą pogodę. Załoga wyjeżdża do wahadłowca na trzy godziny przez startem, na około godzinę przed jest zamykany właz. Na dwie minuty przed startem astronauci uszczelniają skafandry. 20 s przez chwilą zero mija moment, w którym start można zatrzymać bez większych konsekwencji. Na 6,6 s przez startem uruchomione zostają główne silniki wahadłowca, a w chwili 0 - wybuchowo odrzucane są mocowania pojazdu i włączane rakiety dodatkowe. Powodzenia!

Droga na orbitę
Wkrótce po starcie wahadłowiec ustawia się grzbietem do dołu, co pozwala lepiej wykorzystać działające w tej pozycji siły aerodynamiczne, umożliwia też załodze kontakt wzrokowy z Ziemią. By osiągnąć orbitę ISS, orbiter musi się rozpędzić do prędkości ok. 28 000 km/h, odpowiadającej przy powierzchni Ziemi Mach 23. Około 40 s po starcie, na wysokości niecałych 6 km, przekraczana jest prędkość dźwięku. 126 s po starcie odrzucane są rakiety na paliwo stałe. Niecałe sześć minut po starcie bezpośrednia łączność z Ziemią jest przejmowana przez łączność za pośrednictwem sieci satelitów.

W ostatnich kilkudziesięciu sekundach lotu masa niemal pozbawionego paliwa pojazdu staje się tak mała, że moc silników trzeba ograniczyć - w przeciwnym razie rozpędzałyby wahadłowiec z niewygodnym dla astronautów przyspieszeniem ponad 3 g. By uniknąć uszkodzenia, silniki kończą pracę przed całkowitym zużyciem paliwa. Odpada zbiornik zewnętrzny. Jak widać, nie jest całkiem pusty, ale to nawet lepiej: przed jego wodowaniem pozostałe paliwo się rozgrzeje, eksploduje i rozerwie go na drobne, niezagrażające statkom szczątki. Wahadłowiec włącza silniki systemu manewrowania orbitalnego (które w trakcie startu były wykorzystywane tylko marginalnie) i powoli, w ciągu wielu manewrów wchodzi na wybraną orbitę. Początkowa orbita ma wysokość około 220 km. W ciągu wielu lat misji wahadłowce wynosiły satelity, dokowały do Skylaba i Mira, podczas ostatnich misji ich celem jest zwykle ISS. W trakcie manewrów orbitalnych muszą więc wejść na jej orbitę, a także - dogonić samą Stację. Nic dziwnego, że ten kunsztowny manewr zajmuje zwykle ponad dwa dni i wymaga wspomagania uzyskanymi z Ziemi danymi o dokładnych parametrach aktualnej orbity statku.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 07/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2019
11/2019
Kalendarium
Grudzień
16
W 1910 r. na lotnisku we francuskim Issy-les-Moulineaux swój pierwszy i jedyny lot odbył pierwszy na świecie samolot z silnikiem odrzutowym Coandă 1910.
Warto przeczytać
Lubimy myśleć o sobie jako o istotach wyjątkowych - ale czy naprawdę coś różni nas od zwierząt? Przecież nasza biologia jest taka sama. W oryginalnej i intrygującej podróży po świecie ziemskiego życia Adam Rutherford bada rozmaite cechy, które uznawano niegdyś za wyłącznie ludzkie, wykazując, że wcale takimi nie są.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-07-09
Wahadłowce do muzeum

Atlantis widoczny od dołu z pokładu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W jego otwartej ładowni są widoczne 18-tonowe elementy struktury kratownicowej i baterii słonecznych, które posłużą jako kolejny element szkieletu Stacji.


Pierwszy z nich wystartował okrągłe 20 lat po słynnym locie Gagarina. Ostatni odbędzie podróż w lipcu tego roku. Dziś, gdy NASA zamyka projekt wahadłowców, czeka nas trudny, ale i obiecujący czas, kiedy ciężar kosmicznych misji załogowych przejmie Rosja i... prywatne firmy.

Przez 30 lat lotów wyniosły na orbitę teleskop Hubblea, latały na rosyjską stację MIR i dostarczyły kluczowych elementów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS. Superkosztowny, ale też pełen sukcesów program amerykańskich wahadłowców kosmicznych, liczy już ponad 40 lat - rozpoczął się bowiem na przełomie lat 60. i 70.

Prace nad pojazdem wielokrotnego użytku zaczęto więc jeszcze przed zakończeniem programu Apollo. W projekt NASA szybko włączyło się wojsko, które w czasach zimnej wojny było zainteresowane możliwością częstego załogowego wynoszenia w kosmos ciężkich ładunków. Być może to inżynierom i negocjatorom amerykańskich sił powietrznych zawdzięczamy wielką ładownię wahadłowców, która umożliwiała wyniesienie na wokółziemską orbitę około 25 t ładunku o rozmiarach do 4,6 × 18 m. Inwestycja zapewne się opłaciła - spośród wszystkich misji wahadłowców aż osiem miało charakter ściśle wojskowy. Oczywiście pełnej tajności trudno w przypadku tak spektakularnego przedsięwzięcia wymagać: jednak choć start wahadłowców był ogłaszany na kilka minut przed odpaleniem silników, nigdy oficjalnie nie podawano informacji o ładunku ani celu misji.

Po wieloletnich przygotowaniach, 12 kwietnia 1981 roku odbył się pierwszy prawdziwy kosmiczny lot załogowy Columbii - przed nim do testów w ziemskiej atmosferze wykorzystywano nieposiadający własnego napędu wahadłowiec Enterprise. W trakcie kolejnych badań i udoskonaleń inżynierowie programu znacznie ograniczyli swoje pierwotne ambitne cele. Początkowo wahadłowce miały startować raz lub nawet dwa razy na tydzień. Wszystkie ich części zamierzano odzyskiwać i wykorzystywać ponownie. Jednak w ciągu 30 lat, które minęły od startu Columbii, odbyło się zaledwie 135 startów (i, niestety, dwa lądowania mniej), co oznacza przeciętnie jeden start na niecałe trzy miesiące. Nie udało się też odzyskać wszystkich elementów wahadłowca: jego zewnętrzny zbiornik paliwa jest jednorazowy. Spójrzmy więc na startową konfigurację systemu STS - Space Transportation System.

Rakietowy start
Na wyrzutni kompleksu startowego w Centrum Badania Przestrzeni Kosmicznej im. Kennedy'ego stoi gotowy do startu wahadłowiec, a ściślej - wszystkie składniki systemu STS. Sam orbiter wydaje się niewielki - jego długość to zaledwie 37 m, mniej niż wynosi długość wielu samolotów pasażerskich. Kształtem przypomina on z grubsza zwykły samolot, ze skrzydłami typu podwójna delta (czyli w kształcie dwóch trójkątów). Taka forma umożliwia skuteczny lot przy prędkości naddźwiękowej (coś, co bardzo się orbiterowi przyda!), pozwala też na bardzo duży kąt natarcia.

Orbiter jest dolnopłatem - tworzące jedną całość skrzydła znajdują się pod jego kadłubem. Sam kadłub składa się z kabiny załogi, ładowni i przedziału silnikowego. Znajdują się w nim trzy potężne silniki na paliwo ciekłe, pracujące przez 8,5 min po starcie i zużywające w tym czasie ponad dwa miliony litrów paliwa. Prócz silników głównych orbiter ma też niewielkie silniki zapewniające moc elektryczną w trakcie misji, a także zespół silniczków umożliwiających mu drobne manewry w przestrzeni kosmicznej i górnych warstwach atmosfery.

Ciśnieniowa kabina jest zaprojektowana dla typowej, siedmioosobowej załogi, zawiera przedział sterowania, a także obszar mieszkalny z toaletą, aneksem do spania, jadalnym i prowadzącą na zewnątrz śluzą. Minimalna liczba osób, zabieranych na pokład wahadłowca, to dowódca i pilot (w tym składzie poleciała w swój pierwszy lot Columbia), a w skrajnej sytuacji awaryjnej (ewakuacja ISS) można zabrać na pokład i zapewnić warunki do życia aż 11 osobom. Dotąd tylko dwie misje zabrały na pokład rekordową liczbę osób - osiem.

We wnętrzu wahadłowca często znajdziemy też 15-metrowe Canadarm - ramię, naśladujące budową ludzką rękę. Może ono wyciągnąć z ładowni wahadłowca, pakować do niej lub przemieścić w przestrzeni ładunek o masie do 293 t. Jednak tylko w stanie nieważkości: na powierzchni Ziemi Canadarm nie jest się w stanie nawet samo podnieść... Canadarm może współpracować z podobnym ramieniem zainstalowanym na pokładzie ISS w celu wspólnego montażu kolejnych elementów Stacji.

Orbiter przykrywają elementy osłony termicznej, stanowiącej aż 10% masy wahadłowca. Zapewnia ona izolację wnętrza pojazdu przed temperaturami zewnętrznymi zawierającymi się w zakresie od -121°C w kosmosie do 1650°C w trakcie powrotu na Ziemię. We wnętrzu wahadłowca kryje się też jego podwozie, które wyłania się zza ochrony termicznej bezpośrednio przed lądowaniem. To jedna z czynności, której nie powierzono systemom automatycznym: o wypuszczeniu podwozia, którego nie da się już cofnąć, zawsze decyduje człowiek, a zarządzający mechanizmem układ hydrauliczny skopiowano aż trzykrotnie, z dodatkowym wybuchowym systemem awaryjnym. Na wahadłowcu nie znajdziemy za to żadnego oświetlenia - orbiter, któremu zdarzają się nocne lądowania, przyziemia zawsze w oświetlonych dla niego lotniskach, a w trakcie jego powrotu na Ziemię o czysty korytarz powietrzny dbają zarówno amerykańska Federal Aviation Administration, jak i siły powietrzne.

Wahadłowiec nie stoi na wyrzutni sam. Przeciwnie - jego niewielka sylwetka jest przytłoczona ogromnym, mierzącym aż 47 m zbiornikiem zewnętrznym, który magazynuje paliwo - wodór (na dole zbiornika) i tlen (w jego górnej części) - dla trzech głównych silników wahadłowca. To właśnie ta część systemu jest jednorazowa - zbiornik odczepia się w końcowej fazie lotu, jego odzyskanie wymagałoby więc zastosowania ciężkich osłon chroniących go przed spaleniem w ziemskiej atmosferze. Pozbawiony ich zbiornik rozpada się na kawałki i wpada do Oceanu Indyjskiego lub Pacyfiku.

Prócz zbiornika zewnętrznego do wahadłowca dołączone są dwie dodatkowe rakiety na paliwo stałe, które wspomagają główne silniki orbitera w trakcie pierwszych dwóch minut lotu. Każda z nich po zużyciu ponad 450 t paliwa i oddzieleniu na wysokości ponad 40 km spada na spadochronach i jest wyławiana z Atlantyku. Rozwiązanie z wykorzystaniem paliwa stałego ma swoje wady: po uruchomieniu rakiet nie można ich już zatrzymać i start musi się odbyć.

Moment startu jest wybierany bardzo starannie: temperatura nie może być za niska, wiatr za silny, pokrywa chmur - znacząca, wahadłowiec nie lubi też burz. Do roku 2007 data startu miała też dodatkowe ograniczenie - misja nie mogła się przeciągać z grudnia na styczeń, gdyż groziło to awarią systemu liczenia czasu przez komputery pokładowe.

Rozpoczyna się odliczanie do startu. Trwa co najmniej trzy dni, często bywa jednak przerywane przez ostatnie naprawy i poprawki lub złą pogodę. Załoga wyjeżdża do wahadłowca na trzy godziny przez startem, na około godzinę przed jest zamykany właz. Na dwie minuty przed startem astronauci uszczelniają skafandry. 20 s przez chwilą zero mija moment, w którym start można zatrzymać bez większych konsekwencji. Na 6,6 s przez startem uruchomione zostają główne silniki wahadłowca, a w chwili 0 - wybuchowo odrzucane są mocowania pojazdu i włączane rakiety dodatkowe. Powodzenia!

Droga na orbitę
Wkrótce po starcie wahadłowiec ustawia się grzbietem do dołu, co pozwala lepiej wykorzystać działające w tej pozycji siły aerodynamiczne, umożliwia też załodze kontakt wzrokowy z Ziemią. By osiągnąć orbitę ISS, orbiter musi się rozpędzić do prędkości ok. 28 000 km/h, odpowiadającej przy powierzchni Ziemi Mach 23. Około 40 s po starcie, na wysokości niecałych 6 km, przekraczana jest prędkość dźwięku. 126 s po starcie odrzucane są rakiety na paliwo stałe. Niecałe sześć minut po starcie bezpośrednia łączność z Ziemią jest przejmowana przez łączność za pośrednictwem sieci satelitów.

W ostatnich kilkudziesięciu sekundach lotu masa niemal pozbawionego paliwa pojazdu staje się tak mała, że moc silników trzeba ograniczyć - w przeciwnym razie rozpędzałyby wahadłowiec z niewygodnym dla astronautów przyspieszeniem ponad 3 g. By uniknąć uszkodzenia, silniki kończą pracę przed całkowitym zużyciem paliwa. Odpada zbiornik zewnętrzny. Jak widać, nie jest całkiem pusty, ale to nawet lepiej: przed jego wodowaniem pozostałe paliwo się rozgrzeje, eksploduje i rozerwie go na drobne, niezagrażające statkom szczątki. Wahadłowiec włącza silniki systemu manewrowania orbitalnego (które w trakcie startu były wykorzystywane tylko marginalnie) i powoli, w ciągu wielu manewrów wchodzi na wybraną orbitę. Początkowa orbita ma wysokość około 220 km. W ciągu wielu lat misji wahadłowce wynosiły satelity, dokowały do Skylaba i Mira, podczas ostatnich misji ich celem jest zwykle ISS. W trakcie manewrów orbitalnych muszą więc wejść na jej orbitę, a także - dogonić samą Stację. Nic dziwnego, że ten kunsztowny manewr zajmuje zwykle ponad dwa dni i wymaga wspomagania uzyskanymi z Ziemi danymi o dokładnych parametrach aktualnej orbity statku.