Chương trình STS (Hệ thống Vận chuyển Không gian) của chính phủ Hoa Kỳ được biết đến nhiều hơn trên toàn thế giới với tên gọi Tàu con thoi. Chương trình này được thực hiện bởi các chuyên gia NASA, mục tiêu chính của nó là tạo ra và sử dụng một tàu vũ trụ vận tải có người lái có thể tái sử dụng được thiết kế để đưa người và các loại hàng hóa khác nhau lên quỹ đạo trái đất thấp và quay trở lại. Do đó tên thực tế - "Tàu con thoi".
Chương trình bắt đầu vào năm 1969 với sự tài trợ của hai cơ quan chính phủ Hoa Kỳ: NASA và Bộ Quốc phòng. Công việc phát triển và phát triển được thực hiện như một phần của chương trình hợp tác giữa NASA và Không quân. Đồng thời, các chuyên gia đã áp dụng một số giải pháp kỹ thuật đã được thử nghiệm trước đây trên các mô-đun Mặt Trăng của chương trình Apollo những năm 1960: thí nghiệm với tên lửa đẩy chất rắn, hệ thống tách chúng và lấy nhiên liệu từ thùng chứa bên ngoài. Cơ sở của hệ thống vận tải vũ trụ được tạo ra là một tàu vũ trụ có thể tái sử dụng có người lái. Hệ thống này cũng bao gồm các tổ hợp hỗ trợ mặt đất (tổ hợp lắp ráp, thử nghiệm và phóng của Trung tâm Vũ trụ Kennedy đặt tại Căn cứ Không quân Vandenberg, Florida), trung tâm điều hành bay ở Houston (Texas), cũng như các hệ thống chuyển tiếp và liên lạc dữ liệu qua vệ tinh và phương tiện khác. …
Tất cả các công ty hàng không vũ trụ hàng đầu của Mỹ đã tham gia vào chương trình này. Chương trình thực sự có quy mô lớn và mang tầm quốc gia, hơn 1000 công ty từ 47 bang đã cung cấp các sản phẩm và thiết bị khác nhau cho Tàu con thoi. Hợp đồng đóng tàu quỹ đạo đầu tiên vào năm 1972 đã được Rockwell International giành được. Việc xây dựng hai tàu con thoi đầu tiên bắt đầu vào tháng 6 năm 1974.
Chuyến bay đầu tiên của tàu con thoi Columbia. Bình xăng bên ngoài (giữa) chỉ được sơn màu trắng trong hai chuyến bay đầu tiên. Trong tương lai, xe tăng không được sơn để giảm trọng lượng của hệ thống.
Sự mô tả hệ thống
Hệ thống vận chuyển không gian có thể tái sử dụng về mặt cấu trúc Space Shuttle bao gồm hai tên lửa đẩy nhiên liệu rắn trục vớt, hoạt động như giai đoạn đầu tiên và một tàu vũ trụ có thể tái sử dụng quay quanh (tàu quỹ đạo, tàu quỹ đạo) với ba động cơ oxy-hydro, cũng như một khoang nhiên liệu lớn bên ngoài hình thành giai đoạn thứ hai. Sau khi hoàn thành chương trình bay vào vũ trụ, tàu quỹ đạo độc lập quay trở lại Trái đất, nơi nó hạ cánh giống như một chiếc máy bay trên những đường băng đặc biệt.
Hai tên lửa đẩy rắn hoạt động trong khoảng hai phút sau khi phóng, đẩy và dẫn đường cho tàu vũ trụ. Sau đó, ở độ cao khoảng 45 km, chúng tách ra và với sự hỗ trợ của hệ thống dù, văng xuống đại dương. Sau khi sửa chữa và nạp lại, chúng được sử dụng trở lại.
Bình nhiên liệu bên ngoài, đốt cháy trong bầu khí quyển của trái đất, chứa đầy hydro lỏng và oxy (nhiên liệu cho động cơ chính), là phần tử dùng một lần duy nhất của hệ thống vũ trụ. Bản thân xe tăng cũng là khung để gắn các tên lửa đẩy rắn cho tàu vũ trụ. Nó được ném trong chuyến bay khoảng 8,5 phút sau khi cất cánh ở độ cao khoảng 113 km, phần lớn thùng chứa bốc cháy trong bầu khí quyển của trái đất, và những phần còn lại rơi xuống đại dương.
Phần nổi tiếng và dễ nhận biết nhất của hệ thống là bản thân tàu vũ trụ có thể tái sử dụng - tàu con thoi, thực chất là "tàu con thoi", được phóng lên quỹ đạo gần trái đất. Tàu con thoi này phục vụ như một bãi thử nghiệm và nền tảng cho nghiên cứu khoa học trong không gian, cũng như nhà cho phi hành đoàn từ hai đến bảy người. Bản thân tàu con thoi được chế tạo theo sơ đồ máy bay với một cánh hình tam giác trong kế hoạch. Để hạ cánh, anh ta sử dụng thiết bị hạ cánh kiểu máy bay. Nếu tên lửa đẩy bằng động cơ chất rắn được thiết kế để sử dụng tới 20 lần, thì bản thân tàu con thoi - có tới 100 chuyến bay vào vũ trụ.
Kích thước của quỹ đạo tàu so với Soyuz
Hệ thống tàu con thoi của Mỹ có thể đưa vào quỹ đạo ở độ cao 185 km và độ nghiêng 28 °, lên tới 24,4 tấn hàng hóa khi phóng về phía đông từ Cape Canaveral (Florida) và 11,3 tấn khi phóng từ lãnh thổ của Chuyến bay vũ trụ Kennedy Tâm vào quỹ đạo có độ cao 500 km và độ nghiêng 55 °. Khi được phóng từ Căn cứ Không quân Vandenberg (California, bờ biển phía Tây), có thể đưa tới 12 tấn hàng hóa lên quỹ đạo vòng tròn với độ cao 185 km.
Những gì chúng tôi đã quản lý để thực hiện và những gì trong kế hoạch của chúng tôi vẫn chỉ nằm trên giấy
Là một phần của hội nghị chuyên đề dành riêng cho việc thực hiện chương trình Tàu con thoi diễn ra vào tháng 10 năm 1969, “cha đẻ” của tàu con thoi, George Mueller, lưu ý: “Mục tiêu của chúng tôi là giảm chi phí chuyển một kg trọng tải vào quỹ đạo từ 2.000 đô la cho Saturn-V đến 40-100 đô la một kg. Vì vậy, chúng ta có thể mở ra một kỷ nguyên khám phá không gian mới. Thách thức trong những tuần và tháng tới đối với hội nghị chuyên đề này, cũng như đối với NASA và Không quân, là đảm bảo rằng chúng tôi có thể đạt được điều này. Nói chung, đối với các biến thể khác nhau dựa trên Tàu con thoi, chi phí phóng một trọng tải được dự đoán nằm trong khoảng từ 90 đến 330 đô la một kg. Hơn nữa, người ta tin rằng các tàu con thoi thế hệ thứ hai sẽ giảm số tiền xuống còn 33-66 USD / kg.
Tuy nhiên, trong thực tế, những con số này hóa ra là không thể đạt được, thậm chí gần như không thể đạt được. Hơn nữa, theo tính toán của Mueller, chi phí phóng tàu con thoi lẽ ra phải là 1-2,5 triệu USD. Trên thực tế, theo NASA, chi phí trung bình để phóng một tàu con thoi là khoảng 450 triệu USD. Và sự khác biệt đáng kể này có thể được gọi là sự khác biệt chính giữa các mục tiêu đã nêu và thực tế.
Tàu con thoi "Endeavour" với khoang chở hàng mở
Sau khi hoàn thành chương trình Hệ thống Giao thông Không gian vào năm 2011, chúng ta đã có thể tự tin nói rằng mục tiêu nào đã đạt được trong quá trình thực hiện và mục tiêu nào không.
Các mục tiêu của chương trình Tàu con thoi đã đạt được:
1. Thực hiện vận chuyển các loại hàng hóa khác nhau lên quỹ đạo (tầng trên, vệ tinh, phân đoạn của trạm vũ trụ, bao gồm cả ISS).
2. Khả năng sửa chữa các vệ tinh nằm trong quỹ đạo trái đất thấp.
3. Khả năng đưa vệ tinh trở lại Trái đất.
4. Khả năng bay tối đa 8 người vào vũ trụ (trong chiến dịch cứu hộ, phi hành đoàn có thể được mang theo tối đa 11 người).
5. Thực hiện thành công chuyến bay tái sử dụng và tái sử dụng chính tàu con thoi và máy gia tốc đẩy chất rắn.
6. Thực hiện trong thực tế một cách bố trí mới về cơ bản của tàu vũ trụ.
7. Khả năng thực hiện các cuộc điều động ngang của tàu.
8. Thể tích khoang hàng lớn, khả năng trở về Trái đất hàng hóa nặng tới 14, 4 tấn.
9. Chi phí và thời gian phát triển đã được quản lý để đáp ứng thời hạn đã được hứa với Tổng thống Hoa Kỳ Nixon vào năm 1971.
Mục tiêu không đạt được và thất bại:
1. Định tính tạo điều kiện tiếp cận không gian. Thay vì giảm chi phí vận chuyển một kg hàng hóa vào quỹ đạo bằng hai bậc độ lớn, Tàu con thoi thực sự là một trong những phương pháp đắt tiền nhất để đưa vệ tinh lên quỹ đạo Trái đất.
2. Chuẩn bị nhanh chóng các tàu con thoi giữa các chuyến bay vũ trụ. Thay vì khung thời gian dự kiến, ước tính khoảng hai tuần giữa các lần phóng, các tàu con thoi thực sự có thể chuẩn bị cho việc phóng lên vũ trụ trong nhiều tháng. Trước thảm họa của tàu con thoi Challenger, kỷ lục giữa các chuyến bay là 54 ngày, sau thảm họa - 88 ngày. Trong toàn bộ thời gian hoạt động, trung bình chúng được phóng 4, 5 lần một năm, trong khi số lần phóng hợp lý về mặt kinh tế tối thiểu cho phép là 28 lần phóng mỗi năm.
3. Tính đơn giản của dịch vụ. Các giải pháp kỹ thuật được lựa chọn trong quá trình tạo ra các tàu con thoi khá tốn công để duy trì. Các động cơ chính yêu cầu quy trình tháo dỡ và thời gian phục vụ lâu dài. Các tổ máy phản lực cánh quạt của động cơ của mẫu đầu tiên yêu cầu phải có vách ngăn và sửa chữa hoàn chỉnh sau mỗi chuyến bay vào vũ trụ. Ngói chắn nhiệt là duy nhất - mỗi tổ có một ngói riêng. Tổng cộng có 35 nghìn chiếc, hơn nữa gạch có thể bị hỏng hoặc mất trong chuyến bay.
4. Thay thế tất cả các phương tiện dùng một lần. Các tàu con thoi không bao giờ được phóng lên quỹ đạo địa cực, điều này chủ yếu cần thiết cho việc triển khai các vệ tinh do thám. Theo hướng này, công việc chuẩn bị đã được thực hiện, nhưng chúng đã bị hạn chế sau thảm họa Challenger.
5. Khả năng tiếp cận không gian đáng tin cậy. Bốn tàu con thoi có nghĩa là tổn thất của bất kỳ tàu nào trong số đó là tổn thất 25% toàn bộ đội bay (luôn có không quá 4 tàu quỹ đạo bay, tàu con thoi Endeavour được chế tạo để thay thế tàu Challenger đã mất). Sau thảm họa, các chuyến bay đã bị dừng lại trong một thời gian dài, chẳng hạn như sau thảm họa tàu Challenger - trong 32 tháng.
6. Khả năng chuyên chở của tàu con thoi hóa ra thấp hơn 5 tấn so với yêu cầu của các thông số kỹ thuật quân sự (24,4 tấn thay vì 30 tấn).
7. Khả năng cơ động ngang lớn chưa từng được áp dụng trong thực tế, vì lý do là các tàu con thoi không bay vào quỹ đạo địa cực.
8. Việc quay trở lại của các vệ tinh từ quỹ đạo trái đất đã dừng lại vào năm 1996, trong khi chỉ có 5 vệ tinh được quay trở lại từ không gian trong toàn bộ thời gian.
9. Việc sửa chữa các vệ tinh hóa ra lại có nhu cầu rất ít. Tổng cộng có 5 vệ tinh đã được sửa chữa, tuy nhiên, các tàu con thoi cũng đã 5 lần tiến hành bảo dưỡng kính thiên văn nổi tiếng Hubble.
10. Các giải pháp kỹ thuật được triển khai đã ảnh hưởng tiêu cực đến độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Tại thời điểm cất cánh và hạ cánh, có những khu vực không để phi hành đoàn cơ hội cứu hộ trong trường hợp khẩn cấp.
11. Thực tế là tàu con thoi chỉ có thể thực hiện các chuyến bay có người lái khiến các phi hành gia gặp rủi ro không cần thiết, ví dụ, tự động hóa sẽ đủ để phóng vệ tinh thông thường vào quỹ đạo.
12. Việc đóng cửa chương trình Tàu con thoi vào năm 2011 được chồng lên với việc hủy bỏ chương trình Constellation. Điều này khiến Mỹ mất quyền tiếp cận không gian độc lập trong nhiều năm. Kết quả là, hình ảnh bị mất và nhu cầu có được chỗ cho các phi hành gia của họ trên tàu vũ trụ của một quốc gia khác (tàu vũ trụ có người lái của Nga "Soyuz").
Shuttle Discovery thực hiện một thao tác trước khi cập bến với ISS
Một số thống kê
Các tàu con thoi được thiết kế để ở trong quỹ đạo Trái đất trong hai tuần. Thông thường các chuyến bay của họ kéo dài từ 5 đến 16 ngày. Kỷ lục về chuyến bay ngắn nhất trong lịch sử của chương trình thuộc về tàu con thoi Columbia (đã chết cùng với phi hành đoàn vào ngày 1 tháng 2 năm 2003, chuyến bay thứ 28 vào vũ trụ), vào tháng 11 năm 1981 chỉ trải qua 2 ngày, 6 giờ và 13. phút trong không gian. Cũng chính chiếc tàu con thoi đã thực hiện chuyến bay dài nhất vào tháng 11 năm 1996 - 17 ngày 15 giờ 53 phút.
Tổng cộng, trong quá trình hoạt động của chương trình này từ năm 1981 đến năm 2011, 135 lần phóng đã được thực hiện bằng tàu con thoi, trong đó Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (đã chết cùng với phi hành đoàn vào ngày 28 tháng 1 năm 1986). Tổng cộng, trong khuôn khổ chương trình, 5 tàu con thoi nói trên đã được chế tạo, thực hiện các chuyến bay vào vũ trụ. Một tàu con thoi khác, Enterprise, là chiếc đầu tiên được chế tạo, nhưng ban đầu nó chỉ nhằm mục đích thử nghiệm trên mặt đất và khí quyển, cũng như công việc chuẩn bị tại các bãi phóng, nó chưa bao giờ bay vào vũ trụ.
Điều đáng chú ý là NASA đã lên kế hoạch sử dụng các tàu con thoi tích cực hơn nhiều so với thực tế. Quay trở lại năm 1985, các chuyên gia của cơ quan vũ trụ Mỹ dự kiến rằng đến năm 1990 họ sẽ thực hiện 24 lần phóng hàng năm và các tàu bay tới 100 chuyến bay vào vũ trụ, trên thực tế, cả 5 tàu con thoi chỉ thực hiện 135 chuyến bay trong 30 năm, hai trong số đó đã kết thúc. một thảm họa. Kỷ lục về số chuyến bay vào vũ trụ thuộc về tàu con thoi "Discovery" - 39 chuyến bay vào vũ trụ (chuyến đầu tiên vào ngày 30 tháng 8 năm 1984).
Hạ cánh của tàu con thoi "Atlantis"
Các tàu con thoi của Mỹ cũng sở hữu kỷ lục chống khủng khiếp nhất trong số tất cả các hệ thống vũ trụ - xét về số người thiệt mạng. Hai thảm họa có sự tham gia của họ đã gây ra cái chết của 14 phi hành gia Mỹ. Vào ngày 28 tháng 1 năm 1986, trong quá trình cất cánh, do một vụ nổ ở thùng nhiên liệu bên ngoài, tàu con thoi Challenger bị sập, điều này xảy ra ở giây thứ 73 của chuyến bay và dẫn đến cái chết của tất cả 7 thành viên phi hành đoàn, bao gồm cả phi hành gia đầu tiên. - cựu giáo viên Christa McAuliffe, người đã giành chiến thắng trong cuộc thi toàn quốc của Mỹ về quyền bay vào vũ trụ. Thảm họa thứ hai xảy ra vào ngày 1 tháng 2 năm 2003, trong chuyến trở về của tàu vũ trụ Columbia sau chuyến bay thứ 28 vào vũ trụ. Nguyên nhân của thảm họa là do lớp chắn nhiệt bên ngoài bên trái của cánh tàu con thoi bị phá hủy, nguyên nhân là do một miếng cách nhiệt của bình dưỡng khí rơi xuống nó tại thời điểm phóng. Khi quay trở lại, tàu con thoi bị sập trên không, giết chết 7 phi hành gia.
Chương trình Hệ thống Giao thông Vũ trụ được chính thức hoàn thành vào năm 2011. Tất cả các tàu con thoi hoạt động đã ngừng hoạt động và được gửi đến các viện bảo tàng. Chuyến bay cuối cùng diễn ra vào ngày 8 tháng 7 năm 2011 và được thực hiện bởi tàu con thoi Atlantis với phi hành đoàn giảm xuống còn 4 người. Chuyến bay kết thúc vào sáng sớm ngày 21/7/2011. Trong 30 năm hoạt động, các tàu vũ trụ này đã thực hiện 135 chuyến bay, tổng cộng, chúng đã hoàn thành 21.152 quỹ đạo quanh Trái đất, đưa 1.600 tấn trọng tải khác nhau vào vũ trụ. Trong thời gian này, thủy thủ đoàn gồm 355 người (306 nam và 49 nữ) đến từ 16 quốc gia khác nhau. Phi hành gia Franklin Storey Musgrave là người duy nhất bay cả năm tàu con thoi được chế tạo.
