شاتل فضایی چیست؟

شاتل فضایی چیست؟

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

شاتل فضایی بعنوان یک موشک قابل استفاده مجدد و فضاپیمای قابل بازیابی مطرح شد زیرا تا آن زمان در تکنولوژی پرتاپ با موشک،قسمت های مختلف از موشک جدا شده و به زمین سقوط نموده و یا اینکه در فضا سرگردان می ماندند برای مثال موشک 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 که در اقیانوس آرام فرود آمد و راهی موزه شد.

شاتل ها به ترتیب ساخت اینتر پرایز،کلمبیا،چلنجر،دیسکاوری،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 کلمبیا،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 آمریکا 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 کشته 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 تکمیل و ایمن تر کردن 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 کلمبیا در پایان یک ماموریت 16 روزه علمی حاضر بودند(آماده بودند) که به زمین بازگرند،اما در کمال حیرت مردمان این فضاپیما  در اثر یک مشکل 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 ذکر است شوروی سابق نیز برنامه ای مشابه با شاتل فضایی آمریکا را در نوامبر سال 1988 آغاز کرد،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 شکل شاتل آمریکا بود.

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

ساختار شاتل فضایی

شاتل ها دارای سه بخش اصلی هستند:

1.     مدارگرد

2.     دو موشک سوخت جامد یا " بالا برنده"

3.     مخزن بیرونی و بزرگ سوخت مایع

مدارگرد:

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

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

کابین 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 که متخصصان فنی و علمی در آنجا می نشینند. ان ها را به ترتیب متخصصان ماموریت(فضانوردان ناسا) و متخصصان بار(که فضانورد نیستند و عموما دانشمندند) می نامند. منظور از بار، ماهواره یا تجهیزاتی است که در فضاپیما با خود به مدار زمین می برد.

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

بالا برنده ها:

دو موشک با سوخت جامد،بزرگ ترین موشک های سوخت جامدی اند که تا بحال برای پروازهای فضایی ساخته شده اند، این دو موشک قادرند هزار و سیصد تن جرم را رو به بالا بکشند و فقط صعود فضاپیما را تند تر می کنند. هر کدام از این موشک ها 43 متر ارتفاع و در هنگام پر بودن 60 تن وزن دارند. یک موشک پرتاب کننده نیروی رانشی معادل 1.5 میلیون کیلو گرم در هنگام پرتاب ایجاد می کند. این دو موشک پس از اینکه شاتل فضایی را بع ارتفاع 45 کیلومتری 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 موشک 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 نیتروکسید نیتروزین در کل 738.5 تن جرم دارد. این مخزن سه موتور موشکی مدارگرد را تغذیه می کند. 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 که شاتل در آنها قرار می گیرند از 185 تا 1110 کیلومتر با توجه به ماموریتشان تغییر می کند. گرچه بیشتر اوقات به مدار 240 کیلومتری می روند. در آنجا هر 90 دقیقه یک بار دور زمین می گردند.

شاتل فضایی در مواجهه با جو زمین چه می کند؟

اصطکاک بدنه شاتل فضایی با جو زمین موجب می شود دما در حد بسیار بالایی بالا برود. برای حل این مشکل مهندسان ناسا سطح زیرین مدارگرد را با سرامیک می پوشانند. طرح فعلی شاتل شامل20548 قطعه سرامیک از جنس الیا سیلیکون است. هر قطعه طوری شکل گرفته که دقیقا قالب تمام زوایای فضاپیما باشد و بتواند دمایی برابر با 1260 درجه سانتیگراد را تحمل کند. کلاهک دماغه شاتل و لبه ی بال ها که در هنگام بازگشت شاتل به جو،بیشترین گرما را متحمل می شوند،با ماده ای پوشیده اند که می تواند دمایی برابر 1649 درجه سانتیگراد را تحمل کند،دمایی که 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. نکته دیگر این است که ناسا باید حدود دوازده هزار نفر را فقط برای پرتاب فضاپیما استخدام کند!

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

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

این فضاپیما طوری طراحی شده است که خودش را سریعتر و بالاتر پرتاب کند،تا جایی که جو آن قدر نازک شود که موتورهای عکس العملی آن به کار افتد. سپس در سرعت 22 ماخ(22 برابر سرعت صوت است یعنی 6.4 کیلومتر در ثانیه)، این موتورها خاموش می شوند و یک موتور موشکی، سرعت آن را به 25 ماخ(سرعت لازم برای حرکت در فضا)می رساند.

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