خانه / مقالات آموزشی و ترویجی / صنعت و فناوری فضایی / شاتل فضایی، اولین فضاپیمای قابل استفاده مجدد جهان

شاتل فضایی، اولین فضاپیمای قابل استفاده مجدد جهان

شاتل فضایی اولین وسیله نقلیه فضایی است که با هدف قابلیت استفاده مجدد و در نهایت کاهش هزینه‌های پرتاب ساخته شد. اکثر سیستم‌های پرتاب جهان تنها یک بار قابلیت استفاده دارند و قسمت اعظم آنها, پس از پرتاب و قرار دادن محموله در مدار، به پسماند فضایی تبدیل می‌شود. اندیشه ساخت و توسعه فضاپیمایی که به دفعات بتوان از آن استفاده کرد (وسیله‌ای شبیه به هواپیما) از ابتدای عصر فضا مد نظر طراحان و مهندسان سیستم‌های فضایی قرار داشت ولی به دلایلی چند، از جمله هزینه زیاد ساخت و عملکرد چنین وسیله‌ای، توسعه فضاپیمایی با این ویژگی‌ها امکان پذیر نشده یا به تعویق افتاده بود. در اوایل دهه ۱۹۶۰ و در خلال جنگ سرد، توسعه فضاپیمایی با قابلیت استفاده مجدد ذهن امریکائیان را به شدت به خود مشغول کرده بود. سازمان فضایی ناسا هزینه زیادی برای توسعه چنین وسیله‌ای صرف کرد تا سرانجام این تلاش‌ها به بار نشست و دوازدهم آوریل ۱۹۸۱ اولین فضاپیمای قابل استفاده مجدد به نام شاتل فضایی، به فضا پرتاب شد.
شاتل از سه قسمت اصلی تشکیل شده است:
♦ مدارگرد (یا همان بخشی که اغلب از آن با عنوان شاتل یاد می‌شود)؛ با قابلیت استفاده مجدد
♦ دو تقویت‌کننده‌ سوخت جامد؛ با قابلیت استفاده مجدد محدود
♦ مخزن خارجی سوخت؛ غیر قابل استفاده مجدد
این مجموعه با ارتفاع کل ۵۸/۱۲ متر و قطر ۸/۷ متر، ۲۰۲۹۲۰۳ کیلوگرم وزن دارد. در حقیقت هر سه بخش با هم شاتل فضایی را تشکیل می‌دهند ولی عموم، اغلب بخش مدارگرد را شاتل می‌نامند. شاتل تا آخر اکتبر ۲۰۰۷، ۱۲۰ پرتاب داشته که ۱۱۸ مورد از آنها موفق بوده است. پرتاب‌های شاتل معمولا از پایگاه فضایی کندی و گاهی از پایگاه وندنبرگ ایالات متحده انجام می‌شود. شاتل مانند موشک عمودی برمی‌خیزد و مانند هواپیما، افقی می‌نشیند. تقویت‌کننده‌ها و مخزن سوخت در هنگام صعود از مدارگرد جدا می‌شوند و تنها مدارگرد وارد مدار می‌شود.

۱۳۰۶۰-۳
مدارگرد چند بخش اصلی دارد. کابین خدمه برای استقرار فضانوردان و کنترل فضاپیما، در جلوی آن قرار گرفته است. معمولا پنج تا هفت فضانورد سوار شاتل می‌شوند. در مواقع اضطراری شاتل می‌تواند هشت تا یازده نفر را نیز در خود جای دهد. بخش خدمه مدارگرد، ده پنجره دارد که از آن می‌توان فضای بیرون را به‌راحتی مشاهده کرد. در مدارگرد، محفظه باری با ابعاد ۱۸ متر در ۴/۶ متر تعبیه شده که بیشتر حجم بدنه را به خود اختصاص داده است. مدارگرد در این محفظه، محموله‌هایی مانند ماهواره‌ها و یا بخش‌های مختلف ایستگاه‌ فضایی یا تجهیزات مورد نیاز در این ایستگاه را تا مدارهای پایینی زمین حمل می‌کند. شاتل قادر است تا ۲۴۴۰۰ کیلوگرم بار را تا ارتفاع ۲۰۰ کیلومتری ببرد.
سه موتور اصلی شاتل در مدارگرد نصب شده‌اند. این موتورها می‌توانند تا چند درجه به سمت بالا و پایین یا به طرفین منحرف شوند و به این ترتیب جهت نیروی پیشران را به سمت دلخواه تغییر دهند. بدنه مدارگرد شاتل از آلیاژ آلومینیوم و موتورها از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده‌اند. غیر از سه موتور اصلی، ۴۶ موتور راکت کوچک نیز در مدارگرد تعبیه شده که در هنگام برخاست، کنترل وضعیت در فضا و بازگشت به جو مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بازوی رباتی شاتل، یکی از بخش‌های مهم آن است که در مدارگرد نصب شده و فضانوردان از داخل کابین آن را کنترل می‌کنند. از این بازو برای خارج کردن بار از داخل محفظه یا قرار دادن محموله جدید در آن در فضا استفاده می‌شود. بازوی رباتی در انجام عملیات‌های فضایی، مخصوصاً مأموریت‌های خارج از فضاپیما مانند تکمیل یا تعمیر ایستگاه فضایی بین‌المللی نیز کاربرد زیادی دارد.

۱۳۰۶۰-۱
تقویت‌کننده‌های سوخت جامد بیش از هشتاد درصد از توان مورد نیاز را در هنگام برخاستن تأمین می‌کنند. این بوسترها را به دفعات (تا ۲۰ مرتبه) می‌توان مورد استفاده قرار داد (که البته هم‌اکنون به دلیل رعایت ایمنیِ بیشتر این کار صورت نمی‌گیرد). دو بوستر شاتل پس از فراهم آوردن سرعت لازم، نزدیک به دو دقیقه پس از پرتاب، نزدیک به ارتفاع چهل و شش کیلومتری از آن جدا می‌شوند و با استفاده از چتر در اقیانوس فرود می‌آیند تا بازیافت شوند.
پیش از رسیدن به مدار، در ارتفاع ۱۱۳ کیلومتری بالای زمین، جایی که نزدیک به ۸/۵ دقیقه از پرتاب می‌گذرد، مخزن خارجی سوخت جدا شده، سقوط می‌کند. مخزن خارجی تنها جزء عمده یک‌بار مصرف شاتل است. در دو مأموریت نخست شاتل، این مخزن با رنگ سفید نقاشی می‌شد تا این پوشش تا حدی مانند عایق برای مخزن عمل کند اما پس از این که مشخص شد این رنگ تأثیر زیادی از این نظر ندارد، از رنگ زدن آن خودداری و در عوض به میزان باری که شاتل می‌توانست حمل کند، ۲۷۲ کیلوگرم افزوده شد. پس از جدا شدن بوسترها، مدارگرد با بهره‌گیری از سوخت مخزن اوج می‌گیرد. این مخزن پس از جدایش در جو می‌سوزد و بقایای آن در اقیانوس (هند یا اطلس) سقوط می‌کند.

۱۳۰۶۰-۴
شاتل پس از قرارگیری در مدار و انجام مأموریت، برای بازگشت به زمین, وارد جو می‌شود. شاتل در این مرحله از پیشران‌های مانوردهنده مداری خود استفاده می‌کند. در طول نزول و نشستن، مدارگرد شاتل مانند هواسُر (گلایدر) عمل می‌کند و بدون بهره‌گیری از توان موتور، افقی روی باند می‌نشیند. بخش اعظم بدنه شاتل در قسمت زیر آن، جلوی دماغه و بال‌ها با مواد خاص عایق‌کاری شده است تا فضاپیما و سرنشینان آن را از حرارت زیاد تولید شده در هنگام عبور از جو، حفظ کند.
شاتل قابلیت حمل انسان، ماهواره و هر محموله دیگری را به مدار دارد. این فضاپیما همچنین قادر است ماهواره‌هایی را از مدار به زمین بازگرداند، اما چنین مأموریت‌هایی به ندرت انجام شده است. در حال حاضر، حمل محموله به ایستگاه فضایی بین‌المللی و بازگرداندن تجهیزات، از کاربردهای متداول شاتل است. مخصوصاً اینکه فضاپیمای سایوز از این نظر محدودیت حمل بار دارد، در حالی که شاتل می‌تواند ۱۱۳۰۰ کیلوگرم بار را به ارتفاع ۴۸۰ کیلومتری ببرد.
هر شاتل برای صد پرتاب یا ده سال عمر عملیاتی طراحی شده است. مأموریت‌های شاتل را با علامت اختصاری اس‌تی‌اس (سامانه حمل و نقل فضایی) نشان می‌دهند. اولین پرواز شاتل فضایی به مدار در دوازدهم آوریل ۱۹۸۱، که با شاتل کلمبیا انجام شد، بیست سال پس از رفتن یوری گاگارین اولین فضانورد دنیا به مدار، انجام گرفت. در این مأموریت، فضاپیما حامل دو سرنشین بود و پرواز آن ۵۴ ساعت به طول انجامید. پروازهایی که از آوریل ۱۹۸۱ تا ژوئن ۱۹۸۲ انجام گرفتند، پروازهای آزمایشی بودند. بیست و هفتم ژوئن۱۹۸۲، اس‌تی‌اس-۴، آخرین پرواز آزمایشی شاتل بود. یازدهم نوامبر ۱۹۸۲، کلمبیا اولین پرواز عملیاتی این سیستم فضایی را در مأموریت اس‌تی‌اس-۵ به انجام رساند.

۱۳۰۶۰-۲
در مجموع شش شاتل ساخته شدند که برای هر کدام نام ویژه‌ای انتخاب شد. از این شش شاتل، پنج فروند قابلیت پرواز فضایی داشتند. ابتدا انترپرایز ساخته شد که تنها جنبه آزمایشی داشت و برای پرواز فضایی مناسب نبود و در آزمایشات مداری مورد استفاده قرار گرفت. در تابستان ۱۹۸۴ ایالات متحده سه شاتل کلمبیا، چلنجر و دیسکاوری را نیز در اختیار داشت. سال بعد آتلانتیس نیز به این ناوگان اضافه شد و از آنجایی که قرار بود همواره پنج فروند شاتل عملیاتی در ناوگان وجود داشته باشد، پس از انفجار چلنجر، اندیور به عنوان جایگزینی برای آن ساخته شد. البته پیش از همه یک مدل غیرپروازی با نام پتفایندر نیز ساخته شده بود که جزو ناوگان شاتل به شمار نمی‌آید. حادثه چلنجر در بیست و هشتم ژانویه ۱۹۸۶ در بیست و پنجمین مأموریت شاتل و حادثه کلمبیا در اول فوریه ۲۰۰۳ در اس‌تی‌اس-۱۰۷، دو فضاپیما را از ناوگان شاتل‌های فضایی ایالات متحده خارج کرد.
تا سال ۱۹۸۶، بیست و چهار مأموریت شاتل با موفقیت انجام شد و فضانوردان از چند کشور از جمله آلمان غربی، فرانسه، کانادا، عربستان سعودی، هلند و مکزیک در مأموریت‌هایی که با شاتل‌ها انجام می‌گرفت, شرکت کردند. در سال ۱۹۸۳، اولین برنامه‌های فضایی امریکا با استفاده از شاتل، در مأموریت‌های اس‌تی‌اس-۷ و ۸ انجام شد که یکی از این مأموریت‌ها، رفتن اولین زن امریکایی به نام سالی راید به فضا بود. در اوت همان سال اولین سیاه پوست نیز با شاتل به فضا رفت. در فوریه ۱۹۹۴ در مأموریت اس‌تی‌اس-۶۰ شاتل دیسکاوری، برای اولین بار فضانوردی روس سوار شاتل شد. ششم فوریه ۱۹۹۵ نیز، شاتل دیسکاوری در مأموریت اس‌تی‌اس-۶۳ که به منظور آمادگی برای اتصال با ایستگاه میر انجام شد، تا یازده متری آن مانور داد. خلبان این مأموریت شاتل برای نخستین بار زن بود. در ژوئن همان سال شاتل آتلانتیس به میر متصل شد و اولین الحاق شاتل با میر را به نمایش گذاشت و فضانوردان بین ایستگاه و شاتل جابجا شدند. از دیگر مأموریت‌‌های مهم شاتل فضایی می‌توان به بردن بخش‌های مختلف ایستگاه فضایی، تلسکوپ فضایی هابل، رصدخانه چاندرا و فضاپیماهای گالیله و ماژلان به مدار اشاره کرد.
شرکت‌هایی که در ساخت بخش‌های مختلف شاتل شرکت داشته‌اند عبارتند از: یونایتد اسپیس آلیانس، تیوکول/بوئینگ، لاکهید مارتین و راکول اینترنشنال. در سال ۲۰۰۴، ناسا اعلام کرد ناوگان شاتل‌های فضایی در سال ۲۰۱۰ بازنشسته خواهد شد و فضاپیمای اوریون جای آن را خواهد گرفت. تا زمان نگارش این متن (تابستان ۲۰۱۶) تلاش‏ها برای توسعه جایگزین شاتل فضایی ادامه دارد اما هنوز آمریکا موفق نشده خلاء ایجاد شده پس از بازنشستگی شاتل فضایی را پر کند و برای انجام ماموریت‏ های فضایی سرنشین‏ دار خود محتاج روسیه می‏ باشد.

منبع:
لیلا خلج زاده، پنجاه سال در فضا، سازمان فضایی ایران، تهران، ۱۳۸۶٫

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *