«Спейс шаттл» или просто «Шаттл» ( — «космический челнок») — американский многоразовый транспортный космический корабль.
«Шаттлы» использовались в рамках осуществлявшейся с 1969 по 2011 годы НАСА государственной Программы «Спейс шаттл» (в 1969 году названной «Космическая транспортная система» ()). Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях.
Программа по созданию космических челноков разрабатывалась компанией North American Rockwell и группой ассоциированных подрядчиков по поручению НАСА с 1971 года. Разработка и опытно-конструкторские работы велись в рамках совместной программы НАСА и ВВСStatement of Hon. Walter B. LaBerge, Assistant Secretary of the Air Force for Research and Development . / Military Procurement, Fiscal Year 1977 : Hearings before the Committee on Armed Services, United States Senate, 94th Congress, 2nd Session, on S. 2965, March 4, 1976. — Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1997. — P. 3756 — 3925 p.. При создании системы использовался ряд технических решений для лунных модулей программы «Аполлон» 1960-х годов: эксперименты с твердотопливными ускорителями, системами их отделения и получения топлива из внешнего бака. Всего было построено шесть шаттлов: один прототип и пять лётных экземпляров. Два шаттла, «Челленджер» и «Колумбия», погибли в катастрофах. Полёты в космос осуществлялись с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.
В 1985 году НАСА планировало, что к 1990 году будет совершаться по 24 старта в год, и каждый из кораблей совершит до 100 полётов в космос. На практике же они использовались значительно реже — за 30 лет эксплуатации было произведено 135 пусков (во время двух из которых произошли катастрофы). Больше всего совершил космический челнок «Дискавери».
Общее описание системы
Шаттл запускался в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получали топливо из огромного внешнего подвесного бака, на начальном участке траектории основную тягу создавали отделяемые твёрдотопливные ускорители. На орбите шаттл осуществлял манёвры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования, возвращаясь на Землю как планёр.
Данная многоразовая система состояла из трёх основных компонентов (ступеней): Двух твердотопливных ракетных ускорителей, которые работали в течение примерно двух минут после запуска, разгоняя и направляя корабль, а затем отделялись на высоте около 45 км, приводнялись на парашютах в океан и, после ремонта и перезаправки, использовались вновь;Space Shuttle: Solid Rocket Boosters Большого внешнего топливного бака с жидкими водородом и кислородом для главных двигателей ракетоплана — это одноразовый элемент системы. Бак также служил каркасом для скрепления ускорителей с космическим кораблём. Бак отбрасывался примерно через 8,5 минут на высоте 113 км, бо́льшая его часть сгорала в плотных слоях атмосферы, а тугоплавкие остатки падали в океан. Пилотируемого космического корабля-ракетоплана — орбитального аппарата ( или просто ) — собственно «Спейс шаттла» (космического челнока), который выходил на околоземную орбиту, служил там платформой для исследований и домом для экипажа. После выполнения программы полёта возвращался на Землю и совершал посадку как планёр на взлётно-посадочную полосу.
В НАСА космические челноки имели обозначение OV-№№№ (Orbiter Vehicle — №№№).
Экипаж Наименьший экипаж шаттла состоял из двух астронавтов — командира и пилота («Колумбия», полёты STS-1, STS-2, STS-3, STS-4). Наибольший экипаж шаттла — восемь астронавтов («Челленджер», STS-61A, 1985 год). Второй раз 8 астронавтов было на борту при посадке «Атлантиса» STS-71 в 1995 году. Чаще всего в экипаж входили от пяти до семи астронавтов. Беспилотных запусков не было.
Для управления кораблём астронавты использовали около 90 кг бумажной бортовой документацииOrion Reference Guide , стр. 68.
Орбиты Орбита шаттлов располагалась на высоте приблизительно в пределах от 185 до 643 км (115—400 миль).
Полезная нагрузка Доставлявшаяся в космос полезная нагрузка орбитальной ступени (орбитального ракетоплана) для низкой околоземной орбиты зависела, в первую очередь, от параметров целевой орбиты, на которую выводился челнок. Максимальная масса полезной нагрузки 24,4 тонны могла быть доставлена в космос при запуске на низкую околоземную орбиту с наклонением порядка 28° (широта космодрома Канаверал). При запуске на орбиты с наклонением бо́льшим, чем 28°, допустимая масса полезной нагрузки соответственно уменьшалась (так, при запуске на полярную орбиту расчётная грузоподъёмность челнока падала до 12 т; в реальности, однако, челноки никогда не запускались на полярную орбиту).
Максимальная масса загруженного космического корабля на орбите — 120–130 т. С 1981 года с помощью шаттлов было доставлено на орбиту более 1370 т полезных грузов.
Максимальная масса груза, возвращаемого с орбиты составляла до 14,4 т.
Длительность полёта Шаттлы были рассчитаны на двухнедельное пребывание на орбите. Обычно полёты шаттлов продолжались от 5 до 16 суток.
Шаттл «Колумбия» совершил как самый короткий космический полёт в истории программы — STS-2, в ноябре 1981 года, длительность — 2 дня 6 часов 13 минут, так и самый продолжительный — STS-80, в ноябре 1996 года, длительность — 17 суток 15 часов 53 минуты.
В общей сложности к дате закрытия программы в 2011 году шаттлы совершили 135 полётов, из них «Дискавери» — 39, «Атлантис» — 33, «Колумбия» — 28, «Индевор» — 25, «Челленджер» — 10.
История создания История проекта «Космическая транспортная система» началась в 1967 году, когда ещё до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон» (11 октября 1968 года состоялся старт «Аполлона-7») оставалось больше года, как обзор перспектив пилотируемой космонавтики после завершения лунной программы НАСА.
30 октября 1968 года два головных центра НАСА (Центр пилотируемых космических кораблей, MSC, – в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла, MSFC, – в Хантсвилле) обратились к американским космическим компаниям с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы, что должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.
В сентябре 1970 года целевая космическая группа под руководством вице-президента США С. Агню, специально созданная для определения следующих шагов в освоении космического пространства, оформила два детально проработанных проекта вероятных программ.
Большой проект включал: космические челноки; орбитальные буксиры; большую орбитальную станцию на Земной орбите (до 50 человек экипажа); малую орбитальную станцию на орбите Луны; создание обитаемой базы на Луне; пилотируемые экспедиции к Марсу; высадку людей на поверхность Марса.
В качестве малого проекта предлагалось создать только большую орбитальную станцию на земной орбите. Но в обоих проектах было определено, что орбитальные полёты: снабжение станции, доставка на орбиту грузов для дальних экспедиций или блоки кораблей для дальних полётов, смена экипажей и прочие задания на орбите Земли, должны осуществляться многоразовой системой, которая и получила тогда название «Space Shuttle»Agnew, Spiro, chairman. September 1969. The Post-Apollo Space Program: Directions for the Future. Space Task Group. Reprinted in NASA SP-4407, Vol. I, pp. 522—543.
Командованием ВВС США были заключены контракты на проведение НИОКР и испытаний. Системное проектирование и системная интеграция были возложены на исследовательскую корпорацию Кроме того, к работе над шаттлом подключились следующие коммерческие структуры: за разработку второй ступени отвечали General Dynamics Corp., McDonnell-Douglas Aircraft Corp., за разработку шаттла, организацию и проведение полётов — North American Rockwell Corp., TRW, Inc., полезной нагрузки — McDonnell-Douglas Aircraft Corp., TRW, Inc., Aerospace Corp. Курированием проекта от государственных структур занимался Космический центр им. КеннедиStatement of Col. Howard S. Davis, U.S. Air Force, System Program Director, Space and Missile System Organization . / Advanced Turbofan Engine—Space Shuttle : Hearings before the Research and Development Subcommittee, Committee on Armed Services, United States Senate, 93rd Congress, 1st Session, on S. 1263, March 5, 1973. — Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1973. — P. 2549, 2622—2775 p..
В изготовлении узлов и агрегатов шаттла на конкурсной основе, пройдя отбор среди множества конкурентов, были задействованы следующие коммерческие структуры (о заключении контрактов было объявлено 29 марта 1973)Shuttle Orbiter Source Selection in Process . / 1974 NASA Authorization : Hearings, 93rd Congress, 1st Session, on H.R. 4567 (superseded by H.R. 7528). — Washington : U.S. Government Printing Office, 1973. — Pt. 2 — P. 377—380, 937—1307 p.: Космический аппарат в целом — North American Rockwell Corp., Space Division, Дауни, Калифорния (при 10 тысячах субподрядчиков в США); Фюзеляж — General Dynamics Corp., Convair Aerospace Division, Сан-Диего, Калифорния; Крыло — Grumman Corp., Бетпейдж, Нью-Йорк; Вертикальный стабилизатор — Fairchild Industries, Inc., Fairchild Republic Division, Фармингдейл, Нью-Йорк; Система орбитального маневрирования — McDonnell Douglas Astronautics Co., Eastern Division, Сент-Луис, Миссури; Маршевый двигатель — North American Rockwell Corp., Rocketdyne Division, Мак-Грегор, Техас (при 24 субподрядчиках с суммами контрактов превышающими 100 тыс. долларов). Расчётный объём работы над шаттлом превысил 750 тыс. человеко-лет работ, что создавало на период работы над ним с 1974 по 1980 год 90 тыс. рабочих мест, напрямую занятых в создании шаттла с перспективой доведения показателя трудоустройства до 126 тыс. при пиковой загрузке, плюс 75 тыс. рабочих мест на второстепенных направлениях деятельности, опосредованно связанных с проектом шаттла. Итого на указанный период создавалось более 200 тыс. рабочих мест и предполагалось израсходовать около 7,5 млрд долларов бюджетных средств на оплату труда занятых работников всех специальностей.
Также существовали планы создания «атомного шаттла» — челнока с ядерной двигательной установкой NERVA, которая разрабатывалась и испытывалась в 1960-х годах. Атомный шаттл должен был осуществлять полёты между земной орбитой и орбитами Луны и Марса. Снабжение атомного челнока рабочим телом (жидкий водород) для ядерного двигателя возлагалось на обыкновенные шаттлы:
Nuclear Shuttle: This reusable rocket would rely on the NERVA nuclear engine. It would operate between low earth orbit, lunar orbit, and geosynchronous orbit, with its exceptionally high performance enabling it to carry heavy payloads and to do considerable amounts of work with limited stores of liquid-hydrogen propellant. In turn, the nuclear shuttle would receive this propellant from the Space Shuttle.
Однако президент США Ричард Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешёвый требовал 5 млрд долларов в год. NASA оказалось перед тяжёлым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, или объявить о прекращении пилотируемой программы.
Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции (держа, однако, этот сценарий про запас), а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счёт выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Экономическая экспертиза подтвердила: теоретически при условии не менее 30 полётов в год и полном отказе от использования одноразовых носителей данная космическая транспортная система может быть рентабельной71-806. July 1971. Robert N. Lindley, The Economics of a New Space Transportation System.Donlan, Charles J. July 11, 1972. Space Shuttle Systems Definition Evolution. Internal NASA paper.Morgenstern, Oskar, and Klaus P. Heiss. May 31, 1971. Economic Analysis of New Space Transportation Systems. Princeton, New Jersey: Mathematica, Inc. CASI 75N-22191..