Le programme du gouvernement américain STS (Space Transportation System) est mieux connu dans le monde entier sous le nom de navette spatiale. Ce programme a été mis en œuvre par des spécialistes de la NASA, son objectif principal était la création et l'utilisation d'un vaisseau spatial de transport habité réutilisable conçu pour transporter des personnes et diverses cargaisons sur des orbites terrestres basses et inversement. D'où le nom actuel - "Space Shuttle".
Les travaux sur le programme ont commencé en 1969 avec le financement de deux ministères du gouvernement américain: la NASA et le ministère de la Défense. Les travaux de développement et de développement ont été effectués dans le cadre d'un programme conjoint entre la NASA et l'Air Force. Parallèlement, les spécialistes ont appliqué un certain nombre de solutions techniques qui avaient déjà été testées sur les modules lunaires du programme Apollo des années 1960: expérimentations de propulseurs à propergol solide, systèmes de séparation et d'obtention de carburant à partir d'un réservoir externe. La base du système de transport spatial en cours de création devait être un vaisseau spatial réutilisable habité. Le système comprenait également des complexes d'appui au sol (le complexe d'assemblage, d'essai et de lancement du Kennedy Space Center situé à la base aérienne de Vandenberg, en Floride), le centre de contrôle de vol de Houston (Texas), ainsi que des systèmes de relais de données et de communication par satellite et d'autres moyens. …
Toutes les grandes entreprises aérospatiales américaines ont participé aux travaux de ce programme. Le programme était vraiment à grande échelle et national, plus de 1 000 entreprises de 47 États ont fourni divers produits et équipements pour la navette spatiale. Le contrat pour la construction du premier navire orbital en 1972 a été remporté par Rockwell International. La construction des deux premières navettes a commencé en juin 1974.
Le premier vol de la navette spatiale Columbia. Le réservoir de carburant externe (au centre) n'a été peint en blanc que sur les deux premiers vols. À l'avenir, le réservoir n'a pas été peint pour réduire le poids du système.
Description du système
Le système de transport spatial structurellement réutilisable Space Shuttle comprenait deux propulseurs à combustible solide de récupération, qui servaient de premier étage et un vaisseau spatial réutilisable en orbite (orbiteur, orbiteur) avec trois moteurs oxygène-hydrogène, ainsi qu'un grand compartiment de carburant extérieur qui formait le Deuxième étape. Après l'achèvement du programme de vol spatial, l'orbiteur est revenu indépendamment sur Terre, où il a atterri comme un avion sur des pistes spéciales.
Les deux propulseurs à poudre fonctionnent pendant environ deux minutes après le lancement, propulsant et guidant le vaisseau spatial. Après cela, à une altitude d'environ 45 kilomètres, ils se séparent et, à l'aide d'un système de parachute, plongent dans l'océan. Après réparation et remplissage, ils sont réutilisés.
Le réservoir de carburant externe, qui brûle dans l'atmosphère terrestre, rempli d'hydrogène et d'oxygène liquides (carburant pour les moteurs principaux), est le seul élément jetable du système spatial. Le réservoir lui-même est également un cadre pour attacher les propulseurs à propergol solide au vaisseau spatial. Il est lancé en vol environ 8,5 minutes après le décollage à une altitude d'environ 113 kilomètres, la majeure partie du réservoir brûle dans l'atmosphère terrestre et les parties restantes tombent dans l'océan.
La partie la plus célèbre et la plus reconnaissable du système est le vaisseau spatial réutilisable lui-même - la navette, en fait la "navette spatiale" elle-même, qui est lancée en orbite proche de la Terre. Cette navette sert de terrain d'essai et de plate-forme pour la recherche scientifique dans l'espace, ainsi que de domicile pour un équipage de deux à sept personnes. La navette elle-même est réalisée selon le schéma de l'avion avec une aile triangulaire en plan. Pour l'atterrissage, il utilise un train d'atterrissage de type avion. Si les propulseurs de fusée à propergol solide sont conçus pour être utilisés jusqu'à 20 fois, alors la navette elle-même - jusqu'à 100 vols dans l'espace.
Dimensions du vaisseau orbital par rapport au Soyouz
Le système de la navette spatiale américaine pourrait mettre en orbite une altitude de 185 kilomètres et une inclinaison de 28° jusqu'à 24,4 tonnes de fret lorsqu'il est lancé vers l'est depuis Cap Canaveral (Floride) et 11,3 tonnes lorsqu'il est lancé depuis le territoire du vol spatial Kennedy. Centrez-vous sur une orbite avec une altitude de 500 kilomètres et une inclinaison de 55°. Lors du lancement depuis la base aérienne de Vandenberg (Californie, côte ouest), jusqu'à 12 tonnes de fret pourraient être placées sur une orbite circumpolaire à une altitude de 185 kilomètres.
Ce que nous avons réussi à mettre en œuvre et que de nos plans n'est resté que sur le papier
Dans le cadre d'un colloque consacré à la mise en œuvre du programme de la navette spatiale, qui a eu lieu en octobre 1969, le « père » de la navette, George Mueller, a noté: « Notre objectif est de réduire le coût de livraison d'un kilogramme de charge utile dans orbite de 2 000 $ pour Saturn-V à 40-100 dollars le kilogramme. Ainsi, nous pouvons ouvrir une nouvelle ère de l'exploration spatiale. Le défi des semaines et des mois à venir pour ce symposium, et pour la NASA et l'Air Force, est de faire en sorte que nous puissions y parvenir. » En général, pour diverses variantes basées sur la navette spatiale, le coût de lancement d'une charge utile devait être compris entre 90 et 330 dollars le kilogramme. De plus, on pensait que les navettes de deuxième génération réduiraient le montant à 33-66 $ le kilogramme.
En réalité, cependant, ces chiffres se sont avérés inaccessibles, même proches. De plus, selon les calculs de Mueller, le coût de lancement de la navette aurait dû être de 1 à 2,5 millions de dollars. En fait, selon la NASA, le coût moyen de lancement d'une navette était d'environ 450 millions de dollars. Et cette différence significative peut être appelée le principal écart entre les objectifs déclarés et la réalité.
Navette "Endeavour" avec compartiment cargo ouvert
Après l'achèvement du programme du système de transport spatial en 2011, nous pouvons déjà dire avec certitude quels objectifs ont été atteints lors de sa mise en œuvre et lesquels ne l'ont pas été.
Les objectifs du programme de la navette spatiale ont été atteints:
1. Mise en œuvre de la livraison de divers types de cargaisons en orbite (étages supérieurs, satellites, segments de stations spatiales, y compris l'ISS).
2. Possibilité de réparer les satellites situés en orbite terrestre basse.
3. Possibilité de ramener les satellites sur Terre.
4. La capacité de faire voler jusqu'à 8 personnes dans l'espace (pendant l'opération de sauvetage, l'équipage pouvait être amené jusqu'à 11 personnes).
5. Mise en œuvre réussie du vol réutilisable et utilisation réutilisable de la navette elle-même et des accélérateurs à propergol solide.
6. Mise en œuvre dans la pratique d'un agencement fondamentalement nouveau de l'engin spatial.
7. Aptitude à effectuer des manœuvres horizontales par le navire.
8. Grand volume de la soute, la capacité de retourner à la Terre des marchandises pesant jusqu'à 14, 4 tonnes.
9. Le coût et le temps de développement ont été gérés pour respecter les délais promis au président américain Nixon en 1971.
Objectifs non atteints et échecs:
1. Facilitation qualitative de l'accès à l'espace. Au lieu de réduire le coût de livraison d'un kilogramme de fret en orbite de deux ordres de grandeur, la navette spatiale s'est en fait avérée être l'une des méthodes les plus coûteuses de livraison de satellites en orbite terrestre.
2. Préparation rapide des navettes entre les vols spatiaux. Au lieu du délai prévu, estimé à deux semaines entre les lancements, les navettes pourraient en fait se préparer au lancement dans l'espace pendant des mois. Avant la catastrophe de la navette spatiale Challenger, le record entre les vols était de 54 jours, après la catastrophe - 88 jours. Sur toute la durée de leur exploitation, ils ont été lancés en moyenne 4, 5 fois par an, alors que le nombre minimum admissible de lancements économiquement justifiés était de 28 lancements par an.
3. Simplicité du service. Les solutions techniques choisies lors de la création des navettes étaient assez laborieuses à entretenir. Les moteurs principaux nécessitaient des procédures de démontage et de longues durées de service. Les turbopompes des moteurs du premier modèle nécessitaient leur cloison complète et leur réparation après chaque vol dans l'espace. Les tuiles de protection thermique étaient uniques - chaque nid avait sa propre tuile. Au total, il y en avait 35 000, de plus, les tuiles pouvaient être endommagées ou perdues pendant le vol.
4. Remplacez tous les supports jetables. Les navettes ne se sont jamais lancées sur des orbites polaires, ce qui était nécessaire principalement pour le déploiement de satellites de reconnaissance. Dans ce sens, des travaux préparatoires ont été effectués, mais ils ont été écourtés après la catastrophe de Challenger.
5. Un accès fiable à l'espace. Quatre navettes spatiales signifiaient que la perte de l'une d'entre elles était la perte de 25% de l'ensemble de la flotte (il n'y avait toujours pas plus de 4 orbiteurs volants, la navette Endeavour a été construite pour remplacer le Challenger perdu). Après la catastrophe, les vols ont été longtemps interrompus, par exemple après la catastrophe du Challenger - pendant 32 mois.
6. La capacité d'emport des navettes s'est avérée inférieure de 5 tonnes à celle requise par les spécifications militaires (24,4 tonnes au lieu de 30 tonnes).
7. De grandes capacités de manœuvre horizontale n'ont jamais été appliquées dans la pratique, pour la raison que les navettes n'ont pas volé sur des orbites polaires.
8. Le retour des satellites depuis l'orbite terrestre s'est déjà arrêté en 1996, alors que seulement 5 satellites ont été ramenés de l'espace pendant toute la période.
9. La réparation de satellites s'est avérée peu demandée. Au total, 5 satellites ont été réparés, cependant, les navettes ont également effectué 5 fois la maintenance du célèbre télescope Hubble.
10. Les solutions d'ingénierie mises en œuvre ont eu un impact négatif sur la fiabilité de l'ensemble du système. Au moment du décollage et de l'atterrissage, il y avait des zones qui ne laissaient aucune chance à l'équipage d'être secouru en cas d'urgence.
11. Le fait que la navette ne puisse effectuer que des vols habités met inutilement les astronautes en danger, par exemple, l'automatisation serait suffisante pour les lancements de satellites de routine en orbite.
12. La fermeture du programme de la navette spatiale en 2011 s'est superposée à l'annulation du programme Constellation. Cela a fait perdre aux États-Unis leur accès indépendant à l'espace pendant de nombreuses années. En conséquence, des pertes d'images et la nécessité d'acquérir des places pour leurs astronautes sur le vaisseau spatial d'un autre pays (vaisseau spatial habité russe "Soyouz").
La navette Discovery effectue une manœuvre avant de s'amarrer à l'ISS
Quelques statistiques
Les navettes ont été conçues pour rester en orbite terrestre pendant deux semaines. Habituellement, leurs vols duraient de 5 à 16 jours. Le record du vol le plus court de l'histoire du programme appartient à la navette spatiale Columbia (morte avec l'équipage le 1er février 2003, le 28e vol dans l'espace), qui en novembre 1981 n'a passé que 2 jours, 6 heures et 13 minutes dans l'espace. La même navette a effectué le vol le plus long en novembre 1996 - 17 jours 15 heures 53 minutes.
Au total, pendant le fonctionnement de ce programme de 1981 à 2011, 135 lancements ont été effectués par des navettes spatiales, dont Discovery - 39, Atlantis - 33, Columbia - 28, Endeavour - 25, Challenger - 10 (mort avec l'équipage le 28 janvier 1986). Au total, dans le cadre du programme, cinq des navettes ci-dessus ont été construites, qui ont effectué des vols dans l'espace. Une autre navette, Enterprise, a été la première à être construite, mais initialement elle n'était destinée qu'aux essais au sol et atmosphériques, ainsi qu'aux travaux préparatoires sur les sites de lancement, elle n'a jamais volé dans l'espace.
Il convient de noter que la NASA prévoyait d'utiliser les navettes beaucoup plus activement qu'il ne l'a réellement été. En 1985, les experts de l'agence spatiale américaine s'attendaient à ce qu'en 1990, ils effectuent 24 lancements par an et que les navires effectuent jusqu'à 100 vols dans l'espace. En pratique, les 5 navettes n'ont effectué que 135 vols en 30 ans, dont deux se sont terminés. une catastrophe. Le record du nombre de vols dans l'espace appartient à la navette "Discovery" - 39 vols dans l'espace (le premier le 30 août 1984).
Atterrissage de la navette "Atlantis"
Les navettes américaines possèdent également le plus triste anti-record parmi tous les systèmes spatiaux - en termes de nombre de personnes tuées. Deux catastrophes avec leur participation ont causé la mort de 14 astronautes américains. Le 28 janvier 1986, lors du décollage, à la suite d'une explosion dans un réservoir de carburant externe, la navette Challenger s'est effondrée, cela s'est produit à la 73e seconde de vol et a entraîné la mort des 7 membres d'équipage, dont le premier astronaute laïc - l'ancienne enseignante Christa McAuliffe, qui a remporté le concours national américain pour le droit de voler dans l'espace. La deuxième catastrophe s'est produite le 1er février 2003, lors du retour de la sonde Columbia de son 28e vol dans l'espace. La cause de la catastrophe était la destruction de la couche de protection thermique extérieure sur le plan gauche de l'aile de la navette, qui a été causée par un morceau d'isolation thermique du réservoir d'oxygène tombant dessus au moment du lancement. A son retour, la navette s'effondre dans les airs, tuant 7 astronautes.
Le programme du système de transport spatial a été officiellement achevé en 2011. Toutes les navettes opérationnelles ont été désaffectées et envoyées aux musées. Le dernier vol a eu lieu le 8 juillet 2011 et a été effectué par la navette Atlantis avec un équipage réduit à 4 personnes. Le vol s'est terminé tôt le matin du 21 juillet 2011. Pendant 30 ans d'exploitation, ces vaisseaux spatiaux ont effectué 135 vols, au total, ils ont effectué 21 152 orbites autour de la Terre, transportant 1 600 tonnes de charges utiles diverses dans l'espace. Pendant ce temps, l'équipage comprenait 355 personnes (306 hommes et 49 femmes) de 16 pays différents. L'astronaute Franklin Storey Musgrave était le seul à piloter les cinq navettes construites.
