Naveta spațială: In Memoriam

NASA a lansat de curând o aplicație pentru iPad ce conține un film documentar cu cadre spectaculoase surprinse de sistemul de filmare din timpul lansării navetei spațiale. Aplicația are 645 MB și conține tot filmul care poate fi văzut offline, împreună cu comentariul a doi ingineri NASA implicații în derularea programului. Evident, nu trebuie să plătiți nimic pentru asta.

Pentru cei care nu au iPad, filmul pate fi urmărit și descărcat de pe YouTube, unde este disponibil și în varianta HD 720p. Versiunea pentru iPad conține și un trailer, dar este atât de slab încât un copil de șapte ani putea face unul mai reușit cu Windows Media Player. În schimb, cadrele din documentar sunt absolut excepționale și merită văzute, dacă nu aveți răbdare pentru tot, măcar pe sărite, deși am auzit de unele cazuri în care documentarul a fost văzut în slow-motion.

Cât costă amânarea lansării unei navete spațiale?

În aceste zile echipele de ingineri încearcă să remedieze defecțiunea electrică de vineri, defecțiune ce a dus la amânarea ultimei lansării a celei mai tinere navete spațiale, Endeavour. Un material video interesant din cadrul acestei operațiuni a fost publicat de site-ul SpaceflightNow și poate fi urmărit pe YouTube. Dacă estimările inițiale anunțau o amânare a lansării cu 72 de ore, NASA nu a anunțat o dată fixă pentru o nouă tentativă, însă este de așteptat ca lansarea să aibe loc cel mai devreme în data de 8 mai.

Cât costă însă o astfel de întârziere? Estimările specialiștilor spun că mare parte a cheltuielilor generate de o astfel de întârziere este cauzată de combustibilul pierdut. Înainte de lansare, rezervorul extern este umplut cu hidrogen și oxigen lichid, substanțe extrem de volatile. În cazul unei amânări în ultimele ore premergătoare lansării, rezervorul este golit și o parte din combustibil este recuperat, însă cantitatea pierdută în aceste manevre costă NASA aproximativ 500 000 dolari, suma la care se adaugă și costurile suplimentare generate de activitățile de la sol. Însă aceste costuri sunt prevăzute în buget și nu există riscul ca o misiune să nu mai poată avea loc din cauza amânărilor succesive. Nu se cunoaște costul total al unei lansări, dar suma de 450 de milioane de dolari este considerată a fi o aproximare bună.

Cum se stabilește ora lansării?

V-ați întrebat vreodată cum stabilește NASA ora lansării pentru navetele spațiale? Factorul principal care dictează momentul lansării îl reprezintă sincronizarea planelor orbitale ale navetei și ale țintei acesteia (de obicei ISS).

Stația Spațială Internațională se rotește în jurul Pământului și efectuează o orbită completă în jurul planetei noastre la fiecare 90 de minute, la o altitudine de aproximativ 350 km și o înclinare a planului orbital față de ecuator de 51.6 grade. Însă în timul celor 90 de minute, Pământul s-a rotit și el în jurul axei, astfel că după efectiarea unui tur complet, ISS nu va ajunge deasupra aceluiași punct, permițându-i astfel stației spațiale să survoleze în timp întreaga planetă.

ISS trece de două ori pe zi deasupra Centrului Spațial Kennedy, moment potrivit pentru o lansare. Planul orbital al navetei și cel al ISS trebuie să fie sincronizate cât mai precis, lucru ce îi oferă de obicei navetei o fereastră de 10 minute pe zi. Dincolo de acest interval de timp, naveta nu își mai poate ajusta din zbor sincronizarea planului orbital și nu va mai ajunge din urmă ISS pentru andocare, datorită cantității prea mari de combustibil ce ar trebui folosiți pentru această manevră. Cele 10 minute zilnice nu rămân fixe, ci se deplasează o dată cu trecerea timpului. De exemplu, dacă pentru ieri lansarea era programată pentru 22:47, tentativa de luni va avea loc la ora 21:33.

Mai sunt însă și alte criterii care dictează ora lansării: după incidentul care a dus la pierderea navetei Columbia, NASA a instituit o serie de măsuri de siguranță suplimentare printre care a fost inclusă și filmarea lansării navetei spațiale din mai multe unghiuri folosind camere de luat vederi, pentru a surprinde orice anomalie. Pentru ca acestea să funcționeze corespunzător, o lansare în timpul zilei este de preferat unei lansări pe timp de noapte, deși această regulă nu a fost respectată de fiecare dată.

Se ține cont și de perioadele de somn/veghe ale echipajului (care sunt modificate înainte de lansare pentru a se adapta la intervalele de lucru și odihnă de pe ISS) și de traficul și prognoza meteo din zona rampei de lansare precum și din zonele care ar putea fi folosite în cazul unei aterizări de urgență.

Un alt factor important care a cauzat prima amânare a lansării navetei Endeavour este și traficul de la bordul ISS. Regula spune că atâta timp cât o navetă spațială este andocată, nici un alt vehicul nu va andoca la ISS, pentru a nu crea tensiuni suplimentare în structura stației. Pentru că lansarea rachetei Progress a fost considerată mai importantă pentru ISS, aceasta a avut prioritate în fața navetei Endeavour, care a fost envoită să îsi amâna lansarea până când Progress ar fi andocat cu ISS, lucru ce a avut loc în timpul zilei de ieri.

Naveta Spațială în 14 minute

The Space Shuttle este un excelent mini-documentar NASA, în care William Shatner (căpitanul Kirk din Star Trek) ne face o scurtă istorie a navetei spațiale, o minune inginerească cu peste 2 milioane de piese în mișcare, care împlinește astăzi 30 de ani și care va rămâne probabil mult tmp de acum încolo cel mai complex aparat de zbor conceput vreodată.

Naveta Spațială: Origini (2)

Când programul MOL (Manned Orbiting Laboratory) al aviației SUA a fost anulat, NASA a preluat defunctul proiect, și a găsit aici câteva surse de inspirație pentru proiectarea viitoarei navete spațiale. X-15, un avion de teste care nu a fost considerat un vehicul spațial, a zburat cu un rezervor extern atașat și a atins Mach 6 și o altitudine de 100 km. Cu siguranță că și modelul Navaho, care la o viteză de Mach 3 efectua o separare de rezervorul extern în condiții de presiuni și viteze mari, a fost studiat de inginerii care lucrau la noul proiect al NASA din acea vreme.

În 1969, naveta spațială arăta ca un avion X-15 și urcarea pe orbită se făcea în două trepte, combustibilul era intern, iar piloți ar fi fost prezenți în ambele trepte, nu doar în navetă. Încărcătura pe care un astfel de vehicul o putea duce pe orbită era de aproximativ 10 tone care trebuia să încapă într-o cală cu dimensiunile de 3×12 metri.

Deoarece în 1969 previziunile asupra bugetului erau optimiste, erau prevăzute aproximativ 100-150 de zboruri pe an, ceea ce ar fi însemnat că un zbor, conform previziunilor de atunci, ar fi costat aproximativ 5 milioane de dolari (în dolarii anului 1970). La un astfel de nivel al prețului, partenerii comerciali erau nerăbdători să folosească noua navetă pentru lansări de sateliți, chiar și armata SUA a luat în considerare posibilitatea de a folosi viitoarea navetă pentru toate lansările viitoare. Din acest motiv a apărut ideea printre producătorii de sateliți comerciali de a avea pe orbită sateliți care să poată fi reparați fără a fi aduși pe Pământ, folosind naveta spațială. Acest lucru va juca un rol important în designul telescopului spațial Hubble care a fost conceput pentru a suferi operațiuni orbitale de mentenanță, aspect ce a salvat până la urmă telescopul spațial, după eroare oglinzii originale care nu a fost detectată decât după punerea sa în funcțiune pe orbită.

Cerințele armatei au modificat însă specificațiile tehnice ale navetei spațiale. Armata dorea o cală de 18 metri și o încărcătură de 30 de tone, cu mult mai mult decât proiectul inițial al NASA. Naveta trebuia de asemenea să poată fi lansată și să aterizeze exact în locul de unde a fost lansată, după o orbită completă în jurul Pământului. Acest lucru se putea realiza  folosind combustibil și un sistem de propulsie suplimentar sau capacitățile aerodinamice ale navetei trebuiau să permită această manevră. Pentru că nu mai aveau la dispoziție racheta Saturn V care ar fi urcat pe orbită viitoarea stație spațială, NASA a hotărât să mărească diametrul navetei pentru a putea purta o încărcătură de 4.5 metri și lungă de maxim 18 metri (cerința armatei). O astfel de navetă ar fi fost imensă și inginerii nu știau dacă va fi posibil să atingă vitezele necesare (în jur de Mach 6). Un aspect care merită să fie reținut este acela că toate propunerile de atunci conțineau rezervoarele pentru motoare în interiorul fuzelajului vehiculului, ca în cazul avioanelor.

Inițial, costurile estimate pentru dezvoltarea navetei spațiale au fost de 12-15 miliarde de dolari, în timp ce președintele Nixon dorea ca aceste costuri să nu depășească 5 miliarde de dolari. În încercarea de a reduce costurile proiectului, una din idei a fost de a scoate rezervoarele în afara vehiculului și de a renunța la ele când naveta ar fi ajuns pe orbită, reducând astfel semnificativ mărimea acesteia, diametrul navetei fiind dictat doar de diametrul calei.

Alte propuneri pentru reducerea costurilor au fost mult mai fanteziste: la un moment dat, cineva a venit cu propunerea de a avea un vehicul format din trei părți identice, interconectate, două dintre ele asigurând propulsia și doar unul dintre ele ajungând efectiv pe orbită. Ideea a fost respinsă deoarece propulsoarele se comportau diferit față de vehiculul propriu-zis și nu avea sens designul identic al acestora. Propunerea de a folosi o singură treaptă a fost respinsă din lipsa suportului teoretic pentru acest lucru: chiar și cu tehnologia actuală, este imposibil de ajuns pe orbită astfel, cu o încărcătură de 30 de tone.

În final, după o mulțime de studii de optimizare, s-a ajuns la configurația de astăzi: un rezervor extern care conține hidrogen și oxigen lichid care alimentează motoarele navetei și două rachete laterale (recuperabile) cu combustibil solid pentru un plus de putere necesar în timpul lansării. Motivul pentru care motorul navetei se afla în vehicul și nu pe rezervorul principal este acela că NASA dorea să refolosească acest motor, extrem de performant dar și extrem de scump (corespondentul rusesc al navetei spațiale, Buran, nu avea motoarele principale în vehiculul propriu zis, propulsia pe orbită era efectuată de un rezervor care avea motoare proprii). Cum rezervorul extern este abandonat de navetă o dată ce aceasta a juns pe orbită, dacă motoarele principale erau situate pe acesta, ele nu mai putea fi recuperate. Practic singura parte nerecuperabilă din tot sistemul (pe lângă combustibil, evident) era doar rezervorul extern: vehiculul, motorul acestuia și cele două rachete laterale fiind recuperate după fiecare misiune, inspectate, reparate dacă era cazul și refolosite astfel de mai multe ori.

Motoarele navetei spațiale era considerate cele mai avansate subsisteme ale acesteia, iar dezvoltarea lor a început în avans cu un an față de dezvoltarea restului de componente, pentru a fi siguri că vor fi terminate la timp. Însă nu motoarele au cauzat cele mai mari bătăi de cap, așa cum se credea la începuturile proiectului, ci sistemul de plăcuțe ceramice folosite pentru izolarea termică a navetei la revenirea în atmosferă.

În 1971, Boeing a renunțat la proiectul său de a construi un avion supersonic pentru pasageri, lucru care a contribui pozitiv la dezvoltarea navetei spațiale, vidul creat de o astfel de decizie fiind repede acoperit, NASA și subcontractorii acesteia oferind locuri de muncă inginerilor care au rămas descoperiți de decizia Boeing.

Bugetul subțire al NASA a fost optimizat, pentru a nu avea fluctuații foarte mari de la un an la altul. Astfel, motoarele navetei aveau să fie finanțate în prima fază, urmând apoi un accent mai mare pe vehiculul propriu-zis, iar în final să fie dezvoltate rezervorul și rachetele cu combustibil solid, componente care nu ar fi pus probleme, reprezentând tehnologii deja cunoscute.

Va urma.

(Text adaptat după cursul MIT 16.885J / ESD.35J Aircraft Systems Engineering)