Naveta spaţială (II): Propulsia

Naveta spaţială este un vehicul reutilizabil care permite transportarea de echipaj uman şi echipamente ştiinţifice pe orbita Pământului la costuri reduse comparativ cu lansările de rachete clasice. Datorită acestui lucru, propulsia navetei spaţială este diferită de cea a unei rachete.

Pentru lansare, care este verticală, se folosesc două tipuri de rachete total diferite. Motorele principale ale navetei, în număr de trei, sunt alimentate cu combustibil lichid (hidrogen), dintr-un rezervor exterior (External Tank – ET, cel de culoare portocalie din imagine de mai jos. Deşi consumă aproape 4000 de litrii de hidrogen pe secundă, aceste moatoare nu sunt suficiente pentru a plasa pe orbită naveta spaţială, astfel că acestea sunt ajutate de două rachete ataşate rezervorului extern şi denumite SRB (solid rocket boosters, rachete cu combustibil solid). Acestea, spre deosebire de motoarele principale, nu au o putere reglabilă şi nici nu pot fi oprite, o dată pornite, dar ele asigură peste 80% din puterea necesară pentru lansare. După consumare întregii cantităţi de combustibil, cele două rachete se desprind de ansamblul navetă – rezervor extern şi cad în apele oceanului Atlantic, de unde sunt recuperate şi refolosite pentru alte lansări. Naveta, în ultima sa parte din drumul spre orbită este propulsată de motoarele sale principale. Când combustibil din rezervorul extern este şi el epuizat, acesta se desprinde şi el iar din acest moment naveta spaţială nu mai poate să îşi folosească motoarele principale.

Ajunsă pe orbită, naveta nu poate fi lăsată fără un mijloc de propulsie. Pentru manevre orbitale fine, apropiere de ISS sau alte obiective, se foloseşte sistemul de reacţie şi control, RCS – Reaction Control System. Prin nişte duze, plasate pe botul şi în spatele navetei (care fiind pe orbită se află în condiţii de microgravitaţie), este evacuat cu putere un gaz, care astfel poate deplasa sau roti naveta în direcţia dorită. Acest mijloc de propulsie nu este unul foarte puternic, dar extrem de eficient în vid şi în condiţii de gravitaţie scăzută, fiind folosit încă din primele misiuni spaţiale cu echipaj uman. Gurile acestor duze uneori apar ca nişte găuri în fuselaj, datorită faptului că unghiul lor este unul ascuţit, astfel evitându-se perforarea burţii navetei, care ar fi compromis eficacitatea scutului termic, vital pentru reintrarea în atmosferă.

RCS nu este însă suficient de puternic pentru alterarea orbitei şi nici pentru pregătirile pentru aterizare, când navetă spaţială trebuie şă îşi altereze drastic traiectoria, manevră pentru care este nevoie de un impuls substanţial. Dar cum motoarele principale nu pot fi folosite, din princina lipsei de combustibil, s-a găsit o altă variantă: OMS (Orbital Maneuvering System) care constă din două rachete plasate în spatele navetei, alimentate cu combustibil lichid aflat în compartimente speciale la bordul navetei, în spatele acestor motoare. Acestea au o putere mult mai mică decât motoarele principale, fiind mai aproapiate de RCS, dar sunt suficiente pentru unele corecţii ale orbitei sau pentru deceleraţia finală, care marcheză reintrarea navetei în atmosferă şi revenirea pe Pământ.

Folosind aceste trei mijloace de propulsie, naveta poate fi ridicată pe orbită, aici poate efectua manevre complexe de corecţie a orbiei, rendez-vous cu Hubble sau alte obiecte (sateliţi), andocări cu MIR sau ISS, iar la final ea va ateriza pe o pistă asemeni avioanelor, după un picaj controlat de pe orbită, prin atmosfera Pământului, ceea ce face din naveta spaţială unul din cele mai complexe, versate şi utile aparate de zbor create până în prezent.

Naveta spațială (I): Flota

Naveta spațială a fost concepută pentru a fi un vehicul reutilizabil care să permită Statelor Unite accesul la spațiul cosmic din vecinătatea Pământului. Nu a fost concepută și nu poate efectua călătorii până la Lună sau Marte, dar în acest moment este singura modalitate de a ridica pe orbită peste 24 de tone de materiale, motiv pentru care navetele au fost folosite intens pentru construcția Stației Spațiale Internaționale. În plus, exceptând rezervorul extern cu combustibil lichid, naveta spațială este un vehicul reutilizabil, spre deosebire de rachetele anterioare, lucru ce reduce enorm costurile de operare. Ea decolează într-un mod asemănător rachetelor, dar la reintrarea în atmosferă se comportă ca un avion și aterizează ca atare. Un echipaj de minim 2 astronauți este necesar pentru operarea navetei, echipajele uzuale variind de la 3 până la maximum 5 membrii ai echipajului.

Enterprise (OV-101) a fost prima navetă spațială construită, dar această nu a zburat niciodată în spațiu. A zburat doar în atmosfera terestră, în 1977, pentru teste și la final multe din componente au fost folosite pentru contrucția celorlalte navete. În prezent, Enterprise este expusă la muzeul Smithsonian. Numele i-a fost dat la presiunea fanilor Star Trek.

Columbia (OV-102) a avut prima lansare în data de 12 aprilie 1981 (misiunea STS-1), efectuând 28 de zboruri cosmice până la misiunea STS-107, când, la reintrarea în amtosferă s-a dezintegrat datorită unor probleme cu scutul termic. A efectuat zboruri spre ISS, Hubble, a plasat sateliți și telescoape diverse pe orbită. După tragicul eveniment, o navă din serialul Star Trek: Enterprise i-a purtat numele, NX-02 Columbia.

Challenger (OV-099) a fost a treia navetă construită și a doua care avea să ajungă pe orbită. După zece misiuni, Challenger avea să explodeze la 73 de secunde după o lansare, în data de 28 ianuarie 1986. În cadrul misiunii STS-41B a fost efectuat prima activitate extravehiculară (EVA) fără ca astronautul să fie legat fizic de navă, Bruce McCandless folosind o unitate MMU pentru deplasare.

Discovery (OV-103) a zburat pentru prima dată în cadrul misiunii STS-41D, 30 august 1984. În cadrul STS-31, Doscovery punea pe orbită telescopul spațial Hubble și în 1998 avea să îl aibă ca membru al echipajului pe John Glenn, care a devenit cel mai în vârstă astronaut din istorie (77 de ani). Discovery va fi reatrasă din uz în acest an. În prezent, a totalizat 37 de misiuni.

Atlantis (OV-104) are la activ 31 de misiuni, prima fiind în data de 3 octombrie 1985. Atlantis a fost prima naveta care a andocat cu fosta stație spațială MIR, în 1995 și a fost ultima navetă care a vizitat telescopul spațial Hubble, cu ocazia ultimului service al acestuia.

Endeavour (OV-105) a fost construită pentru a înlocui naveta Challenger, din piesele de de rezervă ale acesteia și ale restului flotei. După pierderea lui Challenger, s-a pus în discuție utilizare lui Enterprise, însă în locul pregătirii acesteia pentru zbor, s-a preferat un vehicul nou. Endeavour a zburat în spațiu prima dată în mai 1987, efectuând 24 de misiuni până în prezent. Endeavour este astfel cea mai nouă navetă, ea benefiind de unele upgrade-uri hardware față de restul flotei.

Deși la exterior navetele seamănă foarte mult între ele, componentele acestora sunt sensibil diferite. Spre exemplu, Endeavour se poate alimenta cu energie electrică de la ISS, ceea ce îi permite să rămână andocată cu aceasta o perioadă mai lungă. Dacă inițial navetele efectuau zboruri pentru plasare pe orbită a diverșilor sateliți de telecomunicații, după incidentul navetei Challenger, acest tip de misiuni au fost considerate prea riscante și s-a renunțat la ele. În schimb, întreaga flotă s-a concentrat pe construirea Stației Spațiale Internaționale, aducerea de provizii și rotiri ale echipajului.

În prezent, doar trei navete sunt în uz (Discovery, Atlantis și Endeavour) ele urmând să fie retrase din uz la finele acestui an. Însă deoarece acest lucru ar însemna ca astronauții americani să apeleze la Agenția Spațială Rusă pentru a ajunge pe orbită (și implicit ISS), se discută dacă misiunile navetei spațiale nu pot continua și în perioada următoare.

Foto: NASA Images.