Transbordador espacial americano

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Lanzamiento del transbordador Discovery para la misión STS-120 , el23 de octubre de 2007. Caracteristicas

Organización	NASA
Fecha de construcción	12 de abril de 1981
Masa	70 toneladas
Orbita	185 - 643 kilometros
Carga útil (órbita baja)	24.500 kilogramos
Carga útil (estación espacial)	16,400 kilogramos
Empuje de despegue	31 MN
Fecha de finalización del programa	21 de julio de 2011
Tripulación	2 a 8 personas

Actuación

Numero de vuelos	135

El transbordador espacial estadounidense (en inglés Space Shuttle o Space Transportation System STS) es un tipo de vehículo espacial diseñado y utilizado por la agencia espacial estadounidense ( NASA ), cuyo vuelo inaugural se remonta a12 de abril de 1981 y quién se retira del servicio en julio 2011, tras completar un total de 135 vuelos.

Se compone de tres subconjuntos: el orbitador - que es el único componente que se coloca en órbita y transporta carga y astronautas -, el tanque externo y dos propulsores impulsores . El término " transbordador espacial " se aplica solo al orbitador, que vuelve a aterrizar como un planeador en una pista de aterrizaje y se puede reutilizar para un nuevo vuelo. Los propulsores de refuerzo también están diseñados para ser reutilizables. El orbitador, que constituye el elemento más complejo, se construyó en cinco copias, de las cuales dos, Challenger y Columbia , fueron destruidas durante accidentes que resultaron en la pérdida de sus tripulaciones.

El conjunto formado por el transbordador espacial, el tanque y los propulsores, que pesa más de 2.000 toneladas en total, despega verticalmente como un cohete. Durante su ascenso, se separa sucesivamente de sus propulsores impulsores, luego de su tanque externo. Al final de la misión, el orbitador regresa solo a la Tierra. Realiza una reentrada atmosférica durante la cual desacelera bruscamente al disipar una gran cantidad de calor, luego comienza una fase de vuelo sin propulsión como un planeador , antes de aterrizar en una pista muy larga. El orbitador y los propulsores de refuerzo se reparan y reutilizan, mientras que el tanque se destruye después de separarse del orbitador. El transbordador espacial puede colocar 24,5 toneladas de carga útil y ocho astronautas en órbita baja (que es el récord actual, logrado dos veces) y puede soportar hasta once para una misión de emergencia. El orbitador es una nave espacial de versatilidad inigualable: tiene una gran bodega, un brazo que permite el manejo de cargas pesadas en el espacio y una esclusa de aire utilizada para caminatas espaciales o amarre en una estación espacial . Su autonomía en misión es de unas dos semanas.

Al diseñar una nave espacial reutilizable a principios de la década de 1970 , la NASA espera poder reducir significativamente los costos del lanzamiento espacial, que hasta entonces se ha basado en los cohetes perdidos después de su uso. Pero los compromisos técnicos asumidos en el diseño por motivos económicos y, sobre todo, la complejidad inherente al concepto, conllevan unos costes operativos y de desarrollo muy elevados (450 millones de dólares por lanzamiento). Cuando comenzó su carrera operativa en 1982, todos los lanzamientos de satélites estadounidenses fueron manejados por la flota de cuatro transbordadores espaciales. Gracias al importante dumping de precios, el transbordador incluso ocupa una posición dominante en el mercado de lanzamientos comerciales. Pero rápidamente parece que el transbordador nunca será un medio competitivo de lanzamiento en comparación con los cohetes, porque no se puede mantener la tasa de lanzamiento esperada. Después de la destrucción del transbordador espacial Challenger a principios de 1986, que resultó en la pérdida de su tripulación, el uso del transbordador se limitó al lanzamiento de satélites no comerciales y experimentos científicos en órbita. Desde finales de la década de 1990 , su principal misión era servir a la estación espacial Mir , luego a la Estación Espacial Internacional . Un segundo accidente en 2003 , acompañado una vez más por la pérdida de la tripulación, aceleró la decisión de retirar la flota de transbordadores, cuyo último vuelo tuvo lugar el21 de julio de 2011. Soyuz luego se convierte en el único buque capaz de hacerse cargo de la tripulación permanente de la Estación Espacial Internacional hasta el primer lanzamiento del Desarrollo de Tripulación Comercial en30 de mayo de 2020.

Histórico

Primeros estudios

De Silbervogel a X-15

La primera evocación de un cohete alado capaz de salir de la atmósfera inferior la realizó el ingeniero austriaco-alemán Eugen Sänger en 1933 . Éste desarrolla su concepto al final de la Segunda Guerra Mundial y describe un cohete alado, el Silbervogel ( el pájaro plateado , en alemán), capaz de ir a bombardear Estados Unidos al final de un vuelo suborbital después de haber rebotado repetidamente. las capas más densas de la atmósfera, gracias a una alta relación entre sustentación y arrastre . Después de la guerra, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos hizo que la aviación norteamericana trabajara en un proyecto de misiles alados, el Navaho . Este realizó algunos vuelos pero fue abandonado en 1957 a favor de los misiles balísticos (sin ala) Atlas , Titan y Thor , que se sometieron a una solución técnica mucho más eficiente.

En ese momento, el centro de investigación aeronáutica estadounidense, NACA , que más tarde se convertiría en la NASA , estaba muy involucrado en la investigación de aviones propulsados por cohetes. El Bell X-1 rompió la barrera del sonido en 1947. Al estudiar el diseño de aviones mucho más rápidos y de gran altitud, los ingenieros identificaron rápidamente las dos principales dificultades que enfrentaría un avión de este tipo: inestabilidad en vuelo, disipación atmosférica y de calor durante la reentrada atmosférica . Este último punto les lleva a imaginar diferentes tipos de escudos térmicos . La construcción del avión cohete X-15 se lanzó en 1954 para permitir que se probaran estas soluciones. La máquina experimental hizo posible durante la década de 1960 establecer un nuevo récord de velocidad ( Mach 6,8 ) y altitud (108 km ). El X-15 permite explorar los dominios físicos de gran parte de las fases de vuelo que realiza el transbordador espacial, en particular la reentrada atmosférica , con la transición entre el uso de motores de cohetes y el de superficies de control aerodinámico.

Los cuerpos de soporte (1957-1970)

Para reducir las tensiones térmicas y mecánicas que sufre un avión que vuela a altísima velocidad, una de las soluciones es retirar las alas y producir sustentación utilizando el cuerpo de la máquina, que se ensancha y perfila para ello. Los aviones de este tipo, designados con el término de cuerpos portadores (o “fuselajes portadores”, en inglés : lifting body ), son estudiados desde 1957 por la NASA. Varios demostradores (M1, M2) demostrarán su capacidad para reingresar a la atmósfera , para desviarse de su trayectoria gracias a su sustentación y para flotar; posteriormente otros vehículos ( M2-F1 , M2-F2 , M2-F3 , HL-10 , X-24 ), en ocasiones motorizados, se encargan de validar hasta 1970 su capacidad para aterrizar con piloto a bordo. Las formas muy pesadas del cuerpo de apoyo, que le valieron el calificativo de ladrillo o bañera voladora (en inglés : " Flying Bathtub " ), sin embargo, hacen que este ejercicio sea difícil y peligroso para los pilotos. Al mismo tiempo, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos encargó en 1957 un prototipo de avión espacial, el Dyna-Soar , un monoplaza que se asemeja a un cuerpo de carga con embriones de alas delta. Lanzado por un cohete, el Dyna-Soar tenía que poder aterrizar como un avión. El proyecto, muy avanzado, se detuvo por razones presupuestarias en 1963 porque la Fuerza Aérea no pudo justificarlo con una misión claramente identificada.

El proyecto del transbordador en fase exploratoria (1968-1979)

Mientras la NASA considera el seguimiento del programa Apollo , cuya fase de desarrollo se ha completado, la agencia espacial está lanzando el30 de octubre de 1968una consulta exploratoria (fase A) para el desarrollo de un sistema de lanzamiento capaz de regresar a la Tierra ( Vehículo de lanzamiento y reentrada integral , ILRV): este debe ser capaz de colocar una carga útil entre 2.3 y 23 toneladas en órbita baja, traer de regreso a la Tierra al menos una tonelada de carga, tener una capacidad de desplazamiento lateral de 833 km y la bodega de carga debe tener un volumen de 85 m 3 . EnFebrero de 1969Según su trabajo inicial, se seleccionan cuatro empresas (North American Rockwell, Lockheed, General Dynamics y McDonnell Douglas) para responder a este estudio previo. Dos fabricantes de motores, Rocketdyne y Pratt & Whitney , son por su parte seleccionados para diseñar los motores de 270 toneladas de empuje (en vacío), que deben ser comunes a las dos etapas del transbordador. Estos motores tienen un empuje modulador entre el 73 y el 100% y utilizan una tobera desplegable con una relación de expansión de 58 a baja altura y de 120 en vacío.

Los diferentes centros de investigación de la NASA tienen opiniones diferentes sobre cómo diseñar el transbordador. Maxime Faget , representante del Marshall Space Flight Center, está a favor de un pequeño transbordador con alas rectas, con poca capacidad de compensación pero teóricamente más ligero y mejor parapente a velocidades subsónicas : se trata del Shuttle DC -3, incluido un modelo 1/10 e . ser arrojado en vueloMayo de 1970para validar la aerodinámica a baja velocidad. Los Centros Langley y Dryden apoyan la solución Carrying Body Solution , y específicamente HL-10, que ayudaron a desarrollar. Un transbordador de este tipo tiene una capacidad de desplazamiento intermedia entre el ala derecha y el ala delta , aunque teóricamente es menos pesado que este último. La Fuerza Aérea y los Laboratorios Draper están a favor de un ala delta, que proporciona la máxima capacidad de compensación. El trabajo resultante de la fase A, finalizado enJunio de 1970, permiten a la NASA eliminar el concepto de cuerpo de soporte, cuya forma no es compatible con el transporte de tanques y equipos, y el uso de un ala de geometría variable también estudiada, lo que da como resultado un transbordador demasiado pesado. En los bocetos producidos por las cuatro empresas, la lanzadera tiene dos componentes separados, los cuales pueden reutilizarse. La primera etapa pilotada regresa a tierra con turborreactores convencionales. La segunda etapa continúa propulsándose para ponerse en órbita, luego realiza una reentrada atmosférica una vez cumplida la misión, con un ángulo de morro hacia arriba muy alto antes de aterrizar como un avión.

El lanzamiento del proyecto (1969-1972)

Poco antes de la década de 1970 , el programa Apollo estaba al borde del éxito, con el primer aterrizaje en la luna. Los ingenieros y muchos tomadores de decisiones de la NASA están convencidos de que el éxito de su proyecto insignia convencerá a los políticos de perpetuar la parte del presupuesto dedicada al espacio, y más particularmente a los vuelos tripulados. Tras realizar en unos años avances que habrían parecido inesperados en 1960, consideran que el vuelo humano a Marte y la instalación de colonias en la Luna están ahora al alcance de la agencia espacial. Pero los responsables políticos ya no tienen los medios ni la voluntad para financiar un programa ambicioso. El transbordador espacial, tal como será diseñado y construido, será el resultado de un compromiso, entre el deseo de la NASA de un dispositivo innovador y los recursos limitados que los líderes políticos del país aceptarán otorgarle.

¿Qué seguimiento del programa Apollo? (1969)

A principios de 1969, la NASA estudió el seguimiento que se le dará al programa Apollo . Varias propuestas se desarrollan internamente, en la euforia del éxito del programa lunar: estación espacial , base lunar, expedición a Marte , transbordador espacial. El comité " Space Task Group " se creó enFebrero de 1969, a petición del presidente estadounidense Richard Nixon , para desarrollar futuros programas espaciales tripulados de la NASA. Al final de sus reflexiones, el grupo de trabajo, presidido por el vicepresidente Spiro Agnew , propone tres escenarios con un presupuesto anual que oscila entre los 5 y los 10 mil millones de dólares, es decir, un monto igual o superior al presupuesto anual del programa Apollo en su más alto. La propuesta menos ambiciosa prevé el desarrollo simultáneo de un transbordador espacial y una estación espacial. El presidente Nixon no elige ninguno de los escenarios propuestos, que considera demasiado costosos.

Luego, la NASA decide concentrar sus solicitudes presupuestarias en el proyecto del transbordador espacial, porque la disponibilidad de este último es un requisito previo para el funcionamiento de una estación espacial. Los ejecutivos de la NASA también creen que el transbordador puede reemplazar los diez tipos de lanzadores estadounidenses que existían entonces, incluidos los implementados por el Ejército, para colocar sus satélites en órbita .

Pero el fin de la Guerra Fría y el colapso del programa espacial soviético privaron al programa espacial tripulado estadounidense, a los ojos de los líderes políticos estadounidenses, de gran parte de su justificación. El presidente Nixon, que se enfrenta a una situación presupuestaria muy ajustada, no desea lanzar un proyecto prestigioso de la escala del programa Apolo porque esta vez no se esperan consecuencias políticas. Por lo tanto, el presidente coloca el proyecto de la NASA bajo el control del Presupuesto Federal (BoB, que se convertirá en la OMB, Oficina de Administración y Presupuesto a partir de 1970), que requerirá que la agencia espacial proporcione justificaciones precisas. Una vez congelada la configuración del transbordador espacial, la OMB impone sus condiciones a la NASA hasta la luz verde presupuestaria de 1972, requiriendo elementos económicos, justificaciones y comparaciones con soluciones técnicas alternativas. James C. Fletcher , director de la NASA, dirá "que no culpó al jefe de la OMB por mantener el presupuesto al mínimo, que era parte de su trabajo, sino que lo culpó por intentar diseñar el transbordador en su lugar ". Para combatir el escepticismo de OMB frente a los elementos proporcionados por la NASA, esta última ordenó enJunio de 1970un informe para una empresa independiente, Mathematica. Las conclusiones de esto son muy favorables para el proyecto porque asumen altas tasas de lanzamiento del transbordador: el costo del kilogramo puesto en órbita se rebaja así a un precio competitivo en comparación con el de un disparo por un lanzador convencional. El informe será utilizado por la NASA, particularmente con el Senado de Estados Unidos , para defender la rentabilidad de su proyecto.

Fase B del diseño (1970-1971)

Al final de la fase A, la NASA redacta Junio de 1970nuevas especificaciones para una fase de diseño más profunda, conocida como “fase B”. Esto especifica que el transbordador debe tener dos pisos, que despegan verticalmente y aterrizan horizontalmente. La máquina debe poder colocar en una órbita de 500 km una carga útil de 6,8 toneladas desde la base de lanzamiento de Cabo Cañaveral para una inclinación de 55 ° . La carga útil se incrementa a 11,5 toneladas unos meses después para acercarse a las demandas del ejército, que quiere poder colocar 30 toneladas en órbita baja. On demande aux compétiteurs de concevoir deux engins différents : l'un avec une capacité de déport de 370 km , correspondant aux besoins de la NASA, l'autre avec une capacité de déport de 2 784 km , plus proche des attentes de l'Armée del aire. La segunda versión está calculada para disipar de cinco a siete veces más energía térmica que la otra versión. Los transbordadores deben poder realizar un segundo intento de aterrizaje en caso de una aproximación fallida, lo que requiere la presencia de turborreactores. Deben poder repararse en dos semanas entre dos vuelos y permitir una frecuencia de entre 25 y 70 vuelos por año. Cada transbordador lleva una tripulación de dos astronautas. Se seleccionan dos equipos para la fase B, que se lanza enJulio 1970 : McDonnell Douglas, socio de Martin Marietta, y North American Rockwell, socio de General Dynamics. Los competidores proporcionan una versión preliminar del estudio al principio.Diciembre de 1970a la NASA, que hace sus primeras declaraciones; el archivo final es devuelto por los fabricantes enMarzo de 1971. Los orbitadores de las dos propuestas tienen características muy similares porque la NASA ha proporcionado especificaciones muy restrictivas. Por otro lado, existen grandes diferencias en el diseño del primer piso. Uno de los puntos en común es el uso de aluminio para la construcción de la estructura, pues la Fuerza Aérea ha descartado el uso de titanio , que es más eficiente pero cuyo suministro se considera demasiado incierto.

El abandono del proyecto lanzadera completamente reutilizable (1971)

James C. Fletcher asumió la dirección de la NASA en abril de 1971 y decidió promover el archivo del transbordador espacial, que estaba bloqueado, al Senado. Señaló que la única forma de lograr un acuerdo sobre el tema era integrar las necesidades muy específicas de los militares en las especificaciones del transbordador, a fin de obtener su apoyo. También se lanzan intentos de cooperación internacional con modesto éxito: Europa (especialmente Alemania ) se compromete a construir el laboratorio espacial Spacelab , que se embarcará en la bahía de carga del orbitador, y Canadá a construir el brazo Canadarm utilizado para manipular cargas en órbita. EnMayo de 1971, la Oficina de Presupuesto (OMB) anuncia que la NASA tendrá que estar satisfecha durante los próximos años con un presupuesto anual total de 3.200 millones de dólares, que, teniendo en cuenta otros proyectos espaciales en curso, se reduce a mil millones de dólares anuales. sobre que se puede gastar en la lanzadera. Con esta restricción financiera, la NASA se ve obligada a abandonar su proyecto de transbordador totalmente reutilizable, cuyo costo de desarrollo anual alcanzaría un máximo de dos mil millones de dólares. En el otoño, se elige una configuración con un ala delta para tener en cuenta los requisitos de los militares.

La NASA había ordenado Diciembre de 1970a las empresas Boeing y Grumman un estudio para comparar lanzaderas que utilizan un tanque de hidrógeno externo e interno: las conclusiones son muy favorables para el tanque externo, menos costoso y más seguro. Para tener en cuenta las nuevas limitaciones financieras, la NASA decide enDe junio de 1971optar por un tanque externo no reutilizable. Ella pregunta enseptiembre 1971 a las empresas que originaron el informe, así como a las que habían participado en la fase B, para estudiar un transbordador que incluyera esta especificación.

Para reducir aún más los costos, la NASA está lanzando temprano Noviembre de 1971un estudio final, esta vez en el primer piso, en el que participaron Grumman / Boeing, Lockheed, McDonnell-Douglas / Martin Marrietta y North American Rockwell. Los fabricantes deben considerar tres posibilidades: el uso de un piso de Saturn IC , usar un piso propulsado por un nuevo líquido propulsor de motor cohete o el uso de propulsores con propulsor sólido . Como resultado de este estudio, la NASA opta por utilizar propulsores reforzadores de propulsante sólido, que ahorran $ 500 millones en costos de desarrollo en comparación con los propulsores propulsores líquidos, pero que aumentan el costo operativo, que es casi el doble de la solución alternativa: $ 500 por kilogramo de carga útil. versus $ 275 por kilogramo. A finales de 1971, la NASA impone un último cambio: los motores de la primera y segunda etapas (los motores del orbitador) deberán encenderse en tierra.

La decisión de lanzar (1972)

El presidente Richard Nixon no quiere ser quien detuvo las misiones tripuladas estadounidenses, a las que a pesar de todo todavía se les atribuye una parte de prestigio. Además, si la opinión pública y la comunidad científica están de acuerdo en la necesidad de reducir el presupuesto espacial dedicado a los vuelos espaciales tripulados, el presidente no es insensible al cabildeo de la industria y las consideraciones electorales. La retirada de Estados Unidos de Vietnam que conduce al colapso de las órdenes militares, la baja situación cíclica de la industria de la aviación civil y el declive del programa Apolo se combinan para provocar una recesión como nunca ha experimentado el sector aeroespacial estadounidense.: La mitad de los ingenieros y empleados que trabajan en el campo son despedidos. Sin embargo, California , que concentra una gran parte de los trabajos de la astronáutica con 370.000 personas en 1970, es una apuesta importante para las próximas elecciones.

Estimación de la NASA del costo del transbordador en función de su capacidad (diciembre de 1971)

Guión	1	2	2A	3	4
Diámetro y longitud de la bodega de carga.	3,1 × 9,1 m	3,7 × 12,2 m	4,3 × 13,7 m	4,3 × 15,2 m	4,6 × 18,3 m
Masa máxima de carga útil	13,6 toneladas	13,6 toneladas	20,4 toneladas	29,5 toneladas	29,5 toneladas
Costo de desarrollo (miles de millones de $)	4,7	4.9	5	5.2	5.5
Costo de una misión (millones de $)	6.6	7	7.5	7,6	7.7
Costo de lanzamiento de 1 kg ($)	485	492	368	254	260

La NASA defiende su proyecto de transbordador espacial destacando la reducción del precio del kilogramo de carga útil colocado en órbita, en comparación con los lanzadores no reutilizables. A fines de 1971, la agencia espacial transmitió a la presidencia la evaluación de los costos de desarrollo y operación del transbordador para capacidades que van desde 14 a 30 toneladas; La agencia prefiere la versión más pesada que, según ella, es la única que satisface las necesidades de la Fuerza Aérea y permite el montaje de una estación espacial. Finalmente, el presidente Nixon da luz verde a la versión más ambiciosa del transbordador:5 de enero de 1972. Pero su desarrollo tendrá que ser parte de un marco presupuestario espacial civil en constante disminución: las sumas asignadas a la NASA caen gradualmente del 1,7% del presupuesto estatal federal total en 1970 al 0,7% en 1986, su punto más bajo. Para financiar el desarrollo del transbordador, la NASA debe renunciar al lanzamiento de una segunda estación Skylab que se había planeado. Las misiones tripuladas estadounidenses se interrumpieron hasta el primer vuelo del transbordador, que no tuvo lugar hasta 1981.

La selección de fabricantes

Se lanza un llamado a licitación en Marzo 1972por la NASA para el diseño y construcción del orbitador. Las dos propuestas punteras son, por un lado, la de North American Rockwell , fabricante del módulo de comando y servicio Apollo ubicado en California , por otro lado, la de Grumman, fabricante del módulo lunar Apollo ubicado en el estado de Nueva York. . Para el comité de selección de la NASA, la propuesta del primero destaca por su menor costo, el reducido peso del orbitador y un buen sistema de gestión de proyectos, mientras que la de Grumman es la más relevante y detallada del plan técnico. North American Rockwell - renombrado Rockwell en 1973 - finalmente fue seleccionado en26 de julio de 1972, por un monto de 2.600 millones de dólares: por este precio, la empresa debe construir dos orbitadores operativos y un modelo de prueba, además de desempeñar el papel de integrador de todo el transbordador. Posteriormente se ordenan dos orbitadores adicionales. El orbitador elegido puede colocar 29,5 toneladas en órbita baja, tiene una bahía de carga de 18,3 × 4,57 metros y puede aterrizar 2350 km a ambos lados de su trayectoria orbital. Se construirá en Palmdale , California . En 1973, la empresa Thiokol fue seleccionada para la construcción de los propulsores de refuerzo y Martin Marietta para la del tanque externo, que se iba a construir en la planta de Michoud propiedad de la NASA. Rocketdyne es recogido tardeMarzo 1972para la construcción de los motores principales ( SSME ) del orbitador.

Desarrollo (1972-1981)

Durante los dos primeros años posteriores a la firma del contrato, se realizan muchos cambios en las características del transbordador, principalmente para reducir los costos de desarrollo. El ala delta doble se introduce en esta etapa ya que mejora las capacidades de vuelo a baja velocidad; además, permite, mediante intervenciones limitadas en el diseño de su parte delantera, compensar problemas de posición del centro de gravedad que pudieran aparecer en un estado avanzado de desarrollo. Uno de los cambios más importantes es el abandono de los turborreactores que propulsarían el orbitador antes de aterrizar. Para poder mover el transbordador, ahora no motorizado, entre dos sitios, en 1974 la NASA adquirió un Boeing 747 de segunda mano , que fue equipado para poder transportar el vehículo espacial en su espalda. La primera prueba del motor orbitador, el SSME , se lleva a cabo en17 de octubre de 1975. El tanque externo se aligera progresivamente a medida que se desarrolla, lo que permite un ahorro de peso de 4.5 toneladas. La construcción del primer transbordador, Enterprise , se completa enMarzo de 1976, pero no se utilizará en la fase de funcionamiento porque es demasiado pesado. El primer vuelo cautivo en la parte trasera de un Boeing 747 convertido tuvo lugar en18 de febrero de 1977. Otros vuelos cautivos, sin tripulación, luego con tripulación, tuvieron lugar en 1977. El primer vuelo sin motor del transbordador tuvo lugar en12 de agosto de 1977 : el transbordador se suelta desde la parte trasera del 747 y realiza un planeo de cinco minutos antes de aterrizar en una pista de aterrizaje en la base de Edwards . Gradualmente, la duración de los vuelos se alarga para permitir que la fase de aproximación y aterrizaje sea probada por completo. La entrega de SSMEs operativos se pospuso dos años (1981 en lugar de 1979) a raíz de varios incidentes que requirieron la modificación del diseño del motor. EnFebrero de 1980, se lleva a cabo la séptima y última prueba de calificación de los propulsores.

El primer vuelo del transbordador espacial tiene lugar en 12 de abril de 1981 : el transbordador Columbia , asignado a la misión STS-1 , está pilotado por John W. Young , que actúa como capitán, y Robert L. Crippen , que actúa como piloto. El transbordador completó 37 órbitas en poco más de dos días antes de aterrizar de manera segura. El vuelo avanza nominal, a pesar de perder 16 placas de protección térmica. Otros tres vuelos, destinados a probar todos los componentes del transbordador y su comportamiento en vuelo, tuvieron lugar en 1981 y 1982 antes del primer vuelo operativo. El costo de desarrollo del transbordador, estimado inicialmente en 1971 en 5.150 millones de dólares, es finalmente 6.744 millones de dólares (en 1971), es decir, un sobrecosto relativamente pequeño para este tipo de proyecto. Esta cantidad representa una cuarta parte del costo del programa Apollo .

El transbordador en fase operativa

El transbordador conquista el mercado de lanzamiento comercial (1982-1985)

La 11 de noviembre de 1982, el transbordador Columbia comienza la fase operativa del programa con la misión STS-5 . Esto coloca dos satélites de telecomunicaciones privados en órbita . En ese momento, el transbordador tenía por decreto un monopolio en el mercado estadounidense de lanzamientos de satélites públicos, civiles y militares, así como satélites privados. La NASA espera poder lograr una tasa de un lanzamiento por semana. Para atraer clientes internacionales, los precios de los lanzamientos se subestiman en gran medida con la esperanza de crear una base de clientes cautivos. La NASA también ofrece descuentos para el lanzamiento de satélites militares estadounidenses. Nueve operadores de telecomunicaciones internacionales aceptaron de inmediato la oferta de la NASA. Durante los primeros tres años de funcionamiento, se lanzan 24 satélites comerciales. El número máximo de satélites de telecomunicaciones puestos en órbita durante una sola misión está limitado a tres, aunque el orbitador teóricamente puede transportar cinco; pero la NASA, que no domina completamente las consecuencias de tal carga en caso de un aterrizaje de emergencia, prefiere limitar el número de satélites a bordo. El transbordador también coloca en órbita el primer satélite de telecomunicaciones de la serie TDRS , que reemplazará a las estaciones terrestres de la NASA. También se lanzaron dos sondas espaciales durante estos primeros años de funcionamiento, el laboratorio espacial Spacelab se puso en órbita cuatro veces y dos satélites militares se colocaron en órbita.

El público sigue con interés los primeros vuelos de esta nave espacial con nuevas características. A nivel comercial, el transbordador también es un gran éxito aparente, ya que durante este período la mitad de los satélites se lanzan en nombre de otros países. Pero los descuentos concedidos enmascaran una realidad financiera particularmente oscura. A partir de 1985, quedó claro que la NASA tendría dificultades para realizar más de un lanzamiento al mes: es cinco veces menor que la tasa esperada que condicionó el precio de cada lanzamiento. Además, el costo operativo está aumentando, porque las operaciones de mantenimiento resultan ser mucho más pesadas de lo esperado (en particular la inspección y reparación del escudo térmico en cada regreso a Tierra). La NASA no tiene la posibilidad de repercutir estos costes adicionales sobre los precios cobrados, ya que se fijan contractualmente hasta 1988.

El accidente del transbordador Challenger y sus consecuencias (1986)

La 28 de enero de 1986, el transbordador Challenger fue destruido al matar a su tripulación 73 segundos después del despegue, luego de la ruptura de la junta tórica entre dos segmentos de uno de los dos propulsores de pólvora . Esta es la vigésimo quinta misión del programa y la décima del Challenger Orbiter . La investigación de la Comisión Rogers cuestiona la mala gestión del programa por parte de la NASA : el problema en el origen del accidente era recurrente e identificado pero había sido subestimado, por falta de diálogo y gestión ciega. El informe también revela que el riesgo que corren las tripulaciones es mucho mayor de lo esperado en el despegue y en la fase de regreso a Tierra. Se está realizando un trabajo importante, en particular en los propulsores , pero también en los motores del orbitador para reducirlo.

El programa de lanzamiento muy optimista también es criticado por la Comisión Rogers como un factor que puede haber contribuido al accidente. Posteriormente, la NASA intentó adoptar un ritmo más realista para la frecuencia de sus vuelos. Se ordena un nuevo transbordador, Endeavour , para reemplazar al Challenger . La ley que exigía el lanzamiento por el transbordador de todos los satélites estadounidenses se modifica radicalmente: a partir de ahora, solo los vehículos serán confiados a las máquinas que requieran la presencia de una tripulación o que utilicen las capacidades específicas del transbordador. La comisión recomienda que Estados Unidos tenga una alternativa al transbordador, pero los clásicos lanzadores estadounidenses, cuya producción se ha detenido debido al monopolio del transbordador, no están preparados para soportar satélites comerciales y esta situación contribuirá al éxito de el lanzador europeo Ariane . El accidente del transbordador puso fin a la carrera del transbordador espacial como lanzador comercial.

La carrera del transbordador después del Challenger (1988-2003)

Después de treinta y dos meses de interrupción, la primera misión desde el accidente, la misión STS-26 se lanzó el29 de septiembre de 1988. Tras el accidente del Challenger , el Departamento de Defensa abandonó el uso del transbordador espacial, pero éste lanzará seis satélites cuyo lanzamiento ya estaba programado. Una base de lanzamiento para el transbordador dedicada a las necesidades militares construida con un gran gasto ($ 2 mil millones) en Vandenberg estaba a punto de ser inaugurada en el momento del accidente del Challenger : nunca se utilizará. A pesar de la nueva doctrina de uso del transbordador, varios satélites (TDRS, satélite de telecomunicaciones) y sondas ( Galileo y Ulysses ) son lanzados por este, porque su diseño no permite que sean puestos en órbita por lanzadores convencionales. En el caso de las sondas espaciales, el lanzamiento es particularmente complejo: de hecho, después de ser liberados por el transbordador, tuvieron que ser propulsados por una etapa criogénica Centaur modificada para ser transportados por el transbordador. Pero en el nuevo contexto que siguió al accidente del Challenger , ya no se trata de transportar una etapa de cohete que contenga propulsores criogénicos en la bodega del transbordador. Se deben encontrar expedientes complejos que permitan de todos modos lanzar las sondas.

El accidente del transbordador Columbia y la decisión de retirar los transbordadores espaciales (2003-2010)

La 1 st de febrero de de 2003, el orbitador Columbia , cuyo escudo térmico fue dañado por el impacto a alta velocidad durante el despegue de una pieza de espuma de protección térmica del tanque exterior, fue destruido durante la reentrada atmosférica, lo que resultó en la pérdida de su tripulación. Una investigación la lleva a cabo un comité de expertos creado para descubrir las causas del accidente, la Junta de Investigación de Accidentes de Columbia (CAIB). Una vez más, se cuestiona la gestión de las misiones por parte de la NASA: se conoce la anomalía que provocó el desastre y nunca se ha abordado en el fondo. Además, el apretado calendario para el montaje de la Estación Espacial Internacional, que resulta del recorte presupuestario impuesto a la NASA desde 2001, ha generado una presión muy fuerte sobre todo el personal de la NASA, presionando para subestimar los riesgos involucrados. Cuando los vuelos se reanudanJulio de 2005Después de dieciocho meses de interrupción, se decidieron varias medidas para limitar el riesgo. En cada misión, el orbitador y la tripulación de la estación espacial realizan una inspección detallada del escudo térmico mientras se encuentran en órbita. Para cada misión, un segundo transbordador está listo para ser lanzado, para llevar a cabo una misión de rescate que consiste en devolver a la tripulación a la órbita en caso de que se descubra una brecha en el escudo térmico.

La 15 de enero de 2004, el presidente de los Estados Unidos, George W. Bush, hace públicos los objetivos a largo plazo asignados al programa espacial estadounidense en el campo de la exploración del sistema solar y las misiones tripuladas: estos se formalizan en el programa Visión para la Exploración Espacial . La definición de esta estrategia viene dictada por dos motivaciones:

La NASA debe reemplazar la flota de transbordadores espaciales, de casi tres décadas de antigüedad, que explotaron dos veces en vuelo matando a su tripulación y cuyo costo operativo está agotando el presupuesto de la agencia. Pero la estación espacial internacional debe recibir mantenimiento en términos de hombres y equipo durante la fase de construcción actual y cuando esté en pleno funcionamiento;
el presidente quiere volver al éxito del programa Apollo, estableciendo ambiciosos objetivos a largo plazo y comprometiendo inmediatamente los medios para alcanzarlos. Quiere que la exploración espacial humana vuelva a un primer plano.

Las ultimas misiones

Tomando el enfoque del presidente Kennedy , el presidente Bush le pide a la NASA que desarrolle un programa que permitirá largas estancias en la Luna para 2020. Este será el programa Constellation . Además, los vuelos de los transbordadores espaciales se detendrán en 2011, cuando se completará el montaje de la estación espacial internacional. El presupuesto ahorrado al detener el transbordador debería permitir financiar el nuevo proyecto. El transporte de carga y astronautas se confía a lanzadores convencionales. A pesar del retraso en el desarrollo de los medios de reemplazo y la cancelación del programa Constellation, esta decisión fue confirmada en 2010 por el recién electo presidente Barack Obama . El transbordador Atlantis completó el último vuelo de la flota enjulio 2011para repostar la estación espacial internacional (misión STS-135 ).

Los tres transbordadores espaciales aún en funcionamiento, ahora desempleados, fueron donados gratuitamente por la NASA a varios museos ubicados en Estados Unidos. Discovery , que está llevando a cabo su última misión STS-133 al aterrizar en el Centro Espacial Kennedy el9 de marzo de 2011, luego debe exhibirse en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington . Enabril 2011El funcionario de la NASA Charles Bolden anuncia que el transbordador Atlantis estará en exhibición en el Complejo de Visitantes del Centro Espacial Kennedy , que colinda con el centro espacial del que han despegado todos los transbordadores y donde ya se presentan los principales lanzadores estadounidenses. Shuttle Endeavour (último vuelo de la misión STS-134 , enMayo de 2011) se vende al California Science Center en Los Ángeles . El prototipo Enterprise se exhibe en el Intrepid Sea-Air-Space Museum de Nueva York .

Principales características

El transbordador espacial tiene tres componentes distintos:

el orbitador , equipado con alas y una unidad de cola que le permite regresar al suelo como un planeador y está cubierto con un escudo térmico que le permite soportar las temperaturas encontradas durante la reentrada atmosférica . Su función es transportar a la tripulación y la carga útil a la órbita, luego regresar a tierra con su tripulación y posiblemente con la carga al regreso. Es el elemento central del transbordador espacial y allí se encuentran los tres motores SSME que permiten colocar el transbordador en órbita;
el depósito externo contiene oxígeno e hidrógeno , almacenados en forma líquida, consumidos por los motores SSME del orbitador. No es recuperable y se pierde después de cada misión;
los dos propulsores propulsores de propulsor sólido proporcionan la mayor parte del empuje durante los primeros dos minutos de vuelo antes de ser liberados. Son recuperables y reutilizables.

El orbitador

Especificaciones del orbitador (para Endeavour , OV-105) :

eslora: 37,24 m
envergadura: 23,79 m
altura: 17.25 m
peso vacío: 68.586,6 kg
peso total al despegue: 109.000 kg
peso máximo de aterrizaje: 104.000 kg
motores principales del cohete : tres Rocketdyne Block 2 A SSME, cada uno ejerciendo un empuje al nivel del mar de 1,75 MN
Motores cohete del Sistema de maniobra orbital (OMS): dos Aerojets AJ10-190 , cada uno de los cuales genera un empuje de 26,7 kN al nivel del mar.
carga útil máxima: 25.000 kg (~ 30 t para otras lanzaderas)
habitáculo presurizado de pasajeros: 71 m 3
dimensiones de la bodega: 4,6 m por 18,3 m , para un volumen de 300 m 3
escudo térmico: unas 24.000 baldosas aislantes de carbono compuesto o sílice
altitud operativa: 185 a 1000 km
velocidad típica: 7.800 m / s , 28.000 km / h (velocidad en órbita )
Alcance transversal (desplazamiento lateral posible a ambos lados de su camino de reentrada a tierra): 2000 km
tripulación: ocho (comandante, piloto, tres especialistas en misión y tres especialistas en carga útil), dos mínimo. Posibilidad de aumentar a once personas para una misión de emergencia.

Superestructura

El orbitador está construido de acuerdo con los mismos principios que un avión , desde láminas de aleación de aluminio remachadas hasta una superestructura formada por largueros . La estructura de empuje de los motores está hecha de aleación de titanio principalmente para resistir las altas tensiones y el calor producido en el lanzamiento. En orbitadores más recientes ( Discovery , Atlantis y Endeavour ), para ciertos elementos, el grafito-epoxi reemplaza al aluminio para aligerar la masa. El acristalamiento estaba hecho de vidrio de aluminosilicato y sílice fundida e incluía tres capas diferentes:

un obturador de presión interna, que permitía que las ventanas resistieran la presión interna de la lanzadera, mucho más alta que la del vacío del espacio (que es cero por definición);
un espesor óptico de 33 mm de espesor;
una capa de protección térmica externa, para resistir el sobrecalentamiento durante las fases de despegue y reentrada .

El fuselaje tiene cuatro subconjuntos: el fuselaje delantero, el compartimento de carga, las alas y el fuselaje trasero. La parte delantera del fuselaje toma la forma de un avión . La punta contiene el tren de aterrizaje de morro , algunos de los motores de giro utilizados en órbita y los instrumentos utilizados como guía cuando el transbordador está en el espacio. La cabina en la que se alojan los astronautas es una estructura presurizada independiente, que está unida a la superestructura del orbitador en solo cuatro puntos, para limitar el intercambio de calor. El fuselaje intermedio contiene el compartimento de carga y conecta la parte delantera del orbitador, la parte trasera y las alas. Es una estructura en forma de U, abierta en cada extremo, de 18 metros de largo, 5,2 metros de ancho y 4 metros de alto con un peso de 13,5 toneladas. En sus laterales se alojan los dos trenes de aterrizaje centrales. Dos puertas, hechas de grafito -epoxi más ligero que el aluminio, cierran el compartimento de carga y sirven de soporte al sistema de radiadores que evacua el exceso de calor del transbordador cuando está en órbita. Las puertas son de construcción tan ligera que en el suelo no soportan su propio peso. Su cierre es fundamental antes de la reentrada atmosférica , porque en esta posición contribuyen a la rigidez del transbordador.

Paquetes de propulsión

El Orbiter consta de tres conjuntos de propulsión separados. La propulsión principal consta de tres motores de cohete SSME ( motor principal del transbordador espacial ) criogénicos , que se utilizan solo para colocar el transbordador en órbita y extraer su combustible del tanque externo, a diferencia de otros paquetes de propulsión. Los dos motores del sistema de maniobra orbital (OMS) completan la acción de los SSMEs después de que se han extinguido, luego se utilizan para cambios de órbita durante la misión y luego para desencadenar la reentrada atmosférica. Los motores de control de orientación pequeños (RCS) se utilizan para orientar la lanzadera en el espacio y realizar correcciones orbitales de baja amplitud.

Propulsión principal: SSMEs

Los tres motores de cohete llamados SSME ( Space Shuttle Main Engines ), ubicados en la parte trasera del orbitador, se cargan con los propulsores de propulsión de polvo para producir el empuje que permite colocar el transbordador en órbita. Estos motores cohete con propulsores líquidos y combustión por etapas no solo son reutilizables sino que tienen rendimientos que superan todas las producciones equivalentes pasadas y actuales: para obtener un impulso específico muy alto, los propulsores se introducen en la cámara de combustión con una presión de 423 bares . Cada motor produce 179 toneladas de empuje al nivel del mar y 221 toneladas en vacío cuando el motor está al 104% de su potencia nominal. El empuje es ajustable entre el 67 y el 104% del empuje nominal. El motor está montado en un cardán y el eje de empuje se puede orientar ± 10,5 ° en cabeceo y ± 8,5 ° en guiñada . Cada motor quema aproximadamente 423 kg de oxígeno líquido (LOX) y 70 kg de hidrógeno líquido (LH2) por segundo cuando el motor está a plena potencia. El impulso específico de 453 segundos en el vacío y 363 segundos en el nivel del mar ( velocidad de eyección de 4440 m / s y 3.560 m / s respectivamente). La boquilla , que tiene una relación de expansión fija de 69, se enfría con gas hidrógeno que circula por 1.080 conductos de refrigeración. Cada motor tiene 4,24 metros de largo, tiene un diámetro máximo de 2,38 m ; el motor pesa 3,4 toneladas en vacío y poco menos de 5 toneladas, incluidos los sistemas auxiliares y las tuberías. Para responder a una situación excepcional, el motor se puede empujar al 109% de su potencia nominal.

Las SSMEs están diseñadas para poder acumular un tiempo de operación de 27.000 segundos, equivalente a 55 lanzamientos con cada tiempo de ocho minutos de operación continua, pero se estima que su vida operativa es más bien de 15.000 segundos de operación y 30 lanzamientos. Estos motores extraen su combustible del tanque externo y ya no juegan ningún papel en el resto de la misión, una vez que el tanque externo se ha liberado al final de la fase de ascenso. Si el empuje acumulativo ha sido insuficiente para poner el orbitador en órbita, los dos motores del sistema de maniobras orbitales pueden eventualmente tomar el control.

Particularmente confiables, las SSMEs experimentaron solo una falla durante la carrera del transbordador espacial, durante la misión STS-51-F .

El sistema de maniobras orbitales (OMS)

Los dos motores Aerojet AJ10-190 del Sistema de Maniobra Orbital (OMS) se utilizan, por un lado, para colocar el transbordador en la órbita apuntada al final de la fase de ascenso y por otro lado, al final de la misión, para iniciar reentrada atmosférica al reducir la velocidad del orbitador. Mientras están en el espacio, también permiten que se realicen pequeñas correcciones en la órbita. Derivados del motor SPS del módulo de servicio Apollo , cada uno ofrece un empuje de 26,7 kN al nivel del mar, que se puede orientar ± 8 ° en cabeceo y ± 7 ° en guiñada. Con un pulso específico en un vacío de 313 segundos, son significativamente menos eficientes que los SSMEs (453 segundos) pero se adaptan bien a su función, que requiere que se enciendan y luego se apaguen varias veces, posiblemente por períodos muy cortos. ( dos segundos) durante la misma misión.

Cada uno de los motores se coloca en una góndola extraíble, ubicada detrás del orbitador, a cada lado de la aleta y por encima de los SSMEs . Cada uno contiene dos depósitos que contienen los propulsores utilizados por los motores, dos depósitos de helio para ponerlos bajo presión, así como parte de los motores de control de orientación del orbitador (RCS). Cada canasta contiene 8.174 kg de monometilhidrazina (MMH) y 13.486 kg de peróxido de nitrógeno (N 2 O 4). Estos propulsores tienen la ventaja de poder almacenarse fácilmente a las temperaturas encontradas y de ser hipergólicos , es decir, de poder encenderse espontáneamente cuando entran en contacto entre sí. El sistema de presurización, que utiliza helio presurizado, es simple y, por lo tanto, confiable, lo que es esencial para garantizar que el orbitador regrese a la Tierra.

Con alrededor de 10,4 toneladas de propulsor en cada góndola y una carga útil de 29.500 kg , los dos motores pueden proporcionar al transbordador un delta-v total de alrededor de 300 m / s , de los cuales aproximadamente la mitad se utiliza para colocar el transbordador en órbita. Cada motor podría usarse para 100 misiones y podría realizar 1000 encendidos y 15 horas de combustión acumulada.

Motores de control de orientación (RCS)

Los motores de control de actitud o actitud ( Sistema de control de reacción , RCS) se utilizan para cambiar la orientación del transbordador cuando la atmósfera es demasiado delgada para que la cola del orbitador sea eficaz. También se utilizan en órbita cuando la velocidad del orbitador debe corregirse a menos de 2 m / s . Controlados por un sistema digital evolucionado de manera muy similar a los sistemas de controles de vuelo eléctricos de los cazas de hoy, los motores se dividen entre las dos plataformas y la OMS antes del orbitador. Hay dos tipos de motores. Los más potentes (PRCS o Primary RCS ) tienen un empuje de 3,87 kN , con un impulso específico de 289 segundos. Los motores nonio (VRCS o Vernier RCS ), con un impulso específico de 228 segundos, se utilizan para correcciones finas: un empuje de 107,87 N , pueden proporcionar un impulso con una duración entre 0, 08 y 125 segundos. En la parte frontal del orbitador hay dos motores nonio y 14 motores más potentes, mientras que en cada góndola OMS hay dos motores nonio y 12 motores de 3,87 kN de empuje. Todos estos motores utilizan los mismos propulsores que los motores de maniobra orbital, pero con sus propios tanques, distribuidos entre las tres ubicaciones.

Inicialmente, se planeó que los propulsores RCS en la parte delantera del orbitador se instalarían al abrigo de pequeñas puertas retráctiles, que se habrían abierto una vez que el transbordador hubiera llegado al espacio. Finalmente, se montaron al ras, porque a los diseñadores les preocupaba que las puertas que los alojaban se atascaran durante la reentrada atmosférica y que esto pusiera en peligro a los astronautas durante su regreso a la Tierra.

Protección térmica

El transbordador, que viaja a más de 7 km / s , es, durante la reentrada atmosférica , ralentizado gradualmente por las capas cada vez más densas de la atmósfera por la que pasa. La onda de compresión en la parte delantera del transbordador, así como las fuerzas de fricción posteriores, durante esta fase de vuelo, llevan las partes externas del transbordador a temperaturas de hasta 1650 ° C en las partes más débiles. Más expuestas, es decir, el frente punta y los bordes de ataque de las alas. Para no dañar la estructura de aluminio , que debe mantenerse por debajo de 180 ° C , la protección térmica cubre completamente la lanzadera. En naves espaciales como las cápsulas Soyuz o Apollo, esta protección térmica está hecha de un material ablativo , que elimina el calor descomponiendo capa tras capa. Para una máquina reutilizable, esta solución no se puede adoptar. La elección recayó en un material con alto poder aislante , que devuelve la mayor parte del calor que absorbe al exterior.

El escudo térmico de la lanzadera está compuesto en gran parte por baldosas de cerámica adheridas a la estructura de aluminio. El material utilizado, desarrollado durante la década de 1960 por la empresa Lockheed , fue elegido porque es un excelente aislante térmico y es muy ligero ( densidad de 0,144 para las tejas HRSI-9), porque está compuesto en un 90% de aire. Pero el coeficiente de expansión térmica del revestimiento es muy bajo por lo que el revestimiento no se rompe cuando la superestructura de aluminio se contrae o expande, fue necesario dividirlo en tejas cuadradas, con un tamaño promedio de 15 cm de lado, separadas por intersticios. de 0,3 mm que dan suficiente juego. Las baldosas son un material relativamente rígido pero frágil, que puede romperse fácilmente bajo el efecto de las deformaciones sufridas por la estructura de la lanzadera durante el cruce de capas densas de la atmósfera: para evitar la rotura, se interpone una capa de fieltro entre cada teja y la carcasa de aluminio.

Dependiendo de la ubicación, la temperatura y las tensiones mecánicas experimentadas son muy diferentes. El tamaño, el grosor y la densidad de las baldosas pueden variar para adaptarse a la forma de la carcasa y al estrés térmico local. Cada ficha es única y tiene un número indeleble que la coloca en el caparazón. Se utilizan diferentes tipos de materiales en función de la temperatura a la que están expuestos, algunos datan de la época de la construcción de las lanzaderas, y otros se han desarrollado posteriormente y que se utilizan ocasionalmente cuando es necesario sustituir las baldosas originales:

Las partes del transbordador que experimentan temperaturas inferiores a 370 ° C están cubiertas con FRSI ( aislamiento de superficie reutilizable de fieltro ), un revestimiento de fibra fabricado con Nomex . Las piezas FRSI tienen generalmente un tamaño de 0,8 x 1,2 metros y un grosor de entre 0,4 y 1 cm ;
parte de las paredes del habitáculo, así como la superficie superior de los guardabarros situados justo después del borde de ataque, y que sufren temperaturas entre 370 ° C y 650 ° C , están originalmente protegidos por baldosas de cerámica blanca tipo LRSI ( Low Aislamiento de superficie reutilizable de temperatura ). Su espesor es de entre 1,3 y 7 cm y su densidad es de 0,144. Un diseño más reciente, las baldosas AFRSI ( Aislamiento de superficie reutilizable flexible avanzado ), de color blanco, reemplazan las baldosas LRSI: son menos costosas de producir, menos pesadas y más fáciles de instalar;
la parte inferior de la lanzadera y el borde de ataque de la aleta , sometidos a temperaturas entre 650 ° C y 1260 ° C , están originalmente protegidos por baldosas cerámicas negras del tipo HRSI ( High Temperature Reusable Surface). Aislamiento ). Su espesor está entre 1,3 y 13 cm y su densidad puede ser igual a 0,144 o 0,35. Posteriormente se desarrollaron otros dos tipos de baldosas comparables: las baldosas FRCI ( Fibrous Refractory Composite Insulation ), que se utiliza para reemplazar las baldosas HRSI cuando se dañan porque son más resistentes y tienen una densidad de 0, 19 y un espesor entre 2,5 y 13 cm ; y tejas tipo TUFI ( aislamiento fibroso de una sola pieza endurecida ), que se utilizan en lugar de las tejas HRSI donde su resistencia al daño es una ventaja, particularmente cerca de motores SSME;
el morro de la lanzadera y el borde de ataque de las alas son las partes más expuestas: experimentan temperaturas superiores a 1260 ° C . No están recubiertos con un material aislante sino de piezas en RCC ( Carbón reforzado Carbono ; átomos de carbono reforzados ), que soportan estas temperaturas extremas. El uso de este material no se puede generalizar porque es mucho más pesado que las baldosas cerámicas. A diferencia de estos, las piezas de RCC desempeñan un papel estructural y deben estar separadas de la estructura por una capa de aislamiento, ya que el carbono es un buen conductor térmico. El grosor de las piezas de RCC está entre 0,64 y 1,27 cm . La nariz está cubierta por una sola pieza, mientras que los bordes de ataque están cubiertos por varias tejas. El origen del accidente del transbordador espacial Columbia está ligado a la perforación de una de estas tejas por un trozo de espuma aislante desprendida del tanque externo durante el lanzamiento, y que provocó la destrucción del transbordador durante la reentrada atmosférica.

Cada lanzadera, tanto por su fecha de entrada en servicio como por las operaciones de mantenimiento realizadas, dispone de una protección térmica que difiere levemente. En 1999 , la protección térmica del transbordador Atlantis consistía en 501 baldosas tipo HRSI-22 (densidad de 22 pulgadas por pie cuadrado o 0.35), 19,725 del tipo HRSI-9, 2,945 del tipo FRCI-12, 322 de TUFI- 8, 77 de tipo LRSI-12, 725 de tipo LRSI-9, 2277 de tipo de revestimiento AFRSI y 977 de tipo de revestimiento FRSI. Aproximadamente 20 baldosas están dañadas en cada tramo y 70 necesitan ser reemplazadas por diferentes razones. Esta entrevista es también una de las principales causas de la incapacidad de la NASA para cumplir con el cronograma inicialmente previsto para un lanzamiento por semana. Estas operaciones consumen mucho tiempo y su costo de mano de obra también explica en parte por qué cada vuelo de lanzadera era excesivamente costoso.

El tren de aterrizaje

El orbitador está equipado con un tren de aterrizaje triciclo clásico cuyas tres patas se pliegan en carcasas ocultas por escotillas móviles que forman parte integral del escudo térmico. El tren de aterrizaje delantero está instalado en la nariz del transbordador, mientras que los dos trenes de aterrizaje principales se encuentran detrás de las alas, a cada lado del fuselaje. Cada puntal tiene dos ruedas y un amortiguador oleoneumático convencional ( nitrógeno + aceite) y está fabricado en acero de alta resistencia a la tensión mecánica y a la corrosión, aleaciones de aluminio y acero inoxidable . El amortiguador del eje delantero tiene un recorrido de solo 56 cm y puede absorber una velocidad vertical de 3,4 m / s . Los amortiguadores del eje trasero tienen un recorrido de 41 cm . Los neumáticos del eje delantero miden 81 × 22 cm y están llenos de nitrógeno a 20,68 bares y su carga máxima permitida es de 18.000 kg por rueda a una velocidad de 464 km / h . Los neumáticos del tren principal, de 113 × 40 × 53 cm, también contienen nitrógeno, a una presión de 21,72 bares. Su carga máxima permitida es de 49.200 kg a 464 km / h . Los neumáticos del transbordador, aunque no son más anchos que los de un camión, pueden soportar tensiones tres veces mayores que las de un Boeing 747 . Para asegurarse de que soportarán el peso del transbordador a 450 km / h , se someten a pruebas intensivas en el fabricante, antes de ser inspeccionados por rayos X y sometidos a más pruebas exhaustivas en la NASA. Inicialmente, cada tren de aterrizaje principal tenía frenos compuestos por cuatro discos hechos con un núcleo de berilio cubierto de carbono y capaces de absorber 75 millones de julios en frenadas de emergencia. Después de varios aterrizajes que resultaron en daños significativos al sistema de frenado y requirieron recurrir a la única pista en la base de Edwards, se modificó el sistema de frenado. Se utilizan cinco discos de carbono, capaces de alcanzar temperaturas más altas ( 1149 ° C en lugar de 954 ° C ): permiten disipar hasta 135 millones de julios y ahora se puede frenar a una velocidad de 418 km / h (frente a 330 km). / h ), permitiendo aumentar el margen en caso de aterrizaje de emergencia. El primer vuelo que utiliza los nuevos frenos es la misión STS-31 . Los neumáticos fueron suministrados por la firma estadounidense Goodrich desde los primeros vuelos en 1981 hasta 1989, cuando la firma francesa Michelin compró Goodrich y así suministró los neumáticos para los orbitadores.

El tren de aterrizaje se despliega aproximadamente a 90 m del suelo, a una velocidad que no debe exceder los 580 km / h . Las ruedas salen cuesta abajo hacia atrás. Para ahorrar tanto peso como sea posible, ningún dispositivo permite retraer el tren de aterrizaje una vez desplegado. Para evitar un despliegue prematuro que tendría consecuencias catastróficas (por ejemplo, abrir las puertas durante la fase de reentrada atmosférica crearía una brecha en el escudo térmico, resultando en la destrucción del transbordador), la tripulación debe activarlo manualmente. Como el transbordador aterriza a alta velocidad y solo se le permite un intento, las ruedas deben desplegarse nominalmente la primera vez. Los trenes se desbloquean y despliegan mediante un sistema hidráulico triple redundante, estando las puertas conectadas mecánicamente a los puntales de cada una de las ruedas. Si el sistema hidráulico está averiado, en el segundo siguiente al lanzamiento del mando de despliegue de las cargas pirotécnicas se activa la apertura de las escotillas y un conjunto de muelles despliega con fuerza el tren de aterrizaje. En cada aterrizaje, se activa un sistema pirotécnico para ayudar al despliegue del tren de aterrizaje delantero, que debe hacer frente a la presión aerodinámica del viento relativo. Los pistones hidráulicos ejercen una fuerza de aproximadamente una tonelada para abrir las escotillas delanteras, mientras que esta fuerza es de 2,5 toneladas durante los primeros cinco centímetros de apertura de cada una de las dos puertas traseras. En condiciones normales, el tren tarda unos diez segundos en desplegarse, ayudado por su peso y el viento relativo que le permite bloquearse en la posición baja.

Cuartos de la tripulación

El transbordador espacial puede acomodar hasta ocho astronautas distribuidos en dos cubiertas: la cubierta de vuelo y el nivel intermedio ( cubierta media ). A estos dos niveles se agrega una bodega ( piso inferior ). De este modo se dispone de 72 m 3 , frente a 8,5 m 3 en un buque ruso Soyuz , capaz de transportar tres cosmonautas.

La cabina de vuelo

La cabina tiene capacidad para cuatro personas. En la configuración de lanzamiento, el capitán y el piloto se sientan frente al panel de instrumentos a la izquierda y a la derecha respectivamente. Detrás del piloto se sientan dos especialistas en misiones. En órbita, los asientos se desmontan; solo el comandante mantiene su lugar. En la parte trasera de la cabina hay una estación de trabajo, equipada con estribos en el piso, que permiten al astronauta mantener una posición fija mientras trabaja; esta estación se utiliza para controlar los movimientos del brazo robótico del transbordador, que manipula las cargas útiles ubicadas en la bodega del transbordador. El operador tiene varias ventanas que dan a la bodega. En el lateral, dos estaciones laterales están dedicadas al control de cargas útiles y el transbordador.

En la parte delantera, la zona sobre el parabrisas agrupa los distintos medios de propulsión; le permite seleccionar computadoras GPC ( Computadora de uso general ). A la izquierda, el capitán tiene acceso a los sistemas de control térmico , presurización y aire acondicionado, detección de incendios y encendido del extintor. Delante del piloto y el comandante se colocan dos indicadores, el ADI ( Altitude Direction Indicator : indicador de dirección y altitud) y el HSI ( Horizontal Situation Indicator : indicación de situación horizontal), que proporcionan información sobre pilotaje, velocidad, aceleración y posición en espacio, pero también controles relacionados con el tren de aterrizaje, entre otros. A su derecha, el capitán controla los circuitos hidráulicos y el suministro eléctrico.

En el centro, varias pantallas proporcionan a los pilotos información sobre el llenado del tanque externo y el tiempo transcurrido desde el despegue. Entre los dos asientos, el "pilón central" incluye un teclado y cronómetros, la selección de antenas y radioenlaces, así como indicadores sobre el funcionamiento del control de actitud (RCS). Frente a los pilotos, una manija RHC ( Rotation Hand Controler ) permite que los motores se utilicen para rotar la lanzadera en tres ejes. Un segundo mango, el THC ( Translator Hand Controler ), ubicado a la izquierda del RHC, permite movimientos de traslación.

En el techo, los astronautas tienen un gran panel con muchos disyuntores. En tierra, los pedales del timón permiten a los pilotos, como en un avión, dirigir el timón de cola y frenar el transbordador al aterrizar.

El puente intermedio

La cubierta intermedia, debajo de la cabina, es donde vive la tripulación. Allí se instalan tres asientos durante el despegue y el aterrizaje para los especialistas en carga útil. Se accede a ella por una trampilla lateral que da al exterior, o por las dos trampillas situadas en el techo y que comunican con el nivel superior.

A la derecha de la trampilla está el lavabo; a la izquierda, una zona de cocina permite a la tripulación preparar sus comidas. Enfrente se instalan compartimentos de descanso individuales horizontalmente que se pueden cerrar o abrir como armarios, en los que los astronautas están acostumbrados a colgar el banderín de su universidad. La tripulación cuenta con una cinta transportadora, con el fin de mantener su condición física en ingravidez .

Ases

El orbitador tiene una esclusa de aire , que permite a los miembros de la tripulación intervenir en el exterior cuando el transbordador está en órbita. Cuando se construyeron los orbitadores, la esclusa de aire invadió la cubierta intermedia para dejar la bahía de carga completamente libre para una carga útil. En ese momento, la esclusa de aire tenía dos escotillas , con un diámetro de 91 cm , una de las cuales abren en la parte presurizada del orbitador y la otra en la bodega de carga, para permitir que los astronautas para intervenir en las cargas. Útil durante extra-vehicular salidas . Tras la decisión de Estados Unidos de participar en el programa Mir de la estación espacial rusa y de enviar los transbordadores para hacerse cargo de la tripulación, se modificó la esclusa de aire para permitir que el orbitador atracara en la estación espacial. Ahora se coloca en la bodega de carga. La esclusa tiene forma de cilindro vertical en sándwich de aluminio. En el interior la altura total es de 2,11 metros y el diámetro es de 1,6 metros, un volumen algo más de 5 m 3 , que permite realizar una salida a dos astronautas equipados con un traje espacial . Se conservan las dos trampillas originales, pero se añade una tercera trampilla en la parte superior del cilindro; también está cubierto con un sistema de acoplamiento periférico andrógino (APAS), desarrollado por ingenieros rusos para permitir que el orbitador se acople a la estación espacial, lo que ofrece a los astronautas la posibilidad de meterse en mangas de camisa en la estación. Este método de acoplamiento también es el que se utiliza para la Estación Espacial Internacional . Atlantis es el primer orbitador equipado, a partir de 1992 ; los otros orbitadores reciben a partir de 1998 una versión ligeramente diferente, excepto Columbia que mantendrá su instalación original hasta su destrucción en 2003 .

El Space Shuttle Medical System (SOMS, Shuttle Orbiter Medical System ) permite a los astronautas curarse a sí mismos en caso de enfermedad o heridas leves. Consiste en una caja azul (MBK, Kit de Medicación y Vendajes ) que contiene medicamentos (supositorios, aspirinas), apósitos así como una caja azul con bandas rojas (EMK, Kit Médico de Emergencia ) que contiene un botiquín de primeros auxilios e instrumental médico; estas dos cajas se almacenan en el piso medio (el nivel intermedio). La información que recopila SOMS se envía al centro de control de la misión en Houston , donde los médicos pueden asesorar a los astronautas o solicitar la cancelación de la misión.

Computación integrada

La computación del transbordador espacial se compone de 1753 cajas negras, 200 computadoras asignadas a cada sistema. Las computadoras están conectadas a 5 computadoras IBM AP-101 , programadas por Rockwell e IBM en Fortran . Desde una memoria de 3.833.856 bits (es decir, 468 Kb ), pueden interrogar una base de datos que contiene el programa de vuelo (aproximadamente 15 Mbit ), almacenado en una cinta magnética de 34 Mbit . El espacio de memoria restante contiene programas de reserva y otros datos. Este programa de vuelo se actualiza a medida que avanza la misión en 9 grupos: por ejemplo, el primero corresponde a la fase de vuelo motorizado. Mientras el transbordador esté en su plataforma de lanzamiento, está parcialmente controlado por el Sistema de procesamiento de lanzamiento (LPS).

Durante las fases "críticas" (lanzamiento, aterrizaje), 4 de los 5 ordenadores funcionan en paralelo realizando los mismos cálculos: reciben la misma información y se sincronizan 440 veces por segundo. Cada uno de ellos está programado de forma diferente por un equipo diferente, de modo que un error que podría provocar la caída de uno no afecta teóricamente a los demás. Para compensar los errores del software , las decisiones se toman por mayoría cuando existe una discrepancia en los resultados obtenidos. El 5 º equipo está ahí para asegurarse de que todo va bien entre los otros 4: Si son todos ponen en falta, se puede garantizar el funcionamiento de la lanzadera para sí solo. Para las fases más "tranquilas", como los períodos en órbita, una sola computadora vigila el transbordador y las demás se desactivan. Para su tiempo de diseño, estos ordenadores eran muy rápidos y muy flexibles, pudiendo completar una operación en menos de 3 microsegundos y pudiendo responder directamente mil preguntas de la tripulación. Las respuestas se mostraban en varias pantallas del tablero, combinando datos alfanuméricos, gráficos o una combinación de los dos.

Fuente de alimentación

Los transbordadores espaciales funcionan con tres pilas de combustible Hydrox, fabricadas por Power System . Suministran energía eléctrica a todo el transbordador espacial (también incluidos los impulsores y el tanque externo), desde 3 min 30 s antes del lanzamiento hasta el final de la misión. Se distribuyen 2.832 kg de oxígeno en ocho tanques de 95,3 cm de diámetro y 1.584 kg de hidrógeno en cuatro tanques de 115,6 cm de diámetro. Se distribuyen en pares en el medio del fuselaje, debajo del piso de carga, y se pueden instalar tanques adicionales según la misión planificada (hasta cinco más). Estos tres baterías proporcionan un voltaje de 28 V para una corriente de entre 61 A y 436 A . Se tarda casi un cuarto de hora en encender una batería, por lo que siempre hay dos activas para evitar un corte; alimentan continuamente un convertidor que produce electricidad en 115 V / 400 Hz trifásico para dispositivos que utilizan corriente alterna. Las tres celdas producen continuamente un máximo de 21 kW , con la posibilidad de recibir una potencia pico de 36 kW durante un cuarto de hora. Como el orbitador consume un promedio de 14 kW de corriente, esto deja aproximadamente 7 kW disponibles para la carga útil.

Las pilas de combustible producen agua que, una vez filtrada, puede ser consumida por los astronautas. Son un elemento sensible y crítico del orbitador. En varias ocasiones se tuvo que interrumpir una misión tras el fallo de uno de estos elementos.

Sistemas hidraulicos

El sistema hidráulico del transbordador espacial se utiliza para orientar las toberas del motor SSME y desplegar el tren de aterrizaje. La energía es proporcionada por unidades de energía auxiliares ( Unidades de Energía Auxiliar APU ), tres en número y ubicadas en la parte trasera del orbitador. Pesan cerca de 39 kg cada uno y proporcionan una potencia de 138 CV , gracias a una turbina accionada por los gases liberados durante la descomposición catalítica de la hidracina a 930 ° C ; esta turbina acciona una bomba con un caudal de cuatro litros por segundo. Un tanque de 134 kg contiene hidracina, presurizada a 27 bares por helio.

El tanque externo

El tanque externo (en inglés : tanque externo , abreviado como ET ) contiene el hidrógeno y el oxígeno almacenados en forma líquida utilizados por los motores SSME del orbitador. El tanque tiene la forma de un cilindro de 46,9 metros de largo y 8,4 metros de diámetro, que termina en una punta cónica por motivos aerodinámicos. Contiene 543.000 litros (aproximadamente 631 t ) de oxígeno líquido y 1.465 millones de litros (aproximadamente 108 t ) de hidrógeno líquido . El tanque, construido por Lockheed en la planta de Michoud , Louisiana , está hecho de una aleación de litio y aluminio , que combina resistencia y ligereza. El tanque de hidrógeno ocupa los dos tercios inferiores del cilindro, mientras que el tanque de oxígeno se encuentra en la parte superior. El tanque de oxígeno, que pesa 5,4 toneladas vacío, cuenta con dispositivos anti-chapoteo y anti-vórtice destinados a limitar los movimientos del líquido y evitar la parada de los motores antes del agotamiento total del propulsor. Un respiradero ubicado en la parte superior del tanque permite que se libere oxígeno gaseoso en caso de sobrepresión. Entre los dos depósitos hay una zona de conexión, porque los fondos de los dos depósitos, que son de forma hemisférica, no son contiguos. El tanque de hidrógeno solo tiene dispositivos anti-vórtice porque los movimientos del hidrógeno líquido, que es muy escaso, tiene poca influencia en el comportamiento de la lanzadera. Al igual que el tanque de oxígeno, tiene un respiradero para reducir, si es necesario, la presión generada por la constante evaporación del hidrógeno.

El tanque externo está unido a la lanzadera por tres puntos: uno está ubicado en la parte superior del tanque de hidrógeno, los otros dos están ubicados en la parte inferior de este tanque al mismo nivel. Los propulsores de refuerzo están unidos por dos sujetadores al tanque externo, uno ubicado al nivel del área de conexión entre los tanques y el otro ubicado en el tanque de hidrógeno. Una tubería de 43 cm de diámetro transporta oxígeno líquido presurizado a una velocidad de 1,3 toneladas por segundo (para un SSME al 104% de potencia) y sale del tanque de hidrógeno para alimentar los motores. El hidrógeno se transfiere a través de una tubería del mismo diámetro con un caudal de 211 kilogramos por segundo. El tanque está cubierto con una gruesa capa de aislamiento que limita el calentamiento de los propulsores que deben mantenerse a muy bajas temperaturas ( −253 ° C para el hidrógeno). El material utilizado se ha modificado varias veces para reducir la masa del revestimiento o para satisfacer las limitaciones medioambientales. Problemas de agarre recurrentes fueron la causa del segundo accidente del transbordador.

El tanque externo ha sufrido varias modificaciones desde el lanzamiento de las primeras muestras: su masa vacía inicial de 35 toneladas se redujo por primera vez a 30 toneladas para la misión STS-6 , esencialmente al adelgazar la estructura. En 1998, el aluminio-litio reemplazó al aluminio, lo que resultó en una masa vacía de 26 toneladas. Lleno de propulsores, pesa 760 toneladas.

Propulsores de refuerzo

Los dos propulsores del transbordador ( Solid Rocket Booster o SRB) del transbordador proporcionan más del 71,4% del empuje total de los motores del transbordador durante los dos primeros minutos del vuelo antes de ser liberados cuando este último ha alcanzado una altitud de 46 km. . Además, antes del despegue, las 2.000 toneladas del conjunto formado por la lanzadera, el tanque y los propulsores descansan íntegramente sobre los propulsores.

Cada propulsor en polvo está compuesto principalmente por una carcasa cilíndrica de acero de 45,6 metros de largo (con la boquilla ) y un diámetro de 3,71 metros, un cono frontal en el que se ubican los paracaídas y una boquilla orientable. El propulsor , moldeado en la envoltura, tiene la forma de un bloque de polvo de 469 toneladas que contiene, íntimamente mezclado, el oxidante ( perclorato de amonio ), el combustible (polvo de aluminio ) además de otros componentes en forma de trazas. El bloque está perforado con un canal longitudinal que sirve como cámara de combustión . Cuando se enciende el propulsor, la superficie interna del bloque de polvo del lado del canal se quemará y producirá gases calientes que se expulsan a alta velocidad a través de la boquilla generando un empuje de 1246 toneladas. Para poder hacer fluir el propulsor, el cilindro se divide en 5 segmentos que se unen una vez que han recibido su carga de propulsor. La geometría del canal en el centro del bloque de pólvora se define para proporcionar un empuje máximo de despegue que cae al 70% 55 segundos más tarde y luego permanece aproximadamente constante a partir de entonces. Para ello, la sección del canal del segmento frontal (superior) tiene la forma de una estrella de 11 puntas, mientras que el canal de los otros cuatro segmentos tiene la forma de un doble cono truncado. Una vez encendido, el propulsor de pólvora funciona hasta que se agota el propulsor y no se puede apagar a diferencia de los motores del orbitador. El peso vacío es de 63 toneladas.

Los segmentos encajan entre sí y están asegurados por 177 clavijas distribuidas alrededor de la circunferencia. Para poder soportar presiones y temperaturas muy altas, tres juntas proporcionan sellado entre los segmentos. En 1986, la falla de estos sellos creó una abertura a través de la cual una llama perforó el tanque exterior, lo que provocó la destrucción del transbordador Challenger y la muerte de su tripulación. Dado que se han revisado las uniones y la forma en que se unen los segmentos. La boquilla se puede inclinar 7 ° con respecto al eje del propulsor para orientar el empuje y corregir la trayectoria de la lanzadera. La fuerza motriz utilizada para orientar las boquillas es proporcionada por dos sistemas hidráulicos redundantes cuya fuente de energía es un motor que consume hidracina . El extremo superior del propulsor, en forma de cono, contiene un paracaídas extractor y tres paracaídas principales de 40 metros de diámetro que se despliegan después de que se sueltan los propulsores para permitir su recuperación por los barcos de la NASA. Se utilizan ocho pequeños propulsores de pólvora divididos en dos grupos de 4 para alejar el propulsor de la lanzadera después de la separación.

El progreso de una misión

Preparación

El orbitador después de haber sido sometido a una revisión en uno de los tres edificios dedicados a su mantenimiento (el Orbiter Processing Facility OPF) en el Centro Espacial Kennedy en Florida , recibe parte de la carga útil de la próxima misión; También se cargan los consumibles. Se pesa el orbitador y se determina su centro de gravedad para considerarlo en los parámetros de vuelo. Luego, el orbitador se traslada al enorme edificio de ensamblaje construido para los cohetes Saturno V del programa Apolo , dos bahías de las cuales están dedicadas a la preparación paralela de los transbordadores. Otras dos bahías se utilizan para estacionar orbitadores y almacenar equipos. El tanque externo y los dos propulsores impulsores se instalan en posición vertical en la plataforma del lanzador móvil (MLP ) que se utilizará para mover la lanzadera a la plataforma de lanzamiento y servirá de apoyo en el momento del disparo. El orbitador se iza verticalmente a una altura de casi 100 metros utilizando dos puentes grúa de 200 toneladas y luego se baja para atornillarlo al tanque externo. Luego se colocan plataformas móviles para permitir el trabajo en la lanzadera. Se comprueban y prueban las conexiones mecánicas y eléctricas entre los tres componentes de la lanzadera. También se comprueban los vínculos con las instalaciones terrestres. Todos estos controles teóricamente toman 6 días.

El vehículo de orugas responsable de transportar la lanzadera al sitio de lanzamiento se desliza luego debajo de la plataforma de lanzamiento móvil, luego el conjunto pasa a través de las puertas del VAB y se pone en marcha a baja velocidad (menos de 2 km h −1 ) hasta uno de los dos plataformas de lanzamiento acondicionadas para la lanzadera. El vehículo, que también es un legado del programa Apollo, está equipado con un sistema de gatos que mantiene la lanzadera vertical cuando el conjunto debe subir la rampa del 5% que conduce a la plataforma de lanzamiento. El destino se alcanza después de 6 horas; A continuación, se baja la plataforma móvil sobre trípodes y se retira el vehículo sobre orugas. Cada una de las dos plataformas de lanzamiento (39A y 39B) tiene una estructura que permite completar la preparación de la lanzadera: está formada por una torre metálica fija ( Estructura de servicio fija o FSS) y una parte móvil ( Estructura de servicio giratoria ) que está unido a él y gira 120 ° para detenerse contra la bahía de carga del orbitador. La parte fija incluye líneas de suministro para propulsores y diversos fluidos, así como una pasarela que permite a la tripulación ingresar al transbordador. La parte móvil tiene 5 niveles de plataforma que le permiten trabajar en la bodega de carga en un ambiente controlado. También proporciona acceso a las góndolas del motor.

La carga útil de un transbordador a menudo consta de una gran cantidad de componentes, algunos de los cuales están destinados a permanecer en órbita, como los componentes de la estación espacial internacional o el reabastecimiento de combustible de su tripulación permanente, y otros que regresan a la Tierra como contenedores. O estructuras destinadas al transporte de mercancías. Todos los elementos de la carga útil se verifican, acondicionan e instalan en el Centro Espacial Kennedy . Una parte se instala cuando el orbitador está horizontal en el OPF, el resto está en la plataforma de lanzamiento. Se prepara la carga de combustibles. Las puertas del compartimento de carga están cerradas. La última tarea es un ensayo del lanzamiento que se realiza con los astronautas instalados en el orbitador y equipados con sus trajes espaciales. La cuenta regresiva comienza 47 horas antes del lanzamiento con una verificación general de los sistemas de vuelo y el software por parte de los operadores en una de las salas de lanzamiento. A las T-11 a.m. (T = hora de despegue) se retiró la estructura móvil (RSS), se evacuó la plataforma de lanzamiento y se inició la carga de hidrógeno y oxígeno líquido en el tanque externo.

Lanzamiento

Tres horas antes del lanzamiento, los astronautas suben al transbordador espacial. Entre los minutos T-3 y los minutos T-2 (T = momento de despegue) se presurizan los tanques de hidrógeno y oxígeno y luego los SSMEs se llevan a la temperatura de los propulsores. Si no se detectan problemas durante la cuenta regresiva, los SSMEs se encienden en T-3 segundos. Bajo la presión de los motores, los propulsores que aseguran la lanzadera a la plataforma se doblan ligeramente y la lanzadera se inclina 2 metros al nivel de la cabina antes de volver a la vertical. Si después del encendido uno de los motores SSME no ha alcanzado el 90% de su potencia nominal, se interrumpe el arranque. Cuando los motores de los cohetes funcionan normalmente, los propulsores de pólvora se encienden en el momento preciso en que la lanzadera ha vuelto a la vertical (instante T). El transbordador espacial se eleva por ganando rápidamente velocidad (1,5 g aceleración ) debido a que el empuje / masa total relación (3.000 toneladas a 2.000 toneladas) es 1,5, a diferencia de, por ejemplo, el Saturno V cohete . Tan pronto como la velocidad supera los 39 m s -1 , después de unos 7 segundos, el transbordador toma una orientación correspondiente al plano orbital objetivo ( 57 °, por ejemplo, para una misión a la estación espacial internacional ). El transbordador gira para presentar el vientre del orbitador al cielo: en esta posición, los motores pueden mantener un impacto negativo al limitar la presión aerodinámica sobre las alas del orbitador. El empuje SSME se reduce hasta en un 67% a medida que aumenta la presión del aire. La presión aerodinámica máxima, Max Q , se alcanza 60 segundos después del despegue. A T + 65 segundos, el empuje SSME se incrementa gradualmente hasta que alcanza el 104% del empuje nominal.

Aproximadamente 120 segundos después del despegue, se liberan los dos propulsores: las conexiones se cortan mediante cargas pirotécnicas y ocho pequeños motores de cohetes alejan los propulsores del tanque externo. La tripulación, que hasta entonces había estado sometida a fuertes vibraciones de baja frecuencia y amplitud del orden de 1 a 2 cm , se encuentra en total silencio mientras la aceleración desciende a 1 g . Cada propulsor de refuerzo continúa subiendo durante 75 segundos en su impulso hasta que alcanza su apogeo y luego cae, aumentando nuevamente la aceleración a 3 g ya que el empuje permanece constante pero la masa disminuye; alcanzó una altitud de 48 km , 225 segundos después de la separación, se expulsa la punta superior luego se despliega un paracaídas piloto para estabilizar el propulsor y finalmente se abren tres paracaídas principales reduciendo la velocidad a 25 metros por segundo en el momento del amaraje. Esto ocurre en el Océano Atlántico a unos 261 km de la base de lanzamiento. Los propulsores son recuperados por dos barcos de la NASA y reacondicionados para un vuelo posterior. El orbitador continúa ganando velocidad utilizando solo SSMEs. Ahora el orbitador ha atravesado la parte más densa de la atmósfera. Vuelve a rodar unos 6 minutos después del despegue para presentar sus antenas de telecomunicaciones hacia el cenit, lo que permite a la tripulación comunicarse con el centro de control a través de satélites TDRS en órbita geoestacionaria. Entonces, su rapidez es de 3,7 km s −1 .

Siete minutos después del despegue, el empuje SSME se reduce para no superar los 3 g de aceleración. Ocho minutos y 20 segundos después del despegue, los SSMEs se detienen (MECO: Corte del motor principal): la parada normalmente se activa por la llegada a un punto prefijado de la trayectoria, pero es posible que no se haya alcanzado este punto, en cuyo caso es es el agotamiento de los propulsores lo que provoca la parada de los motores. El tanque externo se desecha: los motores de corrección orbital se utilizan para alejar la lanzadera de la trayectoria del tanque.

El transbordador tiene entonces una velocidad de 7,6 km s −1, pero su velocidad sigue siendo demasiado baja en comparación con su baja altitud para permitirle permanecer en órbita. El tanque, además, sigue una trayectoria balística y pronto realiza una reentrada atmosférica durante la cual es destruido. Sus escombros cayeron en el sur del Océano Pacífico cuando el transbordador llevó a cabo una misión a la estación espacial internacional (inclinación de 57 ° ). El transbordador utiliza sus motores de corrección orbital (OMS) para evitar el mismo destino y colocarse en la órbita objetivo. Esto se incluye, según las misiones, entre 250 y 650 km . El transbordador puede hacer una o dos correcciones dependiendo de su misión para entrar en órbita: la primera, que generalmente se lleva a cabo 2 minutos después de que se apagan los motores principales, permite que el transbordador alcance su pico objetivo, la segunda circulariza la órbita. Si no se realiza la segunda maniobra, se dice que la trayectoria es de “inserción directa”.

Escenarios de interrupción de la misión durante el lanzamiento

Cuando la lanzadera está en el suelo, el lanzamiento puede interrumpirse hasta que se enciendan los propulsores impulsores. Si los SSMEs se encienden y luego se apagan después de que se detecta una falla, el problema más serio es la posible presencia de gas hidrógeno fuera de las boquillas del motor, que puede arder sin que la llama sea visible. Se utilizan cámaras especiales para detectar este tipo de situaciones. Hay cuatro procedimientos de evacuación de astronautas diferentes para cubrir todos los escenarios. Los astronautas están entrenados para evacuar el transbordador y descender rápidamente usando una cápsula hasta un fortín cercano.

Una vez que los propulsores impulsores están encendidos, ya no se puede interrumpir el despegue. Si, a raíz de un mal funcionamiento, la trayectoria del transbordador sale de la envolvente de vuelo normal y amenaza un área residencial, las cargas explosivas colocadas en los propulsores impulsores y el tanque externo, cuyo disparo está confiado a la Fuerza Aérea de los EE. UU., Permitirán que estos sean detonados. antes de que toquen el suelo. En todos los casos, se intentará la separación del orbitador antes de hacer estallar los explosivos.

Desde el momento en que se liberan los propulsores de refuerzo (T + 120 segundos T = lanzamiento), hay varios escenarios de interrupción de la misión:

De vuelta en el sitio de lanzamiento ( Volver al sitio web de lanzamiento o RTLS) :

En caso de una pérdida parcial de propulsión entre el momento en que se sueltan los propulsores impulsores y T + 260 segundos, el escenario de abandono consiste en regresar a la pista de aterrizaje en el centro de lanzamiento Kennedy. El transbordador continúa su trayectoria inicial con los motores aún operativos, luego realiza un giro en U y realiza un vuelo motorizado con una actitud negativa para acercarse al campo de aterrizaje. El objetivo es vaciar el tanque exterior y posicionarse en el punto ideal que permita llegar a la pista en vuelo sin motor.

Interrupción con vuelo transatlántico ( Transoceanic Abort Landing TAL) :

Este escenario se aplica más allá de T + 260 segundos y si el combustible restante no permite alcanzar una órbita mínima. No queda suficiente combustible para dar un giro en U y volver al punto de partida. En este caso, el transbordador realiza un vuelo suborbital , lo que permite al orbitador aterrizar en una pista ubicada al otro lado del Atlántico aproximadamente 45 minutos después de su lanzamiento. Para una misión con una inclinación de 57 ° a la estación espacial internacional, se seleccionaron dos aeropuertos ubicados en Europa: la base aérea estadounidense de Moron cerca de Sevilla en España y la base aérea de Istres en el sur de Francia . En estas dos bases, el equipo destinado a guiar al transbordador a su aterrizaje está instalado de forma permanente y los equipos de la NASA se colocan previamente aproximadamente 8 días antes de cada lanzamiento.

Interrupción con una órbita en bucle ( Abortar una vez alrededor de AOA) :

Este escenario se aplica cuando el orbitador puede alcanzar una órbita pero no podrá mantenerla a partir de entonces porque es demasiado baja. En este caso, el transbordador completa una órbita completa y luego comienza la reentrada atmosférica aplicando el procedimiento normal.

Interrupción con órbita ( Abortar a órbita ATO) :

Este escenario se aplica al caso en el que el orbitador pierde algo de su propulsión pero tiene la velocidad suficiente para entrar en una órbita que es viable, pero no la prevista. Sin embargo, el orbitador puede usar sus motores de corrección de órbita para alcanzar la órbita correcta. Dependiendo de la situación, la misión continúa o debido a márgenes de propelente insuficientes, se interrumpe y la reentrada atmosférica se dispara normalmente durante una siguiente órbita.

Abandono del orbitador ( CA de aborto por contingencia ) :

Si más de un SSME está caído o falla otro componente que desempeña un papel esencial, el transbordador no puede elegir una nueva trayectoria que le permita aterrizar en una pista, ni ponerse en órbita: se implementa un plan de respaldo ( aborto de emergencia ) y la tripulación debe evacuar el orbitador. Para las cuatro primeras misiones del transbordador, los dos pilotos disponían de un asiento eyectable que se podía utilizar por debajo de Mach 2,7 y 24 km , pero estos fueron posteriormente retirados, y de todos modos los demás miembros de la tripulación no podrían haber tenido el mismo equipamiento. La decisión de evacuar debe tomarse mientras el orbitador se encuentra a una altitud de 20 km . El piloto automático está conectado y se activa un programa de navegación dedicado. La evacuación se realiza a través de la trampilla de entrada ubicada al nivel de la cubierta intermedia. La evacuación solo es posible si la velocidad del orbitador es inferior a 426 km / hy la altitud es inferior a 10 km . Se enciende un sistema pirotécnico para volar la escotilla y se despliega un poste telescópico de 3 metros de largo que se curva bruscamente hacia abajo. Cada miembro de la tripulación, equipado con su paracaídas, ata una línea a su equipo que se desliza en el poste terminado por un mosquetón antes de saltar al vacío. El poste debe guiarlo al inicio de su salto y permitirle evitar ser atrapado por el ala del orbitador. Se calculó que una tripulación de 8 personas podría ser evacuada en 90 segundos a una velocidad de 12 segundos por astronauta, con el orbitador a una altitud de 3 km al final de la evacuación.

En cinco ocasiones (STS-41-D, STS-51-F, STS-55, STS-51, STS-68), el lanzamiento de una misión tuvo que ser abortado tras la detección de un fallo de 'un motor unos pocos segundos antes del despegue, cuando se encendieron los motores del transbordador. El único procedimiento de abandono en vuelo durante toda la carrera del transbordador fue activado por la misión STS-51-F luego del apagado del motor central del orbitador después de 5 minutos 45 s de vuelo: el transbordador siguió el relativamente benigno procedimiento Abort to Orbit y la misión finalmente podría cumplirse.

Regreso a la Tierra

Para su regreso a la tierra, la tripulación del orbitador prefiere un aterrizaje en el Centro Espacial Kennedy, donde se encuentran la base de lanzamiento y las instalaciones de mantenimiento. Para poder aterrizar se deben cumplir un cierto número de condiciones meteorológicas: la cobertura de nubes por debajo de los 2.500 metros debe ser inferior al 50%, la visibilidad debe ser superior a 8 km , los vientos cruzados en una de las dos pistas deben ser inferiores a 28 km h - 1 si el orbitador aterriza durante el día y 14 km h −1 si el aterrizaje se realiza de noche. No debe haber tormentas eléctricas ni lluvia dentro de los 50 km del lugar de aterrizaje. Si no se cumplen estas condiciones, la permanencia en órbita se puede ampliar, según la misión, de uno a unos días. Si persisten las inclemencias del tiempo, el aterrizaje se realiza en la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California, donde el clima suele ser más suave y la cantidad de pistas de aterrizaje grandes ofrece más opciones. Pero esta solución requiere luego repatriar el orbitador utilizando uno de los dos portaaviones Boeing 747 de la NASA , lo que genera un cierto riesgo, un costo adicional significativo y también aumenta el tiempo que tarda en reacondicionarse el orbitador. Los primeros aterrizajes fueron en Edwards. El primer aterrizaje de Kennedy, que se llevó a cabo como parte de la misión STS-41B en 1984, resultó en una llanta rota y frenos dañados. Los aterrizajes solo se reanudaron en Kennedy en 1991 después de trabajos en la pista (alargamiento, repavimentación) y modificaciones en el tren de aterrizaje, neumáticos y frenos del orbitador. Se instaló un paracaídas destinado a reducir la distancia de frenado en la cola de las lanzaderas. Dado que los aterrizajes del Centro Espacial Kennedy son la regla.

Para desencadenar el regreso a la Tierra, el transbordador debe reducir su velocidad utilizando sus motores de cohete: esta reducción a su vez hace que su altitud disminuya hasta que el transbordador penetre en las capas más densas de la atmósfera que van a su turno para frenar el transbordador y hacerlo comenzar la reentrada atmosférica . La enorme cantidad de energía cinética acumulada por el orbitador durante su órbita se disipa en forma de calor durante esta fase. El momento de disparo se fija para que la trayectoria lleve la lanzadera con la velocidad adecuada a la pista de aterrizaje elegida.

La maniobra que desencadena la reentrada atmosférica del transbordador se realiza en un punto de la órbita opuesto a la pista de aterrizaje. El orbitador se ralentizará gradualmente hasta que alcance el punto en el que la presión atmosférica combinada con su velocidad permita que sus superficies de control lo dirijan. Ahora el orbitador, que no tiene sistema de propulsión, se comporta como un planeador que el piloto debe traer, en el caso normal, en la pista de aterrizaje ubicada en el centro espacial Kennedy.

Para iniciar este proceso, el orbitador se orienta de manera que sus motores de corrección orbital estén orientados hacia adelante y luego se encienden para reducir la velocidad de 60 a 150 metros por segundo dependiendo de la órbita de partida. Luego, el orbitador se reemplaza con el morro mirando hacia adelante en una posición de morro hacia arriba con una actitud de aproximadamente 40 ° . Este ángulo se mantiene entre 37 y 43 grados usando si es necesario los motores de control de orientación traseros porque las superficies de control , en particular los ascensores, son ineficaces en la atmósfera delgada. Más allá de los 43 ° , el calentamiento sería demasiado grande y la pantalla térmica no podría resistir. El piloto adopta ángulos de balanceo más o menos acentuados: el piloto puede así ajustar la longitud de la trayectoria restante disminuyendo (realizando S) o acelerando (rumbo recto) y cambiando la trayectoria hacia la derecha o hacia la izquierda cuando la pista no está en la prolongación de la órbita. Gracias a sus alas, el orbitador puede aterrizar en una pista ubicada a 1.800 km a la derecha o izquierda de una trayectoria rectilínea.

Cuando la presión aerodinámica excede los 10 kg m −2 , se puede usar el elevador y a Mach 5 es el turno del timón. En Mach 1, los motores de control de orientación se desactivan. La pendiente del descenso se reduce gradualmente hasta reducirse a 1,4 ° cuando el orbitador ha alcanzado la altitud de 25 km . El transbordador entonces tiene una velocidad de 3,148 km h − 1 y está a 128 km de su punto de aterrizaje. El orbitador comienza una fase (Terminal Aera Energy Management TEAM) durante la cual reducirá, si es necesario, su velocidad describiendo S con un radio de aproximadamente 5,5 km mientras sigue una trayectoria cuyo eje es tangente a uno de los dos lados de la pista de aterrizaje. . La velocidad del orbitador se vuelve subsónica cuando está a una altitud de 15 km y está a 56 km de la pista de aterrizaje. Aproximadamente a 10 km de la pista, el orbitador comienza el descenso final utilizando el piloto automático con una pendiente de unos 20 ° (tres veces más pronunciada que la de un avión comercial) y utilizando los frenos de velocidad para controlar su velocidad. A una altitud de 500 metros, el orbitador se endereza para reducir la pendiente a 1,5 ° y el tren de aterrizaje se extiende a una altitud de 100 metros. La pista de aterrizaje de Kennedy tiene 4,5 km de largo y 91 metros de ancho.

El orbitador toca la pista con su tren de aterrizaje principal en una posición alta con el morro hacia arriba, su velocidad es de 472 km h -1 , la parte delantera comienza a descender cuando la velocidad cae por debajo de 343 km h -1 . A continuación, se despliega un paracaídas de 12 metros de diámetro en la parte trasera del estabilizador para reducir la distancia recorrida antes de que se detenga por completo. El tren de aterrizaje de morro, a su vez, toca el suelo cuando la velocidad cae por debajo de 296 km h -1 y el paracaídas se suelta cuando la velocidad es inferior a 56 km h -1 .

Cerca de 25 vehículos especializados y 150 especialistas están presentes para hacerse cargo del orbitador y su tripulación inmediatamente después del aterrizaje. Cuando el orbitador se detiene, los equipos en tierra con trajes secos comprueban la ausencia de propulsores tóxicos utilizados por los motores de cohetes, hidrógeno o amoníaco fuera del orbitador. En caso contrario, se utiliza un ventilador para disipar los gases y evitar una posible explosión. Los conductos que llevan el aire acondicionado están conectados a la parte trasera del orbitador tanto para enfriar las partes del transbordador que se calentaron mucho durante la reentrada atmosférica como para purgar el transbordador de cualquier gas tóxico. Estas operaciones duran menos de una hora, luego un vehículo se detiene contra la escotilla que está abierta para permitir el paso de la tripulación; este último tras un breve reconocimiento médico es evacuado para dar paso a un equipo encargado de preparar el orbitador para las siguientes operaciones. Si el orbitador ha aterrizado en el Centro Espacial Kennedy, es arrastrado hacia uno de los tres edificios de mantenimiento ( Orbiter Processing Facility OPF) que está dedicado a él: allí se llevan a cabo las operaciones de mantenimiento. Si el orbitador ha aterrizado en la Base de la Fuerza Aérea Edwards , se dirige a la grúa que se instalará en el Boeing 747 equipado para traerlo de regreso al Centro Espacial Kennedy.

Operaciones de mantenimiento

El orbitador es empujado hacia uno de los tres edificios dedicados (el OPF de la instalación de procesamiento del orbitador ) ubicado en el Centro Espacial Kennedy, donde se llevan a cabo las operaciones de mantenimiento de rutina. El orbitador se coloca allí en una posición elevada y varias plataformas móviles se colocan en posición para proporcionar acceso a las diferentes partes del transbordador. Después de abrir las puertas del compartimento de carga, se retira la carga útil de la misión que acaba de finalizar. Se purgan diferentes circuitos y tanques: circuitos del motor, sistema de soporte vital, aire acondicionado, pila de combustible, tanques de agua. Los motores SSME se desmantelan para su revisión en un edificio dedicado ( Instalación principal de procesamiento de motores ). Si es necesario, las góndolas del motor OMS y el bloque del motor giratorio delantero se retiran para su revisión. El escudo térmico se examina baldosa por baldosa y se reemplaza cualquier daño o que muestre signos de debilidad. Se procesan los incidentes detectados durante la misión anterior. También se inspeccionan el tren de aterrizaje, algunos componentes estructurales y otros sistemas. Las mejoras, si no inmovilizan el orbitador durante demasiado tiempo, se pueden realizar durante esta fase. Las operaciones de mantenimiento y configuración para la próxima misión que se realiza en el OPF normalmente duran menos de 100 días.

Actualizaciones

Periódicamente se llevan a cabo importantes operaciones de mantenimiento y mejora con los principales objetivos de limitar los riesgos y limitar sus costes. En 2000, las actualizaciones actuales tenían como objetivo reducir el riesgo de pérdida del transbordador durante la fase de ascenso en un 50%, durante la permanencia en órbita y el regreso a tierra en un 30% y finalmente mejorar la información proporcionada a la tripulación. en situaciones críticas. Estas mejoras en ese momento tenían como objetivo reducir el riesgo de pérdida del transbordador de 1/248 a 1/483. Este riesgo, estimado en 1/78 en 1988 para el vuelo STS-26, se había reducido a 1/248 principalmente interviniendo en los SSMEs.

Estas operaciones se llevan a cabo durante períodos de revisión ( período de inactividad de mantenimiento del Orbitador OMDP) que duran 14 meses programados cada 8 vuelos, es decir, aproximadamente cada 3 años; tienen lugar en la planta de Boeing (antes Lockheed ) en Palmdale , California . Algunos de los cambios realizados durante estas importantes revisiones incluyen:

refuerzo del tren de aterrizaje para permitir que el transbordador aterrice en el Centro Espacial Kennedy,
instalación de la esclusa de aire y el sistema de acoplamiento en la bahía de carga para que el transbordador pueda atracar con la estación espacial Mir ,
la instalación de un tablero de instrumentos moderno utilizando pantallas en lugar de indicadores de aguja en la cabina.
el aumento de la potencia máxima de los motores SSME que, tras varias modificaciones, ha aumentado hasta el 109% de la potencia original (pero 104% utilizable solo en modo normal).

Los diferentes tipos de misiones del transbordador espacial

El transbordador espacial es, por diseño, un vehículo muy flexible. Es el único que puede traer varias toneladas de material de regreso a la Tierra después de una estadía en el espacio. Su gran bahía de carga permite que los componentes de la estación espacial se coloquen en órbita que ningún cohete existente puede lanzar. Estas características únicas, así como la existencia de contratos con otros países socios, constituyen una de las razones de la continuación del programa de transbordadores espaciales a pesar de su elevado coste. Sin embargo, el campo de intervención del transbordador espacial se redujo considerablemente, cuando se hizo evidente que las promesas de ahorro no se cumplirían.

Mantenimiento de satélites en órbita

El transbordador espacial es la única nave espacial capaz de traer satélites de regreso a la Tierra. La primera misión de este tipo se lleva a cabo durante la misión STS-51-A : dos satélites que habían fallado en órbita baja cuando iban a alcanzar la órbita geoestacionaria , son capturados y luego devueltos a la Tierra en la bahía de carga del autobús lanzadera. El transbordador también puede reparar un satélite roto siempre que esté en una órbita que el transbordador pueda alcanzar. Así, durante la misión STS-49 , se reemplaza la etapa de apogeo del satélite Intelsat IV. El caso más conocido es el del telescopio espacial Hubble, que fue diseñado para ser mantenido y actualizado mediante visitas periódicas del transbordador espacial estadounidense. Cinco misiones están dedicadas a trabajos de mantenimiento, cada una de las cuales permite prolongar la vida útil del satélite. La primera misión evita que el telescopio espacial funcione debido a un error de diseño. La última misión STS-125 tuvo lugar en 2009.

El lanzamiento de satélites

Al comienzo de la fase operativa del programa del Transbordador Espacial, su misión principal es poner los satélites en órbita . Por lo tanto, la NASA espera reducir los costos de lanzamiento gracias a la naturaleza reutilizable del transbordador. Durante la primera misión STS-5 después de los vuelos de calificación, Columbia dejó caer los satélites de telecomunicaciones Anik C-3 y SBS-C a una órbita baja, que luego ganó la órbita geoestacionaria utilizando sus propios motores. Las siguientes tres misiones también estarán dedicadas al lanzamiento de satélites.

A partir del desastre del Challenger en 1986, el transbordador ya no colocó satélites comerciales en órbita. Solo se admiten satélites militares, científicos o gubernamentales. El lanzamiento de estos muy costosos se ha confiado gradualmente a lanzadores convencionales y la última misión del transbordador que ha lanzado un satélite es el vuelo STS-93 que pone en órbita el telescopio espacial Chandra durante el verano de 1999.

Poniendo satélites en órbita
Lanzamiento del satélite SBS-C durante la misión STS-5 .
El satélite LDEF , que lleva 50 experimentos, regresará a la Tierra 5 años después de su puesta en órbita.

La lanzadera para experimentos científicos

Otro tema importante de las misiones del transbordador es la investigación en el campo de la microgravedad . Esto proporciona una plataforma flexible que permite realizar experimentos de todo tipo. La bodega puede albergar experimentos expuestos al vacío o bien un módulo presurizado en el que la tripulación puede realizar trabajos de investigación "en mangas de camisa". El primer laboratorio de este tipo es Spacelab , un laboratorio espacial desarrollado por la Agencia Espacial Europea , cuyo vuelo inaugural tuvo lugar durante la misión STS-9 en noviembre de 1983. Spacelab participó en 22 misiones de transbordadores; la última misión es STS-90 en 1998.

El sucesor de Spacelab es Spacehab . Mucho más flexible, este laboratorio espacial también se puede utilizar para transportar carga para la Estación Espacial Internacional como fue el caso durante la misión STS-105 . La última misión dedicada únicamente a la investigación es la misión STS-107 del transbordador Columbia que explotará durante la reentrada atmosférica . El último vuelo de Spacehab como módulo logístico se lleva a cabo como parte de la misión STS-118 .

Entre las otras misiones científicas destacadas figura la STS-7 que transportaba plataformas dedicadas a la investigación en la bodega de carga. Estos, después de ser arrojados al espacio al comienzo del vuelo, fueron recuperados por el brazo de Canadarm al final del vuelo. Posteriormente, el transbordador coloca en el espacio varias otras plataformas científicas durante períodos de varios meses o varios años antes de ser recuperadas por una misión posterior para el análisis de los resultados.

Incluso las misiones lanzadera que no se dedican a la investigación llevan a cabo experimentos científicos. A menudo hay experimentos científicos a bordo en la bahía de carga que se ejecutan automáticamente. La tripulación también llevó a cabo experimentos en la cubierta intermedia del transbordador durante la estancia en órbita. Este es particularmente el caso de las misiones a la estación espacial internacional.

Servicio a estaciones espaciales

Mir

En la década de 1990, el transbordador realizó varios vuelos a la estación rusa Mir . Entre 1995 y 1998, el transbordador atracó en la estación nueve veces. En ese momento, fue la primera colaboración entre las dos potencias espaciales desde el proyecto Apollo-Soyuz en 1975.

Estación Espacial Internacional

Gracias a su gran flexibilidad, el transbordador es el instrumento ideal para montar una estación espacial y repostarla. La Estación Espacial Internacional dependía en gran medida de los vuelos de los transbordadores. Muchos de los componentes de la estación eran de un tamaño que no podía ser lanzado por otros cohetes. Por otro lado, el brazo Canadarm de la lanzadera permite montar los nuevos módulos directamente en la estación. Los módulos no rusos no tienen propulsión autónoma ni un sistema de control de orientación y, por lo tanto, no pueden amarrarse a la estación. El transbordador también permite hacerse cargo de la tripulación permanente de la estación: teóricamente puede transportar 5 pasajeros por vuelo.

Debido al papel fundamental que desempeñó el transbordador en el montaje de la estación, la prohibición del vuelo de la flota del transbordador tras el desastre de Columbia en febrero de 2003 provocó el aplazamiento del montaje de la estación en varios años. Incluso se cancelan varios experimentos científicos que se iban a instalar en la estación.

Operaciones de suministro y montaje de la estación espacial
El orbitador Atlantis se aproxima a la estación rusa Mir durante STS-74 .
El Discovery Orbiter atracó en la Estación Espacial Internacional.
El haz de la estación espacial P3 se extrae de la bodega de carga.

Orbitadores

La flota

La NASA ha construido cinco orbitadores operativos. Cada orbitador tiene diferentes características:

Columbia es el primer orbitador que se pone en servicio operativo. Hizo 28 vuelos entre 1981 y 2003 antes de ser destruido durante su regreso a la atmósfera en1 st de febrero de de 2003. Columbia pesa 3,6 toneladas más que los siguientes orbitadores: las alas y el fuselaje son más pesados; Columbia está equipada con instrumentación utilizada para controlar el comportamiento del transbordador durante sus primeros vuelos y conserva la esclusa de aire interna más pesada que, en los otros orbitadores, fue abandonada por una esclusa de aire externa necesaria para servir a las estaciones espaciales.
Challenger (1982) es el segundo orbitador construido. Voló por primera vez en 1983 como parte de la misión STS-6 antes de ser destruido durante el lanzamiento de su décimo vuelo STS-51-L en28 de enero de 1986.
El Discovery realizó su primer vuelo en 1984 como parte de la misión STS-41-D y habrá completado 39 misiones. Su último lanzamiento tuvo lugar el 24 de febrero de 2011. Es el orbitador que realizó el mayor número de misiones.
Atlantis realizó su primer vuelo en 1985 en la misión STS-51-J y completó 33 vuelos. Su último lanzamiento tuvo lugar el 8 de julio de 2011.
Endeavour realizó su primer vuelo en 1992 como parte de la misión STS-49 . Fue construido después de la destrucción del Challenger y habrá realizado 25 vuelos. Su último vuelo se completó el 1 er junio de 2011 ( STS-134 ).

Se construyeron otros dos ejemplos para el desarrollo del transbordador:

Enterprise u OV-101 ( Vehículo orbital-101 ) entregado a la NASA en 1977 se utiliza primero para validar el transporte del transbordador en la parte trasera del portaaviones Boeing 747. En 1977 se llevaron a cabo cinco vuelos no tripulados y tres vuelos tripulados. El mismo año, el transbordador fue lanzado cinco veces desde la parte trasera del 747 en vuelo y aterrizó solo después de un planeo. Durante los años siguientes, Enterprise se utiliza para pruebas de vibración y validación de procedimientos de ensamblaje antes del lanzamiento del transbordador en el Centro Espacial Kennedy. En 1985, el transbordador, que no estaba equipado para realizar misiones en órbita, fue devuelto al Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC para su exhibición. En 2012, se mudó a Nueva York en el Intrepid Sea-Air-Space Museum .

Pathfinder construido en 1977 por el Centro Espacial Marshall es una maqueta de acero similar en peso, tamaño y forma a un orbitador. Se utiliza para validar el manejo y el tamaño de los edificios y los caminos tomados.

Hoja de balance

El transbordador espacial estadounidense no revolucionó el transporte espacial al reducir los costos de lanzamiento en órbita como esperaban sus diseñadores. En 2008, cuando el programa de transbordadores estaba a punto de completarse, se estimó que cada vuelo del transbordador espacial estadounidense costaba 1.500 millones de dólares, incluidos los costos de desarrollo: un precio que no era competitivo con el de un lanzador clásico. La flexibilidad operativa tampoco está ahí: la tasa de lanzamiento alcanzó el 5% de la inicialmente prevista. Se suponía que el transbordador espacial reduciría el riesgo para los astronautas al mismo nivel que el de los pasajeros de los aviones. Se basa en esta suposición de que el transbordador fue diseñado sin un sistema de rescate a diferencia de los lanzadores convencionales. Pero el transbordador es una máquina mucho más compleja que un lanzador convencional y, por lo tanto, más susceptible a fallas incluso con procedimientos de control muy engorrosos. La decisión de retirar el transbordador se debe en gran parte a esta observación. Se acepta que las máquinas que reemplazarán al transbordador en sus diversas funciones serán naves espaciales “clásicas” como la cápsula Apolo: el transbordador espacial estadounidense se considera hoy en día como un callejón sin salida en el campo de los vuelos espaciales tripulados.

Orbitadores guardados en museos

Los cuatro orbitadores operativos que sobrevivieron hasta el final del programa se encuentran ahora en exhibición en varios museos de Estados Unidos:

Discovery se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC
Atlantis se exhibe en la sección del museo del Centro Espacial Kennedy en Florida .
Endeavour se exhibe en el California Science Center en Los Ángeles
A finales de 2011, Enterprise, que se había exhibido anteriormente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC, fue trasladado al Museo Intrepid Sea-Air-Space de Nueva York .

Además, los dos laboratorios espaciales Spacelab embarcados en la bodega de carga durante numerosas misiones de transbordadores espaciales son visibles respectivamente en el aeropuerto de Bremen en Alemania y en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington.

Una réplica del transbordador Endeavour se encuentra en el Cosmodome y se utiliza para simulaciones de misiones.

Galería

Descripción general de las instalaciones de lanzamiento.

Notas y referencias

Notas

Capacidad de un vehículo espacial para poder salir de su órbita para aterrizar en la Tierra. Cuanto mayor sea el desplazamiento lateral, más fácil será para la máquina elegir su zona de aterrizaje.
Boeing comprará la propia Rockwell en diciembre de 1996 .
Esta forma (estrella de 11 puntas) crea una gran superficie de combustión en la ignición, por lo tanto, un gran empuje, que disminuye muy rápidamente a medida que la sección se vuelve cilíndrica.
A diferencia de los SSMEs, los propulsores de pólvora no se pueden apagar una vez disparados

Referencias

(en) " Conceptos básicos del transbordador espacial " , NASA,15 de febrero de 2005(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
Nancy Bray , " Transbordador espacial y estación espacial internacional " , en la NASA ,28 de abril de 2015(consultado el 10 de enero de 2020 )
(en) TA Heppenheimer, " La Decisión del transbordador espacial " , la NASA,1999(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
Dennis R. Jenkins p. 78-79 .
(en) Mark Wade, " Shuttle " [ archivo de7 de abril de 2004] , Astronautix,9 de agosto de 2003(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
transbordador espacial conferencia técnica p. 212-230 .
Xavier Pasco op. cit. pag. 134 .
Xavier Pasco op. cit. pag. 139-147 .
Dennis R. Jenkins p. 78-79 .
Xavier Pasco op. cit. pag. 103-105 .
Dennis R. Jenkins p. 170 .
(en) Richard Braastad, " Poniendo el presupuesto de la NASA en perspectiva " [ archivo3 de marzo de 2016] (consultado el 22 de junio de 2018 ) .
(en) TA Heppenheimer, " La decisión del transbordador espacial " , NASA,1999(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
Dennis R. Jenkins p. 182-183 .
Dennis R. Jenkins p. 187-248 .
Dennis R. Jenkins p. 286-287 .
Dennis R. Jenkins p. 288 .
(in) Informe de la Comisión Rogers, " Informe de la Comisión Presidencial sobre el accidente del transbordador espacial Challenger , Volumen 1, capítulo 4, página 72 " ,1986(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
(in) Informe de la Comisión Rogers, " Informe de la Comisión Presidencial sobre el accidente del transbordador espacial Challenger , Volumen 1, capítulo 6 " ,1986(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
(in) Comisión de aplazamiento de Rogers " Implementación de las recomendaciones de la Comisión Presidencial sobre el accidente del transbordador espacial Challenger, Recomendación VII " ,1987(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
Dennis R. Jenkins p. 288 .
Dennis R. Jenkins p. 324-331 .
(in) Associated Press , " Aluminio fundido encontrado en las tejas térmicas de Columbia " , USA Today ,4 de marzo de 2003( leer en línea , consultado el 22 de junio de 2018 ).
(in) Junta de Investigación de Accidentes de Columbia: Informe Volumen 1 ,agosto de 2003, 248 p. ( leer en línea [PDF] ) , pág. 123.
(in) Junta de investigación de accidentes de Columbia: Volumen del informe 1: Parte dos: Por qué ocurrió el accidente, Junta de investigación de accidentes de Columbia,agosto de 2003, 204 p. ( leer en línea [PDF] ) , pág. 95.
(in) Junta de investigación de accidentes de Columbia, " 6.1 Una historia de anomalías de la espuma (página 121) " [ archivo2 de abril de 2009] [PDF] ,agosto de 2003(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
(en) Richard Simon , " Con lanzaderas que se convierten en salas de museo, ciudades para aterrizar una vida " , Los Angeles Times ,14 de agosto de 2010( leer en línea ).
(in) " Discovery's final home 'up in the air' ' en upi.com ,1 st de noviembre de 2010(consultado el 22 de junio de 2018 ) .
(en) " NYC, LA, Kennedy Space Center, el Smithsonian para obtener los 4 transbordadores espaciales retirados " , USA Today ,12 de abril de 2011( leer en línea , consultado el 22 de junio de 2018 ).
(in) " Procesamiento del transbordador espacial STS-113 - Tablero de preguntas y respuestas: ¿De qué están hechas las ventanas del transbordador espacial? " NASA (consultado el 23 de junio de 2018 ) .
Dennis R. Jenkins p. 365-384 .
Dennis R. Jenkins p. 412-420 .
Dennis R. Jenkins p. 389-391 .
Dennis R. Jenkins p. 391-392 .
(en) John W. Young y James R. Hansen , Forever Young: A Life of Adventure in Air and Space , University Press of Florida,2012, 424 p. , EBook Kindle ( ISBN 978-0-8130-4933-5 y 0-8130-4933-4 ) , cap. 4.
Dennis R. Jenkins p. 395-402 .
Dennis R. Jenkins p. 238-239 .
Dennis R. Jenkins p. 401 .
Dennis R. Jenkins p. 408-411 .
" El tren de aterrizaje del orbitador " en www.capcomespace.net (visitada 1 st de julio de 2020 )
Jean-François Clervoy , Historia (s) del espacio: misión al Hubble , París, Jacob-Duvernet,2009, 207 p. ( ISBN 978-2-84724-251-5 ) , pág. 73.
Mark Traa ( traducido del inglés por Paloma Cabeza-Orcel), La conquista del espacio , París, Gründ ,septiembre 2007, 319 p. ( ISBN 978-2-7000-1797-7 ) , pág. 108.
(en) " Equipo de ejercicio " en spaceflight.nasa.gov (consultado el 23 de junio de 2018 ) .
Dennis R. Jenkins p. 379-382 .
(in) " Shuttle Orbiter Medical System " [ archivo2 de abril de 2009] , Kennedy Space Center, NASA (consultado el 23 de junio de 2018 ) .
" Centro de control de lanzamiento " (consultado el 21 de marzo de 2010 )
Didier Capdevila, " The computer of the shuttle " , Capcom Espace (consultado el 13 de febrero de 2016 )
Didier Capdevila, “ La energía de la lanzadera ” , Capcom Espace (visitada 13 de febrero 2016 ) .
Dennis R. Jenkins p. 421 .
Dennis R. Jenkins p. 422-423 .
Dennis R. Jenkins p. 425-433
(en) " transbordador espacial: Orbitador de ejecución: desde el aterrizaje hasta el lanzamiento " , Centro espacial Kennedy,18 de junio de 2005
Dennis R. Jenkins p. 259
Dennis R. Jenkins p. 417
Dennis R. Jenkins p. 259-260
Dennis R. Jenkins p. 417
NASA, " Inserción de órbita " ,4 de julio de 2002
Dennis R. Jenkins p. 263
NASA, " Sitios de aterrizaje de abortos transoceánicos del transbordador espacial " ,Noviembre de 2006
NASA, " Contingency Abort " (consultado el 23 de marzo de 2010 )
Dennis R. Jenkins p. 370-371
NASA, " Inflight Crew Escape System " (consultado el 23 de marzo de 2010 )
(in) " documento a la prensa sobre la misión NASA STS-131 " [PDF] , NASA,abril 2010(consultado el 20 de enero de 2015 )
(en) " aterrizaje del orbitador transbordador espacial en el KSC " , NASA,Mayo de 2000
Dennis R. Jenkins p. 260
Dennis R. Jenkins p. 260-261
(in) " Mission Control Answers Your Questions: From: Amanda, of Sydney, Australia " , NASA (consultado el 23 de marzo de 2010 )
Dennis R. Jenkins p. 261
Dennis R. Jenkins p. 441
Dennis R. Jenkins p. 435
Dennis R. Jenkins p. 435-439
(in) " Revisión del orbitador | El plan de pérdida de peso de Columbia ” , Spaceflight Now,14 de abril de 2000(consultado el 17 de julio de 2009 )
(in) " Revisión del orbitador | Volando hacia el futuro ” , Spaceflight Now,14 de abril de 2000(consultado el 17 de julio de 2009 )
(en) " Enterprise (OV-101) " , Centro espacial Kennedy de la NASA10 de marzo de 2000
“ Space Shuttle Pavilion ” , en www.intrepidmuseum.org (consultado el 27 de enero de 2019 )
(en) " Parthfinder " , Centro espacial Kennedy de la NASA1995
(en) Pat Duggins, " CUENTA REGRESIVA FINAL: NASA y el fin del programa del transbordador espacial " , Científico estadounidense,2007(consultado el 22 de octubre de 2009 )

Bibliografía

NASA :

[PDF] (en) TA Heppenheimer (NASA), La decisión del transbordador espacial ,1999( leer en línea )Historia: desde los primeros conceptos hasta el lanzamiento del proyecto del transbordador espacial (SP 4221).
[PDF] (en) NASA, NSTS 1988 News Reference Manual ,1988( leer en línea )1988 Manual de referencia del transbordador espacial.
[PDF] (en) Centro espacial Johnson de la NASA, conferencia técnica del transbordador espacial ,1983( leer en línea )Presentación de las características técnicas de la lanzadera.
[PDF] (en) Roger D. Launius y Dennis R. Jenkins, Coming Home: Reentry and Recovery from Space (NASA SP-2011-593 , NASA,2001, 337 p. ( ISBN 978-0-16-091064-7 , leer en línea )Historia de los métodos estudiados y desarrollados para aterrizar una nave espacial en la Tierra (centrados en los logros estadounidenses)

Otros :

(en) Dennis R. Jenkins, Transbordador espacial: La historia del Sistema Nacional de Transporte Espacial las primeras 100 misiones , Midland Publishing,2006, 513 p. ( ISBN 978-1-85780-116-3 )
(en) Pat Duggins, Final Countdown: NASA and the End of the Space Shuttle Program , University Press of Florida,2009, 264 p. ( ISBN 978-0-8130-3384-6 )
(en) Davide Sivolella, El programa del transbordador espacial: tecnologías y logros , Springer Praxis Books,2017, 360 p. ( ISBN 978-3-319-54946-0 , leer en línea )
(en) Davide Sivolella, To Orbit and Back Again: How the Space Shuttle Voló en el espacio , Springer Praxis Books,2014, 502 p. ( ISBN 978-1-4614-0983-0 , leer en línea )
(en) David J. Shayler, Montaje y suministro de la ISS: El transbordador espacial cumple su misión , Springer-PRAXIS,2017, 350 p. ( ISBN 978-3-319-40443-1 , leer en línea )
Xavier Pasco, The United States Space Policy 1958-1985: Technology, National Interest and Public Debate , L'Harmattan ,1997, 300 p. ( ISBN 2-7384-5270-1 , leer en línea )
Alain Duret, Conquista del espacio: del sueño al mercado , París, Éditions Gallimard ,2002, 262 p. ( ISBN 2-07-042344-1 )
F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, El nuevo espacio territorial: atlas de satélites y políticas espaciales , Belin ,2002
(es) JD Hunley, Tecnología de vehículos de lanzamiento espacial de EE . UU.: Viking to space shuttle , University Press of Florida,2008, 453 p. ( ISBN 978-0-8130-3178-1 )
(en) Dennis R. Jenkins y Roger D Launius, Para alcanzar la alta frontera: una historia de los vehículos de lanzamiento de EE. UU. , The University Press of Kentucky,2002( ISBN 978-0-8131-2245-8 )
(en) Melvin Smith , An Illustrated History of Space Shuttle: nave espacial alada de EE. UU.: X-15 to Orbiter , Haynes Publishing Group,1985, 246 p. ( ISBN 0-85429-480-5 ) , pág. 111-132.

Ver también

enlaces externos