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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Navette spaziali Shuttle e Buran. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Lo Space Shuttle o semplicemente lo Shuttle (ing. Space Shuttle - "space shuttle") è un veicolo spaziale da trasporto riutilizzabile americano. Le navette sono state utilizzate come parte del programma governativo Space Transportation System (STS) della NASA. Era chiaro che le navette "si sarebbero affrettate come navette" tra l'orbita terrestre bassa e la Terra, trasportando carichi utili in entrambe le direzioni.
Il programma navetta è stato sviluppato dalla North American Rockwell per conto della NASA dal 1971. Durante la creazione del sistema, sono state utilizzate numerose soluzioni tecniche per i moduli lunari del programma Apollo degli anni '1960: esperimenti con booster a propellente solido, sistemi per la loro separazione e ottenimento di carburante da un serbatoio esterno. In totale sono state costruite cinque navette (due delle quali sono morte in incidenti) e un prototipo. I voli nello spazio sono stati effettuati dal 12 aprile 1981 al 21 luglio 2011. Sebbene i lanci spaziali fossero rari, la questione del costo dei veicoli di lancio non ha attirato molta attenzione su di sé. Ma con il progredire dell'esplorazione spaziale, iniziò a guadagnare importanza. Il costo di un veicolo di lancio nel costo totale del lancio di un veicolo spaziale varia. Se il veicolo di lancio è seriale e il veicolo spaziale che lancia è unico, il costo del veicolo di lancio è circa il 10 percento del costo totale di lancio. Se il veicolo spaziale è seriale e il vettore è unico, fino al 40 percento o più. L'alto costo del trasporto spaziale è spiegato dal fatto che il veicolo di lancio viene utilizzato una sola volta. Satelliti e stazioni spaziali operano in orbita o nello spazio interplanetario, portando un certo risultato scientifico o economico, mentre gli stadi dei razzi, che hanno un design complesso e apparecchiature costose, bruciano in strati densi dell'atmosfera. Naturalmente, è sorta la questione di ridurre il costo dei lanci spaziali rilanciando i veicoli di lancio. Ci sono molti progetti di tali sistemi. Uno di questi è un aereo spaziale. Si tratta di una macchina alata che, come un aereo di linea, decollerebbe dallo spazioporto e, dopo aver consegnato un carico utile in orbita (satellitare o navicella spaziale), ritornerebbe sulla Terra. Ma è ancora impossibile creare un tale velivolo, principalmente a causa del rapporto necessario tra le masse del carico utile e la massa totale della macchina. Molti altri schemi di aeromobili riutilizzabili si sono rivelati economicamente non redditizi o difficili da implementare. Tuttavia, negli Stati Uniti, si sono comunque diretti alla creazione di un veicolo spaziale riutilizzabile. Molti esperti erano contrari a un progetto così costoso. Ma il Pentagono lo ha sostenuto. Lo sviluppo del sistema Space Shuttle ("space shuttle") iniziò negli Stati Uniti nel 1972. Si basava sul concetto di un veicolo spaziale riutilizzabile progettato per lanciare satelliti artificiali e altri oggetti in orbite vicine alla Terra. Lo Space Shuttle è una combinazione di uno stadio orbitale con equipaggio, due booster a razzo solido e un grande serbatoio di carburante situato tra questi booster. Lo Shuttle si lancia verticalmente con l'aiuto di due booster a propellente solido (ciascuno di 3,7 metri di diametro), nonché motori a razzo a propellente liquido dello stadio orbitale, che sono alimentati da carburante (idrogeno liquido e ossigeno liquido) da un grande carburante cisterna. I booster a propellente solido funzionano solo nella parte iniziale della traiettoria. Il loro tempo di esecuzione è di poco più di due minuti. Ad un'altitudine di 70-90 chilometri, i booster vengono separati, paracadutati in acqua, nell'oceano e rimorchiati a riva per essere riutilizzati dopo il ricondizionamento e la ricarica. Quando entra in orbita, il serbatoio del carburante (8,5 metri di diametro e 47 metri di lunghezza) viene lasciato cadere e bruciato negli strati densi dell'atmosfera.
L'elemento più complesso del complesso è lo stadio orbitale. Assomiglia a un razzo con un'ala a delta. Oltre ai motori, ospita l'abitacolo e il vano di carico. Lo stadio orbitale deorbita come un veicolo spaziale convenzionale e atterra senza spinta, solo a causa della forza di sollevamento di un'ala spazzata con proporzioni ridotte. L'ala consente allo stadio orbitale di eseguire alcune manovre sia in distanza che in rotta e, infine, di atterrare su una speciale striscia di cemento. Allo stesso tempo, la velocità di atterraggio del palco è molto più alta di quella di qualsiasi caccia: circa 350 chilometri all'ora. Il corpo dello stadio orbitale deve resistere a temperature di 1600 gradi Celsius. Lo scudo termico è costituito da 30922 piastrelle di silicato incollate alla fusoliera e ben fissate l'una all'altra. Lo Space Shuttle è una sorta di compromesso sia tecnico che economico. Il carico utile massimo consegnato dallo Shuttle in orbita è compreso tra 14,5 e 29,5 tonnellate e la sua massa di lancio è di 2000 tonnellate, ovvero il carico utile è solo lo 0,8-1,5 percento della massa totale del veicolo spaziale rifornito. Allo stesso tempo, questa cifra per un razzo convenzionale con lo stesso carico utile è del 2-4 percento. Se prendiamo come indicatore il rapporto tra il carico utile e il peso della struttura, escluso il carburante, il vantaggio a favore di un razzo convenzionale aumenterà ancora di più. Tale è il prezzo per l'opportunità di riutilizzare almeno in parte le strutture dei veicoli spaziali. Uno dei creatori di veicoli spaziali e stazioni, il cosmonauta pilota dell'URSS, il professor K.P. Feoktistov valuta l'efficienza economica dello Shuttle come segue: "Inutile dire che non è facile creare un sistema di trasporto economico. Alcuni esperti sono anche confusi sull'idea dello Shuttle da quanto segue. che in un anno solo uno "aeromobili", per giustificare la sua costruzione, devono mettere in orbita circa mille tonnellate di carichi diversi. D'altra parte, c'è la tendenza a ridurre il peso dei veicoli spaziali, aumentare la durata della loro vita attiva in orbita e, in generale, per ridurre il numero di veicoli di lancio risolvendo una serie di compiti per ciascuno di essi.
Dal punto di vista dell'efficienza, la creazione di una nave da trasporto riutilizzabile con una capacità di carico così grande è prematura. È molto più redditizio rifornire le stazioni orbitali con l'aiuto di veicoli di trasporto automatico del tipo Progress.Oggi il costo di un chilogrammo di carico lanciato nello spazio dallo Shuttle è di $ 25000 e dal Proton di $ 5000. Senza il supporto diretto del Pentagono, il progetto non avrebbe potuto essere portato allo stadio di esperimenti di volo. Proprio all'inizio del progetto, presso il quartier generale dell'Aeronautica Militare degli Stati Uniti, è stato istituito un comitato per l'utilizzo dello Shuttle. È stata presa la decisione di costruire una rampa di lancio della navetta presso la base dell'aeronautica di Vandenberg in California, da cui vengono lanciati i veicoli spaziali militari. I clienti militari prevedevano di utilizzare lo Shuttle per svolgere un ampio programma di dispiegamento di satelliti da ricognizione nello spazio, sistemi per il rilevamento radar e il puntamento di missili da combattimento, per voli di ricognizione con equipaggio, la creazione di posti di comando spaziali, piattaforme orbitali con armi laser, per " ispezione" di alieni in orbita. oggetti spaziali e loro consegna sulla Terra. Lo Shuttle è stato anche considerato uno degli anelli chiave del programma generale per la creazione di armi laser spaziali. Così, già nel primo volo, l'equipaggio della navicella Columbia ha svolto un compito militare relativo alla verifica dell'affidabilità del dispositivo di puntamento per armi laser. Un laser posto in orbita deve essere puntato con precisione contro missili a centinaia e migliaia di chilometri di distanza da esso. Dall'inizio degli anni '1980, l'aeronautica americana ha preparato una serie di esperimenti non classificati in orbita polare per sviluppare apparecchiature avanzate per il tracciamento di oggetti in movimento nell'aria e nello spazio senz'aria. Il disastro del Challenger del 28 gennaio 1986 ha apportato modifiche all'ulteriore sviluppo dei programmi spaziali statunitensi. Il Challenger fece il suo ultimo volo, paralizzando l'intero programma spaziale americano. Mentre gli Shuttle erano in disarmo, la cooperazione della NASA con il Dipartimento della Difesa è stata messa in discussione. L'Air Force ha effettivamente sciolto il suo gruppo di astronauti. Cambiò anche la composizione della missione militare-scientifica, che ricevette il nome STS-39 e fu trasferita a Cape Canaveral. Le date per il prossimo volo sono state ripetutamente posticipate. Il programma è ripreso solo nel 1990. Da allora, gli Shuttle effettuano regolarmente voli spaziali. Hanno partecipato alla riparazione del telescopio Hubble, ai voli per la stazione Mir e alla costruzione della ISS. Quando i voli dello Shuttle ripresero in URSS, era già pronta una nave riutilizzabile, che per molti aspetti superava quella americana. Il 15 novembre 1988, il nuovo veicolo di lancio Energia ha lanciato la navicella spaziale riutilizzabile Buran nell'orbita terrestre bassa. Dopo aver effettuato due orbite attorno alla Terra, guidato da macchine miracolose, atterrò magnificamente sulla pista di cemento di Baikonur, come un aereo di linea Aeroflot.
Il veicolo di lancio Energia è il razzo base di un intero sistema di veicoli di lancio, formato da una combinazione di un numero diverso di stadi modulari unificati e in grado di lanciare nello spazio veicoli di peso da 10 a centinaia di tonnellate! La sua base, il nucleo, è il secondo passo. La sua altezza è di 60 metri, il diametro è di circa 8 metri. Ha quattro motori a razzo a propellente liquido alimentati da idrogeno (carburante) e ossigeno (ossidante). La spinta di ciascuno di questi motori sulla superficie terrestre è di 1480 kN. Quattro blocchi sono ancorati a coppie attorno al secondo stadio alla sua base, formando il primo stadio del veicolo di lancio. Ogni blocco è dotato del più potente motore a quattro camere RD-170 del mondo con una spinta di 7400 kN vicino alla Terra. Il "pacchetto" di blocchi del primo e del secondo stadio forma un potente e pesante veicolo di lancio con un peso di lancio fino a 2400 tonnellate, che trasporta un carico utile di 100 tonnellate. La spinta totale dei suoi motori all'inizio del volo raggiunge i 36000 kN. "Buran" ha una grande somiglianza esterna con lo "Shuttle" americano. La nave è costruita secondo lo schema di un velivolo senza coda con un'ala delta di sweep variabile, ha controlli aerodinamici che funzionano durante l'atterraggio dopo essere tornati negli strati densi dell'atmosfera: un timone e degli elevoni. È stato in grado di effettuare una discesa controllata nell'atmosfera con una manovra laterale fino a 2000 chilometri. La lunghezza del Buran è di 36,4 metri, l'apertura alare è di circa 24 metri, l'altezza della nave sul telaio è di oltre 16 metri. Il peso di lancio della nave è di oltre 100 tonnellate, di cui 14 tonnellate di carburante. Una cabina sigillata completamente saldata per l'equipaggio e la maggior parte dell'attrezzatura per il volo come parte del complesso spaziale e missilistico, volo autonomo in orbita, discesa e atterraggio è inserita nel compartimento anteriore. Volume della cabina - più di 70 metri cubi.
Buran nello spazio Quando si ritorna agli strati densi dell'atmosfera, le parti più sollecitate dal calore della superficie della nave si riscaldano fino a 1600 gradi, mentre il calore che raggiunge direttamente la struttura metallica della nave non deve superare i 150 gradi. Pertanto, "Buran" si è distinto per una potente protezione termica, che fornisce condizioni di temperatura normali per la struttura della nave durante il passaggio di strati densi dell'atmosfera durante l'atterraggio. Il rivestimento termo schermante di oltre 38mila piastrelle è realizzato con materiali speciali: fibra di quarzo, fibre organiche ad alta temperatura, materiale in parte a base di carbonio. L'armatura in ceramica ha la capacità di accumulare calore senza passarlo allo scafo della nave. La massa totale di questa armatura era di circa 9 tonnellate. La lunghezza del vano di carico Buran è di circa 18 metri. Il suo vasto vano di carico poteva ospitare un carico utile fino a 30 tonnellate. Lì potrebbero essere collocati grandi veicoli spaziali: grandi satelliti, blocchi di stazioni orbitali. Il peso di sbarco della nave è di 82 tonnellate. "Buran" era dotato di tutti i sistemi e le attrezzature necessarie sia per il volo automatico che con equipaggio. Si tratta di mezzi di navigazione e controllo, sistemi radiofonici e televisivi, dispositivi automatici per il controllo del regime termico e del sistema di supporto vitale dell'equipaggio, e molto altro ancora. Il sistema di propulsione principale, due gruppi di motori per le manovre, si trovano all'estremità della sezione di coda e davanti allo scafo. Le modifiche che hanno reso il sistema Energia-Buran diverso dal sistema Space Shuttle hanno avuto i seguenti risultati: nel sistema Energia-Buran, solo la nave orbitale stessa era un elemento riutilizzabile nel primo volo, mentre i blocchi del primo stadio e l'unità centrale sono stati persi durante il processo di lancio. D'altra parte, è stato creato un sistema spaziale di trasporto universale che, a differenza degli americani, ha permesso di lanciare nello spazio non solo Buran, ma anche carichi pesanti arbitrari fino a 100 tonnellate, mentre negli Stati Uniti la navetta è un parte integrante del sistema di trasporto e del carico limitato a 29,5 tonnellate e, a causa dell'allineamento dell'orbiter, non è mai stato effettuato un solo volo a pieno carico. Negli Stati Uniti, c'erano piani per creare un sistema di solo carico una tantum basato sullo Shuttle-C, ma non sono stati implementati. Autore: Musskiy SA
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