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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Raumfähren Shuttle und Buran. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Das Space Shuttle oder einfach Shuttle (engl. Space Shuttle – „Space Shuttle“) ist ein amerikanisches wiederverwendbares Transportraumschiff. Die Shuttles wurden im Rahmen des NASA-Regierungsprogramms Space Transportation System (STS) eingesetzt. Es wurde davon ausgegangen, dass die Shuttles „wie Shuttles“ zwischen der erdnahen Umlaufbahn und der Erde hin und her huschen und Nutzlasten in beide Richtungen transportieren würden.
Das Shuttle-Programm wurde seit 1971 von North American Rockwell im Auftrag der NASA entwickelt. Bei der Erstellung des Systems wurden eine Reihe technischer Lösungen für die Mondlandefähren des Apollo-Programms der 1960er Jahre verwendet: Experimente mit Festbrennstoffbeschleunigern, Systeme zu deren Trennung und die Aufnahme von Treibstoff aus einem externen Tank. Insgesamt wurden fünf Shuttles (zwei davon kamen bei Katastrophen ums Leben) und ein Prototyp gebaut. Flüge ins All wurden vom 12. April 1981 bis 21. Juli 2011 durchgeführt. Während Weltraumstarts selten waren, zog die Frage nach den Kosten von Trägerraketen nicht viel Aufmerksamkeit auf sich. Aber mit fortschreitender Erforschung des Weltraums begann sie an Bedeutung zu gewinnen. Die Kosten einer Trägerrakete in den Gesamtkosten für den Start eines Raumfahrzeugs variieren. Wenn die Trägerrakete seriell und das damit gestartete Raumfahrzeug einzigartig ist, betragen die Kosten für die Trägerrakete etwa 10 Prozent der gesamten Startkosten. Wenn das Raumschiff seriell und der Träger einzigartig ist - bis zu 40 Prozent oder mehr. Die hohen Kosten des Weltraumtransports erklären sich aus der Tatsache, dass die Trägerrakete nur einmal verwendet wird. Satelliten und Raumstationen arbeiten im Orbit oder im interplanetaren Raum und bringen ein bestimmtes wissenschaftliches oder wirtschaftliches Ergebnis, und Raketenstufen, die ein komplexes Design und eine teure Ausrüstung haben, brennen in dichten Schichten der Atmosphäre aus. Natürlich stellte sich die Frage, ob die Kosten für Weltraumstarts durch den Neustart von Trägerraketen gesenkt werden könnten. Es gibt viele Projekte solcher Systeme. Eines davon ist ein Raumflugzeug. Dies ist eine geflügelte Maschine, die wie ein Verkehrsflugzeug vom Weltraumbahnhof abheben und nach Lieferung einer Nutzlast in die Umlaufbahn (Satellit oder Raumfahrzeug) zur Erde zurückkehren würde. Aber es ist immer noch unmöglich, ein solches Flugzeug zu bauen, hauptsächlich wegen des notwendigen Verhältnisses der Massen der Nutzlast und der Gesamtmasse der Maschine. Viele andere Systeme wiederverwendbarer Flugzeuge erwiesen sich als wirtschaftlich unrentabel oder schwierig umzusetzen. Trotzdem steuerten sie in den Vereinigten Staaten auf die Schaffung eines wiederverwendbaren Raumfahrzeugs zu. Viele Experten waren gegen ein so teures Projekt. Aber das Pentagon unterstützte ihn. Die Entwicklung des Space-Shuttle-Systems ("Space Shuttle") begann 1972 in den Vereinigten Staaten. Es basierte auf dem Konzept eines wiederverwendbaren Raumfahrzeugs, das künstliche Satelliten und andere Objekte in erdnahe Umlaufbahnen bringen sollte. Das Space Shuttle ist eine Kombination aus einer bemannten Orbitalstufe, zwei Feststoffraketen-Boostern und einem großen Treibstofftank, der sich zwischen diesen Boostern befindet. Das Shuttle startet vertikal mit Hilfe von zwei Festtreibstoff-Boostern (jeweils 3,7 Meter Durchmesser) sowie Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken der Orbitalstufe, die mit Treibstoff (flüssiger Wasserstoff und flüssiger Sauerstoff) aus einem großen Treibstoff angetrieben werden Panzer. Festtreibstoff-Booster arbeiten nur im Anfangsteil der Flugbahn. Ihre Laufzeit beträgt etwas mehr als zwei Minuten. In einer Höhe von 70-90 Kilometern werden die Booster getrennt, mit Fallschirmen ins Wasser, ins Meer und ans Ufer geschleppt, um sie nach Überholung und Aufladung wieder einzusetzen. Beim Eintritt in die Umlaufbahn wird der Treibstofftank (8,5 Meter Durchmesser und 47 Meter Länge) abgeworfen und in den dichten Schichten der Atmosphäre verbrannt.
Das komplexeste Element des Komplexes ist die Orbitalstufe. Es ähnelt einem Raketenflugzeug mit einem Deltaflügel. Neben den Motoren beherbergt es das Cockpit und den Frachtraum. Die Orbitalstufe verlässt die Umlaufbahn wie ein herkömmliches Raumfahrzeug und landet ohne Schub, nur aufgrund der Auftriebskraft eines gepfeilten Flügels mit kleinem Seitenverhältnis. Der Flügel ermöglicht es der Orbitalstufe, einige Manöver sowohl in Reichweite als auch im Kurs auszuführen und schließlich auf einem speziellen Betonstreifen zu landen. Die Landegeschwindigkeit der Bühne ist viel höher als die jedes Kampfflugzeugs - etwa 350 Kilometer pro Stunde. Der Körper der Orbitalstufe muss Temperaturen von 1600 Grad Celsius standhalten. Der Hitzeschild besteht aus 30922 Silikatplatten, die auf den Rumpf geklebt und fest miteinander verbunden sind. Das Space Shuttle ist sowohl technisch als auch wirtschaftlich eine Art Kompromiss. Die maximale Nutzlast, die das Shuttle in die Umlaufbahn bringt, beträgt 14,5 bis 29,5 Tonnen, und seine Startmasse beträgt 2000 Tonnen, dh die Nutzlast beträgt nur 0,8 bis 1,5 Prozent der Gesamtmasse des betankten Raumfahrzeugs. Gleichzeitig liegt dieser Wert für eine konventionelle Rakete mit der gleichen Nutzlast bei 2-4 Prozent. Wenn wir das Verhältnis der Nutzlast zum Gewicht der Struktur ohne Treibstoff als Indikator nehmen, wird der Vorteil zugunsten einer konventionellen Rakete noch größer. Das ist der Preis für die Möglichkeit, Raumfahrzeugstrukturen zumindest teilweise wiederzuverwenden. Einer der Schöpfer von Raumfahrzeugen und Stationen, Pilot-Kosmonaut der UdSSR, Professor K.P. Feoktistov bewertet die Wirtschaftlichkeit des Shuttles wie folgt: "Natürlich ist es nicht einfach, ein wirtschaftliches Transportsystem zu schaffen. Einige Experten sind auch verwirrt über die Idee des Shuttles, weil in einem Jahr nur eines "Flugzeuge", um seinen Bau zu rechtfertigen, müssen etwa tausend Tonnen verschiedener Ladungen in die Umlaufbahn bringen. Andererseits besteht die Tendenz, das Gewicht von Raumfahrzeugen zu reduzieren, die Dauer ihrer aktiven Lebensdauer im Orbit zu verlängern und, im Allgemeinen, um die Anzahl der Trägerraketen zu reduzieren, indem eine Reihe von Aufgaben für jeden von ihnen gelöst werden.
Unter dem Gesichtspunkt der Effizienz ist die Schaffung eines wiederverwendbaren Transportschiffs mit einer so großen Tragfähigkeit verfrüht. Es ist viel rentabler, Orbitalstationen mit Hilfe automatischer Transportschiffe vom Typ Progress zu versorgen.Heute kostet ein Kilogramm Fracht, das vom Shuttle in den Weltraum gebracht wird, 25000 US-Dollar und vom Proton 5000 US-Dollar. Ohne die direkte Unterstützung des Pentagon hätte das Projekt kaum zu Flugexperimenten gebracht werden können. Gleich zu Beginn des Projekts wurde im Hauptquartier der US Air Force ein Komitee für den Einsatz des Shuttles eingerichtet. Es wurde beschlossen, auf der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien eine Shuttle-Startrampe zu bauen, von der aus militärische Raumfahrzeuge gestartet werden. Militärkunden planten, mit dem Shuttle ein breites Programm zum Einsatz von Aufklärungssatelliten im Weltraum, Systemen zur Radarerkennung und zum Zielen von Kampfraketen, für bemannte Aufklärungsflüge, die Schaffung von Weltraumkommandoposten, Orbitalplattformen mit Laserwaffen, für " Inspektion" von Außerirdischen im Orbit. Weltraumobjekte und deren Lieferung zur Erde. Das Shuttle wurde auch als eines der wichtigsten Glieder im Gesamtprogramm zur Herstellung von Weltraumlaserwaffen angesehen. So führte die Besatzung des Columbia-Raumschiffs bereits beim ersten Flug eine militärische Aufgabe im Zusammenhang mit der Überprüfung der Zuverlässigkeit des Zielgeräts für Laserwaffen aus. Ein im Orbit platzierter Laser muss genau auf Raketen gerichtet werden, die Hunderte und Tausende Kilometer von ihm entfernt sind. Seit den frühen 1980er Jahren bereitet die US Air Force eine Reihe nicht klassifizierter Experimente in der Polarumlaufbahn vor, um fortschrittliche Ausrüstung zur Verfolgung von Objekten zu entwickeln, die sich in der Luft und im luftleeren Raum bewegen. Die Challenger-Katastrophe am 28. Januar 1986 führte zu Anpassungen bei der Weiterentwicklung der US-Raumfahrtprogramme. Die Challenger trat ihren letzten Flug an und legte das gesamte amerikanische Raumfahrtprogramm lahm. Während die Shuttles aufgelegt wurden, wurde die Zusammenarbeit der NASA mit dem Verteidigungsministerium in Frage gestellt. Die Air Force hat ihre Astronautengruppe effektiv aufgelöst. Auch die Zusammensetzung der militärisch-wissenschaftlichen Mission, die den Namen STS-39 erhielt und nach Cape Canaveral verlegt wurde, änderte sich. Die Termine für den nächsten Flug wurden immer wieder verschoben. Das Programm wurde erst 1990 wieder aufgenommen. Seitdem führen die Shuttles regelmäßig Raumflüge durch. Sie waren an der Reparatur des Hubble-Teleskops, Flügen zur Mir-Station und dem Bau der ISS beteiligt. Als die Shuttle-Flüge in der UdSSR wieder aufgenommen wurden, war bereits ein wiederverwendbares Schiff fertig, das das amerikanische in vielerlei Hinsicht übertraf. Am 15. November 1988 brachte die neue Trägerrakete Energia das wiederverwendbare Raumschiff Buran in eine erdnahe Umlaufbahn. Nach zwei Umrundungen um die Erde, geführt von Wundermaschinen, landete er wunderschön auf der Betonpiste von Baikonur, wie ein Aeroflot-Flugzeug.
Die Energia-Trägerrakete ist die Basisrakete eines ganzen Systems von Trägerraketen, das aus einer Kombination einer unterschiedlichen Anzahl einheitlicher modularer Stufen besteht und in der Lage ist, Fahrzeuge mit einem Gewicht von 10 bis Hunderten von Tonnen in den Weltraum zu bringen! Seine Basis, der Kern, ist der zweite Schritt. Seine Höhe beträgt 60 Meter, der Durchmesser etwa 8 Meter. Es verfügt über vier Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke, die mit Wasserstoff (Brennstoff) und Sauerstoff (Oxidationsmittel) betrieben werden. Der Schub jedes solchen Triebwerks an der Erdoberfläche beträgt 1480 kN. Vier Blöcke sind paarweise um die zweite Stufe an ihrer Basis angedockt und bilden die erste Stufe der Trägerrakete. Jeder Block ist mit dem weltweit stärksten Vierkammertriebwerk RD-170 mit einem Schub von 7400 kN in Erdnähe ausgestattet. Das "Paket" von Blöcken der ersten und zweiten Stufe bildet eine leistungsstarke, schwere Trägerrakete mit einem Startgewicht von bis zu 2400 Tonnen und einer Nutzlast von 100 Tonnen. Der Gesamtschub seiner Triebwerke erreicht zu Beginn des Fluges 36000 kN. "Buran" hat eine große äußere Ähnlichkeit mit dem amerikanischen "Shuttle". Das Schiff ist nach dem Schema eines schwanzlosen Flugzeugs mit einem Deltaflügel mit variabler Pfeilung gebaut und verfügt über aerodynamische Steuerungen, die während der Landung nach der Rückkehr in die dichten Schichten der Atmosphäre funktionieren - Ruder und Höhenruder. Er konnte mit einem seitlichen Manöver bis zu 2000 Kilometer einen kontrollierten Abstieg in der Atmosphäre durchführen. Die Länge des Buran beträgt 36,4 Meter, die Spannweite etwa 24 Meter, die Höhe des Schiffes auf dem Fahrgestell mehr als 16 Meter. Das Startgewicht des Schiffes beträgt mehr als 100 Tonnen, davon 14 Tonnen Treibstoff. In das Nasenfach wird eine versiegelte, vollständig geschweißte Kabine für die Besatzung und die meisten Ausrüstungsgegenstände für den Flug als Teil des Raketen- und Weltraumkomplexes, den autonomen Flug im Orbit, den Abstieg und die Landung eingesetzt. Kabinenvolumen - mehr als 70 Kubikmeter.
Buran im Weltraum Bei der Rückkehr in die dichten Schichten der Atmosphäre erhitzen sich die am meisten hitzebelasteten Bereiche der Schiffsoberfläche auf bis zu 1600 Grad, während die direkt an die Metallstruktur des Schiffes gelangende Hitze 150 Grad nicht überschreiten sollte. Daher zeichnete sich "Buran" durch einen starken Wärmeschutz aus, der während des Durchgangs dichter Atmosphärenschichten während der Landung normale Temperaturbedingungen für die Schiffsstruktur bietet. Die Hitzeschutzbeschichtung von mehr als 38 Fliesen besteht aus speziellen Materialien: Quarzfaser, organische Hochtemperaturfasern, teilweise kohlenstoffbasiertes Material. Keramikpanzer haben die Fähigkeit, Wärme zu speichern, ohne sie an den Schiffsrumpf weiterzugeben. Die Gesamtmasse dieser Rüstung betrug etwa 9 Tonnen. Die Länge des Buran-Laderaums beträgt etwa 18 Meter. Sein riesiger Laderaum konnte eine Nutzlast von bis zu 30 Tonnen aufnehmen. Dort könnten große Raumfahrzeuge platziert werden - große Satelliten, Blöcke von Orbitalstationen. Das Landegewicht des Schiffes beträgt 82 Tonnen. "Buran" war mit allen notwendigen Systemen und Ausrüstungen sowohl für den automatischen als auch für den bemannten Flug ausgestattet. Dies sind Navigations- und Kontrollmittel sowie Funktechnik- und Fernsehsysteme und automatische Geräte zur Steuerung des thermischen Regimes sowie ein Lebenserhaltungssystem für die Besatzung und vieles mehr. Das Hauptantriebssystem, zwei Gruppen von Motoren zum Manövrieren, befinden sich am Ende des Heckteils und vor dem Rumpf. Die Änderungen, die das Energia-Buran-System vom Space-Shuttle-System unterschieden, führten zu folgenden Ergebnissen: Im Energia-Buran-System war nur das Orbitalschiff selbst ein wiederverwendbares Element im ersten Flug, und die Blöcke der ersten Stufe und der Zentralblock waren es während des Startvorgangs verloren gegangen. Andererseits wurde ein universelles Transportraumsystem geschaffen, das es im Gegensatz zu den Amerikanern ermöglichte, nicht nur den Buran, sondern auch beliebige schwere Lasten mit einem Gewicht von bis zu 100 Tonnen ins All zu bringen, während es in den USA das Shuttle ist ein integraler Bestandteil des Transportsystems und die Ladung auf 29,5 Tonnen begrenzt, und aufgrund der Ausrichtungsmerkmale des Orbitalschiffs wurde nie ein einziger Flug mit voller Ladung durchgeführt. In den Vereinigten Staaten gab es Pläne, ein reines Einwegfrachtsystem auf Basis des Shuttles (Shuttle-C) zu schaffen, diese wurden jedoch nicht umgesetzt. Autor: Musskiy S.A.
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