شاتل ها چگونه کار می کنند؟(۱)

برنامه شاتل های فضایی در تاریخ ۲۶ ساله خود موفقیت ها و نزول هایی به خود دیده است. این ناوگان فضانوردان زیادی را به ماموریت های مختلف برده است که این به دستاوردهای علمی فراوانی انجامیده، با اینکه این هزینه های فراوانی داشته است. در سال ۱۹۸۶ چلنجر(challenger) در حین شروع ماموریت منفجر شد. در سال ۲۰۰۳ نیز کلمبیا (Columbia) بر افراز تگزاس از بین رفت. از زمان اتفاقی که برای کلمبیا افتاد، شاتل ها دچار تغییراتی برای افزایش امنیت خود شده اند.

شاتل,مخزن سوخت شاتل,شاتل چلنجر,سوخت جامد

در این مقاله به بررسی تکنولوژی پروازی NASA در شاتل ها پرداخته و تغییراتی که برای امنیت آن ایجاد شده را از نظر می گذرانیم.

ابتدا بیایید قسمت های یک شاتل برای انجام یک عملیات معمولی را ببینیم:

• ۲ بوستر راکت جامد(SRB) – برای شروع پرواز

• محفظه سوخت خارجی (ET)- حامل سوخت برای شروع پرواز

• مدار گرد(orbiter)- حمل کننده فضانوردان و وسایل

یک نمونه عملیات شامل قسمت های زیر است:

رسیدن به مدار

• برخاستن

• صعود

• مانور گردشی

 بازگشت

• گردش

• باز ورود

• فرود آمدن

یک عملیات معمولی هفت تا هشت روز به طول می انجامد ولی می تواند تا ۱۴ روز ادامه یابد که این بستگی به اهداف عملیات دارد.

اکنون به مراحل عملیات نگاهی می اندازیم:

پرتاب شاتل فضایی

برای پرتاب شاتل ۲.۵ میلیون کیلوگرمی به مدار ۶۴۳ کیلومتری بالای زمین، از مولفه های زیر استفاده می شود:

• دو راکت تقویت کننده سوخت جامد

• سه موتور اصلی

• تانکر سوخت خارجی

• سیستم مانور گردشی

راکت های تقویت کننده سوخت جامد(SRB)

SRBها راکت های سوخت جامدی هستند که بیشترین سهم(۷۱ درصد) را در تولید نیروی مورد نیاز برای بلند شدن شاتل فضایی از سکوی پرتاب دارند. به علاوه، SRB ها تمام وزن گرداننده شاتل و تانکر سوخت روی سکوی پرتاب را پشتیبانی می کنند.

هر SRB قسمت های زیر را دارد:

• موتور جامد راکت: محفظه، محرک، گیرانه، نازل

• محرک جامد: سوخت، اکسید کننده، کاتالیست، بایندر، قسمت بهبود دهنده

• ساختار مفصلی

• رزین سنتزی بین مفاصل

• ادوات پروازی

• سیستم های ریکاوری

• مواد منفجره

• سیستم های کنترل پروازی

• مکانیزم خود تخریبی برای آزمایش

بدلیل اینکه SRB ها موتورهای سوخت جامد هستند بعد از آتش گرفتن دیگر نمی توان آنها را خاموش کرد به همین دلیل آخرین مولفه ای هستند که آتش می گیرند.

گردنده دارای ۳ موتور اصلی می باشد که درانتهای بدنه قرار دارد. هر موتور ۴.۳ متر طول، ۲.۳ متر قطر و ۳۰۳۹ کیلوگرم وزن دارد.

موتورهای اصلی ۲۹ درصد نیروی بلند شدن از سکو را تولید می کنند. موتورها هیدروژن و اکسیژن مایع می سوزانند که در تانکر خارجی سوخت ذخیره می شوند. آنها هیدروژن و اکسیژن مایع را از تانکر خارجی با سرعت حیرت آوری دریافت می کنند، سرعتی معادل تخلیه یک استخر پر در ۱۰ ثانیه ! سوخت در یک پیش محفظه به صورت جزئی می سوزد تا فشار زیادی تولید کند و گازهای داغ توربو پمپ (پمپ های سوخت) را به حرکت درآورند. سپس سوخت در درون محفظه اشتعال اصلی سوخته و بخار آب نازل را با نیرویی در حدود ۶۰۰۰ مگاپاسکال آزاد می شود. هر موتور در حدود ۱۶۶۸۰۸۳ تا ۲۰۹۰۶۶۴ نیوتن نیرو تولید می کند.

همانطور که در بالا اشاره شد، سوخت لازم موتورها در تانکر خارجی قرار دارد. تانکر خارجی ۴۸ متر طول و ۸.۴ متر قطر دارد. زمانی که خالی است وزنی معادل ۳۵۴۵۵ کیلوگرم دارد و حدود ۲ میلیون لیتر سوخت حمل می کند.

تانکر خارجی از آلومینیوم و مواد مرکب آلومینیومی ساخته شده است که دو تانکر جداگانه داخلی دارد، تانکر بالایی مخصوص اکسیژن و تانکر پایینی مخصوص هیدروژن است که فضایی بین آنها وجود دارد. هر تانکر دارای بافل هایی است که حرکت سوخت در درون را تعدیل می کند. سوخت از هر تانکر توسط یک لوله به قطر ۴۳ سانتیمتر به بیرون از تانکر و به سمت موتورهای اصلی شاتل جاری می شود. از میان این خطوط، اکسیژن می تواند با حداکثر سرعتی حدود ۱۷۶۰۰ گالن بر دقیقه و هیدروژن می تواند با حداکثر سرعتی حدود ۴۷۴۰۰ گالن بر دقیقه عبور کند. روی تانکر سوخت بوسیله لایه ای مخصوص پوشیده می شود. این ایزوله کننده سوخت را خنک نگه داشته و از گرمایی که مخزن بر اثر فرسایش حین حرکت با هوا دارد حفاظت می کند. وقتی کلمبیا در سال ۲۰۰۳ پرتاب شد، قطعات فوم ایزوله کننده تانکر را شکست و بال چپ گرداننده را معیوب کرد که این باعث از بین رفتن آن شد.