スペースシャトル

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スペースシャトル
STS120LaunchHiRes-edit1.jpg
ディスカバリーSTS-120の開始時に解除されます。
関数乗組員の軌道打ち上げと再突入
メーカー
原産国アメリカ
プロジェクト費用211 億米ドル (2012年)
打ち上げあたりのコスト 5億7600万ドル (2012年)から16.4 億ドル (2012年)
サイズ
身長56.1 m(184フィート1インチ)
直径8.7 m(28フィート7インチ)
質量2,030,000 kg(4,470,000ポンド)
ステージ1.5
容量
低軌道(LEO)へのペイロード(204kmまたは127mi)
質量27,500 kg(60,600ポンド)
国際宇宙ステーション(ISS)へのペイロード(407 kmまたは253マイル)
質量16,050 kg(35,380ポンド)
静止トランスファ軌道(GTO)へのペイロード
質量慣性上段ロケットで10,890kg(24,010 lb)[1]
静止軌道(GEO)へのペイロード
質量慣性上段ロケットで2,270kg(5,000ポンド)[1]
地球へのペイロード、返還
質量14,400 kg(31,700ポンド)[2]
起動履歴
状態引退
ローンチサイト
総打ち上げ135
成功133 [a]
失敗2
初飛行1981年4月12日
最終便2011年7月21日
注目すべきペイロード
ブースター–固体ロケットブースター
エンジン2つの固体燃料ロケットモーター
推力それぞれ12,500kN(2,800,000 lbf)、海面リフトオフ
比推力242秒(2.37 km / s)
燃焼時間124秒
推進剤固体(過塩素酸アンモニウム複合推進剤
第一段階–オービター+外部燃料タンク
エンジンオービターにある3つのRS-25エンジン
推力合計5,250kN(1,180,000 lbf)、海面上昇[3]
比推力455秒(4.46 km / s)
燃焼時間480秒
推進剤LH 2 / LOX
ブースター
いいえブースター2

スペースシャトルは部分的だった再利用可能な 低地球軌道 宇宙船の米国で2011年に1981年から運営システム国立航空宇宙局(NASA)の一部として(NASA)のスペースシャトルプログラム。その正式なプログラム名は、1969年の再利用可能な宇宙船システムの計画から取られた宇宙輸送システム(STS)であり、開発のために資金提供された唯一のアイテムでした。[4] 1981年に4回の軌道試験飛行のうち最初の飛行が行われ、運用飛行が開始されました。1982年に5台の完全なスペースシャトルオービタービークルが製造され、フロリダのケネディ宇宙センター(KSC)から打ち上げられた1981年から2011年までの合計135回のミッションで飛行しました。運用ミッションは、多数の衛星惑星間探査機ハッブル宇宙望遠鏡(HST)を打ち上げ、軌道上で科学実験を行い、ロシアとシャトルミール計画に参加し、国際宇宙ステーション(ISS)の建設とサービスに参加しました。スペースシャトルの総任務時間は、1、322日、19時間、21分、23秒でした。[5]

スペースシャトルのコンポーネントには、3つのクラスター化されたロケットダインRS-25メインエンジンを備えオービタービークル(OV)、1対の回収可能な固体ロケットブースター(SRB)、および液体水素液体酸素を含む消耗型外部燃料タンク(ET)が含まれます。スペースシャトルは、従来のロケットのように垂直打ち上げられ、ETから燃料を供給されたオービターの3つのメインエンジンと並行して2つのSRBが動作していました。 SRBは、車両が軌道に到達する前に投棄されましたが、メインエンジンは引き続き動作し、ETは、メインエンジンの遮断後、軌道投入の直前に投棄されました。 、オービターの2つの軌道マヌーバシステム(OMS)エンジンを使用しました。ミッションの終わりに、オービターはそのOMSを発射して、軌道を外し、大気圏に再突入しました。オービターは、そのことにより、再突入時に保護された熱保護システムタイル、それが滑空としてスペースプレーン通常に、滑走路の着陸へのシャトル着陸施設KSC、フロリダ州で、またはにロジャースドライ湖でのエドワーズ空軍基地、カリフォルニア州。着陸がエドワーズで発生した場合、オービターはシャトルキャリア航空機(特別に改造されたボーイング747)の上のKSCに戻されました

最初のオービターであるエンタープライズは1976年に建設され、接近着陸試験使用されましたが、軌道能力はありませんでした。コロンビアチャレンジャーディスカバリーアトランティスの4つの完全に機能するオービターが最初に建設されました。これらのうち、2つはミッション事故で失われました:1986年のチャレンジャー2003年のコロンビア、合計14人の宇宙飛行士が殺されました。 5番目の運用(および合計で6番目)のオービターであるエンデバーはチャレンジャーに代わるものとして1991年に建設されました。スペースシャトルは、以下のサービスを退職したアトランティス"2011年7月21日の最終飛行。米国は、最後のシャトル飛行から2020年5月のクルードラゴンデモ2ミッションの開始まで、宇宙飛行士をISSに輸送するためにロシアのソユーズ宇宙船依存していました。[6]

設計と開発

歴史的背景

1950年代、米国空軍は、偵察、衛星攻撃、空対地兵器の使用などの軍事作戦を実行するために、再利用可能なパイロットグライダーを使用することを提案しました。 1950年代後半、空軍は部分的に再利用可能なX-20Dyna-Soarの開発を開始しました。空軍はダイナソアNASAと協力し、1961年6月に6人のパイロットの訓練を開始しました。開発コストの上昇とプロジェクトジェミニの優先順位付けにより、1963年12月にダイナソアプログラムがキャンセルされました。ダイナに加えて-急上昇、空軍は再利用可能なブースターの実現可能性をテストするために1957年に研究を実施しました。これが航空宇宙飛行機の基礎となりました、1962年から1963年の初期設計段階を超えて開発されたことのない、完全に再利用可能な宇宙船。[7]162–163

1950年代初頭から、NASAと空軍はリフティングボディの開発に協力して、主に翼ではなくヒューズラグから揚力を生成する航空機をテストし、NASA M2-F1ノースロップM2-F2ノースロップM2-F3ノースロップHLをテストしました。-10Martin-Marietta X-24A、およびMartin-MariettaX-24Bこのプログラムは、高高度と高速からの無動力着陸など、後にスペースシャトルの設計に組み込まれる空力特性をテストしました。[8]142 [9]16–18

設計プロセス

1966年9月24日、NASAと空軍は共同研究を発表し、それぞれの将来の需要を満たすには新しい車両が必要であり、部分的に再利用可能なシステムが最も費用効果の高いソリューションであると結論付けました。[7]164有人宇宙飛行のNASA事務所の長であるジョージ・ミューラーは、1968年8月10日に再利用可能なシャトルの計画を発表しました。NASAは提案依頼書を発行しました。(RFP)は、後にスペースシャトルとなる統合打ち上げおよび再突入機(ILRV)の設計に使用されます。 NASAは、最初の提案に基づいて契約を締結するのではなく、スペースシャトルの契約と開発のための段階的なアプローチを発表しました。フェーズAは、競合する航空宇宙企業によって完了された調査の要求であり、フェーズBは、特定の契約をめぐる2つの請負業者間の競争であり、フェーズCは、宇宙船コンポーネントの詳細の設計を含み、フェーズDは、宇宙船の製造でした。[10] [9]19–22

1968年12月、NASAは、再利用可能な宇宙船の最適な設計を決定するためにスペースシャトルタスクグループを作成し、ジェネラルダイナミクスロッキードマクドネルダグラス、および北米ロックウェルに研究契約を発行しました。。 1969年7月、スペースシャトルタスクグループは、シャトルが短期間の乗組員ミッションと宇宙ステーション、および衛星の打ち上げ、サービス、回収機能をサポートすることを決定したレポートを発行しました。レポートはまた、将来の再利用可能なシャトルの3つのクラスを作成しました。クラスIは、使い捨てブースターに再利用可能なオービターを搭載し、クラスIIは、複数の使い捨てロケットエンジンと単一の推進剤タンク(ステージと半分)を使用し、クラスIIIは再利用可能なオービターと再利用可能なブースターの両方があります。 1969年9月、スピロアグニュー副大統領のリーダーシップの下、スペースタスクグループは、人と貨物を低軌道(LEO)に運ぶためのスペースシャトルの開発、およびスペースタグの開発を求める報告書を発行しました。軌道と月の間の移動、および深宇宙旅行のための再利用可能な核上段用。[7]163–166 [4]

スペースシャトルタスクグループレポートのリリース後、多くの航空宇宙エンジニアは、ハードウェアコストの節約が認められたため、完全に再利用可能なクラスIIIの設計を支持しました。マーキュリーカプセルの設計に携わったNASAのエンジニアであるマックスファゲットは、より大きなストレートウィングブースターにストレートウィングオービターを取り付けた2段式の完全に回復可能なシステムの設計の特許を取得しました。[11] [12]空軍の飛行力学研究所は、ストレートウィングの設計は再突入時の高い熱的および空力的ストレスに耐えることができず、必要なクロスレンジ機能を提供しないと主張しました。さらに、空軍はファゲットの設計で許可されているよりも大きなペイロード容量を必要としました。 1971年1月、NASAと空軍の指導部は、消耗品の推進剤タンクに取り付けられた再利用可能なデルタウィングオービターがスペースシャトルの最適な設計であると決定しました。[7]166

再利用可能な重量物の宇宙船の必要性を確立した後、NASAと空軍はそれぞれのサービスの設計要件を決定しました。空軍はスペースシャトルを使用して大型衛星を打ち上げることを期待しており、29,000 kg(65,000 lb)を東向きのLEOに、または18,000 kg(40,000 lb)を極軌道に持ち上げることができる必要がありました。衛星の設計では、スペースシャトルに4.6 x 18 m(15 x 60フィート)のペイロードベイが必要でした。 NASAは、サターンロケットF-1エンジンJ-2エンジンを評価し、スペースシャトルの要件には不十分であると判断しました。 1971年7月、ロケットダインRS-25の開発を開始する契約を交わしました。エンジン。[7]165〜170

NASAは、スペースシャトルの29の潜在的な設計を検討し、2つのサイドブースターを備えた設計を使用する必要があり、ブースターはコストを削減するために再利用可能である必要があると判断しました。[7]167 NASAと空軍は、コストが低く、海に着陸した後の再利用が容易なため、固体推進剤ブースターの使用を選択しました。1972年1月、リチャードニクソン大統領がシャトルを承認し、NASAは3月に最終設計を決定しました。その8月、NASAは、北米のロックウェルにオービターを建設する契約、モートンチオコル固体ロケットブースター契約、マーティンマリエッタに外部燃料タンク契約を授与しました[7]170〜173

開発

The Space Shuttle Columbia under construction
セラミックタイルの設置中のコロンビア

1974年6月4日、ロックウェルは最初のオービターであるOV-101の建設を開始しましたこれは、後にエンタープライズと呼ばれることになりますEnterpriseはテスト車両として設計されており、エンジンや遮熱材は含まれていませんでした。 1976年9月17日に建設が完了し、エンタープライズテストを開始するためにエドワーズ空軍基地に移されました[7]173 [13] Rockwellは、3つのRS-25エンジンが取り付けられたETに取り付けられた構造トラスであるMain Propulsion Test Article(MPTA)-098を作成しました。国立宇宙技術研究所(NSTL)でテストされ、エンジンが打ち上げプロファイルを安全に実行できることを確認しました。[14]II-163ロックウェルは、構造試験品(STA)-099に対して機械的および熱的応力試験を実施し、打ち上げおよび再突入時の空気力学的および熱的応力の影響を調べました。 [14]I-415

プラット・アンド・ホイットニーがロケットダインに発行された契約に異議を唱えている間、RS-25スペースシャトルメインエンジンの開発の開始は9ヶ月遅れました。最初のエンジンは、最初のスロットル可能で再利用可能なエンジンの開発に問題があった後、1975年3月に完成しました。エンジンテスト中に、RS-25は複数のノズルの故障とタービンブレードの破損を経験しました。テスト中の問題にもかかわらず、NASAは1978年5月に建設中の3つのオービターに必要な9つのRS-25エンジンを注文しました。[7]174–175

NASAは、スペースシャトルの熱防護システムの開発に大幅な遅れを経験しました。以前のNASA宇宙船はアブレーティブ熱シールドを使用していましたが、それらは再利用できませんでした。 NASAは、シャトルを軽量アルミニウム構成し、必要に応じてタイルを個別に交換できるため、熱保護にセラミックタイルを使用することを選択しました1975年3月27日コロンビア建設が開始され、1979年3月25日にKSCに引き渡されました。[7]175–177コロンビアのKSCに到着した時点。30,000個のタイルのうち6,000個がまだインストールされていません。ただし、最初に取り付けられていたタイルの多くは交換する必要があり、コロンビアが飛行するまでに2年間の取り付けが必要でした。[9]46–48

1979年1月5日、NASAは2番目のオービターを委託しました。その月の後半、ロックウェルはSTA-099をOV-099に変換し始め、後にチャレンジャーと名付けられました1979年1月29日、NASAは、ディスカバリーアトランティスという名前の2つの追加のオービターOV-103とOV-104を注文ましたOV-105の構築は、後で名前のエンデバー号、1982年2月に始まったが、NASAは後1983年4つのオービターにスペースシャトル艦隊を制限することを決めたの損失チャレンジャー、NASAはの生産再開エンデバーを9月1987年[9] 52 –53

テスト

Enterprise being release from the Shuttle Carrier Aircraft for the Approach and Landing Tests
接近着陸試験中の企業

エドワーズ空軍基地に到着した後、エンタープライズ、オービターを運ぶために改造されたボーイング747であるシャトルキャリア航空機飛行試験を受けました。 1977年2月、エンタープライズ接近着陸試験(ALT)を開始し、飛行中はシャトルキャリア航空機に接続されたままのキャプティブフライトを実施しました。 1977年8月12日、エンタープライズは最初のグライドテストを実施し、シャトルキャリア航空機から切り離してエドワーズ空軍基地に着陸しました。[7]173–174追加の4回の飛行の後、エンタープライズマーシャル宇宙飛行センターに移動しました(MSFC)1978年3月13日。エンタープライズは、外部燃料タンクと固体ロケットブースターに取り付けられたMated Vertical Ground Vibration Testで振動テストを受け、打ち上げの応力をシミュレートするために振動を受けました。 1979年4月、エンタープライズはKSCに運ばれ、そこで外部燃料タンクと固体ロケットブースターに取り付けられ、LC-39に移されました。発射台に設置された後、スペースシャトルを使用して発射台の複雑なハードウェアの適切な配置を確認しました。Enterpriseは、 1979年8月にカリフォルニアに背中を取られ、以降の開発に役立ったSLC-6ヴァンデンバーグ空軍基地1984年[9] 40-41

1980年11月24日、コロンビアは外部燃料タンクと固体ロケットブースターと交配し、12月29にLC-39に移されました。[14]III-22最初のスペースシャトルミッションであるSTS-1はNASAが初めて宇宙船の乗組員による初飛行を行った。[14]III-24 1981年4月12日、スペースシャトルが初めて打ち上げられ、ジョン・ヤングロバート・クリッペンによって操縦されました。 2日間のミッション中に、YoungとCrippenはシャトルに搭載された機器をテストし、セラミックタイルのいくつかがコロンビアの上面から落ちていることを発見しました[15]277–278NASAは空軍と調整して、衛星を使用してコロンビアの下側を画像化し、損傷はないと判断しました。[15]335–337 コロンビアは大気圏に再突入し、4月14日にエドワーズ空軍基地に上陸した。[14]III-24

NASAは、1981年と1982年にコロンビアとの3回の追加テスト飛行を実施しました。1982年7月4日、ケン・マッティングリーヘンリー・ハーツフィールドが飛行したSTS-4はエドワーズ空軍基地のコンクリート滑走路に着陸しました。大統領のロナルド・レーガンと彼の妻ナンシーは、乗組員に会った、と演説を行いました。STS-4の後、NASAは宇宙輸送システム(STS)の運用を宣言しました。[7]178–179 [16]

説明

スペースシャトルは、再利用のために設計された最初の運用軌道宇宙船でした。各スペースシャトルオービターは、100回の打ち上げまたは10年の運用寿命の予測寿命のために設計されましたが、これは後で延長されました。[17]11打ち上げ時には、乗組員とペイロードを含むオービター外部燃料タンク(ET)、および2つの固体ロケットブースター(SRB)で構成されていました。[18]363

シャトルコンポーネントの責任は、複数のNASAフィールドセンターに分散されていました。 KSCは、赤道軌道(プログラムで実際に使用される唯一の軌道プロファイル)の打ち上げ、着陸、およびターンアラウンド操作を担当しました。ヴァンデンバーグ空軍基地の米空軍は、極軌道の打ち上げ、着陸、およびターンアラウンド操作を担当しました(ただし、これは使用されませんでした)。ジョンソン宇宙センター(JSC)は、すべてのシャトル操作の中心点を務め、MSFCは、メインエンジン、外部タンク、固体ロケットブースターを担当していました。ジョン・C・ステニス宇宙センターは、メインエンジンのテストを担当し、そしてゴダード宇宙飛行センターは、グローバル追跡ネットワークを管理していました。[19]

オービター

The five Space Shuttle orbiters launching
シャトルの打ち上げプロファイル。左から:コロンビアチャレンジャーディスカバリーアトランティスエンデバー

オービターは、ロケットと航空機の両方の設計要素と機能を備えており、垂直に発射してグライダーとして着陸することができます。[18]365その3部構成の胴体は、乗員室、貨物室、飛行面、およびエンジンをサポートしていました。オービターの後部には、打ち上げ時に推力を提供するスペースシャトルメインエンジン(SSME)と、オービターが宇宙で一度軌道を達成、変更、および終了できる軌道操作システム(OMS)が含まれていました。そのダブルデルタ翼は18m(60フィート)の長さで、内側の前縁で81°、外側の前縁で45°掃引されました。各翼には船内と船外のエレボンがありましたピッチを制御するために、エンジンの下の翼の間に配置されたフラップとともに、再突入中の飛行制御を提供します。オービターの垂直尾翼は45°で後方に掃引され、スピードブレーキとして機能するように分割できる含まれていました[18]382–389垂直尾翼には、着陸後にオービターを減速させるための2つの部分からなる抗力パラシュートシステムも含まれていました。オービターは、機首着陸装置と2つの主備えた格納式着陸装置を使用しました。それぞれに2つのタイヤが含まれています。主脚にはそれぞれ2つのブレーキアセンブリが含まれ、前脚には電気油圧式ステアリング機構が含まれていました。[18]408–411

乗組員

スペースシャトルの乗組員はミッションごとに異なりました。テスト飛行には、司令官とパイロットの2人のメンバーしかいませんでした。どちらも、オービターを飛ばして着陸させることができる資格のあるパイロットでした。実験、ペイロード展開、EVAなどの軌道上での運用は、主に、目的のミッションとシステムについて特別に訓練されたミッションスペシャリストによって実施されました。スペースシャトルプログラムの初期に、NASAはペイロードスペシャリストと一緒に飛行しました。ペイロードスペシャリストは通常​​、ペイロードの展開または運用の費用を支払う会社で働いていたシステムスペシャリストでした。最終的な搭乗科学技術者であるグレゴリーB.ジャービスは、STS-51-L飛行し、将来の非パイロットはミッションスペシャリストとして指定されました。宇宙飛行士は、両方のSTS-51-Cで有人宇宙飛行エンジニアとして飛行しましたそして、STS-51-Jのための軍事代表として機能するアメリカ国家偵察局のペイロード。スペースシャトルの乗組員には通常7人の宇宙飛行士がいて、STS-61-Aは8人で飛行していました。[14]III-21

クルーコンパートメント

乗務員室は3つのデッキで構成され、すべてのスペースシャトルミッションで加圧された居住可能なエリアでした。飛行甲板は、司令官とパイロット用の2席と、乗組員用の2〜4席で構成されていました。ミッドデッキはフライトデッキの下にあり、ギャレーとクルーの二段ベッド、および3つまたは4つのクルーメンバーシートが設置されていました。ミッドデッキには、船外活動(EVA)で2人の宇宙飛行士をサポートできるエアロックと、加圧された研究モジュールへのアクセスが含まれていました。機器ベイはミッドデッキの下にあり、環境制御システムと廃棄物管理システムが保管されていました。[9]60–62 [18]365–369

最初の4回のシャトルミッションでは、宇宙飛行士は、上昇と下降の間に全圧ヘルメットを含む、修正された米空軍の高高度全圧服を着用しました。 5回目の飛行STS-5からチャレンジャーが失われるまで、乗組員はワンピースの水色のノーメックス飛行服と分圧ヘルメットを着用していました。チャレンジャー号の災害後、乗組員は、ヘルメット付きの高高度与圧服の分圧バージョンであるランチエントリースーツ(LES)を着用しました。 1994年に、LESは全圧のアドバンスドクルーエスケープスーツ(ACES)に置き換えられ、緊急事態における宇宙飛行士の安全性が向上しました。コロンビアはもともとSR-71を改造していました ALTと最初の4つのミッションのためにゼロゼロ射出座席が設置されましたが、これらはSTS-4の後で無効にされ、STS-9の後で取り外されました[18]370–371

The view from the Atlantis cockpit while in orbit
アトランティスと飛ぶ最初のシャトルたグラスコックピットに、 STS-101

飛行甲板は乗務員室の最上階であり、オービターの飛行制御装置が含まれていました。司令官は左前席に座り、パイロットは右前席に座り、追加の乗組員のために2〜4席が追加されました。計器盤には2,100を超えるディスプレイとコントロールがあり、司令官とパイロットの両方にヘッドアップディスプレイ(HUD)と回転ハンドコントローラー(RHC)が装備されており、動力飛行中にエンジンジンバルし、動力なし飛行中にオービターを飛行します。両方の座席には、飛行中の舵の動きと地上での前輪操舵を可能にする制御もありました。[18]369–372オービタービークルは元々、飛行情報を表示および制御するために多機能CRTディスプレイシステム(MCDS)が搭載されていました。 MCDSは、司令官とパイロットの座席、および後部座席の場所に飛行情報を表示し、HUDのデータも制御しました。 1998年、アトランティスは多機能電子ディスプレイシステム(MEDS)にアップグレードされました。これは、8つのMCDSディスプレイユニットを11の多機能カラーデジタルスクリーンに置き換えた飛行計器のグラスコックピットアップグレードでした。 MEDSは2000年5月にSTS-98で初めて飛行しました、および他のオービタービークルはそれにアップグレードされました。フライトデッキの後部には、ペイロードベイを見下ろす窓と、貨物操作中にリモートマニピュレーターシステムを制御するためのRHCが含まれていましたまた、後部飛行甲板には、モニター用いた監視カメラを貨物室を表示します。[18]372–376

ミッドデッキには、乗組員用の備品保管庫、スリーピングエリア、ギャレー、医療機器、および乗組員用の衛生ステーションが含まれていました。乗組員はモジュラーロッカーを使用して、ニーズに応じて拡張できる機器や、恒久的に設置されたフロアコンパートメントを保管しました。ミッドデッキには、乗組員が地球上で出入りするために使用した左舷ハッチが含まれていました。[14]II–26–33

エアロック

さらに、各オービターは元々、ミッドデッキに内部エアロックを備えて設置されていました。内部エアロックは、ディスカバリーアトランティスエンデバーのペイロードベイに外部エアロックとして設置されオービタードッキングシステムとともに、ミールISSとのドッキングを改善しました[14]II–26–33エアロックモジュールは、ミッドベイに取り付けることも、ペイロードベイに接続することもできます。[20]81直径5 '3 "、長さ6' 11"の円筒形の内部ボリュームで、2人の適切な宇宙飛行士を収容できます。長さ40 "(直径)、幅36"の2つの「D」字型ハッチウェイがあります。[20]82

フライトシステム

オービターには、大気飛行中に情報と制御を提供するためのアビオニクスシステムが装備されていました。そのアビオニクススイートには、3つのマイクロ波走査ビーム着陸システム、3つのジャイロスコープ、3つのTACAN、3つの加速度計、2つのレーダー高度計、2つの気圧高度計、3つの姿勢指示器、2つのマッハ指示器、および2つのモード C トランスポンダーが含まれていました。再突入中、乗組員はマッハ5よりも低速で移動した後、2つの空気データプローブを配備しました。オービターには3つの慣性測定ユニットがありました。(IMU)飛行のすべての段階でガイダンスとナビゲーションに使用されました。オービターには、軌道上でIMUを整列させるための2つのスタートラッカーが含まれています。スタートラッカーは軌道上に配置され、自動または手動で星に位置合わせできます。 1991年、NASAは、より正確な位置情報を提供する慣性航法システム(INS)を備えた慣性測定ユニットのアップグレードを開始しました。 1993年、NASAはSTS-51に初めてGPS受信機を搭載しました。 1997年、Honeywellは、2007年8月STS-118最初に飛行したIMU、INS、およびTACANシステムに代わる統合GPS / INSの開発を開始しました[18]402–403

軌道上では、乗組員は主に音声通信とデータ通信の両方を提供する4つのSバンド無線機の1つを使用して通信しました。 S バンド無線機のうちの2つ位相変調 トランシーバーであり、情報を送受信できました。他の2つのS バンド無線機は周波数変調 送信機であり、NASAにデータを送信するために使用されました。 S バンド無線機は視界内でのみ動作できるため、NASAは追跡およびデータ中継衛星システム宇宙船追跡およびデータ取得ネットワークを使用しました。軌道全体でオービターと通信する地上局。さらに、オービターは貨物室から高帯域幅のK u バンド無線機を配備しました。これは、ランデブーレーダーとしても利用できます。オービターには航空交通管制とEVAを実施する宇宙飛行士との通信用に2つのUHF無線機も装備されていました[18]403–404

The two computers used in the orbiter
AP-101S(左)およびAP-101B汎用コンピューター

スペースシャトルのフライバイワイヤー制御システムは、メインコンピューターであるデータ処理システム(DPS)に完全に依存していました。 DPSは、打ち上げ時に、オービターの飛行制御装置とスラスター、およびETとSRBを制御しました。 DPSは、5台の汎用コンピューター(GPC)、2台の磁気テープマスメモリユニット(MMU)、およびスペースシャトルのコンポーネントを監視するための関連センサーで構成されていました。[18]232–233使用された元のGPCはIBM AP-101Bで、これは別個の中央処理装置(CPU)と入出力プロセッサ(IOP)、および不揮発性 ソリッドステートメモリを使用していました。。 1991年から1993年にかけて、オービタービークルはAP-101Sにアップグレードされ、CPUとIOPを1つのユニットに統合することで、メモリと処理機能が向上し、コンピューターの体積と重量が削減されました。 GPCのうち4つには、飛行のすべての段階で制御を提供するスペースシャトル固有のソフトウェアであるプライマリアビオニクスソフトウェアシステム(PASS)が搭載されていました。上昇、操縦、再突入、着陸の間、4つのPASS GPCは同じように機能して、4倍の冗長性を生み出し、結果のエラーチェックを行いました。 4つのPASSGPCからの誤った報告を引き起こすソフトウェアエラーの場合、5番目のGPCはバックアップフライトシステムを実行しました。これは別のプログラムを使用し、上昇、軌道、再突入によってスペースシャトルを制御できましたが、ミッション全体。5つのGPCは、冷却ファンに障害が発生した場合に冗長性を提供するために、ミッドデッキ内の3つの別々のベイに分離されていました。軌道を達成した後、乗組員は、運用任務をサポートするために、GPCの機能の一部をガイダンス、ナビゲーション、および制御(GNC)からシステム管理(SM)およびペイロード(PL)に切り替えます。[18]405–408スペースシャトルは、12月から1月に飛行する場合、その飛行ソフトウェアでは年の変更時にオービター車両のコンピューターをリセットする必要があったため、打ち上げられませんでした。 2007年、NASAのエンジニアは、スペースシャトルのフライトが年末の境界を越えることができるようにソリューションを考案しました。 [21]

スペースシャトルのミッションは通常、オービター車両のコンピューターや通信スイートと統合でき、科学データやペイロードデータを監視できるポータブル一般サポートコンピューター(PGSC)をもたらしました。初期のミッションでは、最初のラップトップコンピューターの1つであるGrid CompassがPGSCとして導入されましたが、後のミッションではAppleIntelのラップトップが導入されました[18]408 [22]

ペイロードベイ

An astronaut conducting an EVA while the Hubble Space Telescope is in the payload bay
STS-61の間にハッブル宇宙望遠鏡サービスを提供するRMSに取り付けられたストーリーマスグレイブ

ペイロードベイは、オービター車両の胴体の大部分を構成し、スペースシャトルのペイロード用の貨物運搬スペースを提供しました。長さ18m(60フィート)、幅4.6 m(15フィート)で、直径4.6 m(15フィート)までの円筒形のペイロードに対応できました。 2つのペイロードベイドアはベイの両側にヒンジで固定されており、発射および再突入時の加熱からペイロードを保護するために比較的気密性の高いシールを提供しました。ペイロードは、ペイロードベイでロンジロンの接続ポイントに固定されました。ペイロードベイのドアは、オービタービークルの熱のラジエーターとしての追加機能を果たし、熱除去のために軌道に到達すると開かれました。[9]62–64

オービターは、ミッションに応じてさまざまなアドオンコンポーネントと組み合わせて使用​​できます。これには、軌道実験室、[14]II-304、ペイロードを宇宙に発射するための319ブースター、[14]II-326リモートマニピュレーターシステム(RMS)、[14]II-40、およびオプションでEDOパレットが含まれます。ミッション期間を延長します。[14]II-86オービターがISSにドッキングされている間の燃料消費を制限するために、ステーションからシャトルへの電力伝達システム(SSPTS)が開発され、ステーションの電力をオービターに変換して伝達しました。[14]II-87–88SSPTSは最初のSTS-118で使用された、上にインストールされた発見努めます[14]III-366–368

リモートマニピュレーターシステム

カナダアームとしても知られるリモートマニピュレーターシステム(RMS)は、カーゴベイに取り付けられた機械式アームでした。ペイロードを把握して操作するために使用できるだけでなく、EVAを実施する宇宙飛行士のモバイルプラットフォームとしても機能します。RMSは、カナダの会社Spar Aerospaceによって構築され、オービターのフライトデッキ内の宇宙飛行士が窓と監視カメラを使用して制御していました。RMSは、6つの自由度を可能にし、腕に沿った3点に6つのジョイントを配置しました。元のRMSは、最大29,000 kg(65,000 lb)のペイロードを展開または取得できましたが、後で270,000 kg(586,000 lb)に改善されました。[18]384–385

Spacelab

スペースラブモジュールは、ペイロードベイ内に運ばれ、軌道上での科学研究を可能にする、ヨーロッパが資金提供した加圧実験室でした。Spacelabモジュールには、飛行中に重心を維持するためにペイロードベイの後端に取り付けられた2つの2.7 m(9フィート)のセグメントが含まれていました。宇宙飛行士は、エアロックに接続された2.7 m(8.72フィート)または5.8 m(18.88フィート)のトンネルを通ってスペースラブモジュールに入りました。スペースラブの機器は主にパレットに保管され、実験とコンピューターおよび電源機器の両方に保管されていました。[18]434–435スペースラブのハードウェアは1999年まで28のミッションで飛行し、天文学、微小重力、レーダー、ライフサイエンスなどの主題を研究しました。Spacelabハードウェアは、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)のサービスや宇宙ステーションの補給などのミッションもサポートしていました。SpacelabモジュールはSTS-2とSTS-3でテストされ、最初の完全なミッションはSTS-9でした。[23]

RS-25エンジン

The two engine systems at the aft-section of the orbiter
2つの軌道マヌーバシステム(OMS)ポッドを備えたRS-25エンジン

スペースシャトルメインエンジン(SSME)としても知られる3つのRS-25エンジンが、オービターの後部胴体に三角形のパターンで取り付けられました。エンジンノズルは、上昇中にピッチが±10.5°、ヨーが±8.5°のジンバルで推力の方向を変えてシャトルを操縦することができます。チタン合金再利用可能なエンジンはオービタービークルから独立しており、飛行の合間に取り外して交換しました。 RS-25は、液体酸素と水素を使用し、以前の液体ロケットよりも高いチャンバー圧力を備えた二段燃焼サイクル極低温エンジンです。元の主燃焼室は226.5バール(3,285 psi)の最大圧力で作動しました。エンジンノズルの高さは287cm(113インチ)で、内径は229 cm(90.3インチ)です。ノズルは、液体水素を運ぶ1,080の内部ラインによって冷却され、絶縁性およびアブレーション性の材料によって熱的に保護されています。[14]II–177–183

RS-25エンジンには、信頼性とパワーを強化するためにいくつかの改良が加えられました。開発プログラム中に、ロケットダインは、エンジンが最初に指定された推力の104%で安全で信頼性の高い動作が可能であると判断しました。エンジン推力値を以前のドキュメントおよびソフトウェアと一致させるために、NASAは最初に指定された推力を100%に維持しましたが、RS-25はより高い推力で動作しました。 RS-25アップグレードバージョンは、ブロックIおよびブロックIIとして示されていました。 2001年にブロックIIエンジンで109%の推力レベルが達成され、スロート面積が大きいため、チャンバー圧力が207.5バール(3,010 psi)に低下しました。通常の最大スロットルは104%で、ミッションの中止には106%または109%が使用されました。[9]106–107

軌道マヌーバシステム

軌道マヌーバシステム(OMS)は、2つの後方に取り付けられたAJ10-190エンジンと関連する推進剤タンクで構成されていました。AJ10エンジンは四酸化二窒素(N 2 O 4によって酸化されたモノメチルヒドラジン(MMH)を使用していましたポッドは、MMHの2140キロ(4718ポンド)の最大値とNの3526キロ(7773ポンド)を搭載2 O 4OMSエンジンは、軌道投入のためのメインエンジンカットオフ(MECO)の後に使用されました。飛行中、それらは軌道変更、および再突入前の軌道離脱燃焼に使用されました。各OMSエンジンは27,080N(6,087 lbf)の推力を生成し、システム全体で305 m / s(1,000 ft / s)の速度変化を提供できました[14]II–80

熱防護システム

オービターは、オービターの周りの熱を吸収する保護層である熱保護システム(TPS)によって、再突入時に熱から保護されていました。アブレーティブ熱シールドを使用していた以前の米国の宇宙船とは対照的に、オービターの再利用性には多目的熱シールドが必要でした。[9]72–73再突入中、TPSは最高1,600°C(3,000°F)の温度を経験しましたが、オービタービークルのアルミニウムスキン温度を180°C(350°F)未満に維持する必要がありました。 TPSは、主に4種類のタイルで構成されていました。ノーズコーンと翼の前縁は、1,300°C(2,300°F)を超える温度を経験し、強化炭素-炭素タイル(RCC)によって保護されていました。より厚いRCCタイルは、1998年に開発され、設置されました。微小隕石とスペースデブリは、コロンビア号の災害で発生したRCCの損傷後にさらに改善されました。始まるSTS-114、人工衛星ビークルは、任意の潜在的な損傷を乗組員に警告するために、翼前縁衝撃検出システムを装備しました。[14]II–112–113オービタービークルの下側全体、および他の最も高温の表面は、高温で再利用可能な表面断熱材で保護されていました。オービタービークルの上部の領域は、650°C(1,200°F)未満の温度に対する保護を提供する白い低温の再利用可能な表面断熱材でコーティングされていました。ペイロードベイのドアと上部翼表面の一部は、温度が370°C(700°F)未満のままであったため、再利用可能なフェルト表面断熱材でコーティングされていました。[18]395

外部燃料タンク

The view from the orbiter of the external tank after separation
STS-29で分離した後の外部燃料タンク

スペースシャトル外部燃料タンク(ET)は、スペースシャトルメインエンジンの推進剤を搭載し、オービタービークルを固体ロケットブースターに接続しました。 ETは、高さ47 m(153.8フィート)、直径8.4 m(27.6フィート)で、液体酸素(LOX)と液体水素(LH 2用の別々のタンクが含まれていました。 LOXタンクはETの機首に収容され、高さは15 m(49.3フィート)でした。 LH 2はETの大部分を構成し、高さは29 m(96.7フィート)でした。オービタービークルは、5つの推進剤と2つの電気アンビリカル、および前後の構造アタッチメントを含む2つのアンビリカルプレートでETに取り付けられました。 ETの外側は、上昇の熱に耐えられるようにオレンジ色のスプレー式フォームで覆われていました。[18]421–422

ETは、スペースシャトルのメインエンジンにリフトオフからメインエンジンのカットオフまで推進剤を提供しました。 ETは、エンジン停止の18秒後にオービタービークルから分離し、自動または手動でトリガーできました。分離時に、オービタービークルはそのアンビリカルプレートを引っ込め、アンビリカルコードは過剰な推進剤がオービタービークルに放出されるのを防ぐために密封された。構造アタッチメントに取り付けられたボルトがせん断された後、ETはオービタービークルから分離しました。分離時に、ガス状酸素が機首から放出され、ETが転倒し、再突入時に確実に崩壊するようになりました。 ETは、再利用されなかったスペースシャトルシステムの唯一の主要コンポーネントであり、弾道軌道に沿ってインド洋または太平洋に移動しました。[18]422

最初の2つのミッション、STS-1とSTS-2では、紫外線による損傷から保護するために、ETを270 kg(595ポンド)の白い難燃性ラテックス塗料で覆いました。さらなる調査により、オレンジ色のフォーム自体は十分に保護されており、STS-3以降はETがラテックス塗料で覆われなくなったことが判明しました。[14]II-210軽量タンク(LWT)が最初にSTS-6で飛行し、タンク重量が4,700 kg(10,300ポンド)減少しました。LH 2タンクからコンポーネントを取り外し、一部のスキンパネルの厚さを減らすことで、LWTの重量を減らしました[18]422 1998年、超軽量ET(SLWT)が最初にSTS-91で飛行しました。SLWTは2195アルミニウム-リチウム合金を使用しました。これは、その前身である2219アルミニウム-リチウム合金よりも40%強く、10%密度が低くなっています。SLWTの重量はLWTより3,400kg(7,500 lb)軽く、スペースシャトルはISSの高傾斜軌道に重い要素を運ぶことができました。[18]423–424

固体ロケットブースター

Two Solid Rocket Boosters that are not attached to an external tank or orbiter
ETおよびオービターと交配する前の移動式発射プラットフォーム上の2つのSRB

固体ロケットブースター(SRB)は、離陸時と上昇時にスペースシャトルの推力の71.4%を提供し、これまでに飛行した中で最大の固体推進剤モーターでした。[24]各SRBは、高さ45 m(149.2フィート)、幅3.7 m(12.2フィート)、重量68,000 kg(150,000ポンド)、厚さ約13 mm(0.5インチ)の鋼製外装でした。 SRBのサブコンポーネントは、固体推進剤モーター、ノーズコーン、ロケットノズルでした。固体推進剤モーターは、SRBの構造の大部分を占めていました。そのケーシングは、4つの主要なセグメントを構成する11の鋼セクションで構成されていました。ノーズコーンには、回復中に使用された前方分離モーターとパラシュートシステムが収容されていました。ロケットノズルは、飛行中の調整を可能にするために最大8°までジンバルすることができます。[18]425–429

ロケットモーターには、それぞれ合計500,000 kg(1,106,640 lb)の固体ロケット推進薬(APCP + PBANが充填され、KSCのスペースシャトル組立棟(VAB)で結合されました[18]425–426 SRBは、発射の最初の段階で推力を提供することに加えて、移動式発射プラットフォーム(MLP)に接続された唯一のシステムであるため、オービタービークルとETに構造的サポートを提供しました[18]427打ち上げ時、SRBはT-5分に武装しており、RS-25エンジンが点火して問題がなかった場合にのみ、電気的に点火することができました。[18]428それらはそれぞれ12,500kN(2,800,000 lbf)の推力を提供し、その後STS-8から13,300 kN(3,000,000 lbf)に改善されました[18]425燃料を消費した後、SRBは発射後約2分で、高度約46 km(150,000フィート)で投棄されました。分離後、彼らはドローグとメインパラシュートを配備し、海に着陸し、MVフリーダムスターMVリバティスターの船に乗った乗組員によって回収されました[18]430それらがケープカナベラルに戻されると、それらは洗浄され、分解されました。ロケットモーター、イグナイター、ノズルはその後、Thiokolに出荷され、改修されて次のフライトで再利用されました。[9]124

SRBは、プログラムの存続期間を通じていくつかの再設計を受けました。STS-6およびSTS-7は、壁が0.10 mm(.004 in)薄いため、標準重量の場合よりも2,300 kg(5,000 lb)軽いSRBを使用しましたが、薄すぎると判断されました。STS-26までのその後の飛行では、標準重量のケースより0.076 mm(.003インチ)薄いケースが使用され、1,800 kg(4,000ポンド)節約されました。低温でのOリングの故障によるチャレンジャー号の災害後、SRBは、周囲温度に関係なく一定のシールを提供するように再設計されました。[18]425–426

サポート車両

A recovery boat with a recovered Solid Rocket Booster
使用済みSRBをケープカナベラル空軍基地に牽引するMVフリーダムスター

スペースシャトルの運用は、輸送、建設、乗組員のアクセスを容易にする車両とインフラストラクチャによってサポートされていました。クローラー・トランスポーターは、発射場にVABからMLPとスペースシャトルを実施しました。[25]シャトルキャリア航空機(SCA)は、2つの修飾された747ボーイングその背面に人工衛星を運ぶことができます。元のSCA(N905NA)は、1975年に最初に飛行し、1991年以前のすべてのミッションでALTおよびエドワーズ空軍基地からKSCへのオービターの輸送に使用されました。2番目のSCA(N911NA)は、1988年に取得され、最初に使用されました。エンデバーを輸送する工場からKSCまで。スペースシャトルの退役後、N905NAはJSCに展示され、N911NAはカリフォルニア州パームデールのジョーデイビスヘリテージエアパークに展示されました[14] I-377から391 [26]クルー運送車両(CTV)修正空港たボーディング・ブリッジ、彼らは彼らのポストミッション健康診断を受けるでしょう着陸後オービターからの出口に宇宙飛行士を支援するために使用されました。[27] Astrovanは打ち上げの日に発射台に運用し、チェックアウトビルで乗組員の宿舎から宇宙飛行士を輸送しました。[28] NASA鉄道SRBセグメントを運ば3台の機関車構成フロリダ東海岸鉄道タイタスビルKSCにします。[29]

ミッションプロフィール

起動準備

The Space Shuttle moving to the launch complex on a crawler-transporter
STS-117のLC-39AへのランプにAtlantisを搭載したクローラートランスポーター

スペースシャトルは、主にKSCのVABで打ち上げられる準備ができていました。 SRBは組み立てられ、MLPの外部燃料タンクに取り付けられました。オービタービークルはオービタ整備施設(OPF)で準備され、VABに移され、そこでクレーンを使用して垂直方向に回転させ、外部燃料タンクに結合しました。[9]132–133スタック全体が組み立てられると、MLPはクローラートランスポーターの1つによって5.6 km(3.5マイル)運ばれてコンプレックス39発射しました[9]137スペースシャトルが2つのランチパッドの1つに到着した後、スペースシャトルは、サービス機能、ペイロードの挿入、および乗組員の輸送を提供する固定および回転サービス構造に接続します。[9]139–141乗組員は、T-3 時間に発射台に運ばれ、T-2 時間に閉鎖されたオービタービークルに乗り込みました[14] III-8 LOX及びLH 2はT-5で始まった人工衛星の車両に取り付けられていることアンビリカルを介して外部のタンクに充填した 時間 35 分。 T-3 時間 45 分で、LH 2高速充填が完了し、15分後にLOXが続きました。酸素と水素が蒸発するにつれて、両方のタンクは打ち上げまでゆっくりと満たされました。[14]II–186

打ち上げは基準コミット降水量、気温、雲量、雷予報、風、湿度と考えています。[30]スペースシャトルはアポロ12で発生した打ち上げ後に地面への電流経路を提供することにより、その排気プルームが落雷を引き起こした可能性があるため、落雷が発生する可能性のある条件下では打ち上げられませんでした[31]239シャトル打ち上げに関するNASAのアンビル規則では、19 km(10 nmi)の距離内にアンビル雲を出現させることはできないと述べられています [32] シャトル打ち上げ気象官は、打ち上げをスクラブする最終決定が発表されるまで、状況を監視しました。打ち上げサイトの天候に加えて、大西洋横断アボート着陸サイトの1つとSRB回復エリアの条件が許容できるものでなければなりませんでした[30] [33]

起動

The Space Shuttle Main Engines igniting before liftoff
RS-25点火
The SRBs separating during the ascent of the Space Shuttle during STS-1
STS-1中の固体ロケットブースター(SRB)の分離

ミッションクルーとLaunchControl Center(LCC)の担当者は、カウントダウン全体でシステムチェックを完了しました。 T-20分とT-9分の2つの組み込みホールドは、問題と追加の準備に対処するためにスケジュールされた休憩を提供しました。[14]III–8 T-9分の組み込みホールドの後、カウントダウンはLCCのGround Launch Sequencer(GLS)によって自動的に制御され、いずれかの重大な問題を検出するとカウントダウンが停止しました。スペースシャトルの搭載システム。[33] T-3  45 秒で、エンジンはジンバルテストの実施を開始し、T-2  15で終了しました。 秒。地上打ち上げ処理システムは、T-31 でオービタービークルのGPCに制御を渡しました。 T-16 秒で、GPCはSRBを武装させ、音響抑制システム(SPS)は、音響エネルギーとロケット排気による損傷からオービタービークルを保護するために、MLPとSRBのトレンチを1,100,000 L(300,000 US gal)の水で浸し始めました。リフトオフ中にフレームトレンチとMLPから反射されます。[34] [35] T-10 秒で、水素点火装置が各エンジンベルの下で作動し、点火前にコーン内の停滞ガスを鎮圧しました。これらのガスの燃焼に失敗すると、搭載センサーが作動し、発砲段階で車両が過圧および爆発する可能性があります。 LH 2 エンジン始動の準備として、プレバルブをT-9.5秒で開きました[14]II–186

T-6.6 秒から、メインエンジンは120ミリ秒間隔で順次点火されました。3つのRS-25エンジンはすべて、T-3 秒までに定格推力の90%に到達する必要がありました。そうしないと、GPCがRSLSアボートを開始します。3つのエンジンすべてがT-3 秒までに公称性能を示した場合、ジンバルで構成を解除するように命令され、T-0で点火するためにSRBを準備するように命令が発行されます。[36] T-6.6 秒からT-3の間 数秒後、RS-25エンジンが始動しているが、SRBがまだパッドにボルトで固定されている間、オフセット推力により、スペースシャトルは外部燃料タンクの先端で測定して650 mm(25.5インチ)ピッチダウンしました。 3秒の遅延により、SRBが点火する前にスタックがほぼ垂直に戻ることができました。 T-0で、SRBをパッドに保持している8つの壊れやすいナットが爆発し、最後のアンビリカルが切断され、SSMEが100%スロットルするように命令され、SRBが点火されました。[37] [38] T + 0.23 秒までに、SRBはリフトオフを開始するのに十分な推力を蓄積し、T +0.6秒までに最大チャンバー圧力に達しました [39] [14]II–186 T-0、JSCミッションコントロールセンターLCCからの飛行の制御を引き受けた。[14]III–9

T + 4 秒で、スペースシャトルが22メートル(73フィート)の高度に達したとき、RS-25エンジンは104.5%まで絞られました。約T + 7 秒で、スペースシャトルは高度110メートル(350フィート)でヘッドダウン方向に回転しました。これにより、空力ストレスが軽減され、通信とナビゲーションの方向が改善されました。約20~30 上昇に秒と2700メートル(9000フィート)の高度は、RS-25エンジンは、最大空気力学的な力を減少させるために65から72までパーセントまで絞られた最大Q[14]III–8–9さらに、SRB推進剤の形状は、最大Q時に推力が減少するように設計されています。[18]427 GPCは、SRBの性能に基づいて、RS-25エンジンのスロットルを動的に制御できます。[14]II–187

約T + 123 秒、高度46,000メートル(150,000フィート)で、分離ボルトがSRBを放出し、大西洋にパラシュートで降下する前に67,000メートル(220,000フィート)の頂点到達しました。スペースシャトルはRS-25エンジンのみを使用して上昇を続けました。以前のミッションで、スペースシャトルはとの通信を維持するためにヘッドダウン方向に残ったトラッキングステーションバミューダを、それ以降のミッション、始まるSTS-87、T + 6におけるヘッドアップ方向に圧延との通信のための分追跡およびデータ中継衛星コンステレーション。 RS-25エンジンはT + 7分で絞られました    車両の加速を3gに制限するために30 T + 8  30 秒に発生したメインエンジンカットオフ(MECO)の6秒前に、RS-25エンジンは67%に絞られました。 GPCはET分離を制御し、残りのLOXとLH 2ダンプして、軌道上でのガス放出を防ぎました。 ETは弾道軌道を継続し、再突入中に崩壊し、いくつかの小片がインド洋または太平洋に着陸しました。[14]III–9–10

初期のミッションでは、軌道を達成するためにOMSを2回発射しました。最初の発砲は遠地点を上昇させ、2回目の発砲は軌道を循環させました。STS-38後のミッションでは、RS-25エンジンを使用して最適な遠地点を達成し、OMSエンジンを使用して軌道を循環させました。軌道の高度と傾斜はミッションに依存し、スペースシャトルの軌道は220 km(120 nmi)から620 km(335 nmi)まで変化しました。[14]III–10

軌道上

The Space Shuttle Endeavour docked with the International Space Station
STS-134ミッション中にISSにドッキングされた努力

スペースシャトルが割り当てられたミッションのタイプは、それが入った軌道のタイプを決定しました。再利用可能なスペースシャトルの初期設計では、商用衛星と政府衛星を配備するためのますます安価な打ち上げプラットフォームを想定していました。初期のミッションでは定期的に衛星をフェリーで運び、オービタービークルが入る軌道のタイプを決定しました。チャレンジャー号の災害、多くの商用ペイロードがデルタIIなどの使い捨ての商用ロケットに移されました[14] III-108、123後のミッションは、まだ商業ペイロードを開始しているが、スペースシャトルの割り当てが日常のような科学的ペイロード、向けられたハッブル宇宙望遠鏡[14] III–148 Spacelab、 [18]434–435およびGalileo宇宙船 [14] III-140は、 以降でSTS-74と、人工衛星ビークル実施dockingsミール宇宙ステーション [14]III–224運用の最後の10年間で、スペースシャトルは国際宇宙ステーションの建設に使用されました [14]III–264ほとんどのミッションは、数日から2週間軌道にとどまる必要がありましたが、延長期間オービターパレットを使用すると、より長いミッションが可能でした。 [14]III–86 17日15時間のSTS-80ミッションは、スペースシャトルの最長のミッション期間でした。[14]III–238

再突入と着陸

A view of the commander and pilot during reentry on STS-42
STS-42再突入ディスカバリーのフライトデッキビュー
Discovery deployed a parachute to slow itself after landing
STS-124に着陸した後、ブレーキパラシュートを展開するディスカバリー

軌道離脱の約4時間前に、乗組員は、ペイロードドアを閉じ、過剰な熱を放射し、Ku バンドアンテナを引っ込めることによって、再突入のためのオービタービークルの準備を開始しました。オービタービークルは、逆さまのテールファーストの向きに操縦され、大気圏に再び入る 約20 分前に2〜4分のOMS燃焼を開始しました。オービタービークルは、迎え角40°の機首前方位置と前方姿勢制御システムに向きを変えました。(RCS)ジェットは燃料が空になり、再突入前に無効にされました。オービタービークルの再突入は、マッハ25付近で走行していた高度120 km(400,000フィート)から開始するものとして定義されました。オービタービークルの再突入は、GPCによって制御され、事前に設定された迎え角計画に従って防止されました。 TPSの安全でない加熱。 GPCはまた、迎え角を変更せずに過剰な速度を消散させるために、ロール軸のみを使用して複数の空力ブレーキSターンを制御しました[14]III–12 オービタービークルの後部RCSジェットは、降下時に無効になり、エルロン、エレベーター、およびラダーが低層大気で有効になりました。高度46km(150,000フィート)で、オービタービークルがスピードブレーキを開きました。垂直尾翼に。着陸の8  44 秒前に、乗組員は空気データプローブを配備し、迎え角を36°に下げ始めました。[14]III–12 オービターの最大滑空比/揚力比は、極超音速での1.3から亜音速での4.9まで、速度によって大幅に変化しました[14]II–1オービタービークルは、滑走路の中心線の両端から48 km(30マイル)離れた場所にある2つのヘディングアライメントコーンの1つに飛行し、最後のターンを行って、接近して着陸する前に余分なエネルギーを放散しました。オービタービークルが亜音速で飛行すると、乗組員が手動で飛行を制御しました。[14]III–13

接近と着陸の段階は、オービタービークルが高度3,000 m(10,000フィート)にあり、150 m / s(300 kn)で移動したときに始まりました。オービターは-20°または-18°のグライドスロープをたどり、約51 m / s(167 ft / s)で降下しました。スピードブレーキは連続速度を維持するために使用され、乗組員は高度610 m(2,000フィート)で-1.5°のグライドスロープへのプレフレア操作を開始しました。着陸装置が配備された10 接地の数秒前、オービターが高度91 m(300フィート)にあり、150 m / s(288 kn)を移動していたとき。最終的なフレア操作により、オービタービークルの降下率が0.9 m / s(3 ft / s)に低下し、オービタービークルの重量に応じて100〜150 m / s(195〜295 kn)で接地が発生しました。着陸装置が着陸した後、乗組員は垂直尾翼からドラッグシュートを展開し、オービターが72 m / s(140 kn)よりも遅い速度で走行しているときにホイールブレーキを開始しました。オービターの車輪が停止した後、乗組員は飛行コンポーネントを非アクティブ化し、終了する準備をしました。[14]III–13

着陸地点

スペースシャトルの主要な着陸地点は、KSCのシャトル着陸施設で、133回の着陸に成功したうち78回が発生しました。不利な着陸条件が発生した場合、シャトルは着陸を遅らせるか、別の場所に着陸する可能性があります。主な代替案は、54回の着陸に使用されたエドワーズ空軍基地でした。[14]III–18–20 STS-3ニューメキシコのホワイトサンドスペースハーバー着陸し石膏が豊富な砂にさらされた後、大規模な後処理が必要でした。その一部はSTS-107のコロンビアの残骸で見つかりました[14]III–28代替飛行場に着陸するには、シャトルキャリア航空機がオービターをケープカナベラルに輸送する必要がありました[14]III–13

事前に計画された着陸飛行場に加えて、さまざまな中絶シナリオで使用される85の合意された緊急着陸地点があり、58は他の国にありました。着陸場所は、政治的関係、好天、長さ2,300 m(7,500フィート)以上の滑走路、およびTACANまたはDMEに基づいて選択されました。装置。さらに、オービター車両にはUHF無線しか搭載されていなかったため、VHF無線のみを搭載した国際サイトは乗組員と直接通信できなかったでしょう。米国の東海岸の施設は東海岸の中止着陸のために計画されましたが、ヨーロッパとアフリカのいくつかのサイトは大洋横断の中止着陸の場合に計画されました。施設は緊急シャトルの着陸の際に設備と人員で準備されましたが、決して使用されませんでした。[14]III–19

着陸後の処理

The Space Shuttle Discovery on the runway as ground crews work to get the crew out of the orbiter
乗組員の下船のために着陸後に発見が準備されています

着陸後、地上要員がオービターに接近して安全チェックを行った。自給式呼吸器を装着したチームは、水素ヒドラジン、モノメチルヒドラジン四酸化二窒素、およびアンモニアの存在をテストして、着陸エリアが安全であることを確認しました。[40]エアコンとフレオンラインは、乗組員と機器を冷却し、再突入から余分な熱を放散するために接続されていました。[14] III-13 Aの飛行外科医は、人工衛星に乗り込み、彼らが上陸の前に乗組員の医学的検査を行います。オービターが確保されると、OPFに牽引され、検査、修理、次のミッションの準備が行われました。[40]

スペースシャトルプログラム

スペースシャトルは1981年4月12日、から飛んだ[14] III-24 7月21日、2011年まで[14] III-398を プログラム全体、スペースシャトル135のミッション、持っていた[14] III-398のを133は無事に戻ってきました。[14]III– 80、304スペースシャトルは、その生涯を通じて、科学研究の実施に使用されました。[14]III–188は商業用に配備され、[14]III–66軍用、[14]III–68および科学的ペイロード、[14]III–148ミール[14]III–216とISSの建設と運用に携わっていました[14]III–264在任中、スペースシャトルは宇宙飛行士を打ち上げる唯一の米国の乗り物として機能し、2020年5月30日クルードラゴンデモ-2が打ち上げられるまで代替品はありませんでした。[41]

予算

スペースシャトルプログラムのNASA全体の予算は、2,210億ドル(2012ドル)と推定されています。[14]III-488スペースシャトルの開発者は、コスト削減策として再利用性を提唱しました。その結果、打ち上げあたりのコストが低くなると推定されるため、開発コストが高くなりました。スペースシャトルの設計中、フェーズBの提案は、最初のフェーズAの見積もりが示したほど安くはありませんでした。スペースシャトルプログラムマネージャーのロバートトンプソンは、他の技術的要件がコストの削減で満たすことができなかったため、ポンドあたりのコストの削減がさらなる設計段階の主な目的ではなかったことを認めました。[14]III-489-4901972年に行われた開発見積もりでは、1ポンドあたりのペイロードコストは1ポンドあたり1,109ドル(2012年)と低く予測されていましたが、スペースシャトルの研究開発コストを除いた実際のペイロードコストは37,207ドル(2012年)でした。 )ポンドあたり。[14]III-491打ち上げごとのコストはプログラム全体で異なり、スペースシャトルプログラム全体の研究、開発、調査の手順だけでなく、飛行速度にも依存していました。 1982年に、NASAは1フライトあたり2億6000万ドル(2012年)の見積もりを発表しました。これは、10年間の年間24フライトの予測に基づいています。オービターとISSが建設されておらず、乗組員を失った後の復旧作業がなかった1995年から2002年までの打ち上げあたりのコストは、8億600万ドルでした。 NASAは1999年に調査を発表し、年間7回の打ち上げがあった場合、コストは5億7600万ドル(2012年)であると結論付けました。 2009年、NASAは、1年に1回の打ち上げを追加するコストは、2億5,200万ドル(2012年)であると判断しました。これは、スペースシャトルプログラムの費用の多くが、打ち上げ率に関係なく継続した年間の人員と運用にかかることを示しています。スペースシャトルプログラムの予算全体を考慮すると、打ち上げあたりのコストは16億4200万ドルでした(2012年)。[14]III-490

災害

1986年1月28日、STS-51-Lは、適切なSRBの故障により、打ち上げの73秒後に崩壊し、チャレンジャーに搭乗していた7人の宇宙飛行士全員が死亡しました災害は、SRBケーシングのセグメント間に使用されるミッションクリティカルなシールであるOリングの低温障害によって引き起こされました。Oリングの故障により、高温の燃焼ガスがブースターセクション間から逃げ出し、隣接するETを介して燃焼し、一連の壊滅的なイベントが発生し、オービターが崩壊しました。[42]71温度が53°F(12°C)未満のときにOリングの安全性の証拠がないことについて懸念を表明する設計エンジニアからの繰り返しの警告は、NASAの管理者によって無視されていました。[42]148

2003年2月1日、コロンビア号は再突入中に崩壊し、打ち上げ中に発生した翼の炭素-炭素前縁の損傷により、STS-107の乗組員7人全員が死亡しました。 NASAのチーフTPSエンジニアは、コロンビアに搭乗している宇宙飛行士が車両を離れることを許可するように要求しました。損傷を検査します。 NASAの管理者は、国防総省によるオービターのイメージングを停止するために介入し、船外活動の要求を拒否しました[14]III–323 [43]したがって、アトランティスによる宇宙飛行士の修理または救助のシナリオの実現可能性は、当時のNASAの管理者によって考慮されていませんでした。[44]

批評

スペースシャトルの部分的な再利用性は、初期開発時の主要な設計要件の1つでした。[7]164オービターの帰還と再利用を指示する技術的決定により、打ち上げごとのペイロード機能が低下しました。当初の意図は、打ち上げごとのコストと高い打ち上げ頻度を下げることによって、この低いペイロードを補うことでした。しかし、スペースシャトルの打ち上げの実際のコストは当初の予測よりも高く、スペースシャトルはNASAが当初予測した年間24回のミッションを飛行しませんでした。[45] [14]III–489–490スペースシャトルは元々、衛星を配備するためのロケットとして意図されていました。これは主に、以前のミッションで使用されていました。チャレンジャー号の災害。 NASAの価格はコストを下回っていましたが、使い捨てロケットよりも低かったです。その意図は、大量のスペースシャトルミッションが初期の経済的損失を補うことでした。使い捨てロケットの改良とスペースシャトルの商用ペイロードからの移行により、使い捨てロケットが衛星の主要な展開オプションになりました。[14]III–109–112

致命的なチャレンジャーコロンビアの災害は、乗組員の損失につながる可能性のあるスペースシャトルの安全上のリスクを示しました。アポロソユーズの宇宙カプセルのアボートエスケープオプションではなく、アボートシナリオでは滑走路へのオービターの制御された飛行が必要であるか、乗組員が個別に脱出できるようにする必要があるため、オービターのスペースプレーン設計はアボートオプションを制限しました[46] NASAのエンジニアと経営陣によって宣伝された初期の安全分析では、100回の打ち上げに1回から、10万回に1回の範囲で、乗組員の死亡につながる壊滅的な障害の可能性が予測されました。[47] [48]2回のスペースシャトルミッションの喪失に続いて、最初のミッションのリスクが再評価され、車両と乗組員の壊滅的な喪失の可能性は9分の1と高いことが判明しました。[49] NASAの経営陣はその後批判されました。より高い任務率と引き換えに乗組員への増加したリスクを受け入れる。チャレンジャーコロンビアの 両方のレポートは、NASAの文化がミッションの潜在的なリスクを客観的に評価しなかったために乗組員を安全に保つことができなかったと説明しました。[48] [50]195–203

引退

Atlantis being greeted by a crowd after its final landing
その後のアトランティス、そしてプログラムの最終着陸

スペースシャトルの引退は2004年1月に発表された[14] III-347 大統領のジョージ・W・ブッシュは、彼を発表しました宇宙探査のためのビジョン、それはISSの建設を完了したら、スペースシャトルの引退を呼びかけ、。[51] [52] ISSが適切に組み立てられたことを確認するために、貢献パートナーは2006年3月に残りの16の組み立てミッションの必要性を決定しました。[14]III-349 2006年10月に1つの追加のハッブル宇宙望遠鏡サービスミッションが承認されました。[ 14]III-352もともと、STS-134はスペースシャトルの最後のミッションでした。しかしコロンビア号の災害により、救助任務の際に必要に応じ打ち上げに備えて追加のオービターが準備されました。以下のようアトランティスは、最終的な打ち上げオンの必要性のミッションのために用意した、決定はそれはよう飛ぶだろうと、2010年9月に行われたSTS-135緊急時にISSに残る可能性があり4人の乗組員と。[14]III-355 STS-135は2011年7月8日に打ち上げられ、2011年7月21日の東部標準時 午前557  UTC 09:57 )にKSCに着陸しました[14]III-398それから2020年5月30日のクルードラゴンデモ2の打ち上げまで、米国はロシアのソユーズ宇宙船に乗って宇宙飛行士を打ち上げました。[53]

各オービターの最終飛行に続いて、安全に展示できるように処理されました。使用されたOMSおよびRCSシステムは、有毒なハイパーゴリック推進剤による主な危険性を示し、危険なガス放出を防ぐために、それらのコンポーネントのほとんどが恒久的に除去されました。[14]III-443 アトランティスケネディスペースセンタービジターコンプレックスに展示されています[14]III-456 ディスカバリーウドバーヘイジーセンターにあります。[14]III-451 エンデバーカリフォルニアサイエンスに展示されています。センター[14]III-457およびエンタープライズは、イントレピッド海上航空宇宙博物館に展示されています[14]III-464オービターからのコンポーネントは、米国空軍、ISSプログラム、およびロシアとカナダの政府に移管されました。スペースローンチシステム使用するためにエンジンが取り外され、展示用に予備のRS-25ノズルが取り付けられました。[14]III-445

大衆文化では

スペースシャトルと架空の変種は、多くのポップカルチャーの参考資料で取り上げられています。

も参照してください

注意事項

  1. ^ この場合、成功の数は、成功したスペースシャトルのミッションの数によって決まります。
  2. ^ STS-1 and STS-2 were the only Space Shuttle missions that used a white fire-retardant coating on the external tank. Subsequent missions did not use the latex coating to reduce the mass, and the external tank appeared orange.[9]:48

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