Išči

    Raketoplan

    Prvi polet raketoplana. Vzlet raketoplana Columbia na odpravi STS-1 12. aprila 1981.

    Raketoplan, vesoljsko letalo, vesoljski čolniček ali vesoljski taksi je vesoljsko plovilo s posadko z možnostjo večkratne uporabe, ki leti v Zemljino tirnico in večinoma prevaža posadko in tovor na ISS (Mednarodno vesoljsko postajo) in nazaj. Poleg tega se ga uporablja tudi za različna servisna dela na satelitih ali pa za njihovo vračanje nazaj na Zemljo (slednje lahko zajame s pomočjo posebne robotske roke). Posadko običajno sestavlja 7 članov (poveljnik, pilot, kopilot in specialisti za različna področja). Raketoplane so upokojili po zaključku zadnjega poleta raketoplana Atlantis 21. julija 2011. NASA že razvija novo vesoljsko plovilo za prevoz človeške posadke imenovano Orion. Prvi polet Oriona s posadko naj bi se izvedel leta 2021.

    Sovjetska zveza je samostojno razvijala podoben projekt z imenom Buran, vendar so ga po prvem daljšem poletu brez posadke opustili, saj so ocenili, da je tovrstni način vesoljskih poletov preveč tvegan.

    Vsebina

    Opis (Space Shuttle)

    Ameriški raketoplan Discovery ob vzletu

    Plovilo Space Shuttle sestoji iz več sestavnih delov:

    Na repu so nameščeni trije glavni raketni motorji, katerih gorivo sta vodik in kisik. Slednji motorji zagotavljajo potisk ob vzletu in vzponu v orbito.

    Poleg glavnih raketnih motorjev ima plovilo tudi več manjših in šibkejših raketnih motorjev, ki se delijo v dve skupini:

    Celoten trup je obdan s toplotnim ščitom, ki ščiti posadko tako pred nizkimi temperaturami v vesolju, kot pred izredno visokimi temperaturami pri vstopu v atmosfero. Toplotni ščit je sestavljen iz več različnih materialov z različnimi debelinami, saj toplotna obremenitev ni povsod enaka. Največji in najbolj odporni del toplotnega ščita je na spodnjem delu plovila, nosu in na robovih kril, ker ta del ob vstopu prevzame največji del nastale toplote.

    Za zagotavljanje potrebne električne energije se uporabljajo gorivne celice, ki jih napajata vodik in kisik iz manjših rezervoarjev. Za zagotavljanje ostale energije (hidravlični sistemi, pogon krmilnih površin, obračanje potisnega vektorja motorjev) se uporabljajo turbine s pogonom na hidrazin.

    Raketno gorivo je zmes amonijevega perklorata (69,6 %), aluminijevega prahu (16 %), železovega oksida (0,4 %), ki služi kot katalizator, in gume, ki poleg goriva služi kot vezivno sredstvo. Celoten blok je oblikovan v obliki valja, notranja stena pa ima obliko 11-krake zvezde. Ta oblika zagotavlja veliko potisno silo ob vzletu, kasneje pa manjšo (v izogib preobremenitvam ob vzletu).

    Poleg raketnega goriva motor vsebuje tudi šobo raketnega motorja z možnostjo obračanja vektorja potiska, pomožne motorje za odmik od plovila, hidravlični sistem za nadzor vektorja potiska motorja, električni sistem, žiroskope za ugotavljanje kotnih pospeškov celotnega plovila ob vzletu, sistem za samouničenje (v primeru izgube nadzora) in padalo v konici za mehak pristanek.

    Poleg obeh tankov zunanji tank vsebuje tudi senzorje tlaka in detektorje za količino goriva, ki uravnavajo količino vodika in kisika in omogočajo zaustavitev glavnih motorjev preden zmanjka goriva. Preostalo gorivo se po odmetu izpusti skozi šobe, ki povzročijo vrtenje tanka, da pri vstopu v atmosfero hitreje razpade.

    Avionika

    Atlantis je bil prvi čolniček, ki je letel s t. i. steklenim kokpitom, na misiji STS-101.

    Raketoplan Space Shuttle že od začetka vsebuje računalniško nadzorovan fly-by-wire kontrolni sistem, ki temelji na štirih glavnih in enem pomožnem računalniku, ki se uporabi, če odpovedo glavni računalniki. Uporabljeni računalniki so IBM AP-101, ki so bili med drugim predhodno v uporabi v letalih B-52 in F-15.

    Računalniki so programirani v posebnem programskem jeziku, imenovanem HAL/S, ki je posebej namenjen strokovnjakom brez posebnega programerskega znanja.

    Sistem računalnikov je medsebojno sinhroniziran preko posebnih vodil in deluje po principu glasovanja. Če eden od računalnikov odpove ali posreduje napačne podatke, kot ostali računalniki, se njegovi podatki ignorirajo. Posadka ob tem dobi tudi indikacijo napake in lahko napačno delujoč računalnik izključi.

    Na računalnikih se izvajajo sistemski in uporabniški programi. Programi med drugim izvajajo naslednje naloge:

    Pilotska kabina je praktično nespremenjena že od začetka, novost so barvni multifunkcijski zasloni, ki so nadomestili stare katodne zaslone.

    Vzlet

    Shematski prikaz tipične misije.
    Odprt tovorni prostor in uporaba robotske roke v vesolju.

    Več mesecev pred vzletom se celotna konstrukcija (raketoplan, zunanji tank in motorja na trdo gorivo) sestavi v posebej za to namenjeni hali. Na vzletno ploščad se najprej v vertikalni poziciji montirajo raketni motorji na trdo gorivo ter zunanji tank, nato pa še raketoplan. Na ploščadi sledi polnjenje tankov s tekočim vodikom in kisikom. Celotna vzletna ploščad se na gosenicah pripelje na mesto vzleta.

    Končna faza pred vzletom se začne 20 minut pred vzletom (označeno tudi kot T - 20 minut). Pred tem se vse nadzira s pomočjo zemeljskih računalnikov in kontrolorjev, zadnje priprave na vzlet se končajo 9 minut pred vzletom (T - 9 minut).

    Zemeljska kontrola nadzira vse procese do 31 sekund pred vzletom, ko nadzor nad vzletno sekvenco prevzamejo računalniki na plovilu, ki v primeru prevelikih odstopanj parametrov od željenih vrednosti zaustavijo odštevanje.

    Celoten potisk po ločitvi motorjev na trdo gorivo ne zadošča za večje pospeševanje in hitrost vzpona ter naraščanje tangencialne hitrosti se zato zmanjšata. S časom pa se zaradi porabe goriva zmanjšuje tudi masa plovila, zaradi česar pospešek spet začne naraščati in se ga v končni fazi gorenja glavnih raketnih motorjev z zmanjšanjem potiska omeji na 3 G.

    Preden se porabi vse gorivo iz zunanjega tanka in tik pred dosegom stabilne orbite (tj. orbita še seka gostejše plasti atmosfere), se motorji izključijo, ker bi v nasprotnem primeru prišlo do poškodb motorjev. Eksplozivni zatiči nato sprostijo zunanji tank, ki se prične spuščati in nato zgori v atmosferi.

    Da mu raketoplan ne bi sledil nazaj v atmosfero, se vključijo motorji za orbitalne manevre, ki dvignejo periapsido orbite višje. V primeru potrebe po takojšnji prekinitvi misije (npr. okvara) se slednji korak ne izvede in raketoplan se tako lahko takoj vrne na zemljo.

    Vrnitev na Zemljo in pristanek

    Za vrnitev na Zemljo se uporablja ravno obraten manever kot za vzpon na stabilno orbito. Raketoplan je potrebno upočasniti z uporabo motorjev za orbitalne manevre. Tako se periapsida orbite spusti dovolj, da se orbita vozila ob povratku seka z gostejšimi plastmi atmosfere. Za pristanek raketoplana v ZDA (v Cape Canaveralu na Floridi ali v letalski bazi Edwards v Kaliforniji) se ta manever začne nekje nad Avstralijo, približno 18000 km od mesta pristanka.

    Raketoplan začne čutiti vpliv atmosfere na višini približno 120 km. S pomočjo kombiniranega delovanja motorjev za manevriranje in krmilnih površin se nos vozila dvigne tako, da je dosežen vpadni kot med 38 in 40 stopinjami (po potrebi tudi do 43°). Na ta način se poveča zračni upor, ki služi zaviranju. Ta položaj obenem ščiti zgornji del plovila pred vročino, nastalo ob vstopu v atmosfero.

    Na višini okrog 80 km atmosfera postane dovolj gosta, da zaradi velikega vpadnega kota in hitrosti nastane tudi precejšnja sila vzgona, zaradi katere se raketoplan lahko odbije od atmosfere. Da do tega ne pride, se uporabi nagibanje raketoplana po vzdolžni osi. Glede na stopnjo nagiba se spreminja velikost sile vzgona v navpični smeri, kar povzroči hitrejše ali počasnejše spuščanje. Sprva so potrebni večji nagibi (približno 80°), kasneje pa zaradi zmanjšanja hitrosti zadostujejo manjši nagibi. Nagib raketoplana obenem povzroči tudi zavijanje, zaradi česar njegova pot začne odstopati od predvidenega kurza. Zato se občasno izvede sprememba nagiba na drugo stran, čemur sledi zavoj nazaj proti predvidenemu kurzu. Zmožnost spreminjanja smeri se med drugim koristno uporabi tudi za vplivanje na dolžino doleta.

    Ko raketoplan upočasni na približno Mach 2,5 se začne predzadnja faza pristanka. Preostala hitrost in višina se uporabita za dolet do mesta pristanka in poravnavo s stezo. Tej fazi sledita končni dolet in pristanek, ki se po navadi izvedeta ročno, možna pa je tudi uporaba avtopilota.

    Pristajalna hitrost je približno 350 km/h (precej več, kot pri potniških letalih), kmalu po pristanku pa se za zaviranje odpre zaviralno padalo. Po zaustavitvi mora posadka počakati, da se razkadijo hlapi goriva in da se trup raketoplana dovolj ohladi, šele nato lahko izstopi.

    Običajna praksa je, da raketoplan pristane v Cape Canaveralu na Floridi, alternativa pa je letalska baza Edwards v Kaliforniji. V primeru potrebe po prekinitvi misije med vzletom lahko raketoplan pristane tudi na vnaprej določenih letališčih po svetu, ki premorejo zadosti dolgo vzletno - pristajalno stezo. Po pristanku na drugem letališču se mora raketoplan vrniti nazaj na Florido, kjer ga pregledajo in pripravijo za nov polet. Za ta namen ima NASA dve predelani letali Boeing 747, ki raketoplan prevažata na hrbtu.

    Prednosti in slabosti raketoplana Space Shuttle

    Glavne prednosti raketoplanov v primerjavi s kapsulami:

    Pomankljivosti programa Space Shuttle se kažejo predvsem v:

    Glej tudi

    Zunanje povezave

       p     
    Raketoplani
    Raketoplan Columbia Ameriški Ameriški program raketoplanov Sovjetski Sovjetski program raketoplanov
    • OK-GLI (BST-02) (atmosferski preizkusi)
    • 1.01 Buran (opuščen, uničen 2002)
    • 1.02 Ptička (dokončan 95–97-odstotno, neuporabljen)
    • 2.01 Bajkal (nepopoln)
    • 2.02 (delno razstavljen)
    • 2.03 (razstavljen)