مهندسی بی‌نهایت: شاتل فضایی؛ اولین فضاپیمای چندبارمصرف

از مجموعه مقالات مهندسی بی‌نهایت:

تا پیش از معرفی شاتل فضایی (Space Shuttle)، انسان توانایی استفاده‌ی چندین‌باره از راکت‌ها و فضاپیماهای گران‌قیمت را نداشت. هیچ‌کدام از قسمت‌ها و قطعات استفاده شده در موشک‌های ساخت شوروی و آمریکا، دو قطب صنعت هوافضا در اواخر قرن بیستم میلادی، قابلیت بازیابی و استفاده‌ی مجدد نداشتند. سرنوشت محتوم موشک‌ها و فضاپیماهای گران‌قیمت همواره یکی از این چهار سناریو بود:

هنگام خروج از جو و جدا شدن از فضاپیما به اقیانوس انداخته شوند. (مانند مراحل اول موشک‌های ساترن ۵) وسط بیابان‌های خالی از سکنه سقوط کنند. (بوسترها و مراحل اول سایوز) هنگام ورود مجدد به جو زمین در آن بسوزند. (مرحله‌ی دوم به بالای اکثر موشک‌ها) یا به‌عنوان زباله‌ی فضایی در مدار زمین رها شوند. (مراحل آخر ساترن ۵)

حتی کپسول‌های حاوی فضانوردان که با چتر نجات روی آب یا خشکی فرود می‌آمدند و تنها قسمتِ نسبتا سالمی بودند که از فضا به زمین بازمی‌گشتند هم چندبارمصرف نبودند و پس از بازیابی فضانوردان رهسپار موزه‌های علمی می‌شدند.

بقایای سایوز در سیبری و بقایای ساترن ۵ در اعماق اقیانوس

به‌همین دلیل دسترسی به فضا برای انسان همواره بسیار گران تمام می‌شد و درنتیجه تنها در انحصار دولت‌ها بود. باوجود دراختیار داشتن بودجه‌های کلان، همین دسترسی نصفه‌ونیمه به فضا هم گاهی برای سازمان‌های دولتی بسیار گزاف به‌نظر می‌رسید. برای مثال بودجه‌ی سالانه‌ی ناسا در دهه‌ی ۶۰ میلادی و دوران اوج رقابت فضایی به ۵/۹ میلیارد دلار (معادل ۴۰ تا ۵۰ میلیارد دلار امروزی با احتساب نرخ تورم) می‌رسید؛ چیزی حدود ۴ درصد از کل بودجه‌ی فدرال آمریکا در آن زمان. هزینه‌ی برنامه‌های فضایی در قرن بیستم میلادی به‌قدری زیاد بود که بسیاری عقیده دارند یکی از دلایل ورشکستگی اقتصادی اتحاد جماهیر شوروی و درنتیجه فروپاشی آن، سرمایه‌گذاری‌های کلان آن رژیم در رقابت فضایی با آمریکا بود.

سوخت، تنها حدود یک درصد از هزینه‌ی کلی موشک‌ها را تشکیل می‌دهد

این درحالی است که بخش اعظم هزینه‌ی ارسال انسان و محموله به فضا مربوط‌به سخت‌افزار موشک و سفینه‌هایی است که پس از هر بار پرتاب به فضا دور انداخته می‌شوند. برای مثال براساس برآوردها هزینه‌ی ساخت موشک فالکون ۹ اسپیس‌ایکس چیزی حدود ۶۰ میلیون دلار است، درحالی‌که هزینه‌ی سوخت همین موشک بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ هزار دلار برآورد می‌شود؛ یعنی چیزی کمتر از یک درصد هزینه‌ی موشک. ناسا و دیگر سازمان‌های دولتی این موضوع را حتی قبل از قدم گذاشتن انسان روی ماه به‌خوبی درک کرده بودند و همین موضوع باعث شده بود ناسا پیش از آغاز برنامه‌ی آپولو، به‌فکر کاهش دادن هزینه‌ی برنامه‌های فضایی ازطریق استفاده‌ی مجدد از موشک‌ها و فضاپیماها باشد.

اولین جرقه‌ها

اواخر دهه‌ی ۳۰ میلادی، آلمان نازی پروژه‌ای با نام «بمب‌افکن آمریکا» را آغاز کرده بود. هدف از این پروژه ساخت هواپیمایی بود که بتواند از خاک آلمان بلند شود و با عبور از اقیانوس اطلس آمریکا را بمباران کند. درمیان طرح‌های پیشنهادی مهندسان آلمانی، طرح ایوگن سنگر با سایر طرح‌ها تفاوت اساسی داشت. طرح پیشنهادی سنگر با نام «سیلبر وگل» (پرنده‌ی نقره‌ای) عملا یک راکت بال‌دار بود. سیلور وگل که قرار بود چندبارمصرف باشد، پس از اوج گرفتن تا مرز فضا، دوباره به سمت زمین شیرجه می‌زد. در هنگام ورود به استراتوسفر، افزایش چگالی اتمسفر برای راکت بال‌دارِ سنگر نیروی لیفت ایجاد می‌کرد و آن را مجددا به ارتفاع بالاتر باز می‌گرداند. این فرایند تکرار می‌شد و درنهایت سیلبروگل با چندین بار شیرجه زدن و اوج گرفتن متوالی، از فراز اقیانوس می‌گذشت و به آمریکا می‌رسید. هرچند ساخت سیلبروگل هیچ‌گاه به سرانجام نرسید، اما با سقوط آلمان نازی، طرح‌های مفهومی آن به‌دست آمریکایی‌ها افتاد و تبدیل به مبنایی برای ساخت اولین موشک-هواپیمای آمریکا شد.

اولین طرح‌های مفهومی ناسا از فضاپیمای چندبارمصرف و شاتل فضایی

ناسا دو دهه قبل از ارسال انسان به ماه به‌دنبال ساخت موشک و فضاپیمای چندبارمصرف بود

تاریخچه‌ی طرح‌های مفهومی ناسا از فضاپیمای چندبارمصرف به دو دهه قبل از برنامه‌ی آپولو و فرود انسان روی ماه بازمی‌گردد. اولین تحقیقات درباره‌ی فضاپیمایی که بتواند در بازگشت از فضا مانند هواپیماهای معمولی روی باند فرود بیاید، در دهه‌ی ۵۰ میلادی روی هواپیمای X-15 انجام شد. موشک-هواپیمای مافوق‌صوت X-15 که ناسا و نیروی هوایی ارتش آمریکا به‌صورت مشترک آن را توسعه می‌دادند، می‌توانست به‌لطف استفاده از پیشرانه‌ی موشکی تا مرز رسیدن به فضا اوج بگیرد.

X-15 بین سال‌های ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۸ در مجموع ۲۰۰ پرواز آزمایشی انجام داد که در برخی از آن‌ها توانست از خط کارمن (خط فرضی در ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری از سطح دریا که رسما به‌عنوان مرز فضا تعریف می‌شود) عبور کند. جالب است بدانید X-15 با ثبت سرعت ۷۲۷۴ کیلومتر بر ساعت در سال ۱۹۶۷، همچنان رکورددار سریع‌ترین هواپیمای مجهز به پیشرانه‌ی موشکی است.

نیل آرمسترانگ درکنار هواپیما-فضاپیمای X-15

کمی بعد نیروی هوایی آمریکا کار روی «هواپیمای فضایی» X-20 را شروع کرد که از لحاظ ظاهری، بیشترین شباهت را با بخش مدارگرد شاتل داشت. هرچند X-15 هیچگاه جنبه‌ی کاربردی پیدا نکرد و ساخت X-20 هرگز عملی نشد، اما این دو هواپیما و طرح‌های مشابه، درنهایت مبنای طراحی شاتل فضایی شدند.

چشم‌انداز فون براون و مسابقه‌ی فضایی

اهمیت هواپیماهای فضایی شبیه به شاتل، حتی قبل از فرود انسان روی ماه به‌خوبی درک شده بود. ورنر فون براون، مهندس موشکی آلمان نازی که پس از جنگ جهانی دوم به آمریکا آمده بود و نقش کلیدی در توسعه‌ی برنامه‌ی موشکی-فضایی آمریکایی‌ها داشت، پارادایمی ۴ مرحله‌ای برای برنامه‌های فضایی پیشنهاد کرده بود. مراحل پارادایم فون براون به ترتیب عبارت بودند از:

ارسال انسان به فضا؛ توسعه‌ی فضاپیمای چندبارمصرف برای آسان و ارزان‌تر شدن دسترسی به فضا؛ ساخت ایستگاه فضایی با استفاده از فضاپیمای چندبارمصرف؛ مسکونی کردن ایستگاه فضایی و استفاده از آن به‌عنوان پایگاهی برای ارسال انسان به مأموریت‌های فضایی در ماه و بعدها مریخ.

ورنر فون براون درحال توضیح دادن طرح مفهومی خود از فضاپیمای چندبارمصرف و ایستگاه فضایی

چشم‌انداز فون بروان به‌قدری جذاب و آینده‌نگرانه بود که ناسا در بدو تأسیس در اواخر دهه‌ی ۵۰ میلادی، آن را نقشه‌ی راه خود اعلام کرد. حال ممکن است این سؤال پیش بیاید که اگر ناسا از همان ابتدا اهمیت استفاده از فضاپیماهای چندبارمصرف را درک کرده بود، چرا برنامه‌ی فضایی آمریکا کوچک‌ترین شباهتی به پارادایم فون براون نداشت و ساخت شاتل فضایی تا سال ۱۹۷۲ به تعویق افتاد. پاسخ این پرسش «مسابقه‌ی فضایی» با شوروی است.

مسابقه‌ی فضایی با شوروی برنامه‌ی ناسا برای ساخت فضاپیمای چندبارمصرف را به تعویق انداخت

با شروع عصر فضا، اتحاد جماهیر شوروی دو شکست سنگین و پی‌درپی را به آمریکا تحمیل کرده بود. آن‌ها توانسته بودند افتخار ارسال اولین ماهواره در سال ۱۹۵۷، و ارسال اولین انسان به فضا را در سال ۱۹۶۱ به‌خود اختصاص دهند. در پاسخ به چالش شوروی، جان اف کندی، رئیس جمهور وقت آمریکا، در سخنرانی مشهور خود در سال ۱۹۶۱ اعلام کرد که آمریکا تا قبل از پایان دهه، فضانوردان خود را به ماه خواهد فرستاد و آن‌ها را صحیح و سالم به زمین بازخواهد گرداند.

همین موضوع باعث شد تا برنامه‌ی آپولو با اولویت بالاتری شروع به کار کند و پارادایم فون براون نادیده گرفته شود. در این رقابت فضایی، سرعت از هرچیز دیگری مهم‌تر بود. به‌همین دلیل ناسا به‌دنبال استفاده از موشک‌های یک‌بارمصرف و بازگرداندن فضانوردان به‌وسیله‌ی کپسول و چتر نجات رفت؛ تکنولوژی‌هایی که تا آن زمان به‌خوبی پیشرفت کرده بودند و احتیاج به تحقیق و توسعه‌ی زمان‌بر در آن‌ها نسبت به شاتل فضایی به‌شدت کم‌تر بود.

پایان عصر آپولو و آغاز دوران شاتل

رقابت فضایی با قدم‌گذاشتن نیل آرمسترانگ روی سطح ماه در سال ۱۹۶۹ به اتمام رسید و به‌تبع آن، برنامه‌ی آپولو چند سال بعد خاتمه یافت. پس از شکست دادن شوروی در مسابقه‌ی رسیدن به ماه، ناسا به‌دنبال هدف جدیدی برای خود می‌گشت. اوایل سال ۱۹۶۹، ریچارد نیکسون، رئیس جمهور وقت آمریکا کارگروهی برای مشخص کردن هدف بعدی ناسا تعیین کرد. در سپتامبر همان سال، کارگروه نیکسون در گزارش خود اعلام کرد که بهتر است ناسا بار دیگر به پارادایم فون براون بازگردد: شاتل؛ ایستگاه فضایی؛ ارسال انسان از ایستگاه به ماه؛ ارسال انسان از ایستگاه به مریخ.

جیمز فلچر، مسئول وقت ناسا، درحال توضیح دادن طرح شاتل فضایی برای ریچارد نیکسون

نیکسون از پیشنهاد کارگروه استقبال نکرد؛ چراکه به‌نظر او طرح پیشنهادی باتوجه به بودجه‌ی ناسا بسیار گران‌قیمت تمام می‌شد. تنها بخش از پارادایم فون براون که توانست نظر مساعد و موافقت نیکسون را جلب کند، ساخت شاتل فضایی بود. نیکسون در سال ۱۹۷۲ هنگام تشریح برنامه‌ی جدید ناسا برای مردم آمریکا گفت:

شاتل فضایی دسترسی آمریکا به فضا را مکرر و ارزان‌تر خواهد کرد و پیشرفت‌های بعدی به‌لطف این دو ویژگی، خودبه‌خود از راه خواهند رسید.

ایده‌ی اصلی ناسا از شاتل، موشکی دومرحله‌ای با قابلیت استفاده‌ی مجدد از هر دو مرحله بود. در طرح‌های ابتدایی ناسا مرحله‌ی اول موشک که مجهز به بال بود، مدارگرد شاتل را تا ارتفاع ۱۵ کیلومتری بالا می‌برد و پس از جداشدن از آن، در بازگشت به زمین مانند هواپیماهای معمولی روی باند فرود می‌آمد. درنهایت این ایده به‌دلیل مسائل مالی جامه‌ی واقعیت به‌خود نگرفت و شاتل به‌شکلی که امروزه آن را می‌شناسیم طراحی شد؛ دو تقویت‌کننده (بوستر) در دو سوی یک مخزن نارنجی، چسبیده به یک مدارگرد.

اگرچه نام رسمی برنامه‌ی شاتل، «سیستم حمل‌و‌نقل فضایی» (Space Transportation System) بود، اما درطول دوران حیات این برنامه، قسمت مدارگرد یا حتی کل مجموعه‌ی بوستر-مخزن-مدارگرد بین عموم به شاتل فضایی مشهور شد. در ادامه‌ی این متن نیز به‌منظور سهولت از نام شاتل برای اشاره به سیستم حمل‌و‌نقل فضایی استفاده خواهد شد.

مدارگرد

ناسا وظیفه‌ی خطیر ساخت قسمت مدارگرد شاتل (که فضانوردان را در خود جای می‌داد و شبیه به هواپیماهای متداول بود) را به راکوِل اینترنشنال (که بعدها در بویینگ ادغام شد) واگذار کرد. ازآنجایی‌که آماده‌سازی مجدد مدارگرد برای ارسال دوباره به‌فضا فرآیندی زمان‌بر است، راکول به‌سفارش ناسا در مجموع پنج مدارگرد با نام‌های کلمبیا، چلنجر، دیسکاوری، آتلانتیس و اِندِوِر ساخت تا از این طریق بتواند فاصله‌ی زمانی بین هر پرتاب را کاهش بدهد. مدارگردهای شاتل با قابلیت ۱۰۰ بار استفاده‌ی مجدد و طول عمر ۱۰ سال طراحی شده بودند؛ هرچند درنهایت تعداد دفعات استفاده از هیچ‌کدام از مدارگردها به عدد ۱۰۰ نرسید، اما طول‌عمر آن‌ها از آنچه در ابتدا برنامه‌ریزی شده بود بسیار فراتر رفت.

هواداران سریال «پیشتازان فضا» جرالد فورد را مجبور کردند تا اولین مدارگرد شاتل را «انترپرایز» بنامد

همچنین پیش از ساخت پنج مدارگرد اشاره شده؛ ناسا اقدام به ساخت یک نمونه‌ی آزمایشی با نام OV-101 کرد. مدارگرد OV-101 که فاقد سپر حرارتی و موتور موشک بود، برای انجام «تست گلاید» طراحی شده بود و قابلیت ارسال شدن به فضا نداشت. نام‌گذاری اولین مدارگرد شاتل برای افکار عمومی بسیار حائز اهمیت بود و گروه‌های مختلف سعی داشتند ناسا را متقاعد کنند تا از نام پیشنهادی آن‌ها برای اولین «هواپیمای فضایی» خود استفاده کند. سرانجام طرفداران سریال «پیشتازان فضا» با ارسال صدها هزار نامه به کاخ سفید توانستند جرالد فورد، رئیس جمهور آمریکا را راضی کنند تا اولین مدارگر شاتل را «انترپرایز» بنامد.

اولین پرواز آزمایشی انترپرایز در سال ۱۹۷۷ و ازطریق سوار شدن روی هواپیمای بویینگ ۷۴۷ انجام شد. برخلاف باور عموم، فرود مدارگردهای شاتل، چندان هم شبیه به هواپیماهای مسافربری نیست. مدارگرد شاتل نه‌تنها مجهز به موتور جت نبود، بلکه هنگام بازگشت به زمین کاملا خالی از سوخت موشک بود و درنتیجه از موتورهای موشک خود هم نمی‌توانست استفاده کند. این موضوع باعث می‌شد مدارگرد در بازگشت از فضا توانایی تولید هیچ‌گونه نیروی پیشران نداشته باشد و مانند «گلایدر» پرواز کند. انترپرایز پس از انجام چند آزمایش گلایدِ دیگر بازنشسته و از قطعات آن برای ساخت سایر مدارگردها استفاده شد.

مدارگرد انترپرایز، سوارشده روی بویینگ ۷۴۷ برای تست گلاید

کلمبیا اولین مدارگرد کامل شاتل با قابلیت ارسال شدن به فضا بود و اولین پرواز خود را در سال ۱۹۸۱ انجام داد. چلنجر، دیسکاوری و آتلانتیس هم به‌ترتیب در سال‌های ۱۹۸۳، ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵ به‌پرواز درآمدند. اندور، پنجمین و آخرین مدارگرد شاتل هم در سال ۱۹۹۲ جایگزین چلنجر شد. هنگامی که از جان یانگ، فرمانده اولین مأموریت شاتل با نام STS-1 پیش از اولین پرتاپ پرسیده شد که آیا مضطرب است، او در پاسخ گفت:

هرکسی که روی بزرگ‌ترین سیستم سوخت هیدروژن-اکسیژن جهان قرار بگیرد، بداند که قرار است انتهای سیستم مشتعل شود و ذره‌ای نگران نشود، کاملا شرایط را درک نکرده است.

قسمت اعظم بدنه‌ی مدارگردهای کلمبیا و چلنجر از آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم ساخته شده بود و وظیفه‌ی تحمل فشارهای آیرودینامیک روی پنجره‌ها را ورقه‌ای شفاف از جنس آلومینیوم سیلیکات با قطر ۳.۳ سانتی‌متر برعهده داشت. با پیشرفت‌های روزافزون علم‌مواد، ناسا هنگام ساخت مدارگردهای دیسکاوری، آتلانتیس و اندور تصمیم گرفت به‌منظور کاهش دادن وزن، فیبر کربن را جایگزین برخی قطعات آلومینیومی کند. 

مدارگردهای ۶۸ تنی شاتل با ۳۷ متر طول و ۱۷ متر ارتفاع قادر بودند ۶ تا ۸ فضانورد و ۲۵ تن بار را در هر پرتاب به فضا ارسال کنند. طول بال این مدارگردها به ۲۴ متر می‌رسید و مساحت آن‌ها برابر با ۲۵۰ متر مربع بود. یکی از چالش‌های بزرگ پیش روی مهندسان ناسا هنگام طراحی مدارگرد شاتل، یافتن ترفندی برای مقابله با حرارت فوق‌العاده بالای ایجاد شده براثر ورود مجدد به جو زمین بود. درنهایت راهکار مهندسان برای ساخت سپر حرارتی استفاده از هزاران قطعه (یا به‌اصطلاح کاشی) از جنش سرامیک بود. در ویدیوی زیر، توانایی عایقی فوق‌العاده‌ی کاشی‌های سیلیکایی شاتل به‌خوبی دیده می‌شود.

هر مدارگرد مجهز به سه موتور موشک RS-25D ساخت راکت داین معروف به «موتور اصلی شاتل فضایی» یا SSME برای قرارگرفتن در مدار بود. این موتورها که میراث‌دار موتور J-2 به‌کاررفته در مرحله‌ی دوم موشک‌های ساترن ۵ هستند، با داشتن تکانه‌ی ویژه‌ی برابر با ۴۵۲ ثانیه در خلاء و ۳۶۶ ثانیه در سطح دریا، هنوز هم بهینه‌ترین موتورهای موشک با سوخت مایع به‌شمار می‌روند. باوجود عملکرد بالا و ایجاد نیروی رانش برابر با ۱۸۶۰ کیلونیوتن در سطح دریا، موتورهای مدارگرد تنها ۱۷ درصد نیروی رانش شاتل را هنگام پرتاب تأمین می‌کردند و وظیفه‌ی اصلی بلندکردن فضاپیما از سطح زمین تا ارتفاع ۴۲ کیلومتری برعهده‌ی دو تقویت‌کننده‌ی سوخت جامد بود.

سه موتور اصلی شاتل حدود ۶ ثانیه پیش از پرتاب با فاصله‌ی زمانی ۱۲۰ میلی‌ثانیه از یکدیگر روشن می‌شدند

موتور موشک RS-25D یا «موتور اصلی شاتل فضایی» تا به‌امروز همچنان لقب «بهینه‌ترین موتور موشک جهان» را یدک می‌کشد

علاوه‌بر سه موتور موشک قدرتمند، ۴۴ پیشرانه‌ی کوچک به‌منظور استفاده در سیستم کنترل واکنش در سرتاسر بدنه‌ی مدارگرد شاتل تعبیه شده بودند. هنگامی که سفینه‌های فضایی از جو زمین خارج می‌شوند، از پیشرانه‌های سیستم کنترل واکنش (RCS) برای تغییر وضعیت و چرخاندن فضاپیما حول سه محور استفاده می‌شود. ۱۴ عدد از این پیشرانه‌ها (از نوع ورنیر) در دماغه‌ی شاتل قرار داشتند که در تصویر زیر تعدادی از آن‌ها را روی دماغه‌ی آتلانتیس می‌توان مشاهده کرد.

پیشرانه‌های ورنیر روی دماغه‌ی شاتل آتلانتیس

کابین خدمه‌ی مدارگرد شاتل از سه طبقه تشکیل می‌شد: عرشه‌ی پرواز، طبقه‌ی میانی و قسمت تجهیزات. عرشه‌ی پرواز، همان‌طور که از نامش پیدا است، فرمانده و خلبان شاتل را در خود جای می‌داد. این طبقه همچنین درصورت نیاز توانایی میزبانی از دو متخصص در قسمت پشتی فرمانده و خلبان را هم داشت. مغز الکترونیکی مدارگرد شاتل که در این طبقه قرار گرفته بود، از پنج کامپیوتر یکسان IBM AP-101 تشکیل می‌شد. اگرچه هرکدام از این کامپیوترها به‌تنهایی قابلیت کنترل کامل مدارگرد را داشتند، اما ناسا برای امنیت بیشتر تصمیم به استفاده از پنج کامپیوتر گرفته بود تا درصورت بروز نقص فنی برای یکی از آن‌ها، کامپیوتر دیگری به‌سرعت جایگزین آن شود.

طبقه‌ی میانی که زیر عرشه‌ی پرواز قرار می‌گرفت، محل استقرار سایر خدمه‌ی شاتل بود و ظرفیت آن به سه نفر می‌‌رسید. سرویس بهداشتی، آشپزخانه، محل خواب و هوابند ورود و خروج از شاتل هم در طبقه‌ی میانی قرار داشتند. درنهایت طبقه‌ی تحتانی مدارگرد با نام قسمت تجهیزات، مخازن آب‌و‌هوا و تجهیزات بازیافت دی‌اکسید کربن را در خود جای داده بود.

برای مشاهده‌ی تصویر در ابعاد اصلی روی آن کلیک کنید.

از کابین سه‌طبقه‌ی خدمه که بگذریم، به بزرگ‌ترین قسمت شاتل یعنی محفظه‌ی حمل بار یا Cargo Bay می‌رسیم. محفظه‌ی حمل بار که کاملا از کابین خدمه جدا بود، با ۱۸ متر طول و ۴.۶ متر قطر، بزرگ‌ترین قسمت بدنه‌ی مدارگرد شاتل را تشکیل می‌داد. ماهواره‌ها، قطعات سازنده‌ی ایستگاه بین‌المللی فضایی و دیگر محموله‌هایی که شاتل در طول عمرش با خود به فضا برد، همگی در این قسمت قرار داده می‌شدند.

مدارگرد کد تعداد پرواز مجموع مدت
زمان پرواز تعداد گردش
دور زمین طولانی‌ترین پرواز اولین پرواز آخرین پرواز دفعات اتصال به ایستگاه بین‌المللی  انترپرایز OV-101 ۵ ۱۹ دقیقه ۰ ۵ دقیقه ۱۲ اوت ۱۹۷۷ ۲۶ اکتبر ۱۹۷۷ - کلمبیا OV-102 ۲۸ ۳۰۰ روز ۴۸۰۸ ۱۷ روز و ۱۶ ساعت ۱۲ آوریل ۱۹۸۱ ۱۶ ژانویه ۲۰۰۳ ۰ چلنجر OV-099 ۱۰ ۶۲ روز ۹۹۵ ۸ روز و ۵ ساعت ۴ آوریل ۱۹۸۳ ۲۸ ژانویه ۱۹۸۶ ۰ دیسکاوری OV-103 ۳۹ ۳۶۵ روز ۵۸۳۰ ۱۵ روز و ۲ ساعت ۳۰ اوت ۱۹۸۴ ۲۴ فوریه ۲۰۱۱ ۱۳ آتلانتیس OV-104 ۳۳ ۳۰۶ روز ۴۸۴۸ ۱۳ روز و ۲۰ ساعت ۳ اکتبر ۱۹۸۵ ۸ ژوئیه ۲۰۱۱ ۱۲ اندور OV-105 ۲۵ ۲۹۶ روز ۴۶۷۷ ۱۶ روز و ۱۵ ساعت ۷ می ۱۹۹۲ ۱۶ می ۲۰۱۱ ۱۲ مجموع - ۱۳۵ ۱۳۳۰ روز ۲۱۱۵۸ - - - ۳۷

آلبوم تصاویر مدارگرد (مدارپیما) شاتل فضایی

آزمایشگاه فضایی

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های برنامه‌ی شاتل فضایی، اسپیس‌لب (Spacelab) یا آزمایشگاه فضایی بود. پیش از ساخت ایستگاه بین‌المللی فضایی، مکان مناسبی برای انجام دادن آزمایش‌های علمی نسبتا طولانی در فضا وجود نداشت. ایستگاه فضایی اسکای‌لب آمریکا مدت‌ها قبل به مأموریت خود خاتمه داده بود و روس‌ها (و پیش از آن شوروی) علاقه‌ای به همکاری با اروپا در ایستگاه فضایی میر نداشتند. درنتیجه نیاز به آزمایشگاهی فضایی که امکان تحقیقات علمی در فضا را به کشورهای اروپایی و آمریکا می‌داد به‌شدت احساس می‌شد.

سال ۱۹۷۳ سازمان فضایی اروپا و ناسا تصمیم به ساخت آزمایشگاهی فضایی برمبنای شاتل گرفتند تا خلاء یک ایستگاه فضایی چندمنظوره را جبران کنند. اسپیس‌لب که توسط کنسرسیومی متشکل از ۱۰ کشور اروپایی ساخته می‌شد آزمایشگاهی ماژولار و چندبارمصرف بود که در محفظه‌ی بار شاتل قرار می‌گرفت. اسپیس‌لب درمجموع در ۲۹ مأموریت شاتل به‌پرواز درآمد و به‌لطف آن آزمایش‌های ارزشمندی در شرایط ریزگرانش انجام شد.

مخزن خارجی

مخزن سوخت خارجی که با ۴۷ متر ارتفاع، ۸.۴ قطر و ۷۶۰ تن وزن، بزرگ‌ترین و سنگین‌ترین قسمت تشکیل‌دهنده‌ی شاتل محسوب می‌شد، در عین حال تنها قسمت شاتل بود که امکان استفاده‌ی مجدد از آن وجود نداشت. وظیفه‌ی اصلی مخزن خارجی شاتل، تأمین سوخت هیدروژن و اکسیژن مایع برای سه موتور اصلی مدارگرد شاتل بود. مخزن خارجی همچنین به‌عنوان ستون فقرات شاتل عمل می‌کرد و قسمت‌های دیگر مانند مدارگرد و تقویت‌کننده‌های جانبی به آن متصل می‌شدند.

از مجموع وزن ۷۶۰ تنی مخزن خارجی حدود ۶۲۹ تن مربوط‌به اکسیژن مایع، ۱۰۶ تن مربوط‌به هیدرژون مایع و تنها ۲۶/۵ تن مربوط‌به بدنه‌ی مخزن می‌شد. بااینکه وزن اکسیژن موجود در مخزن خارجی ۶ برابر بیشتر از هیدروژن بود، اما چگالی بسیار پایین هیدروژن مایع باعث می‌شد این سوخت تقریبا سه برابر بیشتر از اکسیژن فضا اشغال کند.

مخزن خارجی شاتل رنگ‌آمیزی نمی‌شد و رنگ نارنجی آن مربوط‌به محافظ ضدزنگ است

جالب است بدانید مخزن خارجی شاتل نه همواره نارنجی بوده و نه برای زیبایی به این رنگ درآمده است. لاکهید مارتین که وظیفه‌ی ساخت مخزن شاتل را برعهده داشت، در نسخه‌های ابتدایی از رنگ سفید برای پوشاندن بدنه‌ی مخزن استفاده می‌کرد؛ اما بعدها متوجه شد رنگ‌آمیزی بدنه نه‌تنها تأثیر مثبتی در عملکرد شاتل ندارد، بلکه ۲۷۲ کیلوگرم به وزن آن اضافه می‌کند. درنتیجه لاکهید برای سبک‌تر شدن فضاپیما و صرفه‌جویی در هزینه‌ها، مخزن‌های بعدی را بدون رنگ‌آمیزی تحویل ناسا می‌داد. رنگ نارنجی معروف مخزن که یکی از برجسته‌ترین مؤلفه‌های ظاهری شاتل به‌شمار می‌رود، درواقع مربوط‌به ماده‌ی محافظ ضدزنگ آن است.

ناسا همچنین با انجام دو بازنگری در طراحی مخزن خارجی و استفاده از آلیاژ آلومینیوم-منیزیم به‌جای آلیاژ آلومینیوم-مس توانست وزن خشک مخزن (وزن خالص بدون سوخت) را از ۳۵ تن به ۳۰ و سپس به ۲۶/۵ تن کاهش بدهد.

آلبوم تصاویر مخزن خارجی شاتل فضایی

مخزن خارجی پس از جدا شدن از مدارگرد، هنگام ورود مجدد به جو زمین متلاشی می‌شد و در اقیانوس هند یا آرام (بسته به مقصد نهایی شاتل و مسیر پرتاب آن) سقوط می‌کرد.

تقویت‌کننده‌های جانبی

تقویت‌کننده‌های جانبی شاتل (SRBs)، اولین موتورهای موشک سوخت جامد بودند که توانستند اجازه‌ی استفاده در فضاپیماهای حمل‌کننده‌ی انسان را از ناسا کسب کنند. دلیل عدم ا?