مقدمه

در بين تمامي وسايلي كه به فضا پرتاب شده‌اند نام يكي از آنها بيشتر از بقيه به گوش ما خورده است، شاتل فضايي (Shuttle). طراحي و ساخت يك هو - افضاپيما كار بسيار مشكلي است و با طراحي و ساخت هواپيما از زمين تا آسمان فرق دارد. طراحي هواپيما در يك جو صورت مي‌گيرد و ديگر مهندسان دغدغه رقيق يا غليظ شدن هوا را ندارند و احتياجي به محاسبه نيروهاي آيروديناميكي وارد بر هواپيما در ارتفاعات مختلف نيست، در صورتي كه در هوا - فضاپيماها در بسياري از نقاط چگالي هوا بسيار كم است و نمي‌توان از نيروهاي بالابرنده (Lift) به خوبي بهره برداري كرد. يكي ديگر از تفاوتهاي آنها ، گذر از جو زمين است.

هواپيماها تا ارتفاع محدودي اوج مي‌گيرند، در صورتي كه هوا - فضاپيماها بايد از جو زمين نيز بگذرند. گذر از جو زمين تحمل حرارتي بسيار بالا مي‌خواهد، زيرا در آنجا هوا بسيار فشرده است و به همين خاطر است كه دماغه بسياري از هوا - فضاپيماها از جنس آلياژهاي سراميكي خاص هستند تا تاب تحمل حرارتهاي بسيار بالا را داشته باشد. زيرا در غير اين صورت بدنه هواپيما ذوب مي‌شود.

ساخت يك شاتل نيز تمامي اين دغدغه‌ها را دارد. ما قصد داريم در اين مقاله شما را با چگونگي ساخت و آزمايشات اولين شاتل فضايي آشنا كنيم. شاتل فضايي آمريكا كه اولين بار در سال 1981 ميلادي پرتاپ شد، اولين سفينه قابل استفاده مجدد جهان بود. از سه بخش آن ، مدار پيما ، موشكهاي تقويت كننده و مخزن خارجي سوخت، فقط مخزن سوخت آن مي‌باشد كه بعد از هر مأموريت قابل استفاده نيست. كاشيهاي مخصوص مقاوم در برابر گرما مانع از سوختن مدار پيما به هنگام بازگشت به جو زمين مي‌شوند. بازوي قابل كنترل از راه دور تعبيه شده در مخزن محموله مدار پيما مي‌تواند ماهواره‌ها را در فضا قرار دهد و همچون سكوي ثابت براي كار فضانوردان عمل مي‌كنند.

مدار پيماها در ارتفاع 185 تا 1100 كيلومتري پرواز مي‌كنند.

مشخصات شاتل فضايي

سازه‌ قدرتمند مدارپيما در ارتفاع 185 تا 1100 كيلومتري (115 تا 610) پرواز مي‌كنند و اجزاي قطعات آن شامل: كاشيهاي ضد حرارت ، دريچه ورود خدمه ، كابين پرواز و اتاقكهاي خدمه ، دريچه ايمني بال دلتا شكل، درپوش مخزن محصول دريچه بال ، سيستم مانور در مدار ، موتور اصلي سكان و كاهنده سرعت مي‌باشد.

آزمايشگاه فضايي

آزمايشگاه فضايي آزمايشگاه مخصوصي است كه درون مخزن محموله مدارپيما جاي مي‌گيرد تا با ايجاد فضاي اضافي ، دانشمندان بتوانند در فضا آزمايش كنند. اين آزمايشگاه بنا به نوع آزمايشهاي هر سفر مجهز مي‌شود، آزمايشگاه فضايي همچنين بخشهاي رو بازي دارد كه براي مطالعه فضا و زمين هستند. اين آزمايشگاه متراكم از طريق مجراي هوابند به مدارپيما متصل مي‌شود. تمامي مدارپيماها نامگذاري شده‌اند، اولين آنها به نام انترپرايز از نام سفينه فضايي مجموعه تلويزيوني استارترك اقتباس شد. انترپرليز براي مقاصد آزمايشگاهي ساخته شده بود، ولي هيچگاه به مدار نرفت. هر چند كه چندين بار در بالاي يك فروند بوئينگ 747 پرواز كرد، در سال 1977 انترپرايز از ارتفاع 6700 متري (22هزار پايي) رها شد و سالم به زمين نشست. ناوگان كنوني 4 مدار پيما دارد: كلمبيا ، ديسكاوري ، آتلانتيك و اندور.

شاتل اينترپرايز

اينترپرايز (Enterprise) اولين شاتلي است كه ايالات متحده آمريكا ساخت. در ابتدا به مناسبت دويستمين سالگرد تصويب قانون اساسي آمريكا قرار بود اسم آن را قانون اساسي (Constitution) بگذارند. اما بعد از مدتي با اعتراضات بسياري روبرو شد بخصوص به دليل جو خاصي كه يكي از برنامه‌هاي تلويزيوني آمريكا به نام داستان علم در بين مردم درست كرده بود. افراد و كاركنان اين برنامه طبق نامه‌اي سرگشاده به كاخ سفيد ، تقاضاي تغيير نام اين شاتل را از قانون اساسي به اينترپرايز كردند و كاخ سفيد نيز براي كاستن از كشمكشها و مسايل حاشيه‌اي ديگر ، قبول كرد كه اولين شاتل فضايي آمريكا با نام اينترپرايز شناخته شود.

قرارداد ساخت آن در ۲۶ جولاي سال ۱۹۷۲ امضا شد و تنها بعد از دو سال طراحيها تمام و اولين قدم براي ساخت كابين و جاي خدمه آن شروع شد. در ۲۶ آگوست همان سال كار راه اندازي و ساخت بدنه اصلي نيز شروع شد. از حساسترين قسمتهاي يك شاتل ، بالها و دم آن است كه كار طراحي بال را به شركت با تجربه (Grumman) واگذار كردند. شركت گرومن سابقه‌اي طولاني در صنعت هوافضاي آمريكا دارد و هم اكنون هواپيمايي چون بمب افكن B-2 را طراحي كرده است.

ساخت بالها در ۲۳ مه سال ۱۹۱۵ به پايان رسيد و بالها را به پالمديل (Palmdale) فرستادند. ساخت اينترپرايز در پايگاه هوايي ۴۲ (Rockwell) در پالمديل در ايالت كاليفرنيا پيگيري مي‌شد. در ۱۲ مارس ۱۹۷۵ كار ساخت شاتل كامل شد و سرانجام در ۱۷ سپتامبر ۱۹۷۶ از پايگاه پالمديل خارج شد و در ۳۱ ژانويه ۱۹۷۷ از پالمديل به ادواردز رفت. شاتل اينترپرايز در ناسا (NASA) با مشخصه OV-101 شناخته مي‌شود. در پايگاه ادواردز در مركز تحقيقات پروازي درايدن (Dryden) شروع به امتحان دادن و انجام آزمايشات و تستهاي گوناگون چون فرود و برخاست (Takeoff and Landing) را انجام دهند. برنامه آزمايشي ALT قرار شد به مدت ۱۹ ماه به طول انجامد. ALT شامل آزمايشاتي چون قسمتهاي ديناميكي و استاتيكي و پايداريهاي فرود و برخاست است.

الحاق شاتل آمريكا

در 29 ژوئن سال 1995 ميلادي شاتل فضايي آتلانتيك 5 فضانورد آمريكايي و 2 كيهان نورد روسي را به مسير برد. پيش از آن چندين فضانورد روسي در مسير ساكن بودند، اين اولين الحاق شاتل با مسير بود. يك سيستم الحاق مخصوص در مخرن محموله آتلانتيك نصب شده بود. بعد از 5 روز اين شاتل به همراه 6 آفريقايي و 2 روسي به زمين بازگشت و 2 خدمه تازه نفس را براي مسير باقي گذاشت.

ديپلماسي فضايي

الحاق شاتل با مسير راه براي همكاريهاي فضايي بين المللي در آينده هموار مي كند. الحاق شاتل به مسير بيست سال پس از اولين ملاقات فضاي آمريكاييها و روسها اتفاق افتاد. در سال 1975 ميلادي يك سفينه آپولو به مدت 47 ساعت به يك سايوز ملحق شد. شاتل به بار انداز واحد كريستال ملحق شد و اين واحد بخاطر حفظ ثبات از محل هميشگي‌اش برداشته شده و موقتا به بار انداز عقبي واحد الحاق چند جانبه رابطه متصل گرديد.

دودي كه در پايين سمت راست مشاهده مي كنيد نشان مي‌دهد كه در كجا 73 ثانيه بعد ازپرتاب گاز نشت كننده شعله ور شده است.

فاجعه چلنجر

در 28 ژانويه سال 1986 ميلادي ميليونها ببيننده تلويزيون در سراسر جهان با وحشت شاهد انفجار شاتل فضايي چلنجر در كمتر از 2 دقيقه بعد از پرتابش بودند. اين شاتل كاملا منهدم شد و همه 7 خدمه آن كشته شدند. يكي از آن خدمه به نام كريشيامك آليف معلمي بود كه قصد داشت از فضا شاگردانش را تعليم دهد. تحقيق درباره اين فاجعه آشكار نمود كه عايق ميان 2 بخش موشكهاي تقويت كننده جدا شده بود و باعث نشت گاز و احتراق سفينه شده بود. بعد از اين حادثه برنامه فضايي شاتل به مدت سه سال متوقف شد تا ايمني آن بهبود يابد.

نيروي رايانه شاتل

امروزه اكتشافات فضايي بدون استفاده از نيروي رايانه غير ممكن است. رايانه‌ها قادرند فضا را هدايت كنند، سيستمهاي بي شمار فضا را بررسي و صحت عملكرد آنها را اعلام كنند. مركز هدايت زميني را در جريان وضعيت فضا پيماها مشخص كرده ، آنها را هدايت كنند. در نخستين پروازهاي فضايي به اندازه امروز رايانه‌ها استفاده نمي‌شد؛ در حقيقت رايانه‌هايي كه آن روزها براي هدايت فضاپيماي ايلات متحده آمريكا يعني آپولو مورد استفاده قرار مي‌گرفتند و نيرويي به اندازه رايانه‌هاي شخصي امروزي ما داشتند. كاوشگرهايي كه در فاصله‌هاي دور دست كره زمين در فضا پرواز مي‌كنند، با خود رايانه‌هايي را حمل مي‌كنند كه براي هدايت دوربينها و اندازه گيريهاي مختلف برنامه نويسي شده‌اند.

رايانه‌ها قادرند اطلاعاتي كه از كاوشگرهاي فضايي بصورت علائم ضعيف راديويي دريافت مي‌كنند را به اطلاعات لازم و قابل فهمي تبديل كنند. دانشمندان نيز به نوبه خود اين اطلاعات را مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌دهند تا به نكات جديدي در مورد اجرام آسماني دست يابند. رايانه‌هايي كه شاتل فضايي را هدايت مي‌كنند جزء پيشرفته‌ترين رايانه‌ها محسوب مي‌شوند.

چيني‌ها در فضا

حدود ۳۱ سال است كه از اولين راهپيمايي انسان توسط آرمسترانگ بر روي سطح كره ماه مي‌گذرد و هم اكنون كشور چين مايل است دست به انجام چنين كاري بزند. اين حركت چينيها در فضا باعث ايجاد رعب و وحشت بسيار در مجامع آمريكايي شده است؛ زيرا آنان عادت دارند كه تكنولوژيهاي فضايي را در انحصار كشور خود ببينند. حتي يكي از سناتورهاي آمريكايي در يك سخنراني گفته است: شما مي‌دانيد چينيها مشتاقند بر روي ماه بروند، ولي ما نمي‌خواهيم آنها به ماه دست پيدا كنند. حال چه گنجي بر روي كره ماه ديده شده كه آمريكاييها اينقدر نسبت به اين موضوع حساسند، خدا مي‌داند. در هر صورت تمامي كشورهاي جهان در انتظار پرتاب شاتل فضايي چيني هستند و تمامي ما هم اميدواريم كه سرنوشتي مانند شاتل كلمبيا براي آنها رخ ندهد، زيرا فضاپيماي چيني با سرنشين است.

پروژه ALT با تستهاي زميني شروع شد از جمله تست تاكسي (Taxi) هواپيماي بويينگ ۷۴۷ حامل شاتل اينترپرايز بود تا مشخص شود براي برخاست (Takeoff) آن چه مسافتي با چه سرعتي بايد پيموده شود تا از زمين بلند شود. تمامي اين قسمتها با شاتل بي سرنشين انجام مي‌شد و قرار بود تا هنگامي كه شاتل اينترپرايز قابل اطمينان شد ديگر با سرنشين پرواز كند. بعد از آن پنج پرواز محدود (Captive) توسط اينترپرايز انجام شد و در آن اكثر سيستمها آزمايش شد و اين آزمايش موفقيت آميز بود. در برخي از پروازهاي آزمايشي معمولا دو فضانورد نيز از طرف ناسا در شاتل حضور داشتند. بعد از صرف چنين وقتي تازه تصميم به پرواز آزاد (Free Flight) با شاتل اينترپرايز را گرفتند و به دنبال آن تستهاي ديگري چون تست لرزش (Flutter Test) نيز از OV-101 به عمل آمد.

البته با تكنولوژي كنوني طراحي شاتلها بسيار كمتر وقت و هزينه مي‌برد، به عنوان مثال شاتل فضايي آتلانتيس (Atlantis) با وزني حدود ۱۷۱هزار پوند در مدت بسيار كمي طراحي و ساخته شد. در تمامي پروازهاي محدود و سه پرواز اوليه دم مخروطي شكل از بدنه شاتل جدا شده بود تا كمترين مقدار نيروي مقاوم (Drag) و كمترين لرزش بوجود بيايد، ولي در آخرين پروازش كه در برنامه ALT قرار است دم مخروطي شكلي دوباره به آن ملحق شود. اين دم مخروطي توسط ۱۱ قفل الكترونيكي بر روي اينترپرايز نصب مي‌شود.

OV-101 اولين شاتلي بود كه توسط آمريكا ساخته شد و به همين خاطر آزمايشات بسيار زيادي در عرض چندين سال از آن به عمل آمد به گونه‌اي كه به مراكز تحقيقاتي چون مركز پرواز فضايي مارشال (Marshall) ، مركز فضايي كندي (Kennedy) و ... برده شد تا بدون نقص ساخته شود. در ۱۰ آوريل ۱۹۷۹، OV-101 به مركز فضايي كندي رفت تا با راكتهاي سوخت جامد و يك منبع داخلي آزمايش شود. سرانجام در ۱۶ آگوست همان سال به مركز تحقيقات درايدن برگشت و در ۳۰ اكتبر به زادگاهش يعني پالمديل رفت. بين ماههاي مه و ژوئن سال ۱۹۸۳ اينترپرايز به پاريس رفت تا در نمايش هوايي شركت كند و بعد از آن در ۱۸ نوامبر سال ۱۹۸۵ از مركز فضايي كندي به فرودگاه دالز (Dulles) واقع در واشنگتن رفت و ديگر پرواز نكرد.






در آنجا به موسسه اسميتسونيان (Smithsonian) تحويل داده شد. شاتل اينترپرايز براي تست و آزمايش ساخته شده بود و هيچ گاه به مأموريتهاي فضايي نرفت. اما بعد از آن با تجربه‌اي كه آمريكاييها بدست آورده بودند شروع به ساخت شاتلهاي متعددي چون شاتل كلمبيا كردند كه اولين شاتلي بود كه در مدار زمين قرار گرفت. كلمبيا در سال ۱۹۸۱ پروازش را انجام داد و بعد از آن چهار شاتل ديگر در عرض ده سال ساخته شدند كه عبارتند از چلنجر (Challenger) كه در سال ۱۹۸۲ ساخته ولي چهار سال بعد منهدم شد. سپس شاتل ديسكاوري (Discovery) در سال ۱۹۸۳ و بعد از آن شاتل آتلانتيس (Atlantis) در ۱۹۸۵ و سرانجام در سال ۱۹۹۱ شاتلي به نام اينديورد (Endeavour) ساخته شد تا جايگزين شاتل منهدم شده چلنجر باشد.