Šatlovi su bili i ostali večna tema. Prošle godine su preseljeni u muzeje, čime je Amerika ostala bez letilice koja bi nosila njihove posade u kosmos. Ako se neko pita zašto nisu na vreme mislili o tome, da li su imali alternativne planove i dokle se stiglo s time, treba da pročita ovu priču.
28. januara 1986. godine svemirski šatl (orbiter) „Challenger“ dezintegrisan je nakon samo 73 skunde leta. Pored nesrećnog gubitka svih sedam astronauta, tragedija je imala još jednu žrtvu: odnela je sa sobom čitav program šatlova. Posle incidenta, NASA je odustala od ideje da sve satelite i svemirske sonde lansira uz pomoć orbitera: više nije bilo misija sa komercijalnim teretom u orbiti. Takođe su morali da se suoče sa činjenicom da nisu u stanju da lansiraju više od 10 misija godišnje, iako su prvobitno letvicu bili podigli na čak 24. Šatl-program je nastavio da egzistira kao živi mrtvac sve do 2003, kada je gubitak „Columbie“ naterao Nasinu birokratiju da se vrati u stvarnost. Šta je pošlo naopako?
Šatl je predstavljao veliku priliku za Nasu da preko višekratnih[1] letilica smanji troškove letova u kosmos i konačno ostavi za sobom ogromne troškove „Apollo“ ere. U početnim fazama razvoja, krajem šezdesetih godina prošlog veka, najvažniju opciju činila je potpuna iskoristljivost. Šatlovi su trebali da se sastoje od dve letilice: prvog stepena veličine „džambo-džeta“ koji bi obezbeđivao suborbitnu brzinu, i sâmog orbitera. Smanjenjem broja stepeni na samo dva garantovana je jednostavnost konstrukcije i znatno su olakšavane pripreme za novo lansiranje.
Ali na horizontu su se nadvijali tamni oblaci koji su ugrožavali osnovanost ovakvog sistema. Najvažnija je bila toplotna zaštita. Trebalo je osmisliti takav sistem temperaturne kontrole koji bi uvek mogao ponovo da se koristi, tako da u obzir nisu dolazili ablativni materijali kakvi su se koristili za pokrivanje svemirskih kapsula. U početku se razmišljalo o upotrebi neke vrste titanijumskog laminata koji bi štitio obe letilice (u slučaju prvog stepena, tempraturni zahtevi su bili manji ali je izložena površina bila mnogo veća). Međutim, tačka topljenja titanijuma vrlo je bliska onoj temperaturama koja se dostišu tokom povratka sa niske orbite u atmosferu (oko 1.700°C), tako da je jedini način da se takva zaštita koristi ležao u vrlo pažljivom odabiru oblika letilica. Najveći broj dizajna uzgonskih tela[2] proizilazio je iz eksperimentalnih aviona X-serije koji su u to vreme bili popularni. Nažalost, uzgonska tela su gubila prednosti pri brzinama sletanja od oko 460 km/h, što je izazivalo velike konstruktorske i kontrolne probleme.
Rešenje nekolicine inženjera, među kojima je bio i Maxime Faget (konstruktor kapsule „Mercury“ i saradnik na konstruisanju brodova „Gemini“ i „Apollo“), sastojalo se u tome da oba stepena koriste velike trupove ali uz upotrebu pravih krila za atmosfersku fazu i sâmo ateriranje. Veliki trupovi su garantovali veliki otpor prilikom ulaska u atmosferu, što je udaljavalo udarni talas od letilice i snižavalo temperaturu kojoj je izložena toplotna zaštita. Radi što optimalnijeg efekta, orbiter je trebalo da ulazi u atmosferu pod velikim napadnim uglom. Taj princip je bio isti onome koji je nuklearnim glavama omogućavao da izdržavaju visoke temperature[3]. Prava krila su trebala da osiguraju dobre performanse pri podzvučnim brzinama i ograniče brzinu sletanja na brzinu konvencionalnih aviona (oko 240 km/h). Ovakva šema je bila zasnovana na iskustvima sa „X-15“, koji je izveo parabolični let[4], ponovo se vratio u atmosferu pod velikim napadnim uglom, i odjedrio do zone za ateriranje.
 |
Jedan od prvih predloga šatlova („NAR-130“) zasnovan na Fagetovim studijama. Na oba stepena se jasno vide prava krila, koja su tada „bila u modi“. |
U to vreme, Ratno vazduhoplovstvo (USAF) je započelo saradnju sa Nasom na programu šatlova. Njihovi pokušaji da kreiraju sopstveni vojni svemirski program propadali su jedan za drugim. Projekti MOL (Manned Orbiting Laboratory) i „X-20 DynaSoar“ („Dynamic Soarer“) napušteni su nakon potrošenih ogromnih svota dolara. Saradnja sa Nasom izgledala je kao odličan način da se razvije svemirska letilica sa ljudskom posadom[5].
Međutim, Fagetov plan šatla sa ravnim krilima krio je jedan problem: nakon ulaska u atmosferu pod velikim uglom, orbiter je započinjao obrušavanje od preko 13 kilometara da bi dobio dovoljno brzine za generisanje potiska u krilima. USAF je smatrao da bi ulazak pod takvim uglom dovodio letilicu vrlo blizu stanju gubitka manevarskih sposobnosti, što nikako nije bilo popularno među pilotima. Zato su u Vazduhoplovstvu počeli da razmišljaju o letilici koja bi mogla da planira u supersoničnoj (nadzvučnoj) fazi, što je zbog pomeranja centra potiska površine bilo nemoguće sa dizajnom sa ravnim krilima. No glavni prigovori vojske odnosili su se na nosivost i veličinu orbitera.
Pentagon je želeo letilicu koja može da odnese u orbitu teret od bezmalo 30 tona i da sličnu težinu vrati na Zemlju. Ta cifra od 30 tona utvrđena je na osnovu težine nove generacije tadašnjih špijunskih satelita. Oblik tovarnog prostora, izduženiji nego što je prvobitno bilo planirano, odražavalo je prirodu vojnog tereta koji je trebalo redovno da bude lansiran šatlom, jer su spijunski sateliti bili u suštini veliki svemirski teleskopi. Pored toga, jedna od namera Ministarstva odbrane bila je da se nakon lansiranja iz vazduhoplovne baze Vandenberg koristi tzv. cirkumpolarna orbita[6]. U tom slučaju, šatl bi bio u mogućnosti da se vrati u svoju bazu nakon samo jedne orbite, koristeći sposobnost promene orbitne ravni („cross-range[7]“) za najmanje 2.000 km, dok je Fagetov predlog mogao da računa na svega 430 km. Jedino su delta-krila mogla da osiguraju optimalne performanse pri hipersoničnim[8] i supersoničnim brzinama, kao i da izađu u susret vojnim zahtevima. Zauzvrat, temperature tokom ulaska u atmosferu i brzine sletanja bile su daleko veće od onih vezanih za Fagetov dizajn. Na sreću USAF-a, istraživanja na polju keramičkih materijala i ugljeničnih vlakana obećavala su mogućnost njihovog korišćenja za pravljenje toplotnog štita. Konačno, šatl je dobio keramički zaštitni sistem (TPS), ali se njegov razvoj pokazao daleko problematičniji nego što je to iko tada planirao[9].
Da bi osigurala saradnju sa vojskom NASA je pristala na njihove zahteve, tako da je šatl na kraju dobio veći tovarni kapacitet i delta-krila. Ali lansiranje 30 tona tereta zahtevalo je još veći prvi stepen (originalni zahtevi Nase su smatrali sa će korisni teret u šatlu biti 5-10 tona). Budući da problemi u konstruisanju prvog stepena nisu prestajali da se gomilaju – na kraju je to postao svemirski brod komplikovan kao i sâm orbiter – NASA je na kraju odustala od izgradnje još veće letilice. Umesto toga, odabrana je poznata konfiguracija (preuzeta od vojske) sa jeftinim busterima na čvrsto gorivo i velikim odbacivim spoljnjim rezervoarom.
Kao rezultat nesreće „Challengera“, mnogi u Nasi su se zapitali da li je moguće poboljšati konstrukciju šatlova. Tokom osamdesetih napravljeno je nekoliko studija na tu temu, od kojih je najinteresantniji bio projekat „Shuttle II“ iz 1988. godine. Iako su proučene različite arhitekture, najviše je obećavala reinkarnacija originalnog projekta šatlova, sa dva stepena sa krilima, oba potpuno ponovo upotrebljiva.
|
|||
| Nasin buster-orbiter sistem „Šatl II“. Konstrukcija je predviđala nošenje 9-18 tona tereta u spoljnjem kontejneru ili u samom orbiteru. Za dostizanje polarne orbite, bili bi korišćeni dodatni busteri. |
- Da počne da se koristi odvojiva kapsula sa putnicima. Kapsula bi imala sopstvenu termičku zaštitu i omogućavala bi astronautima da prežive situacije slične „Challengeru“ ili kvarove evidentirane tokom povrtka u atmosferu. Studije su pokazale da bi korišćenje kapsule redukovalo broj putnika (verovatno na samo 4) i smanjilo korisni teret za 12%.
 |
Kao što se vidi, kapsula sa astronautima je mogla da se otkači i lansira u slučaju preke potrebe. Imala je stabilizatore i sistem padobrana za sletanje. |
- Prvi stepen bez posade trebalo je da poveća sigurnost u smanji troškove. Za razliku od projekata iz šezdesesih godina, prvi stepen bi bio manji od orbitera i trebalo bi da se odvoji kada ansambl dostigne brzinu od 3 Maha. Time bi bili eliminisani problemi vezani za ponovni ulazak u atmosferu i potreba za pojačanim toplotnim štitom. S druge strane, odvajanje stepeni u ranoj fazi lansiranja dovodilo je u duboku sumnju tehničku i projektnu izvodljivost. Tokom uzletanja, prvi stepen je osiguravao 60% neophodnog potiska, a takođe je obezbeđivao i gorivo za motore orbitera. Orbiter je koristio sopstveno gorivo tek nakon odvajanja prvog stepena. Iako bi na taj način kompleks gubio motorne kapacitete, ipak bi uspeo da stigne do orbite.
 |
Analiza termo-zaštite prvog stepena. Odvajanje pri brzini od 3 Maha omogućavalo je uklanjanje skupog štita i nezavisni let do baze. [TPS = Thermal Protection System.] Vidi se da bi se postigla velika ušteda u težini. |
- Koristili bi se višekratni motori daleko manjih dimenzija od šatlovih glavnih motora SSME (Space Shuttle Main Engines). Konstruisanje SSME je bio jedan od najvećih problema čitavog programa. U studiji o „Šatlu II“ nigde nije detaljnije objašnjeno na koji bi način novi motori radili. Planirano je korišćenje goriva LOX i LH2 zbog visokog specifičnog impulsa, mada su ostavljena otvorena vrata i za korišćennje metana.
 |
Studija motora koji su trebali da se koriste kod „Šatla II“. Studija je bazirana na osnovu rezultata motora tipa STME (Space Transportation Main Engine) i STBE (Space Transportation Booster Engine). Motori se razlikuju u sistemu hlađenja komora za sagorevanje. Buster „Šatla II“ trebalo je da ima 6 motora STBE tipa na metansko gorivo, a orbiter 5 motora STME tipa na vodonično gorivo. |
- Reaktivni kontrolni sistem (RCS) bi koristio kriogeno[10] gorivo umesto hipergoličnog[11] koje su koristili šatlovi. Sigurnosne procedure vezane za upotrebu hipergoličnog goriva bile su jedan od faktora povećanja troškova vezanih za pripremu šatlova za lansiranje.
- Redukovanje tovarnog kapaciteta na 10-17 tona: nešto neizbežno ako se želelo da veličina orbitera ostane u realističnim granicama.
- Povećanje veličine orbitera nudi veći otpor tokom povratka u atmosferu a samim tim i nižu temperaturu toplotnog štita, koji čini najveći deo površine, iako to nije bio prioritet studije. Jasno je da bi ovakav dizajn u znatnoj meri eliminisao materijal koji bi mogao da ošteti pločice tokom lansiranja.
- Letilica bi bila sastavljena i transportovana na ruski način, tj. horizontalno, kako bi se smanjili troškovi gradnje i povećala brzina prenosa.
 |
Nakon horizontalnog transporta, „Šatl II“ je trebalo da bude uspravljen u vertikalni položaj. |
- Korišćenje različitih teretnih modula za različite misije. Ta mogućnost da se korisni teret integriše odvojeno, smanjila bi kašnjenja povezana sa ovim procesom. Loša strana toga je da je teret manji, ako se uzme u obzir težina modula.
 |
Koncept procedure montaže „Šatla II“. U zavisnosti od misije, planirani su specifični moduli. |
 |
Neke od prednosti „Šatla II“. |
 |
 |
| Neki od koncepata Nasinog programa „Šatla II“. Bilo je i preloga za horizontalno lansiranje. | |
 |
 |
| Orbiter "Šatla II" | |
 |
 |
| Prvi stepen („buster“) „Šatla II“ | |
 |
Bilo je predloga da se prvi stepen „Šatla II“ koristi i za teške lansirne sisteme. |
Brod je zadržao delta-krila da bi se osigurao povratak na pistu Kenedijevog svemirskog centra u slučaju nekog ozbiljnijeg kvara tokom uzletanja. Tokom jeseni 1988. godine projekat je prerastao u studiju TNMTS (The Next Manned Transportation System), koja je nešto kasnije nazivana AMLS (Advanced Manned Launch System). Predlog „Šatla II“ je bio poslednji koji je ukazivao na održivost velikog svemirskog broda sa krilima. Da li je mogao da funkcioniše?
Nažalost, ne. Osnovna pretpostavka je bila da će veliki broj misija šatlova opravdati troškove razvoja, ali je uskoro postalo jasno da neće postojati takve potrebe koje bi opravdale tako visok tempo lansiranja[12]. Ako bi se lansiranje satelita uklonilo iz jednačine, lansiranje više od dvadeset misija sa ljudskom posadom godišnje gubilo bi smisao, a još manje održavanje orbitne stanice, gde bi astronauti provodili puno vremena u orbiti.
Nosivost tereta nije opravdala razvoj šatla. Sa samo 10 tona nosivosti, mogli su da budu lansirani jedino moduli za orbitnu stanicu „Freedom“. Ukratko, alternativa je bila prilično nerentabilna. Kritičari projekta su smatrali da bolje razvijati male šatlove lansirane konvencionalnim raketama, slične projektima HOPE-X (Japan) ili „Hermes“ (Francuska), nego bacati dolare na ovako skupe projekte.
Jedan od motivacija za razvoj „Šatla II“ svakako je bio i odgovor na iznenađujući sovjetski šatl-program, kao što je bio sistem „Energija-Buran“. Nakon okončanja Hladnog rata, takva motivacija je nestala. NASA se uzdala u korišćenje svojih klasičnih šatlova, jer je verovala da su mere sigurnosti preduzete nakon „Challengera“ uradile svoje, i nije ozbiljno razmišljala o njihovoj zameni. Ali, 2003. godine sve će da se promeni – „Columbia“ će ubiti novih 7 astronauta.
[1] Mi nemamo adekvatan prevod reči „reusable“. Misli se na osobinu letilica da se (zbog smanjivanja troškova lansiranja) više ili manje kompletno koriste za više uzastopnih lansiranja u kosmos. Danas nema nijedne letilice koja je tog tipa. Najbliži su bili šatlovi, kod kojih su gl. motori i dva bustera na čvrsto gorivo korišćeni (uz male dorade) za nove misije.
Sličan problem imam i sa rečju „reentry“, koja označava povratak svemirske letilice ili projektila u atmosferu.
[2] Engl. lifting body – avioni sa fiksnim krilima, kod koga trup proizvodi uzgon. Za razliku od „letećih krila”, koja predstavljaju krila bez klasičnog trupa, ovde je uzgonsko telo trup sa malim ili čak bez klasičnih krila.
[3] Bojeve glave nikada nemaju špicaste vrhove, već su oni zatupasti – izgledaju kao da im je otsečen vrh. http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution of Technology/reentry/Tech19.htm
[4] Dva leta „X-15“ se i zvanično vode kao svemirski letovi, jer su dostigli visinu od 100 km. U avionima ovog tipa je leteo i mlađani Nil Armstrong.
[5] Treba dodati i da je Niksonova adminitracija bila protiv Nasinih velikih planova. Zato su za Nasu odobravali samo mali deo budžeta iz „Apollo“ ere. Nije bilo para za baze na Mesecu, letove na Mars, nuklearne međuplanetne raketne stepene, orbitne stanice, nove „Saturne V“, ili svemirske tegljače. Ne bi bilo ni šatlova da Nasa nije rešila da smanji troškove, ali i da zainteresuje vojsku za projekat.
[6] To bi omogućavalo brzo izbacivanje satelita, mogući oružani udar, ili neki scenarijo sa brzim špijuniranjem.
[7] Misli se na sposobnost šatla da jedri („planira“) par hiljada kilometara sa jedne ili druge strane putanje za ateriranje. Konvencionalna krila nisu bila u stanju da za tako nešto obezbede dovoljno uzgona pri velikim brzinama i visinama.
[8] Računa se da su to brzine veće od 5 Mahova.
[9] Pored toga, iako je keramički štit bio 15% lakši od alternativnog metalnog, bio je i 300% skuplji.
[10] Tip raketnog goriva kod koga su komponente, spuštanjem temperature, prevedene u tečno stanje.
[11] Tip raketnog goriva kod koga se komponente spontano pale kada dođu u kontakt.
[12] U to vreme NASA je planirala orbitne stanice od 10-12 ljudi. Svi znamo da od toga nije bilo ništa.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
