Circa le dimensioni di un McDonnell Douglas DC-9, lo Space Shuttle orbiter assomigliava ad un aeroplano nel suo design, con una fusoliera dall’aspetto standard e due doppie ali a delta, entrambe spazzate con un angolo di 81 gradi ai loro bordi di attacco interni e 45 gradi ai loro bordi di attacco esterni. Lo stabilizzatore verticale dell’orbiter aveva un bordo d’attacco che era spazzato indietro con un angolo di 45 gradi. C’erano quattro elevoni montati sui bordi d’uscita delle ali a delta, e la combinazione di timone e freno di velocità era attaccata al bordo d’uscita dello stabilizzatore verticale. Questi, insieme ad un flap del corpo mobile situato sotto i motori principali, controllavano l’orbiter durante le fasi successive del rientro.
- Sistema di controllo d’assettoModifica
- Cabina pressurizzataModifica
- PropulsioneModifica
- Energia elettricaModifica
- Sistemi informaticiModifica
- Protezione termicaModifica
- StrutturaModifica
- Carrello di atterraggioModifica
- Mancanza di luci di navigazioneModifica
- Marcature e insegneModifica
- RitirataModifica
Sistema di controllo d’assettoModifica
Il Reaction Control System (RCS) era composto da 44 piccoli propulsori a razzo alimentati a liquido e dal loro sistema di controllo di volo fly-by-wire molto sofisticato, che utilizzava il filtraggio digitale Kalman ad alta intensità di calcolo. Questo sistema di controllo eseguiva il consueto controllo dell’assetto lungo gli assi di beccheggio, rollio e imbardata durante tutte le fasi di volo di lancio, orbita e rientro. Questo sistema ha anche eseguito tutte le manovre orbitali necessarie, compresi tutti i cambiamenti di altitudine, piano orbitale ed eccentricità dell’orbita. Queste erano tutte operazioni che richiedevano più spinta e impulso del semplice controllo dell’assetto.
I razzi anteriori del Reaction Control System, situati vicino al naso dell’orbiter Space Shuttle, includevano 14 razzi RCS primari e due vernier. I motori RCS di poppa erano situati nei due pod dell’Orbital Maneuvering System (OMS) nella parte posteriore dell’orbiter, e questi includevano 12 motori primari (PRCS) e due vernier (VRCS) in ogni pod. Il sistema PRCS forniva il controllo del puntamento dell’Orbiter, e il VRCS era usato per le manovre di precisione durante il rendezvous, l’aggancio e lo sgancio con la Stazione Spaziale Internazionale, o precedentemente con la stazione spaziale russa Mir. L’RCS controllava anche l’assetto dell’orbiter durante la maggior parte del suo rientro nell’atmosfera terrestre – finché l’aria non diventava abbastanza densa da rendere efficaci il timone, gli elevoni e i flap del corpo.
Il carburante OMS e RCS dell’orbiter è idrazina monometilica (CH3NHNH2), e l’ossidante è tetrossido di diniteno (N2O4). Questa particolare combinazione di propellenti è estremamente reattiva e si infiamma spontaneamente al contatto (ipergolico) tra loro. Questa reazione chimica (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) avviene nella camera di combustione del motore. I prodotti della reazione sono poi espansi e accelerati nella campana del motore per fornire la spinta. A causa delle loro caratteristiche ipergoliche questi due prodotti chimici sono facilmente avviati e riavviati senza una fonte di accensione, il che li rende ideali per i sistemi di manovra dei veicoli spaziali.
Durante il primo processo di progettazione dell’orbiter, i propulsori RCS anteriori dovevano essere nascosti sotto porte retrattili, che si sarebbero aperte una volta che l’orbiter avesse raggiunto lo spazio. Questi furono omessi in favore di propulsori montati a filo per paura che le porte RCS rimanessero bloccate aperte e mettessero in pericolo l’equipaggio e l’orbiter durante il rientro.
Cabina pressurizzataModifica
Il ponte di volo o cockpit dell’orbiter aveva originariamente 2.214 controlli e display, circa tre volte il numero del modulo di comando dell’Apollo. La cabina dell’equipaggio consisteva in un ponte di volo, un ponte intermedio e una zona di servizio. Il più alto di questi era il ponte di volo, in cui sedevano il comandante e il pilota dello Space Shuttle, con fino a due specialisti di missione seduti dietro di loro. Il ponte intermedio, che si trovava sotto il ponte di volo, aveva altri tre posti a sedere per il resto dell’equipaggio.
La cucina, la toilette, i posti per dormire, gli armadietti di stoccaggio, e il portello laterale per entrare e uscire dall’orbiter erano anche situati sul ponte intermedio, così come la camera di compensazione. La camera di compensazione aveva un portello aggiuntivo che dava sulla baia del carico utile. Questa camera di compensazione permetteva a due o tre astronauti, che indossavano le loro tute spaziali Extravehicular Mobility Unit (EMU), di depressurizzare prima di una passeggiata nello spazio (EVA), e anche di ripressurizzare e rientrare nell’orbiter alla conclusione dell’EVA.
La zona di servizio era situata sotto il pavimento del ponte centrale e conteneva serbatoi di aria e acqua oltre al sistema di lavaggio dell’anidride carbonica.
PropulsioneModifica
Tre motori principali dello Space Shuttle (SSME) erano montati sulla fusoliera di poppa dell’orbiter secondo uno schema a triangolo equilatero. Questi tre motori a combustibile liquido potevano essere ruotati di 10,5 gradi in verticale e 8,5 gradi in orizzontale durante l’ascesa a razzo dell’orbiter per cambiare la direzione della loro spinta. Quindi, guidavano l’intero Space Shuttle, oltre a fornire la spinta del razzo verso l’orbita. La fusoliera di poppa ospitava anche tre unità di potenza ausiliaria (APU). Le APU convertivano chimicamente il carburante idrazina dallo stato liquido a quello gassoso, alimentando una pompa idraulica che forniva pressione a tutto il sistema idraulico, compreso il sottosistema idraulico che puntava i tre principali motori a razzo a combustibile liquido, sotto controllo di volo computerizzato. La pressione idraulica generata veniva utilizzata anche per controllare tutte le superfici di controllo del volo dell’orbiter (gli elevoni, il timone, il freno di velocità, ecc.), per dispiegare il carrello di atterraggio dell’orbiter, e per ritrarre le porte di collegamento dei tubi ombelicali situate vicino al carrello di atterraggio posteriore, che fornivano agli SSME dell’orbiter idrogeno liquido e ossigeno dal serbatoio esterno.
Due propulsori Orbital Maneuvering System (OMS) erano montati in due distinti pod rimovibili sulla fusoliera posteriore dell’orbiter, situati tra gli SSME e lo stabilizzatore verticale. I motori OMS fornivano una spinta significativa per le manovre orbitali di rotta, tra cui l’inserimento, la circolarizzazione, il trasferimento, il rendezvous, la deorbita, l’aborto in orbita, e per abortire una volta intorno. Al decollo, due booster a razzo solido (SRB) sono stati utilizzati per portare il veicolo ad un’altitudine di circa 140.000 piedi.
Energia elettricaModifica
L’energia elettrica per i sottosistemi dell’orbiter era fornita da una serie di tre celle a combustibile idrogeno-ossigeno che producevano 28 volt di potenza DC ed era anche convertita in 115 volt 400 Hz AC trifase (per i sistemi che utilizzavano AC). Queste fornivano energia all’intero stack dello Shuttle (compresi gli SRB e l’ET) da T-meno 3m30s fino alla fine della missione. L’idrogeno e l’ossigeno per le celle a combustibile erano conservati in coppie di serbatoi di stoccaggio criogenico a metà fusoliera sotto il rivestimento della baia del carico utile, e un numero variabile di tali serbatoi poteva essere installato (fino a cinque) a seconda delle esigenze della missione. Le tre celle a combustibile erano in grado di generare 21 kilowatt di potenza continuamente (o un picco di 15 minuti di 36 kilowatt) con l’orbiter che consumava una media di circa 14 kilowatt di quella potenza (lasciando 7 kilowatt per il carico utile).
Inoltre, le celle a combustibile fornivano acqua potabile per l’equipaggio durante la missione.
Sistemi informaticiModifica
Il sistema informatico dell’orbiter consisteva in cinque identici computer avionici IBM AP-101, che controllavano in modo ridondante i sistemi di bordo del veicolo. Il linguaggio di programmazione specializzato HAL/S era usato per i sistemi dell’orbiter.
Protezione termicaModifica
Gli orbiter erano protetti dai materiali del Thermal Protection System (TPS) (sviluppato da Rockwell Space Systems) dentro e fuori, dalla superficie esterna dell’orbiter alla stiva del carico utile. Il TPS lo proteggeva dal freddo di -121 °C (-186 °F) nello spazio al calore di 1.649 °C (3.000 °F) del rientro.
StrutturaModifica
La struttura dell’orbiter era fatta principalmente in lega di alluminio, sebbene la struttura di spinta del motore fosse fatta in lega di titanio. Gli orbiter successivi (Discovery, Atlantis ed Endeavour) sostituirono la grafite epossidica all’alluminio in alcuni elementi strutturali per ridurre il peso. Le finestre erano fatte di vetro di silicato di alluminio e vetro di silice fusa, e comprendevano un vetro interno a pressione, un vetro ottico spesso 1,3 pollici (33 mm) e un vetro termico esterno. Le finestre erano colorate con lo stesso inchiostro usato per fare le banconote americane.
Carrello di atterraggioModifica
Lo Space Shuttle orbiter aveva tre set di carrelli di atterraggio che emergevano verso il basso attraverso porte nello scudo termico. Come misura di risparmio di peso, i carrelli non potevano essere ritirati una volta dispiegati. Poiché qualsiasi estensione prematura del carrello sarebbe stata molto probabilmente catastrofica (perché si apriva attraverso gli strati dello scudo termico), il carrello di atterraggio poteva essere abbassato solo da controlli manuali, e non da alcun sistema automatico.
Similmente, poiché lo Shuttle atterrava ad alta velocità e non poteva abortire il suo tentativo di atterraggio, il carrello doveva aprirsi in modo affidabile al primo tentativo ogni volta. Gli ingranaggi erano sbloccati e dispiegati da un triplo sistema idraulico ridondante, con le porte degli ingranaggi azionate da collegamenti meccanici al puntone dell’ingranaggio. Se tutti e tre i sistemi idraulici non riuscivano a rilasciare le chiusure del carrello di atterraggio entro un secondo dal comando di rilascio, cariche pirotecniche tagliavano automaticamente i ganci di bloccaggio e una serie di molle dispiegavano il carrello.
Durante l’atterraggio, la ruota anteriore dello Shuttle poteva essere guidata con i pedali del timone nella cabina di guida. Durante la costruzione dello Space Shuttle Endeavour, è stato sviluppato un sistema migliorato di sterzo dell’ogiva che permetteva un più facile e migliore sterzo dell’ogiva. Dopo il roll-out dell’Endeavour, il sistema fu installato sugli altri shuttle durante le loro revisioni nei primi anni ’90.
Lo Space Shuttle Orbiter non aveva luci anticollisione, luci di navigazione o luci di atterraggio, perché l’Orbiter atterrava sempre in aree che erano state appositamente autorizzate sia dalla Federal Aviation Administration che dall’Air Force. L’Orbiter è sempre atterrato o alla Edwards Air Force Base (California) o al Kennedy Space Center Shuttle Landing Facility (Florida), tranne STS-3 al White Sands Space Harbor in New Mexico. Simili autorizzazioni speciali (no-fly zones) erano in vigore anche in potenziali siti di atterraggio di emergenza, come in Spagna e in Africa occidentale durante tutti i lanci.
Quando un atterraggio dell’orbiter veniva effettuato di notte, la pista era sempre fortemente illuminata con la luce dei riflettori e dei fari a terra, rendendo superflue le luci di atterraggio sull’orbiter e anche un carico di peso non necessario per il volo spaziale. Un totale di 26 atterraggi hanno avuto luogo di notte, il primo è stato STS-8 nel settembre 1983.
Marcature e insegneModifica
Il carattere usato sullo Space Shuttle Orbiter era Helvetica.
Il prototipo dell’orbiter Enterprise aveva originariamente una bandiera degli Stati Uniti sulla superficie superiore dell’ala sinistra e le lettere “USA” in nero sull’ala destra. Il nome “Enterprise” in nero era dipinto sulle porte della stiva di carico appena sopra la cerniera più avanzata e dietro il modulo dell’equipaggio; sull’estremità posteriore delle porte della stiva di carico c’era il logo del “verme” della NASA in grigio. Sotto la parte posteriore delle porte della stiva di carico sul lato della fusoliera appena sopra l’ala c’era il testo “United States” in nero con una bandiera degli Stati Uniti davanti ad esso.
Il primo orbiter operativo, Columbia, originariamente aveva le stesse marcature di Enterprise, anche se le lettere “USA” sull’ala destra erano leggermente più grandi e distanziate. Columbia aveva anche delle piastrelle nere che mancavano a Enterprise sul suo modulo RCS anteriore, intorno alle finestre della cabina di pilotaggio e sul suo stabilizzatore verticale. Il Columbia aveva anche caratteristici denti neri sulla parte anteriore delle sue superfici alari superiori, che nessuno degli altri orbiter aveva.
Challenger stabilì uno schema di marcatura modificato per la flotta degli shuttle che sarebbe stato abbinato a Discovery, Atlantis ed Endeavour. Le lettere “USA” in nero sopra una bandiera americana erano visualizzate sull’ala sinistra, con il logo del “verme” della NASA in grigio centrato sopra il nome dell’orbiter in nero sull’ala destra. Inoltre, il nome dell’orbiter non era inciso sulle porte del vano di carico utile, ma sulla fusoliera anteriore appena sotto e dietro i finestrini della cabina di pilotaggio. Questo avrebbe reso il nome visibile quando l’orbiter veniva fotografato in orbita con le porte aperte. Il Challenger aveva anche delle piastrelle nere sulla punta del suo stabilizzatore verticale, proprio come il Columbia, che mancava agli altri orbiter.
Nel 1983, l’Enterprise ebbe le sue marcature alari cambiate per essere uguali al Challenger, e il logo del “verme” della NASA sull’estremità posteriore delle porte della stiva di carico fu cambiato da grigio a nero. Alcune marcature nere furono aggiunte al muso, ai finestrini dell’abitacolo e alla coda verticale per assomigliare più da vicino ai veicoli di volo, ma il nome “Enterprise” rimase sulle porte della stiva del carico utile poiché non ci fu mai bisogno di aprirle. Il Columbia ha avuto il suo nome spostato sulla fusoliera anteriore per abbinare gli altri veicoli di volo dopo STS-61-C, durante la pausa 1986-88 quando la flotta dello shuttle è stata messa a terra dopo la perdita del Challenger, ma ha mantenuto le sue marcature alari originali fino alla sua ultima revisione (dopo STS-93), e i suoi unici denti neri per il resto della sua vita operativa.
A partire dal 1998, le marcature dei veicoli di volo furono modificate per incorporare le insegne “polpetta” della NASA. Il logo “worm”, che l’agenzia aveva gradualmente eliminato, è stato rimosso dalle porte della baia di carico utile e l’insegna “polpetta” è stata aggiunta a poppa del testo “Stati Uniti” sulla fusoliera inferiore di poppa. L’insegna “polpetta” è stata visualizzata anche sull’ala sinistra, con la bandiera americana sopra il nome dell’orbiter, giustificata a sinistra piuttosto che centrata, sull’ala destra. I tre veicoli di volo sopravvissuti, Discovery, Atlantis ed Endeavour, portano ancora queste marcature come espositori da museo. Enterprise divenne proprietà della Smithsonian Institution nel 1985 e non era più sotto il controllo della NASA quando furono apportate queste modifiche, quindi il prototipo dell’orbiter ha ancora i suoi marchi del 1983 e ha ancora il suo nome sulle porte della stiva del carico utile.
RitirataModifica
Con la fine del programma Shuttle, furono fatti piani per mettere i tre rimanenti orbiter dello Space Shuttle in esposizione permanente. L’amministratore della NASA Charles Bolden ha annunciato la posizione di disposizione degli orbiter il 12 aprile 2011, il 50° anniversario del primo volo umano nello spazio e il 30° anniversario del primo volo del Columbia. La Discovery è andata allo Steven F. Udvar-Hazy Center dello Smithsonian, sostituendo l’Enterprise che è stata spostata all’Intrepid Sea, Air & Space Museum di New York City. Endeavour è andato al California Science Center di Los Angeles arrivando il 14 ottobre 2012. Atlantis è andato al Kennedy Space Center Visitor Complex il 2 novembre 2012. Centinaia di altri manufatti dello shuttle saranno esposti in vari altri musei e istituzioni educative in giro per gli Stati Uniti.
Uno dei Crew Compartment Trainer Flight e l’hardware di addestramento a metà ponte sono in mostra al National Museum of the U.S. Air Force, mentre l’altro è in mostra al JSC. Il Full Fuselage Trainer, che include il vano del carico utile e la sezione di poppa ma non le ali, è in mostra al Museum of Flight di Seattle, Washington. Il simulatore di base fissa dello Shuttle Mission Simulation and Training Facility è andato originariamente all’Adler Planetarium di Chicago, Illinois, ma è stato poi trasferito allo Stafford Air & Space Museum di Weatherford, Oklahoma. Il Motion Base Simulator fu trasferito al Texas A&M Aerospace Engineering Department in College Station, Texas, e il Guidance and Navigation Simulator andò al Wings of Dreams Aviation Museum in Starke, Florida. La NASA ha anche messo a disposizione di scuole e università circa 7.000 piastrelle TPS.
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