Około wielkości McDonnell Douglas DC-9, orbiter Space Shuttle przypominał samolot w swojej konstrukcji, ze standardowo wyglądającym kadłubem i dwoma podwójnymi skrzydłami typu delta, oba skrzydła odchylone pod kątem 81 stopni na ich wewnętrznych krawędziach natarcia i 45 stopni na ich zewnętrznych krawędziach natarcia. Stabilizator pionowy orbitera miał krawędź natarcia odchyloną do tyłu pod kątem 45 stopni. Na krawędziach spływu skrzydeł delta znajdowały się cztery podnośniki, a na krawędzi spływu statecznika pionowego zamocowana była kombinacja steru kierunku i hamulca prędkości. Te, wraz z ruchomą klapą korpusu umieszczoną pod głównymi silnikami, sterowały orbiterem w późniejszych fazach ponownego wejścia w atmosferę.
System kontroli wysokościEdit
System kontroli reakcji (RCS) składał się z 44 małych pędników rakietowych zasilanych paliwem ciekłym i ich bardzo wyrafinowanego systemu kontroli lotu fly-by-wire, który wykorzystywał intensywne obliczeniowo cyfrowe filtrowanie Kalmana. System ten przeprowadzał kontrolę postawy wzdłuż osi pitch, roll i yaw podczas wszystkich faz lotu: startu, orbitowania i ponownego wejścia na orbitę. System ten wykonywał także wszelkie potrzebne manewry orbitalne, w tym zmiany wysokości orbity, płaszczyzny orbitalnej i mimośrodu. Były to wszystkie operacje wymagające większego ciągu i impulsu niż zwykła kontrola postawy.
Przednie rakiety Systemu Kontroli Reakcji, umieszczone w pobliżu nosa orbitera Space Shuttle, zawierały 14 podstawowych i dwie noniuszowe rakiety RCS. Rufowe silniki RCS znajdowały się w dwóch kapsułach Orbitalnego Systemu Manewrowego (OMS) w tylnej części orbitera i zawierały 12 silników pierwotnych (PRCS) i dwa noniuszowe (VRCS) w każdej kapsule. System PRCS zapewniał kontrolę naprowadzania orbitera, a VRCS był używany do precyzyjnego manewrowania podczas manewrów łączenia, dokowania i odłączania z Międzynarodową Stacją Kosmiczną, a wcześniej z rosyjską stacją kosmiczną Mir. RCS kontrolował także położenie orbitera podczas większości jego ponownego wejścia w atmosferę ziemską – do czasu, gdy powietrze stało się na tyle gęste, że zadziałały stery, podnośniki i klapy korpusu.
Paliwem OMS i RCS orbitera jest monometylohydrazyna (CH3NHNH2), a utleniaczem tetratlenek dinitrogenu (N2O4). Ta szczególna kombinacja materiałów pędnych jest niezwykle reaktywna i ulega spontanicznemu zapłonowi w kontakcie (hipergolicznym) ze sobą. Ta reakcja chemiczna (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) zachodzi w komorze spalania silnika. Produkty reakcji są następnie rozprężane i przyspieszane w komorze spalania silnika w celu uzyskania siły ciągu. Ze względu na ich właściwości hipergoliczne, te dwa związki chemiczne można łatwo uruchomić i ponownie uruchomić bez źródła zapłonu, co czyni je idealnymi do systemów manewrowania statkiem kosmicznym.
Podczas wczesnego procesu projektowania orbitera, przednie pędniki RCS miały być ukryte pod chowanymi drzwiami, które otwierałyby się, gdy orbiter osiągnąłby przestrzeń kosmiczną. Zrezygnowano z nich na rzecz pędników montowanych w jednej płaszczyźnie z obawy, że drzwi RCS pozostaną otwarte i zagrożą załodze i orbiterowi podczas ponownego wejścia w przestrzeń kosmiczną.
Kabina ciśnieniowaEdit
Kokpit orbitera miał pierwotnie 2 214 kontrolek i wyświetlaczy, czyli około trzy razy więcej niż moduł dowodzenia Apollo. Kabina załogi składała się z kabiny pilotów, środkowego pokładu i części gospodarczej. Najwyżej położona była kabina pilotów, w której siedział dowódca i pilot wahadłowca, a za nimi maksymalnie dwóch specjalistów od misji. Środkowy pokład, który znajdował się poniżej pokładu lotniczego, miał jeszcze trzy miejsca dla pozostałych członków załogi.
Kuchnia, toaleta, miejsca do spania, schowki oraz boczny właz do wchodzenia i wychodzenia z orbitera znajdowały się również na środkowym pokładzie, podobnie jak śluza powietrzna. Śluza powietrzna posiadała dodatkowy właz do ładowni. Ta śluza powietrzna pozwalała dwóm lub trzem astronautom, noszącym skafandry kosmiczne Extravehicular Mobility Unit (EMU), na obniżenie ciśnienia przed spacerem w przestrzeni (EVA), a także na ponowne obniżenie ciśnienia i ponowne wejście do orbitera po zakończeniu EVA.
Obszar użytkowy znajdował się pod podłogą środkowego pokładu i zawierał zbiorniki powietrza i wody oprócz systemu oczyszczania z dwutlenku węgla.
NapędEdit
Trzy silniki główne promu kosmicznego (Space Shuttle Main Engines, SSMEs) były zamontowane na kadłubie rufowym orbitera w układzie trójkąta równobocznego. Te trzy silniki zasilane cieczą mogły być obracane o 10.5 stopnia w pionie i 8.5 stopnia w poziomie podczas rakietowego wznoszenia orbitera w celu zmiany kierunku ich ciągu. W ten sposób sterowały one całym promem kosmicznym, a także zapewniały ciąg rakietowy na orbitę. W kadłubie rufowym znajdowały się również trzy pomocnicze jednostki zasilające (APU). APU chemicznie przekształcały paliwo hydrazynowe ze stanu ciekłego w gazowy, zasilając pompę hydrauliczną, która dostarczała ciśnienie do całego systemu hydraulicznego, w tym do podsystemu hydraulicznego, który sterował trzema głównymi silnikami rakietowymi zasilanymi cieczą, pod komputerową kontrolą lotu. Wytworzone ciśnienie hydrauliczne zostało również wykorzystane do sterowania wszystkimi powierzchniami sterującymi lotu orbitera (podnośniki, ster, hamulec prędkości, itp.), do rozłożenia podwozia orbitera oraz do zwinięcia drzwi łączących węże pępowinowe, znajdujących się w pobliżu tylnego podwozia, które zaopatrywały silniki SSME orbitera w ciekły wodór i tlen ze zbiornika zewnętrznego.
Dwa silniki manewrowe Orbital Maneuvering System (OMS) były zamontowane w dwóch oddzielnych, zdejmowanych kapsułach na kadłubie rufowym orbitera, umieszczonych między SSME a statecznikiem pionowym. Silniki OMS zapewniały znaczny ciąg podczas manewrów orbitalnych, takich jak wprowadzenie na orbitę, kolaryzacja, transfer, rendez-vous, deorbitacja, wycofanie się z orbity oraz wycofanie się z orbity po jej okrążeniu. Podczas startu dwa silniki wspomagające SRB (Solid Rocket Boosters) wyniosły pojazd na wysokość około 140 000 stóp.
Zasilanie elektryczneEdit
Zasilanie elektryczne podsystemów orbitera zapewniał zestaw trzech wodorowo-tlenowych ogniw paliwowych, które wytwarzały prąd stały o napięciu 28 V, a także były przekształcane w trójfazowy prąd zmienny o napięciu 115 V i częstotliwości 400 Hz (dla systemów, które korzystały z prądu zmiennego). Zapewniały one zasilanie całego stosu wahadłowca (w tym SRB i ET) od T-minus 3m30s do końca misji. Wodór i tlen dla ogniw paliwowych był przechowywany w parach zbiorników kriogenicznych w środkowej części kadłuba pod wyłożeniem przestrzeni ładunkowej, przy czym w zależności od wymagań misji można było zainstalować zmienną liczbę takich zbiorników (do pięciu). Trzy ogniwa paliwowe były w stanie wygenerować 21 kilowatów mocy w sposób ciągły (lub 15-minutowy szczyt 36 kilowatów), przy czym orbiter zużywał średnio około 14 kilowatów tej mocy (pozostawiając 7 kilowatów dla ładunku użytecznego).
Dodatkowo ogniwa paliwowe zapewniały wodę pitną dla załogi podczas misji.
Systemy komputeroweEdit
System komputerowy orbitera składał się z pięciu identycznych komputerów awionicznych IBM AP-101, które redundantnie sterowały systemami pokładowymi pojazdu. Do obsługi systemów orbitera użyto specjalistycznego języka programowania HAL/S.
Ochrona termicznaEdit
Orbitery były chronione materiałami Thermal Protection System (TPS) (opracowanymi przez Rockwell Space Systems) wewnątrz i na zewnątrz, od zewnętrznej powierzchni orbitera aż po zatokę ładunkową. TPS chronił je od zimna o temperaturze -121 °C (-186 °F) w przestrzeni kosmicznej do ciepła o temperaturze 1649 °C (3000 °F) przy ponownym wejściu na orbitę.
StructureEdit
Struktura orbitera została wykonana głównie ze stopu aluminium, chociaż struktura ciągu silnika została wykonana ze stopu tytanu. W późniejszych orbiterach (Discovery, Atlantis i Endeavour) w niektórych elementach konstrukcyjnych zastąpiono aluminium epoksydem grafitowym w celu zmniejszenia masy. Okna wykonane były ze szkła glinokrzemianowego i topionego szkła krzemionkowego i składały się z wewnętrznej szyby ciśnieniowej, szyby optycznej o grubości 1,3 cala (33 mm) i zewnętrznej szyby termicznej. Okna były barwione tym samym tuszem, którego używano do produkcji amerykańskich banknotów.
Podwozie lądownikaEdit
Orbiter promu kosmicznego miał trzy zestawy podwozia, które wychodziły w dół przez drzwi w osłonie termicznej. W ramach oszczędności wagi podwozie nie mogło być wciągnięte po rozłożeniu. Ponieważ jakiekolwiek przedwczesne wysunięcie podwozia byłoby najprawdopodobniej katastrofalne w skutkach (ponieważ otwierało się ono przez warstwy osłony termicznej), podwozie mogło być opuszczone tylko ręcznie, a nie przez jakikolwiek system automatyczny.
Podobnie, ponieważ wahadłowiec lądował z dużą prędkością i nie mógł przerwać próby lądowania, podwozie musiało być niezawodnie rozmieszczone przy pierwszej próbie za każdym razem. Podwozie było odblokowywane i rozkładane przez potrójnie redundantną hydraulikę, przy czym drzwi podwozia były uruchamiane przez mechaniczne połączenia z rozpórką podwozia. Jeśli wszystkie trzy systemy hydrauliczne nie zdołały zwolnić blokad podwozia w ciągu jednej sekundy od wydania polecenia, ładunki pirotechniczne automatycznie przecinały haki blokady, a zestaw sprężyn odblokowywał podwozie.
Podczas lądowania nos wahadłowca mógł być sterowany za pomocą pedałów sterowych w kokpicie. Podczas budowy wahadłowca Endeavour opracowano udoskonalony system sterowania kołem nosowym, który pozwalał na łatwiejsze i lepsze sterowanie tym kołem. Po zwinięciu Endeavoura system ten został zainstalowany na pozostałych wahadłowcach podczas ich remontów na początku lat dziewięćdziesiątych.
Brak świateł nawigacyjnychEdit
Orbiter Space Shuttle nie nosił świateł antykolizyjnych, świateł nawigacyjnych ani świateł lądowania, ponieważ orbiter zawsze lądował w miejscach, które zostały specjalnie oczyszczone zarówno przez Federalną Administrację Lotnictwa, jak i Siły Powietrzne. Orbiter zawsze lądował albo w Edwards Air Force Base (Kalifornia), albo w Kennedy Space Center Shuttle Landing Facility (Floryda), z wyjątkiem STS-3 w White Sands Space Harbor w Nowym Meksyku. Podobne specjalne zezwolenia (no-fly zones) obowiązywały również w potencjalnych miejscach lądowań awaryjnych, takich jak w Hiszpanii i w Afryce Zachodniej podczas wszystkich startów.
Gdy lądowanie orbitera odbywało się w nocy, pas startowy był zawsze silnie oświetlony światłem z reflektorów i reflektorów punktowych na ziemi, co czyniło światła lądowania na orbiterze zbędnym, a także niepotrzebnym obciążeniem wagi lotu kosmicznego. Łącznie w nocy odbyło się 26 lądowań, z których pierwszym był STS-8 we wrześniu 1983 roku.
Oznaczenia i insygniaEdit
Krojem czcionki użytym na orbiterze Space Shuttle była Helvetica.
Prototyp orbitera Enterprise miał pierwotnie flagę Stanów Zjednoczonych na górnej powierzchni lewego skrzydła i litery „USA” w kolorze czarnym na prawym skrzydle. Nazwa „Enterprise” w kolorze czarnym została namalowana na drzwiach ładowni tuż nad najbardziej wysuniętym do przodu zawiasem i za modułem załogi; na rufowym końcu drzwi ładowni znajdował się logotyp NASA „robak” w kolorze szarym. Pod tylną częścią drzwi do ładowni na boku kadłuba tuż nad skrzydłem był tekst „Stany Zjednoczone” w kolorze czarnym z flagą Stanów Zjednoczonych przed nim.
Pierwszy orbiter operacyjny, Columbia, pierwotnie miał takie same oznaczenia jak Enterprise, chociaż litery „USA” na prawym skrzydle były nieco większe i rozmieszczone dalej od siebie. Columbia posiadała także czarne płytki, których brakowało Enterprise, na przednim module RCS, wokół okien kokpitu i na stateczniku pionowym. Columbia miała również charakterystyczne czarne chinosy na przedniej części swoich górnych powierzchni skrzydeł, których nie miał żaden z pozostałych orbiterów.
Challenger ustanowił zmodyfikowany schemat oznaczeń dla floty wahadłowców, który byłby dopasowany przez Discovery, Atlantis i Endeavour. Litery „USA” w kolorze czarnym nad flagą amerykańską były wyświetlane na lewym skrzydle, z logotypem „robaka” NASA w kolorze szarym wyśrodkowanym nad nazwą orbitera w kolorze czarnym na prawym skrzydle. Ponadto, nazwa orbitera została wypisana nie na drzwiach ładowni, ale na przedniej części kadłuba tuż poniżej i za oknami kokpitu. Dzięki temu nazwa byłaby widoczna, gdyby orbiter został sfotografowany na orbicie z otwartymi drzwiami. Challenger miał również czarne płytki na końcówce jego statecznika pionowego dużo jak Columbia, które inne orbitery brak.
W 1983 roku, Enterprise miał swoje oznaczenia skrzydeł zmienione, aby dopasować Challenger, a NASA „robak” logotyp na rufie koniec drzwi zatoki ładunkowej został zmieniony z szarego do czarnego. Niektóre czarne oznaczenia zostały dodane do nosa, okien kokpitu i pionowego ogona, aby bardziej przypominać pojazdy latające, ale nazwa „Enterprise” pozostała na drzwiach ładowni, ponieważ nigdy nie było potrzeby, aby je otworzyć. Columbia miała swoją nazwę przeniesioną na przedni kadłub, aby dopasować się do innych pojazdów latających po STS-61-C, podczas przerwy 1986-88, kiedy flota wahadłowców została uziemiona po utracie Challengera, ale zachowała swoje oryginalne oznaczenia skrzydeł aż do ostatniego remontu (po STS-93), i swoje unikalne czarne podbródki przez resztę życia operacyjnego.
Począwszy od 1998 roku, oznaczenia pojazdów latających zostały zmodyfikowane w celu włączenia insygniów „klopsika” NASA. Logotyp „worm”, który agencja wycofała, został usunięty z drzwi ładowni, a insygnia „meatball” zostały dodane za tekstem „United States” na dolnej części kadłuba rufowego. Symbol „klopsa” pojawił się także na lewym skrzydle, a na prawym – amerykańska flaga nad nazwą orbitera, wyjustowana do lewej, a nie wyśrodkowana. Trzy ocalałe pojazdy latające, Discovery, Atlantis i Endeavour, nadal noszą te oznaczenia jako eksponaty muzealne. Enterprise stał się własnością Smithsonian Institution w 1985 roku i nie był już pod kontrolą NASA, kiedy te zmiany zostały dokonane, stąd prototyp orbitera nadal ma swoje 1983 oznaczenia i nadal ma swoją nazwę na drzwiach payload bay.
RetirementEdit
Z końcem programu Shuttle, plany zostały wykonane, aby umieścić trzy pozostałe orbitery Space Shuttle na stałej ekspozycji. Administrator NASA Charles Bolden ogłosił miejsce rozlokowania orbiterów 12 kwietnia 2011 roku, w 50. rocznicę pierwszego lotu człowieka w kosmos i 30. rocznicę pierwszego lotu Columbii. Discovery poszedł do Smithsonian’s Steven F. Udvar-Hazy Center, zastępując Enterprise, który został przeniesiony do Intrepid Sea, Air & Space Museum w Nowym Jorku. Endeavour udał się do California Science Center w Los Angeles, przybywając 14 października 2012 roku. Atlantis udał się do Kennedy Space Center Visitor Complex w dniu 2 listopada 2012 roku. Setki innych artefaktów wahadłowców zostaną wystawione w różnych innych muzeach i instytucjach edukacyjnych w całych Stanach Zjednoczonych.
Jeden z Crew Compartment Trainer Flight i mid-deck sprzętu szkoleniowego jest na wystawie w National Museum of the U.S. Air Force, podczas gdy drugi jest na wystawie w JSC. Trener pełnego kadłuba, który zawiera wnękę ładunkową i część rufową, ale nie posiada skrzydeł, jest wystawiony w Muzeum Lotnictwa w Seattle w stanie Waszyngton. Shuttle Mission Simulation and Training Facility’s Shuttle Mission Simulator Fixed Base Simulator pierwotnie trafił do Adler Planetarium w Chicago, Illinois, ale później został przeniesiony do Stafford Air & Space Museum w Weatherford, Oklahoma. Motion Base Simulator został przekazany do Texas A&M Aerospace Engineering Department w College Station, Texas, a Guidance and Navigation Simulator poszedł do Wings of Dreams Aviation Museum w Starke, Florida. NASA udostępniła również około 7000 płytek TPS szkołom i uniwersytetom.
.