Sobre o tamanho de um McDonnell Douglas DC-9, o órbita do Vaivém Espacial assemelhava-se a um avião no seu design, com uma fuselagem de aspecto padrão e duas asas delta duplas, ambas com um ângulo de 81 graus nos seus bordos interiores e 45 graus nos seus bordos exteriores. O estabilizador vertical do orbitador tinha um bordo dianteiro que foi varrido de volta em um ângulo de 45 graus. Havia quatro elevons montados nas bordas de fuga das asas delta, e o leme combinado e o freio de velocidade foi fixado na borda de fuga do estabilizador vertical. Estes, juntamente com uma aba móvel da carroceria localizada sob os motores principais, controlavam o orbital durante as etapas posteriores de reentrada.
Sistema de controle de atitudeEditar
O Sistema de Controle de Reação (RCS) foi composto por 44 pequenos propulsores de foguete alimentados por líquido e seu muito sofisticado sistema de controle de vôo fly-by-wire, que utilizou filtragem digital Kalman computacionalmente intensiva. Este sistema de controle realizou o controle de atitude habitual ao longo dos eixos de pitch, roll e yaw durante todas as fases de lançamento, orbitação e reentrada do vôo. Este sistema também executou quaisquer manobras orbitais necessárias, incluindo todas as mudanças na altitude da órbita, no plano orbital e na excentricidade. Estas foram todas operações que exigiram mais impulso e impulso do que mero controle de atitude.
Os foguetes dianteiros do Sistema de Controle de Reação, localizados perto do nariz do ônibus espacial, incluíam 14 foguetes RCS primários e dois foguetes RCS vernier. Os motores RCS de popa estavam localizados nas duas cápsulas do Sistema de Manobra Orbital (OMS) na parte traseira do orbital, e estes incluíam 12 motores primários (PRCS) e dois motores vernier (VRCS) em cada cápsula. O sistema PRCS forneceu o controle apontador do Orbiter, e o VRCS foi usado para manobras finas durante o encontro, acoplagem e desacoplamento das manobras com a Estação Espacial Internacional, ou anteriormente com a estação espacial russa Mir. O RCS também controlava a atitude do orbitador durante a maior parte de sua reentrada na atmosfera terrestre – até que o ar se tornou denso o suficiente para que o leme, elevadores e aba do corpo se tornassem efetivos.
O combustível do orbitador OMS e RCS é a monometil hidrazina (CH3NHNH2), e o oxidante é o tetróxido de dinitrogênio (N2O4). Esta combinação particular de propulsores é extremamente reativa e inflama-se espontaneamente no contato (hipergólico) um com o outro. Esta reação química (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) ocorre dentro da câmara de combustão do motor. Os produtos de reacção são então expandidos e acelerados na campânula do motor para fornecer impulso. Devido às suas características hipergólicas, estes dois produtos químicos são facilmente iniciados e reiniciados sem uma fonte de ignição, o que os torna ideais para sistemas de manobra de naves espaciais.
Durante o processo de desenho inicial do orbitador, os propulsores RCS dianteiros deveriam ser escondidos debaixo de portas retrácteis, que se abririam assim que o orbitador atingisse o espaço. Estes foram omitidos a favor dos propulsores de montagem embutida por medo de que as portas RCS permanecessem abertas e colocassem em perigo a tripulação e o orbitador durante a reentrada.
Cabine pressurizadaEditar
A cabine de pilotagem do orbitador ou cockpit tinha originalmente 2.214 controles e visores, cerca de três vezes mais do que o módulo de comando Apollo. A cabine da tripulação consistia da cabine de pilotagem, do deck médio e da área de utilidades. O mais alto deles era a cabine de pilotagem, na qual estavam sentados o comandante e o piloto do Vaivém Espacial, com até dois especialistas da missão sentados atrás deles. O convés central, que estava abaixo do convés de vôo, tinha mais três assentos para o resto da tripulação.
A cozinha, o banheiro, os locais de sono, os armários de armazenamento e a escotilha lateral para entrar e sair do orbital também estavam localizados no convés central, bem como a câmara de ar. A câmara de ar tinha uma escotilha adicional para o compartimento de carga útil. Esta câmara de ar permitia que dois ou três astronautas, usando seus trajes de Unidade de Mobilidade Extraveicular (UME), despressurizassem antes de uma caminhada no espaço (EVA), e também para repressurizar e reentrar no orbital na conclusão da EVA.
A área de serviço estava localizada sob o piso do convés médio e continha tanques de ar e água, além do sistema de depuração de dióxido de carbono.
PropulsionEdit
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Três Motores Principais do Vaivém Espacial (SSMEs) foram montados na fuselagem de popa do orbítero no padrão de um triângulo equilátero. Estes três motores movidos a líquido podiam ser girados 10,5 graus na vertical e 8,5 graus na horizontal durante a subida do orbital, a fim de mudar a direção do seu impulso. Assim, eles dirigiram todo o Vaivém Espacial, além de fornecerem impulso de foguetão em direção à órbita. A fuselagem de popa também abrigou três unidades auxiliares de potência (APU). As APUs converteram quimicamente o combustível hidrazina de um estado líquido para um estado gasoso, alimentando uma bomba hidráulica que fornecia pressão para todo o sistema hidráulico, incluindo o sub-sistema hidráulico que apontava os três principais motores de foguete movidos a líquido, sob controle de vôo computadorizado. A pressão hidráulica gerada também foi utilizada para controlar todas as superfícies de controle de vôo do orbitador (os elevadores, leme, freio de velocidade, etc.), para acionar o trem de pouso do orbitador e para retrair as portas de conexão da mangueira umbilical localizadas perto do trem de pouso traseiro, que abasteciam as SSMEs do orbitador com hidrogênio líquido e oxigênio do tanque externo.
Dois propulsores do Sistema de Manobra Orbital (OMS) foram montados em duas cápsulas removíveis separadas na fuselagem de popa do orbitro, localizadas entre as SSMEs e o estabilizador vertical. Os motores OMS forneceram impulso significativo para as manobras orbitais de curso, incluindo inserção, circularização, transferência, rendezvous, deorbit, abortar para a órbita e abortar uma vez ao redor. Na descolagem, dois propulsores de foguete sólido (SRBs) foram utilizados para levar o veículo a uma altitude de aproximadamente 140.000 pés.
Potência eléctricaEditar
A potência eléctrica para os subsistemas do orbitador foi fornecida por um conjunto de três células de combustível hidrogénio-oxigénio que produziram 28 volts de potência CC e foram também convertidas em 115 volts 400 Hz CA eléctrica trifásica (para sistemas que utilizavam energia CA). Estes forneceram energia a toda a pilha do Shuttle (incluindo os SRBs e ET) desde T menos 3m30s até ao final da missão. O hidrogénio e o oxigénio para as células de combustível eram mantidos em pares de tanques de armazenamento criogénico na fuselagem média por baixo do revestimento do compartimento de carga, e um número variável de tais tanques podia ser instalado (até cinco), dependendo dos requisitos da missão. As três células de combustível eram capazes de gerar 21 kilowatts de potência continuamente (ou um pico de 15 minutos de 36 kilowatts) com o orbitador consumindo em média cerca de 14 kilowatts dessa potência (deixando 7 kilowatts para a carga útil).
Adicionalmente, as células combustíveis forneceram água potável para a tripulação durante a missão.
Sistemas informáticosEditar
O sistema informático do orbitador consistia em cinco computadores aviónicos IBM AP-101 idênticos, que controlavam redundantemente os sistemas de bordo do veículo. A linguagem de programação especializada HAL/S foi utilizada para sistemas orbitais.
Protecção térmicaEdit
Os orbitadores foram protegidos por materiais Thermal Protection System (TPS) (desenvolvidos pela Rockwell Space Systems) por dentro e por fora, desde a superfície exterior do orbitador até à baía de carga útil. O TPS protegeu-o do embeber a frio de -121 °C (-186 °F) no espaço até aos 1.649 °C (3.000 °F) de calor de reentrada.
StructureEdit
A estrutura do orbitador foi feita principalmente de liga de alumínio, embora a estrutura de impulso do motor tenha sido feita de liga de titânio. Os posteriores orbitadores (Discovery, Atlantis e Endeavour) substituíram o epoxi grafite por alumínio em alguns elementos estruturais, a fim de reduzir o peso. As janelas eram feitas de vidro de silicato de alumínio e vidro de sílica fundida, e compreendiam um painel de pressão interno, um painel óptico de 1,3 polegadas de espessura (33 mm), e um painel térmico externo. As janelas foram pintadas com a mesma tinta usada para fazer as notas americanas.
Trem de aterragemEditar
O orbital do Vaivém Espacial tinha três conjuntos de trem de aterragem que emergiram para baixo através de portas no escudo térmico. Como medida de economia de peso, o trem de aterrissagem não podia ser retraído uma vez implantado. Como qualquer extensão prematura do trem de pouso teria sido muito provavelmente catastrófica (porque ele se abriu através das camadas do escudo térmico), o trem de pouso só poderia ser baixado por controles manuais, e não por qualquer sistema automático.
Simplesmente, uma vez que o Vaivém aterrou em alta velocidade e não pôde abortar sua tentativa de aterrissagem, o trem de pouso teve que ser implantado de forma confiável na primeira tentativa todas as vezes. O trem de aterrissagem foi destrancado e acionado por um sistema hidráulico triplo redundante, com as portas do trem de aterrissagem acionadas por ligações mecânicas ao suporte do trem de aterrissagem. Se os três sistemas hidráulicos não conseguissem soltar os uplocks do trem de pouso dentro de um segundo do comando de liberação, as cargas pirotécnicas cortam automaticamente os ganchos de travamento e um conjunto de molas desdobram o trem.
Durante a aterrissagem, a roda traseira do Shuttle podia ser dirigida com os pedais do leme no cockpit. Durante a construção do Space Shuttle Endeavour, foi desenvolvido um sistema melhorado de direcção da roda dianteira que permitiu uma direcção mais fácil e melhor da roda dianteira. Após o lançamento do Endeavour, o sistema foi instalado nos outros vaivéns durante suas revisões no início dos anos 90.
O orbitador do Vaivém Espacial não transportava luzes anti-colisão, luzes de navegação, ou luzes de aterragem, porque o orbitador sempre pousou em áreas que tinham sido especialmente liberadas tanto pela Administração Federal de Aviação como pela Força Aérea. O orbitador sempre pousou na Base da Força Aérea Edwards (Califórnia) ou no Kennedy Space Shuttle Landing Facility (Florida), exceto no STS-3 no White Sands Space Harbor, no Novo México. Liberações especiais semelhantes (zonas de interdição de voo) também estavam em vigor em potenciais locais de aterragem de emergência, como em Espanha e na África Ocidental durante todos os lançamentos.
Quando uma aterragem em órbita era feita à noite, a pista era sempre fortemente iluminada com luz dos holofotes e holofotes no chão, tornando desnecessárias as luzes de aterragem no órbito e também uma carga desnecessária de peso do voo espacial. Um total de 26 aterrissagens foram realizadas à noite, sendo a primeira STS-8 em setembro de 1983.
Marcas e insígniasEdit
A fonte utilizada no Space Shuttle Orbiter era Helvetica.
O protótipo do orbitador Enterprise tinha originalmente uma bandeira dos Estados Unidos na superfície superior da asa esquerda e as letras “USA” em preto na asa direita. O nome “Enterprise” em preto foi pintado nas portas do compartimento de carga útil logo acima da dobradiça mais avançada e atrás do módulo da tripulação; na extremidade posterior das portas do compartimento de carga útil estava o logotipo “worm” da NASA em cinza. Por baixo da traseira das portas do compartimento de carga na lateral da fuselagem logo acima da asa estava o texto “Estados Unidos” em preto com uma bandeira dos Estados Unidos à sua frente.
O primeiro orbitador operacional, Columbia, tinha originalmente as mesmas marcas do Enterprise, embora as letras “EUA” na asa direita fossem ligeiramente maiores e espaçadas mais à frente. A Columbia também tinha azulejos pretos que a Enterprise não tinha no seu módulo RCS frontal, ao redor das janelas do cockpit, e no seu estabilizador vertical. A Columbia também tinha distinto chinês preto na parte da frente da sua superfície superior da asa, que nenhum dos outros orbitadores tinha.
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Challenger estabeleceu um esquema de marcação modificado para a frota de vaivéns que seria igualado por Discovery, Atlantis e Endeavour. As letras “USA” em preto acima de uma bandeira americana foram exibidas na asa esquerda, com o logotipo “worm” da NASA em cinza centrado acima do nome do orbítero em preto na asa direita. Além disso, o nome do orbítero estava inscrito não nas portas do compartimento de carga, mas na fuselagem dianteira logo abaixo e atrás das janelas do cockpit. Isto tornaria o nome visível quando o orbitador fosse fotografado em órbita com as portas abertas. O Challenger também tinha azulejos pretos na ponta do seu estabilizador vertical muito parecido com o Columbia, que faltavam aos outros orbitadores.
Em 1983, a Enterprise teve suas marcas de asa alteradas para combinar com o Challenger, e o logotipo “worm” da NASA na extremidade posterior das portas do compartimento de carga foi alterado de cinza para preto. Algumas marcas pretas foram adicionadas ao nariz, janelas do cockpit e cauda vertical para se assemelharem mais aos veículos de vôo, mas o nome “Enterprise” permaneceu nas portas do compartimento de carga útil, pois nunca houve necessidade de abri-las. Columbia teve seu nome movido para a fuselagem dianteira para combinar com os outros veículos de vôo após a STS-61-C, durante o hiato 1986-88, quando a frota do vaivém foi imobilizada após a perda do Challenger, mas manteve suas marcas de asa original até sua última revisão (após a STS-93), e seu chinês preto único para o resto de sua vida operacional.
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No início de 1998, as marcas dos veículos de vôo foram modificadas para incorporar a insígnia “almôndega” da NASA. O logotipo “worm”, que a agência havia retirado gradualmente, foi removido das portas do compartimento de carga e a insígnia “meatball” foi adicionada após o texto “Estados Unidos” na fuselagem de popa inferior. A insígnia “almôndega” também foi exibida na ala esquerda, com a bandeira americana acima do nome do orbitador, justificada à esquerda em vez de centrada, na ala direita. Os três veículos de vôo sobreviventes, Discovery, Atlantis e Endeavour, ainda ostentam estas marcas como exposições no museu. O Enterprise tornou-se propriedade da Smithsonian Institution em 1985 e não estava mais sob o controle da NASA quando essas mudanças foram feitas, por isso o protótipo orbital ainda tem suas marcações de 1983 e ainda tem seu nome nas portas do compartimento de carga útil.
RetirementEdit
Com o fim do programa do Vaivém, foram feitos planos para colocar os três orbitais restantes do Vaivém Espacial em exibição permanente. O Administrador da NASA Charles Bolden anunciou o local de disposição dos orbitadores em 12 de abril de 2011, o 50º aniversário do primeiro vôo espacial humano e o 30º aniversário do primeiro vôo da Columbia. O Discovery foi para o Smithsonian’s Steven F. Udvar-Hazy Center, substituindo o Enterprise que foi transferido para o Intrepid Sea, Air & Space Museum na cidade de Nova York. Endeavour foi para o California Science Center, em Los Angeles, chegando em 14 de outubro de 2012. Atlantis foi para o Complexo de Visitantes do Centro Espacial Kennedy no dia 2 de novembro de 2012. Centenas de outros artefatos de transporte serão expostos em vários outros museus e instituições educacionais nos EUA.
Um dos equipamentos de treinamento de vôo e de treinamento do compartimento da tripulação está em exposição no Museu Nacional da Força Aérea Americana, enquanto o outro está em exposição no JSC. O Treinador de Fuselagem Completa , que inclui o compartimento de carga e a secção de popa, mas sem asas, está em exibição no Museu de Voo em Seattle, Washington. O Simulador de Missão e Treinamento do Shuttle Mission Simulator, originalmente foi para o Adler Planetarium em Chicago, Illinois, mas mais tarde foi transferido para o Stafford Air & Space Museum em Weatherford, Oklahoma. O Simulador de Base de Movimento foi transferido para o Texas A&M Aerospace Engineering Department in College Station, Texas, e o Simulador de Orientação e Navegação foi para o Wings of Dreams Aviation Museum em Starke, Florida. A NASA também disponibilizou aproximadamente 7.000 TPS tiles para escolas e universidades.
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