Aproape de mărimea unui McDonnell Douglas DC-9, Space Shuttle orbiter semăna cu un avion în designul său, cu un fuselaj cu aspect standard și două aripi delta duble, ambele aripi înclinate la un unghi de 81 de grade la marginile lor de atac interioare și 45 de grade la marginile lor de atac exterioare. Stabilizatorul vertical al orbiterului avea o margine de atac care era măturată în spate la un unghi de 45 de grade. Pe marginile de fugă ale aripilor delta erau montate patru elice, iar la marginea de fugă a stabilizatorului vertical era atașată o combinație de cârmă și frână de viteză. Acestea, împreună cu o clapetă mobilă situată sub motoarele principale, controlau orbiterul în timpul etapelor ulterioare de reintrare.
Sistemul de control al atitudiniiEdit
Sistemul de control al reacției (RCS) a fost compus din 44 de mici propulsoare-rachetă alimentate cu combustibil lichid și din sistemul lor foarte sofisticat de control al zborului fly-by-wire, care folosea filtrarea digitală Kalman intensivă din punct de vedere computațional. Acest sistem de control a efectuat controlul obișnuit al atitudinii de-a lungul axelor de azvârlire, ruliu și lactație în timpul tuturor fazelor de zbor de lansare, orbitare și reintrare. Acest sistem a executat, de asemenea, toate manevrele orbitale necesare, inclusiv toate modificările de altitudine, plan orbital și excentricitate ale orbitei. Toate acestea erau operațiuni care necesitau mai multă forță de împingere și impuls decât simplul control al atitudinii.
Rachetele din față ale sistemului de control al reacției, amplasate în apropierea nasului orbitatorului navetei spațiale, includeau 14 rachete RCS primare și două rachete RCS vernier. Motoarele RCS din spate erau amplasate în cele două capsule ale Sistemului de Manevră Orbitală (OMS) din partea din spate a orbiterului, iar acestea includeau 12 motoare primare (PRCS) și două motoare vernier (VRCS) în fiecare capsulă. Sistemul PRCS a asigurat controlul de indicare a orbiterului, iar VRCS a fost utilizat pentru manevrele fine în timpul manevrelor de întâlnire, andocare și andocare cu Stația Spațială Internațională sau, anterior, cu stația spațială rusă Mir. RCS a controlat, de asemenea, atitudinea orbiterului în cea mai mare parte a reintrării sale în atmosfera terestră – până când aerul a devenit suficient de dens pentru ca cârmele, elevonii și flapsurile de corp să devină eficiente.
Combustibilul OMS și RCS al orbiterului este monometilhidrazina (CH3NHNH2), iar oxidantul este tetroxidul de dinitrogen (N2O4). Această combinație specială de propulsoare este extrem de reactivă și se aprinde spontan la contactul (hipergolic) dintre ele. Această reacție chimică (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) are loc în camera de combustie a motorului. Produsele reacției sunt apoi expandate și accelerate în clopotul motorului pentru a furniza împingere. Datorită caracteristicilor lor hipergolice, aceste două substanțe chimice sunt ușor de pornit și repornit fără o sursă de aprindere, ceea ce le face ideale pentru sistemele de manevră ale navelor spațiale.
În timpul procesului de proiectare timpurie a orbiterului, propulsoarele RCS față urmau să fie ascunse sub uși retractabile, care s-ar fi deschis odată ce orbiterul ar fi ajuns în spațiu. Acestea au fost omise în favoarea unor propulsoare montate încastrate, de teamă că ușile RCS ar fi rămas blocate deschise și ar fi pus în pericol echipajul și orbiterul în timpul reintrării.
Cabină presurizatăEdit
Puntea de zbor sau cabina de pilotaj a orbitorului avea inițial 2.214 comenzi și afișaje, de aproximativ trei ori mai multe decât modulul de comandă Apollo. Cabina echipajului era formată din puntea de zbor, puntea mediană și zona de utilități. Cea mai înaltă dintre acestea era puntea de zbor, în care se aflau comandantul și pilotul navetei spațiale, cu până la doi specialiști de misiune așezați în spatele lor. Puntea mediană, care se afla sub puntea de zbor, avea încă trei scaune pentru restul membrilor echipajului.
Galina, toaleta, locurile de dormit, dulapurile de depozitare și trapa laterală pentru intrarea și ieșirea din orbitor se aflau, de asemenea, pe puntea mediană, la fel ca și sasul de aerisire. Sasul avea o trapă suplimentară în compartimentul de încărcare utilă. Acest sas permitea ca doi sau trei astronauți, purtând costumele spațiale Extravehicular Mobility Unit (EMU), să se depresurizeze înainte de o plimbare în spațiu (EVA) și, de asemenea, să se presurizeze și să reintre în orbiter la încheierea EVA.
Zona utilitară era situată sub podeaua punții medii și conținea rezervoare de aer și apă, pe lângă sistemul de spălare a dioxidului de carbon.
PropulsieEdit
Trei motoare principale ale navetei spațiale (SSME) au fost montate pe fuselajul posterior al orbiterului în forma unui triunghi echilateral. Aceste trei motoare alimentate cu combustibil lichid puteau fi rotite la 10,5 grade pe verticală și la 8,5 grade pe orizontală în timpul ascensiunii orbiterului cu ajutorul rachetei, pentru a schimba direcția de propulsie a acestora. Prin urmare, acestea au dirijat întreaga navetă spațială, precum și au asigurat împingerea rachetei spre orbită. Fuselajul din spate adăpostea, de asemenea, trei unități auxiliare de putere (APU). APU-urile au transformat chimic combustibilul hidrazină din stare lichidă în stare gazoasă, alimentând o pompă hidraulică care a furnizat presiune pentru întregul sistem hidraulic, inclusiv pentru subsistemul hidraulic care a îndreptat cele trei motoare rachetă principale alimentate cu combustibil lichid, sub controlul computerizat al zborului. Presiunea hidraulică generată a fost utilizată, de asemenea, pentru a controla toate suprafețele de control al zborului orbiterului (lonjeroane, cârmă, frână de viteză etc.), pentru a desfășura trenul de aterizare al orbiterului și pentru a retrage ușile de conectare a furtunurilor ombilicale situate în apropierea trenului de aterizare spate, care alimentau SSME-urile orbiterului cu hidrogen și oxigen lichid din rezervorul extern.
Două propulsoare ale Sistemului de Manevră Orbitală (OMS) au fost montate în două capsule detașabile separate pe fuselajul posterior al orbiterului, situate între SSME-uri și stabilizatorul vertical. Motoarele OMS au asigurat o împingere semnificativă pentru manevrele orbitale de curs, inclusiv inserția, circularizarea, transferul, întâlnirea, de orbită, abandonarea pe orbită și pentru a abandona o dată cu orbitarea. La decolare, două propulsoare de propulsie cu rachete solide (SRB) au fost folosite pentru a duce vehiculul la o altitudine de aproximativ 140.000 de picioare.
Putere electricăEdit
Puterea electrică pentru subsistemele orbitorului a fost asigurată de un set de trei pile de combustie hidrogen-oxigen care au produs energie de 28 de volți în curent continuu și a fost, de asemenea, convertită în energie electrică trifazată de 115 volți 400 Hz în curent alternativ (pentru sistemele care foloseau curent alternativ). Acestea au asigurat alimentarea cu energie electrică a întregii navete (inclusiv a SRB-urilor și a ET) de la T-minus 3m30s până la sfârșitul misiunii. Hidrogenul și oxigenul pentru pilele de combustie erau păstrate în perechi de rezervoare de stocare criogenică în mijlocul fuselajului, sub căptușeala compartimentului de încărcare utilă, iar un număr variabil de astfel de rezervoare putea fi instalat (până la cinci), în funcție de cerințele misiunii. Cele trei celule de combustibil erau capabile să genereze 21 de kilowați de energie în mod continuu (sau un vârf de 15 minute de 36 de kilowați), orbiterul consumând în medie aproximativ 14 kilowați din această energie (lăsând 7 kilowați pentru încărcătura utilă).
În plus, pilele de combustie au furnizat apă potabilă pentru echipaj în timpul misiunii.
Sisteme informaticeEdit
Sistemul informatic al orbiterului era format din cinci calculatoare avionice IBM AP-101 identice, care controlau în mod redundant sistemele de la bordul vehiculului. Limbajul de programare specializat HAL/S a fost utilizat pentru sistemele orbitalului.
Protecție termicăEdit
Orbitralele au fost protejate de materiale de protecție termică (TPS) (dezvoltate de Rockwell Space Systems) în interior și în exterior, de la suprafața exterioară a orbitalului până la compartimentul pentru încărcătura utilă. TPS l-a protejat de la temperaturile scăzute de -121 °C (-186 °F) din spațiu până la căldura de 1.649 °C (3.000 °F) de la reintrarea în atmosferă.
StructuraEdit
Structura orbitorului a fost realizată în principal din aliaj de aluminiu, deși structura de împingere a motorului a fost realizată din aliaj de titan. Orbiterii de mai târziu (Discovery, Atlantis și Endeavour) au înlocuit aluminiul cu grafit epoxidic în unele elemente structurale, pentru a reduce greutatea. Geamurile au fost realizate din sticlă de silicat de aluminiu și sticlă de siliciu topit și cuprindeau un geam de presiune intern, un geam optic cu grosimea de 1,3 inch (33 mm) și un geam termic extern. Geamurile au fost colorate cu aceeași cerneală folosită la fabricarea bancnotelor americane.
Tren de aterizareEdit
Orbiterul navetei spațiale avea trei seturi de trenuri de aterizare care ieșeau în jos prin ușile din scutul termic. Ca o măsură de economisire a greutății, trenul de aterizare nu putea fi retras odată desfășurat. Deoarece orice extensie prematură a trenului de aterizare ar fi fost foarte probabil catastrofală (deoarece se deschidea prin straturile scutului termic), trenul de aterizare putea fi coborât doar prin comenzi manuale, și nu prin niciun sistem automat.
În mod similar, deoarece naveta a aterizat la viteză mare și nu putea anula încercarea de aterizare, trenul de aterizare trebuia să se desfășoare în mod fiabil din prima încercare de fiecare dată. Trenul de aterizare a fost deblocat și desfășurat prin intermediul unui sistem hidraulic triplu redundant, ușile trenului de aterizare fiind acționate prin legături mecanice cu lonjeroanele trenului de aterizare. Dacă toate cele trei sisteme hidraulice nu reușeau să deblocheze urcările trenului de aterizare în decurs de o secundă de la comanda de deblocare, încărcături pirotehnice tăiau automat cârligele de blocare și un set de arcuri desfășurau trenul.
În timpul aterizării, roata din față a navetei putea fi dirijată cu ajutorul pedalelor de cârmă din cabina de pilotaj. În timpul construcției navetei spațiale Endeavour, a fost dezvoltat un sistem îmbunătățit de dirijare a roții din față care a permis o dirijare mai ușoară și mai bună a roții din față. După punerea în funcțiune a navetei Endeavour, sistemul a fost instalat și pe celelalte navete în timpul reviziilor lor de la începutul anilor 1990.
Orbiterul navetei spațiale nu avea la bord lumini anticoliziune, lumini de navigație sau lumini de aterizare, deoarece orbiterul a aterizat întotdeauna în zone care fuseseră special autorizate atât de Administrația Federală a Aviației, cât și de Forțele Aeriene. Orbiterul a aterizat întotdeauna fie la Baza Forțelor Aeriene Edwards (California), fie la Centrul Spațial Kennedy Shuttle Landing Facility (Florida), cu excepția STS-3, la White Sands Space Harbor din New Mexico. Autorizații speciale similare (zone de interdicție de zbor) au fost, de asemenea, în vigoare în locurile potențiale de aterizare de urgență, cum ar fi în Spania și în Africa de Vest, în timpul tuturor lansărilor.
Când o aterizare a orbitorului a fost efectuată pe timp de noapte, pista de aterizare a fost întotdeauna puternic iluminată cu lumina proiectoarelor și a proiectoarelor de la sol, ceea ce a făcut ca luminile de aterizare de pe orbitor să nu fie necesare și, de asemenea, să reprezinte o încărcătură inutilă de greutate pentru zborul spațial. În total au avut loc 26 de aterizări pe timp de noapte, prima fiind STS-8 în septembrie 1983.
Marcaje și însemneEdit
Tipsoanele folosite pe naveta spațială Orbiter au fost Helvetica.
Prototipul orbitorului Enterprise avea inițial un steag al Statelor Unite pe suprafața superioară a aripii stângi și literele „USA” în negru pe aripa dreaptă. Numele „Enterprise” în negru a fost pictat pe ușile compartimentului de încărcare utilă chiar deasupra balamalei celei mai din față și în spatele modulului echipajului; pe capătul din spate al ușilor compartimentului de încărcare utilă se afla logotipul NASA „vierme” în gri. Sub partea din spate a ușilor de la compartimentul de încărcare utilă, pe partea laterală a fuselajului, chiar deasupra aripii, se afla textul „United States” în negru, cu un steag al Statelor Unite în fața acestuia.
Primul orbitator operațional, Columbia, avea inițial aceleași marcaje ca Enterprise, deși literele „USA” de pe aripa dreaptă erau puțin mai mari și mai distanțate. Columbia avea, de asemenea, dale negre de care Enterprise nu dispunea pe modulul RCS din față, în jurul ferestrelor cabinei de pilotaj și pe stabilizatorul vertical. Columbia avea, de asemenea, chenare negre distinctive pe partea din față a suprafețelor superioare ale aripilor sale, pe care nu le avea niciunul dintre celelalte orbitale.
Challenger a stabilit o schemă de marcare modificată pentru flota de navete, care va fi egalată de Discovery, Atlantis și Endeavour. Literele „USA” în negru deasupra unui steag american au fost afișate pe aripa stângă, cu logo-ul NASA „vierme” în gri centrat deasupra numelui orbitei în negru pe aripa dreaptă. De asemenea, numele orbitorului nu era inscripționat pe ușile compartimentului de încărcare utilă, ci pe fuselajul din față, chiar sub și în spatele ferestrelor cabinei de pilotaj. Astfel, numele ar fi fost vizibil atunci când orbiterul era fotografiat pe orbită cu ușile deschise. Challenger avea, de asemenea, dale negre pe vârful stabilizatorului vertical, la fel ca Columbia, ceea ce celelalte orbitale nu aveau.
În 1983, Enterprise și-a schimbat marcajele aripilor pentru a se potrivi cu Challenger, iar logo-ul NASA „vierme” de pe capătul din spate al ușilor compartimentului de încărcare utilă a fost schimbat din gri în negru. Unele marcaje negre au fost adăugate pe bot, pe ferestrele cabinei de pilotaj și pe coada verticală pentru a semăna mai mult cu vehiculele de zbor, dar numele „Enterprise” a rămas pe ușile compartimentului de încărcare utilă, deoarece nu a fost niciodată nevoie să le deschidă. Numele Columbia a fost mutat pe fuselajul din față pentru a se potrivi cu celelalte vehicule de zbor după STS-61-C, în timpul întreruperii din 1986-1988, când flota de navete a fost oprită la sol în urma pierderii lui Challenger, dar și-a păstrat marcajele originale ale aripilor până la ultima revizie (după STS-93), precum și chenarele sale negre unice pentru restul vieții sale operaționale.
Începând cu 1998, marcajele vehiculelor de zbor au fost modificate pentru a încorpora însemnul „chifteluță” al NASA. Logotipul „vierme”, pe care agenția îl eliminase treptat, a fost îndepărtat de pe ușile compartimentului de încărcare utilă, iar însemnul „chifteluță” a fost adăugat în spatele textului „Statele Unite” pe fuselajul posterior inferior. Insigna „chifteluță” a fost, de asemenea, afișată pe aripa stângă, cu steagul american deasupra numelui orbitorului, justificat la stânga și nu centrat, pe aripa dreaptă. Cele trei vehicule de zbor supraviețuitoare, Discovery, Atlantis și Endeavour, poartă încă aceste însemne ca exponate de muzeu. Enterprise a devenit proprietatea Institutului Smithsonian în 1985 și nu se mai afla sub controlul NASA atunci când au fost făcute aceste modificări, prin urmare prototipul orbital are încă marcajele din 1983 și are încă numele său pe ușile compartimentului de încărcare utilă.
RetragereEdit
Cu ocazia încheierii programului navetei, au fost făcute planuri pentru a plasa cele trei navete spațiale rămase pe orbită într-o expoziție permanentă. Administratorul NASA, Charles Bolden, a anunțat locația de dispunere a orbitarelor la 12 aprilie 2011, la 50 de ani de la primul zbor uman în spațiu și la 30 de ani de la primul zbor al navetei Columbia. Discovery a mers la Smithsonian’s Steven F. Udvar-Hazy Center, înlocuind Enterprise, care a fost mutat la Intrepid Sea, Air & Space Museum din New York City. Endeavour a mers la California Science Center din Los Angeles, ajungând pe 14 octombrie 2012. Atlantis a mers la Kennedy Space Center Visitor Complex pe 2 noiembrie 2012. Sute de alte artefacte ale navetei vor fi expuse în diverse alte muzee și instituții educaționale din SUA.
Unul dintre echipamentele de antrenament Crew Compartment Trainer Flight și mid-deck este expus la Muzeul Național al Forțelor Aeriene ale SUA, în timp ce celălalt este expus la JSC. Full Fuselage Trainer , care include compartimentul de încărcare utilă și secțiunea din spate, dar fără aripi, este expus la Muzeul Zborului din Seattle, Washington. Simulatorul de bază fixă Shuttle Mission Simulator din cadrul Mission Simulation and Training Facility’s Shuttle Mission Simulator Fixed Base Simulator a mers inițial la Adler Planetarium din Chicago, Illinois, dar ulterior a fost transferat la Stafford Air & Space Museum din Weatherford, Oklahoma. Simulatorul bazei de mișcare a fost transferat la Departamentul de inginerie aerospațială al Texas A&M din College Station, Texas, iar simulatorul de ghidare și navigație a mers la Wings of Dreams Aviation Museum din Starke, Florida. De asemenea, NASA a pus la dispoziția școlilor și universităților aproximativ 7.000 de plăci TPS.
.