Rymdfärjans orbiter var ungefär lika stor som en McDonnell Douglas DC-9 och liknade ett flygplan i sin utformning, med en standardiserad flygplanskropp och två dubbla deltavingar, som båda var svepta i en vinkel på 81 grader vid sina inre framkanter och 45 grader vid sina yttre framkanter. Orbiterns vertikala stabilisator hade en framkant som var svängd bakåt i en 45 graders vinkel. Det fanns fyra elevatorer monterade vid deltavingarnas bakkanter, och kombinationen av roder och hastighetsbroms var monterad vid den vertikala stabilisatorns bakkant. Dessa, tillsammans med en rörlig kroppsklaff placerad under huvudmotorerna, styrde orbiterna under senare stadier av återinträdet.
Attitude control systemEdit
Reaction Control System (RCS) bestod av 44 små vätskedrivna raketdrivraketer och deras mycket sofistikerade fly-by-wire-flygstyrningssystem, som använde sig av beräkningskrävande digital Kalman-filtrering. Detta kontrollsystem utförde den vanliga attitydkontrollen längs axlarna pitch, roll och yaw under alla flygfaser av uppskjutning, omloppsbana och återinträde. Systemet utförde också alla nödvändiga banmanövrer, inklusive alla ändringar av banans höjd, banplan och excentricitet. Alla dessa operationer krävde mer dragkraft och impuls än enbart attitydkontroll.
De främre raketerna i reaktionskontrollsystemet, som var placerade nära nosen på rymdfärjans omloppsbana, omfattade 14 primära RCS-raketer och två vernier-raketer. De bakre RCS-motorerna var placerade i de två OMS-poddarna (Orbital Maneuvering System) på baksidan av orbiterna, och dessa omfattade 12 primära (PRCS) och två vernier-motorer (VRCS) i varje pod. PRCS-systemet stod för riktningskontrollen av omloppsbanan och VRCS användes för finmanövrering under rendezvous-, docknings- och avdockningsmanövrerna med den internationella rymdstationen, eller tidigare med den ryska rymdstationen Mir. RCS kontrollerade också orbiterns attityd under större delen av dess återinträde i jordens atmosfär – tills luften blev tillräckligt tät för att rodret, elevonerna och kroppsklaffen skulle bli effektiva.
Orbiterens OMS- och RCS-bränsle är monometylhydrazin (CH3NHNH2), och oxidationsmedlet är dikvävetetroxid (N2O4). Denna särskilda drivmedelskombination är extremt reaktiv och antänds spontant vid kontakt (hypergolisk) med varandra. Denna kemiska reaktion (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) sker i motorns förbränningskammare. Reaktionsprodukterna expanderas och accelereras sedan i motorklockan för att ge dragkraft. På grund av sina hypergoliska egenskaper kan dessa två kemikalier lätt startas och återstartas utan en tändkälla, vilket gör dem idealiska för manövreringssystem för rymdfarkoster.
Under den tidiga designprocessen för omloppsfarkosten skulle de främre RCS-drivraketerna döljas under infällbara dörrar, som skulle öppnas när omloppsfarkosten nådde rymden. Dessa utelämnades till förmån för infällt monterade drivraketer av rädsla för att RCS-dörrarna skulle förbli öppna och utgöra en fara för besättningen och orbitern vid återinträdet i rymden.
TryckkabinRedigera
Orbiterns flygdäck eller cockpit hade ursprungligen 2 214 reglage och displayer, ungefär tre gånger så många som Apollos kommandomodul. Besättningshytten bestod av flygdäcket, mellandäcket och förrådsutrymmet. Den översta av dessa var flygdäcket, där rymdfärjans befälhavare och pilot satt, med upp till två uppdragsspecialister sittande bakom dem. Mittdäcket, som låg under flygdäcket, hade ytterligare tre säten för resten av besättningsmedlemmarna.
Kök, toalett, sovplatser, förvaringsskåp och sidoluckan för att ta sig in i och ut ur rymdfarkosten var också belägna på mittdäcket, liksom luftslussen. Luftslussen hade en extra lucka till nyttolastutrymmet. Denna luftsluss gjorde det möjligt för två eller tre astronauter i sina EMU-dräkter (Extravehicular Mobility Unit) att minska trycket före en vandring i rymden (EVA), och även att återställa trycket och gå in i rymdfarkosten igen efter avslutad EVA.
Verkostningsutrymmet låg under golvet på mellandäck och innehöll luft- och vattentankar utöver koldioxidhanteringsanläggningen.
FramdrivningEdit
Tre Space Shuttle Main Engines (SSMEs) var monterade på orbiterns akterkropp i mönstret av en liksidig triangel. Dessa tre vätskebränsledrivna motorer kunde vridas 10,5 grader vertikalt och 8,5 grader horisontellt under orbiterns raketdrivna uppstigning för att ändra riktningen på deras dragkraft. På så sätt styrde de hela rymdfärjan, samtidigt som de gav raketdrift mot omloppsbana. I den bakre skrovet fanns också tre hjälpkraftaggregat (APU). APU:erna omvandlade kemiskt hydrazinbränsle från flytande tillstånd till gastillstånd och drev en hydraulpump som levererade tryck till hela hydraulsystemet, inklusive det hydrauliska delsystem som styrde de tre huvudsakliga vätskebränsledrivna raketmotorerna, under datoriserad flygstyrning. Det hydrauliska tryck som genererades användes också för att styra alla orbiterns flygkontrollytor (höjdroder, roder, hastighetsbroms osv.), för att fälla ut orbiterns landningsställ och för att dra in de anslutningsdörrar för navelstrumporna som är placerade nära det bakre landningsstället och som försåg orbiterns SSME:er med flytande vätgas och syre från den externa tanken.
Två Orbital Maneuvering System (OMS) propellrar var monterade i två separata avtagbara kapslar på orbiterns bakre skrov, placerade mellan SSME:erna och den vertikala stabilisatorn. OMS-motorerna gav betydande dragkraft för banmanövrer i omloppsbana, inklusive insättning, cirkularisering, överföring, rendezvous, deorbitering, avbrytande av omloppsbana och avbrytande av omloppsbana en gång runtomkring. Vid start användes två solid rocket boosters (SRB) för att ta farkosten till en höjd av cirka 140 000 fot.
Elektrisk kraftEdit
Den elektriska kraften för orbiterns delsystem tillhandahölls av en uppsättning av tre vätgas-oxygenbränsleceller som producerade 28 volts likströmsström och omvandlades även till 115 volts 400 Hz växelström med trefasig elektrisk kraft (för system som använde växelström). Dessa levererade ström till hela skyttelns stack (inklusive SRB och ET) från T-minus 3m30s fram till uppdragets slut. Vätgas och syre till bränslecellerna förvarades i par av kryogena lagringstankar i mitten av skrovet under lastutrymmet, och ett varierande antal sådana tankar kunde installeras (upp till fem) beroende på uppdragets krav. De tre bränslecellerna kunde generera 21 kilowatt effekt kontinuerligt (eller en 15-minutersspets på 36 kilowatt) och omloppsfarkosten förbrukade i genomsnitt cirka 14 kilowatt av denna effekt (vilket lämnade 7 kilowatt för nyttolasten).
Bränslecellerna gav dessutom dricksvatten till besättningen under uppdraget.
DatorsystemRedigera
Orbiterns datorsystem bestod av fem identiska IBM AP-101 flygelektronikdatorer som redundant styrde farkostens system ombord. Det specialiserade programmeringsspråket HAL/S användes för system i omloppsfarkosten.
Termiskt skyddRedigera
Orbiterna skyddades av material från Thermal Protection System (TPS) (utvecklat av Rockwell Space Systems) både på insidan och utsidan, från omloppsfarkostens yttre yta till nyttolastutrymmet. TPS skyddade den från kylan från -121 °C (-186 °F) i rymden till värmen på 1 649 °C (3 000 °F) vid återinträdet.
StructureEdit
Orbiterns struktur tillverkades huvudsakligen av aluminiumlegering, även om motorns drivstruktur tillverkades av titanlegering. I de senare omloppsfarkosterna (Discovery, Atlantis och Endeavour) ersattes aluminium i vissa strukturella delar med grafitekpoxi för att minska vikten. Fönstren var tillverkade av aluminiumsilikatglas och smält silikaglas och bestod av en inre tryckruta, en 33 mm tjock optisk ruta och en yttre termisk ruta. Fönstren färgades med samma bläck som används för att göra amerikanska sedlar.
LandningsställEdit
Rymdfärjans omloppsbana hade tre uppsättningar landningsställ som kom ut nedåt genom dörrar i värmeskölden. För att spara vikt kunde redskapen inte dras in när de väl var utplacerade. Eftersom en för tidig utdragning av landningsstället med stor sannolikhet skulle ha varit katastrofal (eftersom det öppnade sig genom värmesköldskikten), kunde landningsstället endast fällas ut manuellt och inte med hjälp av något automatiskt system.
Samma sak, eftersom rymdfärjan landade i hög hastighet och inte kunde avbryta landningsförsöket, var landningsstället tvunget att fällas ut på ett tillförlitligt sätt vid första försöket varje gång. Växeln låstes upp och fälldes ut med hjälp av tredubbelt redundant hydraulik, och växeldörrarna aktiverades med hjälp av mekaniska kopplingar till växelstöden. Om de tre hydraulsystemen inte lyckades frigöra landningsställets lås inom en sekund efter kommandot för frigörande, skar pyrotekniska laddningar automatiskt av låskrokarna och en uppsättning fjädrar fällde ut landningsstället.
Under landningen kunde skyttelns noshjul styras med roderpedalerna i cockpiten. Under byggandet av rymdfärjan Endeavour utvecklades ett förbättrat styrsystem för noshjulet som möjliggjorde enklare och bättre styrning av noshjulet. Efter Endeavours utrullning installerades systemet på de andra rymdfärjorna under deras översyner i början av 1990-talet.
Rymdfärjans omloppsbana hade inga antikollisionsljus, navigeringsljus eller landningsljus, eftersom omloppsbanan alltid landade i områden som hade godkänts särskilt av både Federal Aviation Administration och flygvapnet. Orbiterna landade alltid antingen på Edwards Air Force Base (Kalifornien) eller på Kennedy Space Center Shuttle Landing Facility (Florida), utom STS-3 på White Sands Space Harbor i New Mexico. Liknande specialtillstånd (flygförbudszoner) gällde också vid potentiella nödlandningsplatser, t.ex. i Spanien och i Västafrika under alla uppskjutningar.
När en landning med Orbiter genomfördes på natten var landningsbanan alltid starkt upplyst med ljus från strålkastare och strålkastare på marken, vilket gjorde att landningsljusen på Orbiter blev onödiga och även en onödig rymdflygningsviktslast. Totalt 26 landningar skedde på natten, den första var STS-8 i september 1983.
Märkningar och insignierRedigera
Det typsnitt som användes på rymdfärjan Orbiter var Helvetica.
Prototypen av orbiter Enterprise hade ursprungligen USA:s flagga på den vänstra vingens överkant och bokstäverna ”USA” i svart på den högra vingen. Namnet ”Enterprise” i svart var målat på lastutrymningsdörrarna strax ovanför det främre gångjärnet och bakom besättningsmodulen; på den bakre delen av lastutrymningsdörrarna fanns NASA:s ”mask”-logotyp i grått. Under den bakre delen av lastutrymningsdörrarna på sidan av flygkroppen strax ovanför vingen fanns texten ”United States” i svart med en USA-flagga framför sig.
Den första operativa omloppsfarkosten, Columbia, hade ursprungligen samma märkning som Enterprise, även om bokstäverna ”USA” på den högra vingen var något större och stod på längre avstånd från varandra. Columbia hade också svarta plattor som Enterprise saknade på sin främre RCS-modul, runt cockpitfönstren och på sin vertikala stabilisator. Columbia hade också distinkta svarta kineser på den främre delen av sina övre vingytor, vilket ingen av de andra omloppsfarkosterna hade.
Challenger etablerade ett modifierat märkningsschema för skyttelfartygsflottan, som skulle matchas av Discovery, Atlantis och Endeavour. Bokstäverna ”USA” i svart ovanför en amerikansk flagga fanns på vänster vinge, med NASA:s ”mask”-logotyp i grått centrerad ovanför namnet på omloppsfarkosten i svart på höger vinge. Orbiterns namn fanns inte heller inskrivet på dörrarna till lastutrymmet, utan på den främre skrovet strax under och bakom cockpitfönstren. På så sätt skulle namnet vara synligt när man fotograferade omloppsfarkosten i omloppsbana med dörrarna öppna. Challenger hade också svarta plattor på spetsen av sin vertikala stabilisator, ungefär som Columbia, vilket de andra omloppsfarkosterna saknade.
1983 fick Enterprise sina vingmarkeringar ändrade för att matcha Challenger, och NASA:s ”mask”-logotyp på den bakre delen av lastutrymmets dörrar ändrades från grått till svart. Vissa svarta markeringar lades till på nosen, cockpitfönstren och den vertikala stjärten för att mer likna flygfarkosterna, men namnet ”Enterprise” förblev kvar på lastutrymningsdörrarna eftersom det aldrig fanns något behov av att öppna dem. Columbia fick sitt namn flyttat till den främre skrovet för att matcha de andra flygfarkosterna efter STS-61-C, under uppehållet 1986-88 då rymdfärjeflottan hade flygförbud efter förlusten av Challenger, men behöll sina ursprungliga vingmarkeringar fram till sin sista översyn (efter STS-93), och sina unika svarta hak under resten av sin operativa livslängd.
Från och med 1998 ändrades flygfarkosternas markeringar så att NASA:s ”meatball”-emblem införlivades. Logotypen ”worm”, som byrån hade avvecklat, togs bort från dörrarna till lastutrymmet och ”meatball”-märket lades till bakom texten ”United States” på den nedre aktern av flygplanskroppen. Köttbollsmärket fanns också på den vänstra vingen, med den amerikanska flaggan ovanför omloppets namn, vänsterjusterad i stället för centrerad, på den högra vingen. De tre överlevande flygfarkosterna, Discovery, Atlantis och Endeavour, bär fortfarande dessa märkningar som museiföremål. Enterprise blev Smithsonian Institutionens egendom 1985 och var inte längre under NASA:s kontroll när dessa ändringar gjordes, därför har prototypen fortfarande sina 1983 års märkningar och har fortfarande sitt namn på dörrarna till lastutrymmet.
ÅterkallelseRedigera
I samband med att skyttelprogrammet avslutades planerades det att placera de tre återstående rymdfärjorna i en permanent utställning. NASA:s administratör Charles Bolden tillkännagav placeringen av omloppsfarkosterna den 12 april 2011, 50-årsdagen av den första mänskliga rymdfärden och 30-årsdagen av Columbias första flygning. Discovery flyttades till Smithsonian’s Steven F. Udvar-Hazy Center och ersatte Enterprise som flyttades till Intrepid Sea, Air & Space Museum i New York City. Endeavour flyttades till California Science Center i Los Angeles och anlände den 14 oktober 2012. Atlantis åkte till Kennedy Space Center Visitor Complex den 2 november 2012. Hundratals andra artefakter från rymdfärjan kommer att ställas ut på olika andra museer och utbildningsinstitutioner runt om i USA.
En av Crew Compartment Trainer Flight och träningshårdvaran på mellandäck visas på National Museum of the U.S. Air Force, medan den andra visas på JSC. Full Fuselage Trainer , som omfattar lastutrymmet och den bakre delen men inga vingar, visas på Museum of Flight i Seattle, Washington. Shuttle Mission Simulator Fixed Base Simulator från Mission Simulation and Training Facility gick ursprungligen till Adler Planetarium i Chicago, Illinois, men överfördes senare till Stafford Air & Space Museum i Weatherford, Oklahoma. Motion Base Simulatorn överfördes till Texas A&M Aerospace Engineering Department i College Station, Texas, och Guidance and Navigation Simulatorn gick till Wings of Dreams Aviation Museum i Starke, Florida. NASA ställde också cirka 7 000 TPS-plattor till förfogande för skolor och universitet.