داستان ساخت شاتل ها از اواخر دهه ۱۹۶۰ (۱۳۴۰) آغاز شد. در حالي که ماموريت هاي آپولو به پايان رسيد وعطش فتح ماه و پيروزي در مسابقات فضايي نزد دولت آمريکا آرام گرفت ،ونيزعدم وجود انگيزه و توان کافي براي سفر هاي بعدي به ماه و مريخ ،ادامه فعاليت هاي فضايي سرنشين دار ناسا در مسير ساخت فضاپيمايي قرار گرفت که انسان را کم هزينه تر و مطمئن تر به مدار زمين ببرد . وسيله اي که بر خلاف فضاپيماهاي آن دوران يکبار مصرف نبوده و توانايي پروازهاي مجدد داشته باشد.چرا که تا آن زمان فضا پيما ها يکبار مصرف بوده و هر گاه موشکي به منظوربردن ماهواره، کاوشگر فضايي ويا يک فضاپيماي سرنشين دار به فضا پرتاب مي شد،بيشتر اجزاي خود را به هنگام صعود از دست مي داد وآن بخش کوچکي هم که به زمين باز مي گشت ،دوباره به کار نمي آمد براي مثال موشک ساترن ۵با جرمي حدود ۲۹۰۰تن و ارتفاع ۱۱۱ متر به فضا پرتاب شد ،اما آنچه ازاين آسمان خراش پرنده به زمين بازگشت،يک توده ۶ تني بود که در اقيانوس آرام فرود آمد و راهي موزه شد.در صورتي که هزينه ي طراحي و ساخت آن به ميليون ها دلار مي رسيد .
شاتل هاي فضايي ،اتوبوس هاي باربري اند که بصورت چند منظوره طراحي شده اند ،آنها ميتوانند يک يا چند ماهواره را با خود به مدار زمين ببرند ودر محل مناسب رها کنند،يا اينکه ماهواره ها را از مدار گرفته ،به اتاق بار منتقل کنند تا براي تعمير به زمين برده شوند .البته گاهي فضا نوردان با روش هاي خاصي در نزديکي اتاق بار شاتل ، کار تعمير را انجام ميدهند . آزمايشگاههاي فضايي و تلسکوپهاي فضايي هم مانند ماهواره ها به کمک شاتل در مدار قرار مي گيرند.
با آغاز ساخت ايستگاه فضايي بين المللي در سال ۱۹۹۸وظيفه ي سنگين تکميل اين ايستگاه بر عهده شاتل ها نهاده شد . چرا که شاتل ها بر خلاف ساير فضاپيما هاي سر نشين دار کنوني (مثل سايوز) قادر به حمل بارهاي سنگين (حداکثر ۲۲تن) به فضامي باشند. وبدين ترتيب نقش شاتل برجسته تراز پيش نمايان شد.
● انواع شـــــاتل
اين فضــــــاپيما ها به ترتيب ساخت انترپــــرايزر، کلمبيا، چلنجر، ديســـــــــکاوري، آتلانتيس واينــــــــــــــديور ناميده شده اند.
اينترپرايزر ابزاري آزمايشي و آموزشي بود که توانايي پرواز به فضا را نداشت.ولي پنج فضا پيماي ديگر از اوايل دهه ي ۱۹۸۰ در فعاليت هاي فضايي آمريکا بکار گرفته شدند،وشاتل کلمبيا براي اولين باردر۱۲ آوريل۱۹۸۱ به فضا پرتاب شد.
البته بايد در نظر داشت که در حال حاضر فقط سه شاتل ديسکاوري، آتلانتيس و اينديور به صورت فعال در ماموريت هاي فضايي استفاده مي شوند زيرا شاتل چلنجر در دهمين ماموريت خود درسال ۱۹۸۶ در حين پرتاب منفجر شد و کلمبيا نيز در سال ۲۰۰۳ در بازگشت از بيست و هشتمين ماموريت خود از بين رفت .
اين بخش از لحاظ شکل شبيه يک هواپيما است ومحلي براي حضور شرنشينان وحمل بار است.در واقع مدارگرد تنها بخش شاتل است که کاملاً از جو خارج مي شود و در مدار زمين قرار مي گيرد و بعد از انجام ماموريت مانند يک هواپيما در سطح زمين فرود مي آيد،تا بعد از بازسازي ،آماده پروازهاي بعدي شود.هر مدارگرد دست کم صد بار مي تواند در مدار زمين قرار گيرد.جنس بدنه ي مدار گرد از آلياژ آلومينيوم است.
هر مدارگرد شامل سه بخش کابين ،اتاق بار و موتورها است.
کــابيــــن بخش جلويي مدارگرد است و براي حضور سرنشينان طراحي شده است . فشارهوا دراين بخش توسط دستگاهي برابربا فشارهوا درسطح زمين تنظيم مي شود.
اتـــــاق بــــارپس از کابين، تعبيه شده است ومحلي براي قرار دادن بارها(حداکثر۲۲تن درهرپرواز) است.در محور طولي اين اتاق درب هايي تعبيه شده است که هنگام تخليه ي بار باز مي شود و بارها توسط بازوي هيدروليک تعبيه شده در اتاق بار،درمدارمناسب رها مي شوند.
▪ مــــوتــــورها: از جمله موتورهايي که در قسمت مدارگرد قرار دارند مي توان به موارد زير اشاره کرد:
سه موتوراصلي که از همان ابتداي پرتاب روشن شده و نيروي لازم جهت کشش ۱۷۰ تن از جرم شاتل را فراهم مي کنند .اين سه موتور فقط براي صعود اوليه طراحي شده اند.دو سيستم مديريت مقصد،در بخش عقبي مدارگرد روي دم ها که براي قرار دادن شاتل درمدار نهايي ويا تغيير مکان شاتل ازمداري به مدار ديگرو نيز کم کردن سرعت شاتل در هنگام فرود بکار مي روند. البته موتورهاي کوچکي هم در دماغه ي مدارگرد تعبيه شده که هر گاه لازم باشد، براي کارهايي مثل تنظيم تلسکوپ يا عکسبرداري اززمين مدارگرد جابجا شود، براي چند لحظه روشن مي شوند تا مدارپيما براحتي بچرخد.
دو موشک کمکي با سوخت جامد که ازموشک هاي مرحله هاي اول پرتاب محسوب مي شوند وباعث سريعترشدن صعود مي گردند. اين دو موشک در دو طرف مدارگرد قراردارند،وبا تمام شدن سوختشان از مجموعه ي شاتل جدا شده وبا چتر در اقيانوس فرود مي آيند و پس از صيد و بازسازي مجدداًبراي ماموريت هاي بعدي استفاده مي شوند.بدنه ي هر يک ازاين موشک ها فقط يک سانتيمتر ضخامت دارد ودر واقع سعي شده که اين موشک ها تا حد امکان سبک ساخته شوند، بااين حال هريک ازاين موشک ها ۵۹تن جرم دارند.وقادربه بلند کردن۱۳۰۰تن جرم از زمين مي باشند.
۳)مخزن بيروني سوخت مايع
در پشت مجموعه ي شاتل مخزن نارنجي رنگي قرار دارد که مخزن بيروني سوخت نام دارد، وظيفه ي اين تانک عظيم حمل سوخت براي موتورهاي اصلي مدارگرد است.اين مخزن با ۴۸ متر ارتفاع و ۸ مترعرض با ۷۰۵تن سوخت هيدرازين و نيتروکسيد نيتروژن پر شده و در کل ۷۳۸تن جرم دارد.جنس مخزن از آلياژ آلومينيوم- ليتيوم است و فقط سه ميلي متر ضخامت دارد.روي اين پوسته لايه اي از فوم قرار مي گيرد،که عايقي نارسانا،بسيارسبک و مقاوم دربرابر فشار هوا است. تنها اين بخش از شاتل است، که قابليت استفاده ي مجدد را ندارد و پس از اتمام سوختش از مدارگرد جدا شده وطبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمين مي سوزد واز بين ميرود.
هم اکنون شاتل بر روي سکوي پرتاب است.در آستانه ي پرتاب و در حالي که مجموعه ي کامل شاتل بر روي سکوي پرتاب است،مخزن بيروني با اکسيژن و هيدروژن مايع پر مي شود.شمارش معکوس شروع شده و پس از شش ثانيه ،ابتدا موتورهاي اصلي وسپس موشک هاي بالابرنده روشن مي شوند.و سرانجام شمارش معکوس به صفر مي رسد، حلقه هاي نگهدارنده ي سرشاتل کنار رفته و شاتل با صدايي مهيب گهواره ي بشر را به مقصد فضاي بيکران ترک مي کند. توان شاتل در اين لحظه ۱۴۰ ميليون اسب بخار است.
شاتل در ۳۰ ثانيه نخست به فراز بالاترين ابرها در ارتفاع ۱۰ کيلومتري از سطح زمين مي رسد.در حدود ۸۰درصد نيروي پيشران شاتل را در اين لحظات جفت موشک بالابرنده تأمين مي کنند.سوخت اين موشک ها چنان سريع مصرف مي شود که فقط ۲ دقيقه پس از پرتاب، شاتل به ارتفاع ۴۵ کيلومتري رسيده است.در اين هنگام،موشک هاي خالي ازسوخت از شاتل جدا شده وبا چتردراقيانوس فرود مي آيند.حالا نوبت به تک تازي موتورهاي اصلي شاتل مي رسد.گرانش کمتردراين ارتفاع و سرعت اوليه ي زياد سبب مي شود،شاتل هم چنان بالا رود. ۸ دقيقه پس از پرتاب،سوخت مخزن بيروني تمام شده و موتورهاي اصلي شاتل در ارتفاع ۱۱۱ کيلومتري از سطح زمين، درمحيط فضا و در لايه هاي بسيار رقيق کره ي زمين خاموش مي شود و شاتل با سرعت اوليه ي بدست آورده ،در مداري پايين قرار مي گيرد. اکنون زمان رهايي مخزن بيروني فرا رسيده است. مخزن کنده مي شود و در برخورد با جو زمين مي سوزد. حالا مدارگرد تنهاست، اينک زمان روشن شدن موتورهاي مانور مداري است تا شاتل را به هدف مداري خود برسانند.شاتل ها معمولاً به ۱۸۵تا ۱۱۱۰ کيلومتري از سطح زمين مي روند،منطقه ي نسبتاً امن که خودبخود از زباله هاي فضايي پاک مي شود.در اين ارتفاع ، حاشيه ي جو زمين همچون ترمزي عمل مي کند و زباله هاي فضايي را آن قدر پايين مي کشند که دراثر برخورد با جو بسوزند.
● مـــــاموريــت شـــــــاتل
حالا نوبت انجام ماموريت ها واهدافي است که شاتل براي انجام آنها به فضا اعزام شده است.اين ماموريت مي تواند قراردادن يک يا چند ماهواره ويا تلسکوپ فضايي در مدارزمين ويا تعمير ماهواره ها باشد. براي انجام اين کارها درب هاي محور طولي اتاق بار کنار رفته و ماهواره توسط بازوي هيدروليک در مدار مناسب رها مي شود. تعميرماهواره ها در فضا به دو صورت انجام مي شود،اول آنکه ماهواره ي مورد نظر با بازوي هيدروليک گرفته شود وبه محل خاصي در اتاق بار ملحق شده تا فضانوردان به تعميرآن بپردازند. اما درروش دوم بين ماهواره و مدارگرد الحاقي صورت نمي گيرد،بلکه بازوي هيدروليک فضانورد را همراه با قطعه ي تعميري به ماهواره نزديک مي کند. البته انتقال ماهواره ها از فضا به زمين براي تعمير اساسي و نيز جمع آوري زباله هاي فضايي و انتقال آنها به زمين نيزازديگروظايف شاتل ها است.
پس از آنکه ماموريت مدار پيما به اتمام رسيد، نوبت به بازگشت به زمين مي رسد.در اول فوريه ۲۰۰۳ قديمي ترين مدارپيماي ناسا در هنگام فرود،در ارتفاع ۲۰۰هزار پايي بالاي سطح زمين منفجر شدو تمامي سرنشينان آن جان باختند.پس بازگشت مدارپيما نيز از اهميت ويژه اي برخوردار است.
وقتي شاتل در مدار گردشي خود به دور زمين ، به محل مناسبي در بالاي کره ي زمين رسيد ، دو موتور کوچک در زير بال هاي شاتل به مدت سه دقيقه و پانزده ثانيه روشن شده ، تا مدار پيما از مسير گردش به دور زمين خارج شود و به سمت آن سرازير شود.
شاتل در مسير خود به سوي زمين با جو روبرو مي شود که با زاويه اي خاص به آن حمله مي کند. اين زاويه و البته فشردگي هوا در جو ،دماي سطح بدنه ي مدار گرد را به شدت بالا مي برد. براي جلوگيري از سوختن مدار گرد از سپرهاي حرارتي در قسمت بدنه ي مدارگرد(مخصوصاً دماغه و سطح زيرين) استفاده شده است. اين سپرها که از جنس آلياژ سيليکون مي باشند، پيش تر نيزدر کپسول هاي فضايي بکار رفته ، اما سپرهاي بکار رفته در شاتل يکپارچه نبوده و ازهزاران قطعه تشکيل شده(حدود ۲۰۵۴۸ قطعه)، که به کاشي هاي سيليسي معروفند .
بعد از گذر از جو و خاموش شدن موتورها در واقع مدارگرد عملا شبيه به هواپيماي گلايدر بدون موتوري است ، که فقط يک فرصت براي فرود دارد.باند فرود مدارگرد، مانند باند فرود هواپيما است اما بسيار طولاني تر،و اين به دليل سرعت بسيار زياد شاتل در هنگام فرود است (۲۴۰۰ مايل در ساعت ، حدود ۴۰ برابر سرعت فرود هوا پيماي مسافربري).البته اين سرعت،در واقع حداقل سرعت براي فرود است بدين معنا که مدارگرد با رسيدن به بالاي اقيانوس هند، در مدار گردشي خود به دور زمين (تقريباً نقطه ي مقابل آمريکا) و روشن کردن موتورها براي چند دقيقه وگذر ازجو تا رسيدن به محل فرود در آمريکا(که حدود ۹ساعت زمان ميبرد)، با انجام مانورهايي درهوا سرعت خود را به حد قابل توجهي کاهش مي دهد.
بعد از توقف مدارگرد،کليه ي مراحل فرود توسط متخصصين بررسي مي شود.سپس اعضاي گروه بازرسي جستجو مي کنند تا هيچ ماده ي خطرناکي نشت نکند.پس از آن مدار گرد با گاز آمونياک خنک شده،سوخت اضافي تخليه مي شود .بعد از اين مراحل فضانوردان اجازه ي خروج دارند وبا پايين آمدن آنها از پلکان متحرک ماموريت فضايي به پايان مي رسد.
از جمله پايگاه هاي داراي باند فرود شاتل مي توان به ايستگاه کندي در فلوريدا، ايستگاه ادوارد در کاليفرنيا وايستگاه بندري شن هاي سفيد در نيومکزيکو اشاره کرد.اما بايد درنظر داشت که فقط ايستگاه کندي داراي سکوي پرتاب است پس اگر به هر دليلي از جمله نا مساعد بودن هوا در فلوريدا، فرود در پايگاه ديگري انجام گيرد، شاتل براي تعمير و پرتاب مجدد بايد به ايستگاه کندي منتقل شود.براي انتقال از يک فروند هوا پيماي بويينگ ۷۴۷ استفاده مي شود.
شاتل هاي فضايي پس از انجام هر ماموريت نياز به بازسازي وتعمير دارند، که اين کار حداقل ۱۸ هفته طول مي کشد.به محض رسيدن مدارگرد به پايگاه کندي کار بر روي آن در ساختمان بزرگي شروع مي شود. در آنجا فضاپيما با بازوي مکانيکي تا ارتفاع سي متري بالا ميرود.انجام عمليات آماده سازي فضاپيماها براي سفربعدي به ۷۶۱ هزار گوناگون نياز دارد.هدايت عمليات بازسازي فني را رايانه ها برعهده مي گيرند. درجه حرارت ها، مقدار فشارها، وضعيت دريچه ها و کليد هاي اتصال، همگي در صدم ثانيه بازرسي دقيق مي شوند.کارشناسان ديگري نيز مشغول کار بر روي دو موشک سوخت جامدند.اين موشک ها روي سکوي متحرکي آماده مي شوندو سپس به محل اتصال با مخزن بيروني سوخت فرستاده مي شوند. پس از اين مدارگرد هم به اين مجموعه وصل مي گردد.در سکوي پرتاب، در ساحل اقيانوس اطلس در فاصله ي شش کيلومتري از اين ساختمان، کارشناسان در انتظارند تا شاتل فضايي به آنجا منتقل شود. براي انتقال فضاپيما از ساختمان مونتاژ به سکوي پرتاب از بزرگترين خودرو ساخت بشريعني کراولراستفاده مي شود. شانزده جک هيدروليک، سکوي بازسازي متحرک و شاتل سوار بر آن را يکجا بلند کرده و بر روي سکوي پرتاب قرار مي دهند.
