Behzad AZ
06-25-2010, 07:24 AM
معرفي شاتل فضايي به زبان ساده
شاتل در لغت به اتوبوسهايي اطلاق مي شود كه در يك مسير مشخص رفت و آمد مي نمايند. آن ها اتوبوسهايي هستند كه براي حمل انسان،محموله هاي فضايي و بردن ماهواره به فضا،توسط اداره هوانوردي و فضايي ملي ايالات متحده آمريكا(NASA ) در دهه هفتاد ميلادي طراحي شده است.
شاتل فضايي بعنوان يك موشك قابل استفاده مجدد و فضاپيماي قابل بازيابي مطرح شد زيرا تا آن زمان در تكنولوژي پرتاپ با موشك،قسمت هاي مختلف از موشك جدا شده و به زمين سقوط نموده و يا اينكه در فضا سرگردان مي ماندند براي مثال موشك ساترن 5 با جرمي حدود 2900 تن و ارتفاع 111 متر به فضا پرتاب شد ولي در بازگشت آنچه از اين آسمان خراش پرنده باقي مانده بود توده اي 6 تني بود كه در اقيانوس آرام فرود آمد و راهي موزه شد.
شاتل ها به ترتيب ساخت اينتر پرايز،كلمبيا،چلنجر،ديسكاو ري،آتلانتيس و اينديور ناميده شدند. اينتر پرايز توانايي پرواز به فضا را نداشت و فقط ابزاري آزمايشي و آموزشي بود. دوازدهم آوريل 1981(اوايل دهه 1360)،يعني بعد از حدود 10 سال،شاتل فضايي كلمبيا،با موفقيت به فضا فرستاده شد تا فصل جديدي از تجسس اي فضايي آغاز گردد. در سال 1983،اولين ماهواره به وسيله چالنجر در مدار قرار داده شد. در نوامبر 1983 اولين آزمايشگاه فضايي با 71 مورد آزمايش طراحي شده به وسيله دانشمندان آمريكا و اروپا به فضا فرستاده شد و در آوريل 1984،اولين تعمير ماهواره اي توسط شاتل صورت پذيرفت و بازيافت ماهواره هاي پاپالا و وستار و بازگرداندن آنها به زمين در نوامبر سال 1984 اتفاق افتد تا در 5 سال آغازين استفاده از شاتل،ماموريتهاي بسيار مهمي انجام شود.پس از اين موفقيت هاي اوليه در ژانويه سال1986،با انفجار شاتل چالنجر(چلنجر) و كشته شدن خدمه آن بعلت ايجاد شعله در مخزن سوخت بيروني،مامريتهاي شاتل براي تحقيق و تفحص به مدت 3 سال معلق ماند.
http://www.parssky.com/picture/20082612-43-1PM02.jpg
سازمان ناسا اين 3 سال را صرف تكميل و ايمن تر كردن شاتل نمود و در سال 1988 ميلادي پروازهاي شاتل دوباره آغاز شد.
ولي متاسفانه دوباره حادثه به سراغ شاتل هاي فضايي آمد،در روز شنبه 12 بهمن 1381(16 ژرانويه 2003)در حدود ساعت 14 به وقت جهاني هفت فضانورد شاتل كلمبيا در پايان يك ماموريت 16 روزه علمي حاضر بودند(آماده بودند) كه به زمين بازگرند،اما در كمال حيرت مردمان اين فضاپيما در اثر يك مشكل در قسمت مخازن سوخت منفجر شد و از بين رفت. پس از اين حادثه بار ديگر شاتل ها به مدت 3 سال زمين گير شدند.
لازم به ذكر است شوروي سابق نيز برنامه اي مشابه با شاتل فضايي آمريكا را در نوامبر سال 1988 آغاز كرد،در اين تاريخ شوروي نخستين شاتل خود به نام بوران را براي آزمايش پرواز بدون سرنشين به مدار فرستاد. شاتل بوران تقريبا هم اندازه وهم شكل شاتل آمريكا بود.
اين شاتل به همراه موشك جديد انرژيا به فضا رفت. اما اين برنامه در سال 1993 يعني بعد از فروپاشي شوروي با توقف روبرو شد. بوران ديگر هرگز پرواز نكرد.
ساختار شاتل فضايي
شاتل ها داراي سه بخش اصلي هستند:
1. مدارگرد
2. دو موشك سوخت جامد يا " بالا برنده"
3. مخزن بيروني و بزرگ سوخت مايع
مدارگرد:
مدارگرد تنها بخشي از شاتل است كه وارد مدار مي شود. مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت متصل است و هيدروژن و اكسيژن مايع موجود در آن را مي سوزاند تا نيروي رانشي پرتاب ايجاد شود. طول اين مدارگرد 37 متر،عرض آن از انتهاي يك بال تا انتهاي بال ديگر 24 متر و ارتفاع آن در حالت ايستاده روي سكوي پرتاب 17 متر است.
مدارگرد نيز پس از پايان ماموريت به زمين باز مي گردد و مانند هواپيمايي با سرعت 346 كيلومتر در ساعت بر باند ويژه فضاپيما ها مي نشيند. مدارگرد نيز دست كم صد بار مي تواند در مدار زمين قرار گيرد و هر بار مدت پرواز آن از 5 تا حداكثر 30 روز است. مدارگرد داراي سه بخش است: كابين فضانوردان،آفت يا اتاق بار و موتورها.
كابين فضانوردان،در بخش جلويي شاتل قرار دارد و به طور ميانگين گنجايش 7 نفر و در شرايط اضطراري 10 نفر را داراست.
اتاق بار يا آفت قسمتي است در طبقه ي عقبي پرواز كه متخصصان فني و علمي در آنجا مي نشينند. ان ها را به ترتيب متخصصان ماموريت(فضانوردان ناسا) و متخصصان بار(كه فضانورد نيستند و عموما دانشمندند) مي نامند. منظور از بار، ماهواره يا تجهيزاتي است كه در فضاپيما با خود به مدار زمين مي برد.
در يك شاتل،51 موتور به كار رفته است. موتورهاي موشكي سوخت جامد كه فقط در دو دقيقه نخست پرتاب به كار مي روند. سه موتور اصلي در جريان پرتاب روشن اند. اين موتورها نيروي لازم براي كشش 170 تن جرم شاتل را توليد مي كنند. دو موتور مانور در مدار، فضاپيما را قادر مي سازند تا مدار خود را بدور زمين اصلاح كند و يا تغيير مسير دهد. لازم به ذكر است كه توان موتورهاي شاتل فضايي حين برخاستن 140 ميليون اسب بخار است.(يعني معادل توان حدود 1.5 ميليون پژو 206)
بالا برنده ها:
دو موشك با سوخت جامد،بزرگ ترين موشك هاي سوخت جامدي اند كه تا بحال براي پروازهاي فضايي ساخته شده اند، اين دو موشك قادرند هزار و سيصد تن جرم را رو به بالا بكشند و فقط صعود فضاپيما را تند تر مي كنند. هر كدام از اين موشك ها 43 متر ارتفاع و در هنگام پر بودن 60 تن وزن دارند. يك موشك پرتاب كننده نيروي رانشي معادل 1.5 ميليون كيلو گرم در هنگام پرتاب ايجاد مي كند. اين دو موشك پس از اينكه شاتل فضايي را بع ارتفاع 45 كيلومتري از زمين رساندند يعني بالاي ضخيم ترين لايه هاي جوي زمين از فضاپيما جدا مي شوند و با چتر در اقيانوس فرود مي آيند. اين موشك ها قابل بازيافت بوده و در ماموريت هاي بعدي مورد استفاده قرار مي گيرند.
مخزن سوخت بيروني:
طول مخزن سوخت بيروني 48 متر و عرض آن حدود 8 متر است و با 705 تن سوخت هيدرازين و نيتروكسيد نيتروزين در كل 738.5 تن جرم دارد. اين مخزن سه موتور موشكي مدارگرد را تغذيه مي كند. اين مخزن سوخت پس از رساندن مدارگرد به ارتفاع مورد نظر،از آن جدا مي شود و طبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمين مي سوزد و از بين مي رود.
ارتفاع مدارهايي كه شاتل در آنها قرار مي گيرند از 185 تا 1110 كيلومتر با توجه به ماموريتشان تغيير مي كند. گرچه بيشتر اوقات به مدار 240 كيلومتري مي روند. در آنجا هر 90 دقيقه يك بار دور زمين مي گردند.
شاتل فضايي در مواجهه با جو زمين چه مي كند؟
اصطكاك بدنه شاتل فضايي با جو زمين موجب مي شود دما در حد بسيار بالايي بالا برود. براي حل اين مشكل مهندسان ناسا سطح زيرين مدارگرد را با سراميك مي پوشانند. طرح فعلي شاتل شامل20548 قطعه سراميك از جنس اليا سيليكون است. هر قطعه طوري شكل گرفته كه دقيقا قالب تمام زواياي فضاپيما باشد و بتواند دمايي برابر با 1260 درجه سانتيگراد را تحمل كند. كلاهك دماغه شاتل و لبه ي بال ها كه در هنگام بازگشت شاتل به جو،بيشترين گرما را متحمل مي شوند،با ماده اي پوشيده اند كه مي تواند دمايي برابر 1649 درجه سانتيگراد را تحمل كند،دمايي كه فولاد در آن ذوب مي شود.
آينده ي شاتل هاي فضايي:
قرار بود شاتل ها ابزارهاي ارزان قيمتي براي پرتاب فضانوردان به مدار باشند،اما در عمل هر پرتاب حدود سيصد ميليون دلار هزينه در بر داشت. نكته ديگر اين است كه ناسا بايد حدود دوازده هزار نفر را فقط براي پرتاب فضاپيما استخدام كند!
جايگزين آينده شاتل ها احتمالا چيزي مشابه هواپيماي ملي هوا فضا خواهد بود كه ناسا و نيروي هوايي آمريكا بطور مشترك با هم ساخت اد. اين هواپيما كه X-33 نام دارد، سي و سومين هواپيما از يك رشته پر تعداد هواپيما هاي آزمايشي مشترك ناسا و نيروي هوايي است. اين رشته از هواپيما ها به هواپيماي X-34 كه مدل ديگري از موشك هاي قابل مصرف دوباره است،رسيده اند.
هواپيماي X-33 مانند يك هواپيماي جت عادي از باند پرواز بلند مي شود و به سرعت مناسب جهت پرتاب به مدار زمين مي رسد و همانند يك هواپيماي معمولي فرود مي آيد.چ
اين فضاپيما طوري طراحي شده است كه خودش را سريعتر و بالاتر پرتاب كند،تا جايي كه جو آن قدر نازك شود كه موتورهاي عكس العملي آن به كار افتد. سپس در سرعت 22 ماخ(22 برابر سرعت صوت است يعني 6.4 كيلومتر در ثانيه)، اين موتورها خاموش مي شوند و يك موتور موشكي، سرعت آن را به 25 ماخ(سرعت لازم براي حركت در فضا)مي رساند.
هر پرتاب هواپيمايX-33 بيش از يك ميليون دلار هزينه خواهد داشت. طرفداران اين طرح مدعي اند كه مي توان اين هواپيما را يك روز و نيم پس از فرود،دوباره به فضا فرستاد(شاتل ها بايد بين پروازها چندين ماه استراحت كنند) و از آن جايي كه هواپيماي هوافضا،بيشتر مانند يك جت عمل مي كند تا يك موشك،مي تواند در شرايط اضطراري دور بزند و به نقطه حركتش بازگردد،قابليتي كه شاتل هاي فضايي ندارند.
http://www.parssky.com/picture/20082612-45-4PM04.jpg
شاتل در لغت به اتوبوسهايي اطلاق مي شود كه در يك مسير مشخص رفت و آمد مي نمايند. آن ها اتوبوسهايي هستند كه براي حمل انسان،محموله هاي فضايي و بردن ماهواره به فضا،توسط اداره هوانوردي و فضايي ملي ايالات متحده آمريكا(NASA ) در دهه هفتاد ميلادي طراحي شده است.
شاتل فضايي بعنوان يك موشك قابل استفاده مجدد و فضاپيماي قابل بازيابي مطرح شد زيرا تا آن زمان در تكنولوژي پرتاپ با موشك،قسمت هاي مختلف از موشك جدا شده و به زمين سقوط نموده و يا اينكه در فضا سرگردان مي ماندند براي مثال موشك ساترن 5 با جرمي حدود 2900 تن و ارتفاع 111 متر به فضا پرتاب شد ولي در بازگشت آنچه از اين آسمان خراش پرنده باقي مانده بود توده اي 6 تني بود كه در اقيانوس آرام فرود آمد و راهي موزه شد.
شاتل ها به ترتيب ساخت اينتر پرايز،كلمبيا،چلنجر،ديسكاو ري،آتلانتيس و اينديور ناميده شدند. اينتر پرايز توانايي پرواز به فضا را نداشت و فقط ابزاري آزمايشي و آموزشي بود. دوازدهم آوريل 1981(اوايل دهه 1360)،يعني بعد از حدود 10 سال،شاتل فضايي كلمبيا،با موفقيت به فضا فرستاده شد تا فصل جديدي از تجسس اي فضايي آغاز گردد. در سال 1983،اولين ماهواره به وسيله چالنجر در مدار قرار داده شد. در نوامبر 1983 اولين آزمايشگاه فضايي با 71 مورد آزمايش طراحي شده به وسيله دانشمندان آمريكا و اروپا به فضا فرستاده شد و در آوريل 1984،اولين تعمير ماهواره اي توسط شاتل صورت پذيرفت و بازيافت ماهواره هاي پاپالا و وستار و بازگرداندن آنها به زمين در نوامبر سال 1984 اتفاق افتد تا در 5 سال آغازين استفاده از شاتل،ماموريتهاي بسيار مهمي انجام شود.پس از اين موفقيت هاي اوليه در ژانويه سال1986،با انفجار شاتل چالنجر(چلنجر) و كشته شدن خدمه آن بعلت ايجاد شعله در مخزن سوخت بيروني،مامريتهاي شاتل براي تحقيق و تفحص به مدت 3 سال معلق ماند.
http://www.parssky.com/picture/20082612-43-1PM02.jpg
سازمان ناسا اين 3 سال را صرف تكميل و ايمن تر كردن شاتل نمود و در سال 1988 ميلادي پروازهاي شاتل دوباره آغاز شد.
ولي متاسفانه دوباره حادثه به سراغ شاتل هاي فضايي آمد،در روز شنبه 12 بهمن 1381(16 ژرانويه 2003)در حدود ساعت 14 به وقت جهاني هفت فضانورد شاتل كلمبيا در پايان يك ماموريت 16 روزه علمي حاضر بودند(آماده بودند) كه به زمين بازگرند،اما در كمال حيرت مردمان اين فضاپيما در اثر يك مشكل در قسمت مخازن سوخت منفجر شد و از بين رفت. پس از اين حادثه بار ديگر شاتل ها به مدت 3 سال زمين گير شدند.
لازم به ذكر است شوروي سابق نيز برنامه اي مشابه با شاتل فضايي آمريكا را در نوامبر سال 1988 آغاز كرد،در اين تاريخ شوروي نخستين شاتل خود به نام بوران را براي آزمايش پرواز بدون سرنشين به مدار فرستاد. شاتل بوران تقريبا هم اندازه وهم شكل شاتل آمريكا بود.
اين شاتل به همراه موشك جديد انرژيا به فضا رفت. اما اين برنامه در سال 1993 يعني بعد از فروپاشي شوروي با توقف روبرو شد. بوران ديگر هرگز پرواز نكرد.
ساختار شاتل فضايي
شاتل ها داراي سه بخش اصلي هستند:
1. مدارگرد
2. دو موشك سوخت جامد يا " بالا برنده"
3. مخزن بيروني و بزرگ سوخت مايع
مدارگرد:
مدارگرد تنها بخشي از شاتل است كه وارد مدار مي شود. مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت متصل است و هيدروژن و اكسيژن مايع موجود در آن را مي سوزاند تا نيروي رانشي پرتاب ايجاد شود. طول اين مدارگرد 37 متر،عرض آن از انتهاي يك بال تا انتهاي بال ديگر 24 متر و ارتفاع آن در حالت ايستاده روي سكوي پرتاب 17 متر است.
مدارگرد نيز پس از پايان ماموريت به زمين باز مي گردد و مانند هواپيمايي با سرعت 346 كيلومتر در ساعت بر باند ويژه فضاپيما ها مي نشيند. مدارگرد نيز دست كم صد بار مي تواند در مدار زمين قرار گيرد و هر بار مدت پرواز آن از 5 تا حداكثر 30 روز است. مدارگرد داراي سه بخش است: كابين فضانوردان،آفت يا اتاق بار و موتورها.
كابين فضانوردان،در بخش جلويي شاتل قرار دارد و به طور ميانگين گنجايش 7 نفر و در شرايط اضطراري 10 نفر را داراست.
اتاق بار يا آفت قسمتي است در طبقه ي عقبي پرواز كه متخصصان فني و علمي در آنجا مي نشينند. ان ها را به ترتيب متخصصان ماموريت(فضانوردان ناسا) و متخصصان بار(كه فضانورد نيستند و عموما دانشمندند) مي نامند. منظور از بار، ماهواره يا تجهيزاتي است كه در فضاپيما با خود به مدار زمين مي برد.
در يك شاتل،51 موتور به كار رفته است. موتورهاي موشكي سوخت جامد كه فقط در دو دقيقه نخست پرتاب به كار مي روند. سه موتور اصلي در جريان پرتاب روشن اند. اين موتورها نيروي لازم براي كشش 170 تن جرم شاتل را توليد مي كنند. دو موتور مانور در مدار، فضاپيما را قادر مي سازند تا مدار خود را بدور زمين اصلاح كند و يا تغيير مسير دهد. لازم به ذكر است كه توان موتورهاي شاتل فضايي حين برخاستن 140 ميليون اسب بخار است.(يعني معادل توان حدود 1.5 ميليون پژو 206)
بالا برنده ها:
دو موشك با سوخت جامد،بزرگ ترين موشك هاي سوخت جامدي اند كه تا بحال براي پروازهاي فضايي ساخته شده اند، اين دو موشك قادرند هزار و سيصد تن جرم را رو به بالا بكشند و فقط صعود فضاپيما را تند تر مي كنند. هر كدام از اين موشك ها 43 متر ارتفاع و در هنگام پر بودن 60 تن وزن دارند. يك موشك پرتاب كننده نيروي رانشي معادل 1.5 ميليون كيلو گرم در هنگام پرتاب ايجاد مي كند. اين دو موشك پس از اينكه شاتل فضايي را بع ارتفاع 45 كيلومتري از زمين رساندند يعني بالاي ضخيم ترين لايه هاي جوي زمين از فضاپيما جدا مي شوند و با چتر در اقيانوس فرود مي آيند. اين موشك ها قابل بازيافت بوده و در ماموريت هاي بعدي مورد استفاده قرار مي گيرند.
مخزن سوخت بيروني:
طول مخزن سوخت بيروني 48 متر و عرض آن حدود 8 متر است و با 705 تن سوخت هيدرازين و نيتروكسيد نيتروزين در كل 738.5 تن جرم دارد. اين مخزن سه موتور موشكي مدارگرد را تغذيه مي كند. اين مخزن سوخت پس از رساندن مدارگرد به ارتفاع مورد نظر،از آن جدا مي شود و طبق برنامه بر اثر برخورد با جو زمين مي سوزد و از بين مي رود.
ارتفاع مدارهايي كه شاتل در آنها قرار مي گيرند از 185 تا 1110 كيلومتر با توجه به ماموريتشان تغيير مي كند. گرچه بيشتر اوقات به مدار 240 كيلومتري مي روند. در آنجا هر 90 دقيقه يك بار دور زمين مي گردند.
شاتل فضايي در مواجهه با جو زمين چه مي كند؟
اصطكاك بدنه شاتل فضايي با جو زمين موجب مي شود دما در حد بسيار بالايي بالا برود. براي حل اين مشكل مهندسان ناسا سطح زيرين مدارگرد را با سراميك مي پوشانند. طرح فعلي شاتل شامل20548 قطعه سراميك از جنس اليا سيليكون است. هر قطعه طوري شكل گرفته كه دقيقا قالب تمام زواياي فضاپيما باشد و بتواند دمايي برابر با 1260 درجه سانتيگراد را تحمل كند. كلاهك دماغه شاتل و لبه ي بال ها كه در هنگام بازگشت شاتل به جو،بيشترين گرما را متحمل مي شوند،با ماده اي پوشيده اند كه مي تواند دمايي برابر 1649 درجه سانتيگراد را تحمل كند،دمايي كه فولاد در آن ذوب مي شود.
آينده ي شاتل هاي فضايي:
قرار بود شاتل ها ابزارهاي ارزان قيمتي براي پرتاب فضانوردان به مدار باشند،اما در عمل هر پرتاب حدود سيصد ميليون دلار هزينه در بر داشت. نكته ديگر اين است كه ناسا بايد حدود دوازده هزار نفر را فقط براي پرتاب فضاپيما استخدام كند!
جايگزين آينده شاتل ها احتمالا چيزي مشابه هواپيماي ملي هوا فضا خواهد بود كه ناسا و نيروي هوايي آمريكا بطور مشترك با هم ساخت اد. اين هواپيما كه X-33 نام دارد، سي و سومين هواپيما از يك رشته پر تعداد هواپيما هاي آزمايشي مشترك ناسا و نيروي هوايي است. اين رشته از هواپيما ها به هواپيماي X-34 كه مدل ديگري از موشك هاي قابل مصرف دوباره است،رسيده اند.
هواپيماي X-33 مانند يك هواپيماي جت عادي از باند پرواز بلند مي شود و به سرعت مناسب جهت پرتاب به مدار زمين مي رسد و همانند يك هواپيماي معمولي فرود مي آيد.چ
اين فضاپيما طوري طراحي شده است كه خودش را سريعتر و بالاتر پرتاب كند،تا جايي كه جو آن قدر نازك شود كه موتورهاي عكس العملي آن به كار افتد. سپس در سرعت 22 ماخ(22 برابر سرعت صوت است يعني 6.4 كيلومتر در ثانيه)، اين موتورها خاموش مي شوند و يك موتور موشكي، سرعت آن را به 25 ماخ(سرعت لازم براي حركت در فضا)مي رساند.
هر پرتاب هواپيمايX-33 بيش از يك ميليون دلار هزينه خواهد داشت. طرفداران اين طرح مدعي اند كه مي توان اين هواپيما را يك روز و نيم پس از فرود،دوباره به فضا فرستاد(شاتل ها بايد بين پروازها چندين ماه استراحت كنند) و از آن جايي كه هواپيماي هوافضا،بيشتر مانند يك جت عمل مي كند تا يك موشك،مي تواند در شرايط اضطراري دور بزند و به نقطه حركتش بازگردد،قابليتي كه شاتل هاي فضايي ندارند.
http://www.parssky.com/picture/20082612-45-4PM04.jpg