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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Navettes spatiales Navette et Bourane. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent La navette spatiale ou simplement la navette (eng. Space Shuttle - "navette spatiale") est un vaisseau spatial de transport réutilisable américain. Les navettes ont été utilisées dans le cadre du programme gouvernemental Space Transportation System (STS) de la NASA. Il était entendu que les navettes "se précipiteraient comme des navettes" entre l'orbite terrestre basse et la Terre, délivrant des charges utiles dans les deux sens.
Le programme de navette a été développé par North American Rockwell pour le compte de la NASA depuis 1971. Lors de la création du système, un certain nombre de solutions techniques ont été utilisées pour les modules lunaires du programme Apollo des années 1960: expériences avec des propulseurs à propergol solide, systèmes pour leur séparation et obtention de carburant à partir d'un réservoir externe. Au total, cinq navettes ont été construites (dont deux sont mortes dans des accidents) et un prototype. Les vols dans l'espace ont été effectués du 12 avril 1981 au 21 juillet 2011. Alors que les lancements spatiaux étaient rares, la question du coût des lanceurs n'attirait pas beaucoup l'attention sur elle-même. Mais au fur et à mesure que l'exploration spatiale progressait, elle commençait à gagner en importance. Le coût d'un lanceur dans le coût total de lancement d'un vaisseau spatial varie. Si le lanceur est en série et que le vaisseau spatial qu'il lance est unique, le coût du lanceur est d'environ 10 % du coût total de lancement. Si le vaisseau spatial est en série et que le transporteur est unique - jusqu'à 40% ou plus. Le coût élevé du transport spatial s'explique par le fait que le lanceur n'est utilisé qu'une seule fois. Les satellites et les stations spatiales fonctionnent en orbite ou dans l'espace interplanétaire, apportant un certain résultat scientifique ou économique, tandis que les étages de fusée, qui ont une conception complexe et des équipements coûteux, brûlent dans des couches denses de l'atmosphère. Naturellement, la question s'est posée de réduire le coût des lancements spatiaux en relançant les lanceurs. Il existe de nombreux projets de tels systèmes. L'un d'eux est un avion spatial. Il s'agit d'un engin ailé qui, comme un avion de ligne, décollerait du port spatial et, après avoir livré une charge utile en orbite (satellite ou vaisseau spatial), reviendrait sur Terre. Mais il est encore impossible de créer un tel avion, principalement à cause du rapport nécessaire entre les masses de la charge utile et la masse totale de la machine. De nombreux autres schémas d'avions réutilisables se sont avérés économiquement non rentables ou difficiles à mettre en œuvre. Néanmoins, aux États-Unis, ils se sont néanmoins dirigés vers la création d'un vaisseau spatial réutilisable. De nombreux experts étaient contre un projet aussi coûteux. Mais le Pentagone l'a soutenu. Le développement du système Space Shuttle ("navette spatiale") a commencé aux États-Unis en 1972. Il était basé sur le concept d'un vaisseau spatial réutilisable conçu pour lancer des satellites artificiels et d'autres objets sur des orbites proches de la Terre. La navette spatiale est une combinaison d'un étage orbital habité, de deux propulseurs à fusée solide et d'un grand réservoir de carburant situé entre ces propulseurs. La navette se lance verticalement à l'aide de deux propulseurs à propergol solide (chacun de 3,7 mètres de diamètre), ainsi que de moteurs-fusées à propergol liquide de l'étage orbital, qui sont alimentés par du carburant (hydrogène liquide et oxygène liquide) à partir d'un gros carburant Char. Les propulseurs à propergol solide ne fonctionnent que dans la partie initiale de la trajectoire. Leur durée d'exécution est d'un peu plus de deux minutes. A 70-90 kilomètres d'altitude, les boosters sont séparés, parachutés dans l'eau, dans l'océan, et remorqués jusqu'au rivage afin de les réutiliser après reconditionnement et rechargement. En entrant en orbite, le réservoir de carburant (8,5 mètres de diamètre et 47 mètres de long) est largué et brûlé dans les couches denses de l'atmosphère.
L'élément le plus complexe du complexe est l'étage orbital. Il ressemble à un avion-fusée avec une aile delta. En plus des moteurs, il abrite le cockpit et la soute. L'étage orbital se désorbite comme un vaisseau spatial conventionnel et atterrit sans poussée, uniquement en raison de la force de levage d'une aile balayée à petit rapport d'aspect. L'aile permet à l'étage orbital d'effectuer certaines manœuvres à la fois en distance et en cap et, finalement, d'atterrir sur une bande de béton spéciale. La vitesse d'atterrissage de la scène est bien supérieure à celle de n'importe quel chasseur - environ 350 kilomètres à l'heure. Le corps de l'étage orbital doit résister à des températures de 1600 degrés Celsius. Le bouclier thermique est constitué de 30922 tuiles de silicate collées au fuselage et étroitement emboîtées les unes dans les autres. La navette spatiale est une sorte de compromis à la fois technique et économique. La charge utile maximale livrée par la navette en orbite est de 14,5 à 29,5 tonnes, et sa masse de lancement est de 2000 tonnes, c'est-à-dire que la charge utile ne représente que 0,8 à 1,5% de la masse totale du vaisseau spatial ravitaillé. Dans le même temps, ce chiffre pour une fusée conventionnelle avec la même charge utile est de 2 à 4 %. Si l'on prend comme indicateur le rapport de la charge utile au poids de la structure, hors carburant, alors l'avantage en faveur d'une fusée conventionnelle augmentera encore plus. Tel est le prix de la possibilité de réutiliser au moins partiellement les structures des engins spatiaux. L'un des créateurs d'engins spatiaux et de stations, pilote-cosmonaute de l'URSS, le professeur K.P. Feoktistov évalue l'efficacité économique de la navette comme suit : " Inutile de dire qu'il n'est pas facile de créer un système de transport économique. Certains experts sont également confus quant à l'idée de la navette par ce qui suit : en un an, un seul "l'avion", pour justifier sa construction, doit mettre en orbite environ un millier de tonnes de cargaisons différentes. D'autre part, on a tendance à réduire le poids des engins spatiaux, à augmenter la durée de leur vie active en orbite et, en général, pour réduire le nombre de lanceurs en résolvant un ensemble de tâches pour chacun d'eux.
Du point de vue de l'efficacité, la création d'un navire de transport réutilisable d'une aussi grande capacité de transport est prématurée. Il est beaucoup plus rentable d'approvisionner les stations orbitales à l'aide de véhicules de transport automatiques de type Progress.Aujourd'hui, le coût d'un kilogramme de fret lancé dans l'espace par la navette est de 25000 5000 dollars et par le Proton de XNUMX XNUMX dollars. Sans le soutien direct du Pentagone, le projet aurait difficilement pu être amené au stade d'expériences de vol. Au tout début du projet, un comité a été créé au siège de l'US Air Force pour l'utilisation de la navette. La décision a été prise de construire une rampe de lancement de la navette à la base aérienne de Vandenberg en Californie, à partir de laquelle les engins spatiaux militaires sont lancés. Les clients militaires prévoyaient d'utiliser la navette pour mener à bien un vaste programme de déploiement de satellites de reconnaissance dans l'espace, de systèmes de détection radar et de ciblage de missiles de combat, de vols de reconnaissance habités, de création de postes de commandement spatiaux, de plates-formes orbitales avec des armes laser, pour " inspection" des extraterrestres en orbite. objets spatiaux et leur livraison sur Terre. La Navette était également considérée comme l'un des maillons clés du programme global de création d'armes laser spatiales. Ainsi, déjà lors du premier vol, l'équipage du vaisseau spatial Columbia a effectué une tâche militaire liée à la vérification de la fiabilité du dispositif de visée pour les armes laser. Un laser placé en orbite doit viser avec précision des missiles à des centaines et des milliers de kilomètres de lui. Depuis le début des années 1980, l'US Air Force prépare un certain nombre d'expériences non classifiées en orbite polaire pour développer des équipements de pointe permettant de suivre des objets se déplaçant dans l'air et dans l'espace sans air. La catastrophe du Challenger du 28 janvier 1986 a apporté des ajustements au développement ultérieur des programmes spatiaux américains. Le Challenger a effectué son dernier vol, paralysant tout le programme spatial américain. Alors que les navettes étaient immobilisées, la coopération de la NASA avec le ministère de la Défense a été remise en question. L'Air Force a effectivement dissous son groupe d'astronautes. La composition de la mission militaro-scientifique, qui a reçu le nom de STS-39 et a été transférée à Cap Canaveral, a également changé. Les dates du prochain vol ont été repoussées à plusieurs reprises. Le programme n'a repris qu'en 1990. Depuis, les Navettes effectuent régulièrement des vols spatiaux. Ils ont participé à la réparation du télescope Hubble, aux vols vers la station Mir et à la construction de l'ISS. Au moment où les vols de la navette ont repris en URSS, un navire réutilisable était déjà prêt, qui dépassait à bien des égards le navire américain. Le 15 novembre 1988, le nouveau lanceur Energia a lancé le vaisseau spatial réutilisable Bourane en orbite terrestre basse. Après avoir effectué deux orbites autour de la Terre, guidé par des engins miracles, il s'est magnifiquement posé sur la piste en béton de Baïkonour, à la manière d'un avion de ligne d'Aeroflot.
Le lanceur Energia est la fusée de base de tout un système de lanceurs, formé par une combinaison d'un nombre différent d'étages modulaires unifiés et capable de lancer des véhicules pesant de 10 à des centaines de tonnes dans l'espace ! Sa base, le noyau, est la deuxième étape. Sa hauteur est de 60 mètres, son diamètre est d'environ 8 mètres. Il dispose de quatre moteurs-fusées à propergol liquide alimentés par de l'hydrogène (carburant) et de l'oxygène (comburant). La poussée de chacun de ces moteurs à la surface de la Terre est de 1480 kN. Quatre blocs sont amarrés par paires autour du deuxième étage à sa base, formant le premier étage du lanceur. Chaque bloc est équipé du moteur à quatre chambres RD-170 le plus puissant au monde avec une poussée de 7400 kN près de la Terre. Le "paquet" de blocs des premier et deuxième étages forme un lanceur puissant et lourd avec un poids au lancement allant jusqu'à 2400 tonnes, transportant une charge utile de 100 tonnes. La poussée totale de ses moteurs en début de vol atteint 36000 XNUMX kN. "Bourane" a une grande ressemblance extérieure avec la "Shuttle" américaine. Le navire est construit selon le schéma d'un avion sans queue avec une aile delta à balayage variable, il dispose de commandes aérodynamiques qui fonctionnent lors de l'atterrissage après retour dans les couches denses de l'atmosphère - un gouvernail et des élevons. Il a pu effectuer une descente contrôlée dans l'atmosphère avec une manœuvre latérale jusqu'à 2000 kilomètres. La longueur du Bourane est de 36,4 mètres, l'envergure est d'environ 24 mètres, la hauteur du navire sur le châssis est supérieure à 16 mètres. Le poids au lancement du navire est supérieur à 100 tonnes, dont 14 tonnes de carburant. Une cabine scellée entièrement soudée pour l'équipage et la plupart des équipements de vol dans le cadre de la fusée et du complexe spatial, le vol autonome en orbite, la descente et l'atterrissage est inséré dans le compartiment avant. Volume de la cabine - plus de 70 mètres cubes.
Bourane dans l'espace Lors du retour dans les couches denses de l'atmosphère, les parties les plus sollicitées par la chaleur de la surface du navire chauffent jusqu'à 1600 degrés, tandis que la chaleur atteignant directement la structure métallique du navire ne doit pas dépasser 150 degrés. Par conséquent, "Bourane" se distinguait par une protection thermique puissante, qui fournit des conditions de température normales pour la structure du navire lors du passage de couches denses de l'atmosphère lors de l'atterrissage. Le revêtement de protection thermique de plus de 38 9 carreaux est composé de matériaux spéciaux : fibre de quartz, fibres organiques à haute température, matériau en partie à base de carbone. L'armure en céramique a la capacité d'accumuler de la chaleur sans la transmettre à la coque du navire. La masse totale de cette armure était d'environ XNUMX tonnes. La longueur du compartiment à bagages Buran est d'environ 18 mètres. Son vaste compartiment de chargement pouvait accueillir une charge utile pesant jusqu'à 30 tonnes. De gros engins spatiaux pourraient y être placés - de gros satellites, des blocs de stations orbitales. Le poids à l'atterrissage du navire est de 82 tonnes. "Bourane" était équipé de tous les systèmes et équipements nécessaires pour le vol automatique et habité. Ce sont des moyens de navigation et de contrôle, des systèmes d'ingénierie radio et de télévision, des dispositifs automatiques de contrôle du régime thermique, un système de survie de l'équipage, et bien plus encore. Le système de propulsion principal, deux groupes de moteurs pour la manœuvre, sont situés à l'extrémité de la section de queue et à l'avant de la coque. Les changements qui ont rendu le système Energia-Bourane différent du système de la navette spatiale ont eu les résultats suivants : dans le système Energia-Bourane, seul le vaisseau orbital lui-même était un élément réutilisable lors du premier vol, tandis que les blocs du premier étage et l'unité centrale ont été perdus pendant le processus de lancement. D'autre part, un système spatial de transport universel a été créé, qui, contrairement aux Américains, a permis de lancer dans l'espace non seulement Bourane, mais également des charges lourdes arbitraires pesant jusqu'à 100 tonnes, tandis qu'aux États-Unis, la navette est un partie intégrante du système de transport et du fret limité à 29,5 tonnes, et en raison de l'alignement de l'orbiteur, pas un seul vol à pleine charge n'a jamais été effectué. Aux États-Unis, il était prévu de créer un système unique de fret uniquement basé sur la navette-C, mais ils n'ont pas été mis en œuvre. Auteur : Musskiy S.A.
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