Space Shuttle

De Space Shuttle is een transportsysteem in de ruimte dat vele malen kan worden gebruikt. Hiermee kunnen ruimtevoer tuigen (bijvoorbeeld satellieten en ruimtestations) in de ruimte worden gebracht. Eventueel kunnen ze ook weer worden teruggehaald. De Space Shuttle heeft vele bestaande kost bare «wegwerp»-lanceerraketten vervangen.

De drie belangrijkste onderdelen van de Space Shuttle zijn de Orbiter (het vliegtuigachtige ruimtevoertuig), twee vaste stuwstofraketten en een grote vloeibare stuwstoftank. De Orbiter, waarin zich de nuttige lading bevindt en die als voortstuwingssysteem drie hoofdmotoren heeft, is tijdens de lancering gemonteerd op de grote stuwstoftank. Deze tank bevat de vloeibare stuwstoffen die tijdens de lancering geheel door de drie hoofdmotoren worden verbruikt. Aan beide zijden van deze tank zijn de twee vaste stuwstofraketten aangebracht. Alle Shuttle-delen worden meerdere malen gebruikt, behalve de grote stuwstoftank die in de atmosfeer verbrandt.

De twee vaste stuwstofraketten vallen aan parachutes terug naar de aarde en worden weer gebruikt. De Orbiter landt na zijn missie op de aarde als een soort zweefvliegtuig. Door het hergebruiken van Space Shuttle-delen en nuttige ladingen kan de exploitatie en exploratie van de ruimte doelmatiger geschieden dan voorheen.

Na het beëindigen van het Apolloprogramma (omstreeks 1970) besloot het Amerikaanse Bureau voor de Ruimtevaart (NASA), dat een doeltreffender transportmiddel dan de kostbare wegwerp raketten moest worden ontwikkeld. Hiertoe werden studie opdrachten verstrekt voor het ontwerpen van een volledig herbruikbaar systeem aan twee bekende vliegtuigfabrieken, McDonnell-Douglas en Rockwell International. De eerste concepten bestonden uit twee gigantische vliegtuigachtige toestellen, die als tweetrapsraket functioneerden en waarbij de tweede trap de nuttige lading meevoerde. Al spoedig bleek dat dit systeem erg ingewikkeld en duur werd. Daarna zijn nog enkele ontwerpen bestudeerd, waarbij ook werd gedacht aan het gebruik van delen van de Saturnus-V raket. Uiteindelijk werd het idee van een volledig herbruikbaar systeem verlaten, waarna tenslotte in juli 1972 Rockwell International als hoofdaannemer van het huidige Space Shuttle-systeem werd gekozen. Als voorbereiding op de eerste vlucht zijn honderden testen en simulaties uitgevoerd. De motoren en tanks zijn uit voerig getest. De bekendste testen zijn de naderings- en landingstesten met de eerste Orbiter Enterprice op de rug van een Boeing 747. Op een hoogte van 6« km kwam de Orbiter los en landde zonder veel problemen op een zandvlakte in Californië.

Vijf vrije vluchten vonden plaats in 1977. De eerste lancering van de Orbiter Columbia vond plaats op 12 april 1981.

De Orbiter, het bemande vliegtuigachtige ruimtevoertuig, is 37,2 meter lang, heeft een spanwijdte van 24 meter en weegt ongeveer 68.000 kg. De grootte is te vergelijken met een DC 9 vliegtuig. De Orbiter kan een nuttige lading van maximaal ongeveer 29.500 kg in een lage baan brengen bij een lancering in oostelijke richting vanaf Cape Canaveral (29° inclinatie en 300 km hoogte), terwijl de nuttige lading voor polaire banen (hoogte 250 km) maximaal 18.000 kg be draagt. Ongeveer 14.500 kg (onder meer het ruimtelaboratorium Spacelab) kan door de Orbiter naar de aarde worden terugge bracht. De Orbiter gaat tot een hoogte van maximaal 1100 km zodat voor hogere banen zogenaamde «upper stages» worden gebruikt, die de satellieten in haar uiteindelijke baan brengen.

De belangrijkste delen van de Orbiter zijn het voorste rompdeel met de bemande drukcabines, het middelste rompdeel met het grote vrachtruim en het achterste deel met de drie hoofdmotoren. Het voorste gedeelte bevat de cockpit, ruimtes waarin de bemanning werkt en slaapt en ruimtes voor de apparatuur. In de cockpit in het bovendek zitten tijdens de lancering de gezagvoerder, de piloot en twee missiespecialis ten. In het middendek is nog plaats voor maximaal drie andere astronauten. Vanuit de cockpit kunnen de verschillende handelingen worden verricht, zoals het openen van de vracht deuren en de bediening van de manipulator-arm voor het uitzetten en terughalen van nuttige lading. In het vracht ruim, dat een lengte heeft van 18,3 meter en een breedte van 5,2 meter, kan een grote verscheidenheid aan nuttige ladingen worden aangebracht, zoals Spacelab, de grote Space Telescope en enkele kleinere satellieten. Met de 15,2 meter lange manipulator-arm worden ruimtevoertuigen overboord gezet en teruggehaald.

Het tweede hoofdelement van de Shuttle is de grote vloei bare stuwstoftank met een lengte van 47 meter en een doorsnede van 8,4 meter. Deze tank bevat de stuwstoffen voor de drie hoofdmotoren, namelijk 600 ton vloeibare zuurstof en 100 ton vloeibare waterstof. De buitenkant van deze tank is bekleed met een 2,5 cm dikke isolatielaag van opspuitbaar schuim onder meer om ijsvorming door condensatie van waterdamp op de koude tankwand tijdens de lanceerfase te voorkomen.

Het derde element wordt gevormd door de twee vaste stuwstof raketten. De raketten zijn 45,5 meter lang, 3,7 meter in doorsnede en wegen elk 580 ton. De raketten bevatten een stuwstof die bestaat uit een mengsel van ammoniumperchlo raat, aluminiumpoeder, plastic en andere toevoegingen. Deze grootste en krachtigste operationele vaste stuwstofraket ter wereld levert de voornaamste stuwkracht tijdens de lancering. Na ongeveer 2 minuten zijn de raketten uitge werkt en maken een zachte landing aan parachutes in de Atlantische Oceaan, ongeveer 260 km van de lanceerbasis.

Met speciale schepen worden ze geborgen en kunnen zodoende tenminste 20 maal opnieuw worden gebruikt.

Om een ruimteschip of satelliet in een baan om de aarde te krijgen is veel energie en dus brandstof nodig. Probeer maar eens een steentje de ruimte in te gooien. Vergeet het maar, je bent er niet sterk genoeg voor. De eerste satellieten van de Amerikanen wogen ook maar een paar kilo; ze hadden nog geen raketten die krachtig genoeg waren om zwaardere sondes de ruimte in te schieten. Nu wordt er om de paar maanden een heel ruimtevliegtuig in een baan om de aarde gebracht. En dan heeft de Shuttle ook nog vracht aan boord zoals satellieten, ruimtelaboratoria en telescopen.

Dat kost erg veel brandstof. Op de tank op de buik van de Space Shuttle zit vloeibare waterstof en zuurstof. Deze brandstoffen worden door de motoren verbrand. Aan de zij kanten van de tank zitten twee stuwraketten met vaste brand stof. Ze werken als twee enorme vuurpijlen. We gaan dat alle maal nader bekijken.
De gewichten van de Space Shuttle: - de Orbiter 68.000 kg - vracht 29.500 kg Er wordt dus in totaal 97.500 kg de ruimte ingebracht.
De brandstof: vloeibare waterstof 1.450.000 liter = 102.600 kg vloeibare zuurstof 540.000 liter = 614.400 kg De motoren werken 9 minuten. Er wordt maar liefst 7400 liter brandstof per seconde verbrand! vaste brandstof 1.004.000 kg.

De twee stuwraketten werken 2 minuten en 10 seconden. Ze jagen er samen 7700 kg brandstof per seconde doorheen. De vaste brandstof levert veel meer energie dan de vloeibare brandstof. Dat is te zien op foto's van een lancering. De vlammen van de stuwraketten zijn veel feller dan de vlammen van de motoren.

Aan het begin van de lancering is er totaal 1.721.000 kg brandstof aan boord. Er is 17« kg brandstof nodig om één kilo Space Shuttle in de ruimte te krijgen.
De uitlaatgassen van de motoren bestaan alleen maar uit water. Want bij het verbranden van waterstof en zuurstof wordt waterdamp (stoom) gevormd. Dit is niet schadelijk voor het milieu.

Bij de verbranding van de vaste brandstof komt wel een hoop giftige troep vrij: 218.000 kg zoutzuur, 23.600 kg chloorgas, 6400 kg stikstofoxyden en 276.000 kg aluminium oxyde. In een gebied van 34 kilometer rond de lanceerplaats regent er 55.000 kg zoutzuur in kleine druppeltjes neer. Dit zoutzuur is duizend maal zo zuur als azijnzuur. Dit alles bij één enkele lancering van een Space Shuttle! De ramp met de Space Shuttle Challenger op 28 januari 1986 heeft een grote smet op het Shuttle-programma geworpen, toen 73 seconden na de start van Kennedy Space Center de Space Shuttle Challenger door een technisch mankement ontplofte.

Hierbij kwamen alle zeven bemanningsleden, Francis R. Scobee, Michael J. Smith, Ronald E. McNair, Ellison S. Onizuka, Judith A. Resnick, Gregory B. Jarvis en Christa McAuliffe om het leven. Door deze ramp liep het Space Shuttle-project forse vertraging op. Het zou tot 28 september 1988 duren alvorens een nieuwe Space Shuttle gelancerd zou worden.