books space shuttle

التصميم والتطوير

خلفية تاريخية

اقترحت القوات الجوية الأمريكية في خمسينيات القرن العشرين استخدام طائرة موجّهة قابلة للاستخدام المتكرر للقيام بالعمليات العسكرية مثل الاستطلاع، والهجوم باستخدام الأقمار الصناعية، واستخدام أسلحة جو-أرض. وبدأت القوات الجوية في نهاية الخمسينيات تطوير طائرة إكس-20 داينا-سور يمكن إعادة استخدامها بشكل جزئي. تعاونت القوات الجوية مع ناسا في مشروع داينا-سور، وبدأت بتدريب ستة طيارين في يونيو 1961. أدّت تكاليف التطوير وتحديد الأولويات المتزايدة لمشروع جمناي إلى إلغاء برنامج داينا-سور في ديسمبر 1963. قامت القوات الجوية بالإضافة إلى برنامج جمناي بإجراء دراسة لاختبار الجدوى من المعززات الصاروخية القابلة للاستعمال المتكرر عام 1957. وقد أصبح هذا المشروع أساس الطائرة الفضائية، وهي عبارة عن مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل لم تُطوّر بعد مرحلة التصميم الأولي عام 1962-1963.

تعاونت القوى الجوية الأمريكية مع ناسا بدءًا من بداية خمسينيات القرن العشرين في تطوير مركبات ذات أجنحة ثابتة من أجل اختبار المركبات الفضائية التي تولد قوة الرفع باستخدام هيكلها بدل أجنحتها. وقامت باختبار المركبات إم2-إف1، وإم2-إف2، وإم2-إف3، وإتش إل-10، وإكس-24إيه، وإكس-24بي. اختبر البرنامج الخصائص الديناميكية الهوائية التي كانت ستستعمل لاحقًا في المكوك الفضائي، وتتضمن هذه الخصائص الهبوط من ارتفاع وسرعة عاليين دون الحاجة إلى طاقة.

عملية التصميم

أصدرت ناسا والقوات الجوية الأمريكية في سبتمبر 1966 دراسة مشتركة مفادها الحاجة إلى مركبة جديدة تلبي احتياجاتهم المستقبلية، بالإضافة لكون النظام القابل لإعادة الاستخدام بشكل جزئي الحل الأفضل بالنسبة للتكلفة. أعلن جورج مولر رئيس مكتب ناسا للرحلات الفضائية المأهولة عن خطة تتضمن مكوكًا قابلًا لإعادة الاستخدام في 10 أغسطس 1968. أصدرت ناسا نموذج طلب تقديم العروض (آر إف بّي) لتصميم المركبة المدمجة المغادرة والعائدة إلى الأرض، وهي ما أصبحت لاحقًا مكوك الفضاء. وبدلًا من منح العقد على أساس الاقتراحات الأولية، أعلنت ناسا منهجًا تدريجيًا للتعاقد والتطوير بالنسبة لمكوك الفضاء. المرحلة إيه عبارة عن طلب الدراسات التي أنجزتها شركات الطيران المتنافسة، أمّا المرحلة بي عبارة عن منافسة بين متعاقدَين على عقد معين، وتتضمن المرحلة سي تصميم تفاصيل مكونات المركبة الفضائية، أمّا المرحلة دي فهي صناعة المركبة الفضائية.

أنشأت ناسا فريق مهام مكوك الفضاء في ديسمبر عام 1968 ليحدد التصميم الأمثل للمركبة الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام، وأصدرت عقود الدراسة لكل من شركات جنرال ديناميكس، ولوكهيد، وماكدونل دوغلاس، وروكويل أميركا الشمالية. أصدر فريق مهام مكوك الفضاء في يوليو 1969 تقريرًا يبين أنّ المكوك سيدعم محطة الفضاء، وإطلاق، وتشغيل، واسترجاع الأقمار الاصطناعية، بالإضافة إلى دعم المهمات المأهولة ذات الفترات القصيرة. نصّ التقرير أيضًا على وجود ثلاث فئات من المكوك المستقبلي القابل لإعادة الاستخدام: تتكون الفئة I من مركبة مدارية قابلة لإعادة الاستخدام مثبتة إلى معززات إطلاق، أمّا الفئة II فتستخدم التصنيف المرحلي «مرحلة ونصف»، أمّا الفئة الثالثة تتضمن المركبة المدارية والمعزز اللذَين يمكن إعادة استخدامهما. أصدر فريق مهام مكوك الفضاء بقيادة نائب الرئيس سبيرو أغنيو في سبتمبر 1969 تقريرًا يدعو إلى تطوير مكوك الفضاء لأجل نقل الناس والحمولة إلى مدار أرضي منخفض (إل إي أو)، بالإضافة إلى السحب الفضائي للانتقال بين المدارات والقمر، فضلًا عن مرحلة نووية يمكن إعادة استخدامها، من أجل السفر إلى الفضاء السحيق.

نظرة عامة

عند الإطلاق يتكون المكوك من:

• خزان وقود خارجي ذو لون برتقالي قاتم ويشتمل على خزان يحتوي على الأكسجين السائل موجود في المقدمة، وخزان يحتوي على الهيدروجين السائل موجود في المؤخرة ويربط بينهما خزان يضم معدات القياس والمعالجة. ويبلغ حجم خزان الهيدروجين مرتين ونصف حجم خزان الأكسجين، إلا أن وزنه لا يتعدى ثلث حجم الأخير إذ إن الأكسجين السائل أثقل بست عشرة مرة من الهدروجين.
• صاروخان للدفع يعملان بالوقود الصلب، نحيفين وأبيضين يؤمنان 80% من الدفع اللازم للإطلاق. ويتكون وقود الدفع بصورة رئيسية من بركلورات الأمونيوم.
• المركبة المدارية والتي هي عبارة عن مركبة تشبه الطائرة ذات أجنحة والتي تمثل مكوك الفضاء، ويمكنها نقل الأجهزة الثقيلة إلى الفضاء، كما يمكنها حمل الأقمار الصناعية وإطلاقها إلى الفضاء. والمركبة المدارية مزودة بالمعدات الضرورية للالتحام مع المحطة الفضائية الدولية. يبلغ ارتفاع المركبة المدارية (على المدرج) 17.4م وطولها 37.2 م أما باع الجناح فهو 23.8 م.

الإقلاع والهبوط

يطلق مكوك الفضاء بصورة عمودية كما تطلق الصواريخ، ويتم التخلي عن المعززيّن الصاروخيين بعد دقيقتين من الإطلاق وذلك على ارتفاع 45 كم تقريباً.وتستمر المحركات الرئيسية بالاشتعال وبعد 7 دقائق تقريبا تخفض طاقة عمل المحركات الرئيسية للحفاظ على تسارع أقل من ثلاث أضعاف الجاذبية الأرضية منعاً من تهشم المكوك وبعد ثمان دقائق ونصف من وقت الأقلاع تبدء سلسلة إيقاف المحركات الرئيسية كلياً. و ينفصل خزان الوقود الخارجي عن المركبة المدارية بعدها بقليل ثم تشتعل محركات نظام المناورة المدارية لتضع المكوك على مدار منخفض. وبعد 45 دقيقة من عملية الإطلاق تشتعل محركات نظام المناورة المدارية مجدداً لتضع المكوك على مدار دائري أعلى

في هذة الأثناء يسقط الصاروخان الذان يعملان بالوقود الصلب في المحيط على بعد 225 كم تقريباً من شاطئ فلوريدا وتضمن سلامة هبوطهما مظلات خاصة لتخفيف حدة السقوط.ثم تتم استعادتهما للاستخدام من جديد. بينما يسقط أيضا خزان الوقود (البرتقالي اللون) ويتفكك اثناء السقوط. وتتبعثر اجزاءه في مياه المحيط بعيدا عن المناطق المدنية وعن الممرات الملاحية.

وتستغرق مهمة المكوك عادة ما بين سبعة إلى ثمانية أيام، مع إمكانية تمديدها إلى اسبوعين تبعاً لأهداف المهمة.

وبعد أن يتم المكوك مهمته في مدار حول الأرض، يستخدم آخر كمية وقود مخزونة داخله لتوجيهه إلى مسار العودة إلى الأرض. وتهبط المركبة المحلقة هبوطا حرا كالطائرة الشراعية بدون أى دفع إضافى بزاوية صغيرة محاولة التخفيف من قوة الجاذبية الناتجة عن السقوط الحر والتخفيف من احتكاكها بالهواء بحيث يكون ارتفاع درجة حرارتها الناتجة عن احتكاكها بالهواء في الحدود التي تتحملها إلى أن تصل إلى الأرض وتهبط مثل الطائرات العادية على المدرج ويتم كبحها بعد التصاق العجلات بالأرض عن طريق مظلات تفتح لتقليل مسافة التوقف. المميز في مركبة المكوك عن الصاروخ التقليدى أنها مصممة للقيام بأكثر من رحلة والعودة للأرض.

نهاية الخدمة

بلغ عدد بعثات المكوك ما مجموعه 135 بعثة بين عامي 1981-2011 وبلغ إجمالي وقت البعثات 1322 يوم، 19 ساعة، 21 دقيقة و 23 ثانية. تقاعد مكوك الفضاء عن الخدمة عند انتهاء اتلانتيس من مهمتة الأخيرة في 21 يوليو 2011.

اقرأ أيضا

• برنامج مكوك الفضاء
• آريس 1
• آريس 5