Lądowanie wahadłowca

Lądowanie wahadłowca Atlantis

KSC - lądowisko główne wahadłowców

Lądowiska promów kosmicznych

Główne lądowisko promów kosmicznych, ang. Shuttle Landing Facility (SLF), zostało otwarte w 1976 r. i było ono specjalnie zaprojektowane dla lądujących wahadłowców, a znajduje się ono w KSC. Droga startowa jest dłuższa i szersza niż jakakolwiek inna na lotniskach cywilnych.

Utwardzona droga startowa ma długość 4572 metrów z dobiegami po obu końcach, 308,4 metra każdy. Szerokość pasa jest prawie równa długości boiska piłki nożnej i wynosi 91,4 metra z 15,2 metrowymi asfaltowymi poboczami. Pas ma grubość 40,6 w centrum i 38,1 centymetra po bokach. Płyta lądowiska nie jest idealnie płaska, lecz ma pochylenie równe 61 centymetrów od osi pasa do krawędzi.

Do SLF zalicza się teren strefy przeładunkowej nosiciela wahadłowców o wymiarach 167,6 metrów na 149,3 metra, który znajduje się na południowo-wschodnim końcu pasa startowego. W północno-wschodnim rogu terenu strefy przeładunkowej znajduje się olbrzymia suwnica bramowa Mate-Demate Device (MDD). MDD ma wymiary 45,7 metra długości, 28,3 metra szerokości i 32 metry wysokości. Urządzenie MDD potrafi podnieść 104 328 kilogramów.

Zapasowym miejscem lądowania jest Baza Sił Powietrznych Edwards Air Force Base (EAFB) w Kalifornii. Program rozwoju wahadłowców rozpoczął cykl lądowań w EAFB, ponieważ to miejsce oferowało bardziej stałe i przewidywalne warunki pogodowe i szerokie możliwości naturalnego miejsca lądowania jakie rozpościerało rozległe suche jezioro. Lecz lądowanie promu kosmicznego w KSC jest preferowane dlatego, że oszczędza to pięć dni w procesie przygotowywania następnej misji.

Lądowanie w KSC eliminuje również potencjalne zagrożenia i utrudnienia wynikające z transportu wahadłowca na grzbiecie specjalnie zmodyfikowanego Boeinga 747. Decyzja o miejscu lądowania musi być podjęta 90 minut przed lądowaniem. Od 1981 roku do lutego 2003 roku odbyło się 113 misji wahadłowca: 61 lądowało w KSC, 49 w EAFB, i jedno lądowanie odbyło się w Northrup Strip w Nowym Meksyku.

Do awaryjnego lądowania wahadłowca jest przygotowanych kilkadziesiąt lotnisk na całym świecie.

Powrót z przestrzeni kosmicznej

Powrót wahadłowca z orbity okołoziemskiej do KSC nad Oceanem Indyjskim od strony zachodniego wybrzeża Australii. Następnie trajektoria prowadzi poprzez Ocean Spokojny do Baja Peninsula, poprzez Meksyk i południowy Teksas, nad Zatoką Meksykańską do południowego wybrzeża Florydy.

Na dwie godziny przed lądowaniem załoga promu zakłada swoje pomarańczowe kombinezony, zajmuje stanowiska i przypina się pasami bezpieczeństwa. Następnie prom kosmiczny sterowany ręcznie przy użyciu dysz systemu sterowania reakcyjnego (RCS) przyjmuje położenie adekwatne do opuszczenia orbity (dyszami silników głównych w kierunku poruszania się promu). Na godzinę przed lądowaniem następuje zapłon dwóch silników orbitalnego systemu manewrowego (OMS). Skutkiem 2,5 minutowej pracy silników OMS jest zmniejszenie prędkości promu, a w konsekwencji zejście z orbity. Kiedy prędkość promu zostanie dostatecznie obniżona, silniki manewrowe OMS zostają wyłączone, załoga ręcznie przy pomocy dysz RCS ustawia prom dziobem w kierunku ruchu.

Wejście w atmosferę

Rzut na powierzchnię Ziemi trajektorii promu kosmicznego lądującego w KSC

Rzut na powierzchnię Ziemi trajektorii promu kosmicznego lądującego w KSC (zbliżenie)

Na 30 minut przed dotknięciem pasa prom kosmiczny wchodzi do atmosfery, a odbywa się to na wysokości 121 920 metrów i w odległości 9500 km do pasa lądowania. Na 20 minut przed dotknięciem pasa prom przechodzi przez „barierę ognia”, następuje okres najwyższej temperatury na zewnątrz wahadłowca. Prom ogarnia obłok plazmy, znika łączność radiowa (blackout). Stan taki trwa około sześciu minut, potem temperatura spada, łączność wraca.

Podczas wchodzenia do atmosfery i podczas lądowania prom kosmiczny nie jest napędzany, jest szybowcem wysokiej technologii. W warstwach rozrzedzonej atmosfery do sterowania prom wykorzystuje silniki rakietowe małej mocy systemu sterowania reakcyjnego (Reaction Control System). W miarę jak wraz z obniżaniem wysokości wzrasta ciśnienie atmosferyczne, powierzchnie sterowe stają się coraz bardziej aktywne, a kiedy są już użyteczne automatycznie zostaje odłączony system sterowania reakcyjnego (RCS).

Aby zużyć nadmiar energii potencjalnej i kinetycznej wynikającej z faktu, że istnieje nadmiar wysokości do drogi jaką należy przebyć, prom wykonuje wiraże raz w jedną, raz w drugą stronę. Serię wiraży wskazuje wahadłowcowi zaprogramowana ścieżka schodzenia w kierunku lądowiska i swoim wyglądem przypomina wydłużoną literę „S”, a operacja ta nazwana jest „esowaniem”.

Przyziemienie

Podejście do lądowania na pas 15 - z północy

Podejście do lądowania na pas 33 - z południa

Przystosowany do powietrznego transportu wahadłowców Boeing 747, należący do NASA, z promem kosmicznym Endeavour na swoim grzbiecie, startuje z Edwards Air Force Base do KSC na Florydzie, na początek drogi wszystkich wahadłowców

Finałowe zbliżanie do pasa lądowania w KSC orbiter wykonuje nad Titusvile – Mims gdzie wykonuje okrąg (wiraż) decydujący o lądowaniu z południa (Pas nr 33) lub z północy (Pas 15). Podczas wykonywania wirażu następuje finałowe wytracenie wysokości i prędkości. Prędkość promu spada poniżej prędkości dźwięku w odległości 40 kilometrów od pasa. Na wysokości około 13 716 metrów orbiter zaczyna manewry, które umożliwią mu przechwycenie ścieżki lądowania, która wyznacza korytarz do pasa. Wybór numeru pasa zależy głównie od kierunku i siły wiatru. Kiedy orbiter zbliży się do lądowiska, dowódca przechodzi na sterowanie ręczne i steruje do najbliższej (spośród dwóch) stacji Heading Alignment Cone (HAC) naprowadzającej na oś pasa do lądowania.

Po wyrównaniu do osi pasa, prom rozpoczyna strome zniżanie z dziobem opuszczonym 19 stopni w stosunku do linii horyzontu. Ścieżka schodzenia do pasa jest siedem razy bardziej pochyła niż ścieżka podejścia samolotu cywilnego. Podczas końcowego zbliżania się promu do pasa prędkość opadania jest 20 razy większa od prędkości opadania przeciętnego samolotu pasażerskiego. W odległości mniejszej niż 600 metrów od pasa pilot podnosi powoli dziób promu i przygotowuje się do przyziemienia. Na 15 sekund przed przyziemieniem opuszczone zostaje podwozie. Kołami podwozia głównego prom przyziemia przy prędkości 346 km/godz. Po dotknięciu pasa przednim kołem zostaje rozwinięty spadochron hamujący.

Proces wejścia do atmosfery i lądowania musi być perfekcyjnie wykonany, ponieważ w wypadku nieudanego podejścia do lądowania drugi krąg nie wchodzi w grę.

W zależności od orbitalnych parametrów misji, ścieżki podejścia promów kosmicznych przy wchodzeniu do atmosfery są bardzo różne. Zwykle wejście w atmosferę odbywa się według dwóch wzorów, czyli niskiego lub wysokiego odchylenia orbity. Wahadłowiec umieszczający na orbicie większość satelitów, zwykle ma orbitę o niskim odchyleniu, natomiast azymut startu 90^o; lokuje to wahadłowiec na orbicie 28,5^o w stosunku do równika.

Bibliografia

• Landing 101 (ang.)
• Landing The Space Shuttle Orbiter. www-pao.ksc.nasa.gov. [zarchiwizowane z tego adresu (2009-06-18)]. (ang.)
• Mission Events Summary. spaceflight.nasa.gov. [zarchiwizowane z tego adresu (2009-12-09)]. (ang.)

Linki zewnętrzne

Filmy serwisu YouTube przedstawiające lądowania wahadłowca:

• z kokpitu wahadłowca 1
• z kokpitu wahadłowca 2
• widok z kokpitu podczas lądowania w nocy (efekt plazmy)
• z ziemi 1
• z ziemi 2
• animacja deorbitacji i wszystkich sekwencji lądowania