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 przestrzeni kosmicznej
AkcjaCzas do pasaWysokośćPrędkośćOdległość do pasa
Deorbitacja60 minut282 km26 498 km/godz20 865 km
Wejście do atmosfery31 minut122 km25 898 km/godz9500 km
W obłoku plazmy20 minut70 km24 200 km/godz2 856 km
Powrót łączności radiowej12 minut55 km13 317 km/godz885 km
Początek rejonu kontroli lotniskowej5,5 minuty25 km2 735 km/godz96 km
Podejście do lądowania86 sekund3 048 metrów682 km/godz12 km
Hamulce aerodynamiczne - położenie 132 sekundy533 metry565 km/godz3,2 km
Hamulce aerodynamiczne - położenie 217 sekund41 metrów496 km/godz1 079 metrów
Opuszczenie podwozia14 sekund27 metrów430 km/godz335 metrów
Przyziemienie głównym podwoziem0 sekund0 metrów346 km/godz0 metrów

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 90o; lokuje to wahadłowiec na orbicie 28,5o w stosunku do równika.

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Filmy serwisu YouTube przedstawiające lądowania wahadłowca:

Media użyte na tej stronie

NASA Space Shuttle Atlantis landing (STS-110) (19 April 2002).jpg
The Space Shuttle Atlantis heads for touchdown on the runway at the Kennedy Space Center landing facility to complete a nearly 11-day journey. Astronaut Michael J. Bloomfield, mission commander, eased Atlantis to a textbook landing on runway 3-3 at the Florida spaceport at 12:27 p.m. (EDT), April 19, 2002, under clear skies and light winds. The landing completed a 4.5-million-mile mission that saw successful delivery and installation of the centerpiece of the International Space Station's main truss and the inaugural run of the first space railcar, the Mobile Transporter.
407227main sts129 ksc171 long.png
Ścieżka na ziemi deorbitującego promu kosmicznego
Shuttle Patch.svg
SVG version of PNG Space Shuttle Logo/Patch.
Shuttle Landing Facility.jpg
This aerial photo of the runway at the KSC Shuttle Landing Facility looks northwest. Longer and wider than most commercial runways, it is about 15,000 feet long, with 1,000-foot paved overruns on each end, and 300 feet wide, with 50-foot asphalt shoulders. The runway is used by military and civilian cargo carriers, astronauts’ T-38 trainers, Shuttle Training Aircraft and helicopters, as well as the Space Shuttle. At center right is the parking apron with the orbiter mate/demate tower. The tow-way stretches from the runway to the right, passing the hangar and storage facilities. A grassy area next to the mid-point of the runway is where the new control tower is located.
407231main sts129 ksc172 close.png
Zdjęcie wskaźnika radiolokacyjnego w czasie lądowania wahadłowca
Shuttle Carrier Aircraft and Endeavour.jpg
Należący do NASA zmodyfikowany Boeing 747, nosiciel wachadłowców z promem kosmicznym Endeavour na grzbiecie, startuje z bazy Edwards Air Force, aby przebyć powrotną trasę do początku drogi wszystkich promów kosmicznych, do Centrum Przestrzeni Kosmicznej Kennedego na Florydzie
Run way 15 2009-12-11 222225.jpg
Ścieżka lądowania wahadłowca do pasa 15 - z północy .
407229main sts129 ksc171 mid.png
Scieżka na ziemi deorbitującego promu kosmicznego (fragment)