Wahadłowiec kosmiczny

Start promu Columbia (lot STS-1)
Wahadłowiec Atlantis (lot STS-27)

Wahadłowiec (ang. space shuttle, pot. prom kosmiczny) – załogowy statek kosmiczny, który może być wykorzystywany wielokrotnie i przystosowany jest do wynoszenia na orbitę okołoziemską i sprowadzania z orbity ludzi i sprzętu[1]. Cechą charakterystyczną wahadłowców jest lądowanie na pasie startowym lotniska, podobnie jak samoloty, stąd używane są w stosunku do nich takie określenia jak samolot kosmiczny, rakietoplan i inne. Wahadłowce mogą natomiast startować wynoszone tradycyjną rakietą nośną lub na pokładzie większego samolotu-nosiciela.

W założeniach prom, dzięki możliwości wielokrotnego wykorzystania, miał umożliwić znaczną redukcję kosztów związanych z wynoszeniem na orbitę ładunków i pasażerów. W praktyce te statki kosmiczne stały się bardzo skomplikowane, a każdy ich lot orbitalny okazywał się niezwykle kosztowny.

Zastosowanie

Wahadłowce używane były m.in. do umieszczania w przestrzeni kosmicznej sztucznych satelitów Ziemi i sond kosmicznych oraz prowadzenia przez kilkuosobową załogę badań naukowych i eksperymentów technicznych na orbicie. Nietypowym zastosowaniem wahadłowca było użycie go dla naprawy i remontu umieszczonego na orbicie teleskopu Hubble’a.

Start i lądowanie

W zależności od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych wahadłowiec był wynoszony w przestrzeń kosmiczną dzięki pracy silników: albo głównie członu orbitalnego oraz wspomagających rakiet dodatkowych na paliwo stałe (odzyskiwanych), albo dzięki ciągowi głównej rakiety nośnej, a po jej odłączeniu – za pomocą silników członu orbitalnego.

Powrót załogowego członu orbitalnego na Ziemię odbywał się przez stopniowe obniżanie jego orbity w wyniku hamującego działania silników, po którym następowało przejście do lotu ślizgowego zakończonego lądowaniem na specjalnym pasie lądowiska kosmodromu. Taki sposób powrotu orbitera na Ziemię wymagał m.in. zabezpieczenia kadłuba statku płytkami ceramicznymi chroniącymi kadłub statku przed przegrzaniem podczas wchodzenia w coraz gęstsze warstwy atmosfery. Wyhamowanie statku po wylądowaniu na pasie do lądowania odbywało się przy pomocy spadochronu.

Historia wahadłowców

Samoloty kosmiczne (od lewej): X-15, STS, Buran, SS1, X-37B

Do czynnej służby trafiły jedynie trzy typy promów – amerykańskie Space Shuttle w ramach programu Space Transportation System (STS) i wojskowe bezzałogowe X-37B, oraz radzieckie promy programu Buran.

Pierwszym w historii astronautyki wahadłowcem był amerykański statek kosmiczny Columbia (pierwszy lot 12–14 kwietnia 1981), następnie zostały wprowadzone do eksploatacji amerykańskie wahadłowce: Challenger (uległ katastrofie 28 stycznia 1986), Discovery, Atlantis i Endeavour. Loty wahadłowców wznowiono w lipcu 2005 (STS-114) po przerwie spowodowanej katastrofą Columbii w 2003 (STS-107).

Promy radzieckie wykonały zaledwie jeden lot przed zawieszeniem, a następnie zakończeniem programu ich budowy. 15 listopada 1988 odbył swój inauguracyjny (bezzałogowy) i jedyny lot kosmiczny po orbicie okołoziemskiej radziecki wahadłowiec Buran, wyniesiony w przestrzeń kosmiczną przez rakietę nośną Energia.

Amerykańska agencja NASA korzystała z promów kosmicznych do 2011. Ich głównym zadaniem było w ostatnich latach dostarczanie załóg, zaopatrzenia i elementów konstrukcyjnych Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Do tego celu ma być wykorzystany w przyszłości statek Orion lub podobne konstrukcje firmy Boeing lub SpaceX, które jednak nie mają charakteru samolotu kosmicznego i lądować mają na spadochronach jak statki Apollo lub Sojuz.

Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych wykorzystują dwa egzemplarze bezzałogowego niewielkiego wahadłowca X-37B wyprodukowanego przez przedsiębiorstwo Boeing. Są one przystosowane do wielomiesięcznej pracy na orbicie. Od 2010 odbyły się cztery wielomiesięczne loty tych statków. 9 września 2017 X-37B znalazł się piąty raz na orbicie. Po raz pierwszy wyniosła go rakieta Falcon 9 należąca do prywatnej firmy SpaceX.

W kilku krajach (m.in. w Chińskiej Republice Ludowej, Indiach) trwają prace nad projektami nowych samolotów kosmicznych.

Wykaz wahadłowców, które odbyły loty w kosmos lub odbędą taki lot w ciągu kilku lat:

TypProducentLiczba egzemplarzy w kosmosieW latachLiczba startówMasa własna (t)Udźwig na LEO (t)ZałogaSposób startu
Orbiter STSRockwell International dla NASA51981–201113573,229,52–8Własny napęd z zewnętrznym zbiornikiem paliwa ET i wspomagającymi silnikami bocznymi SRB
BuranCAGI (na zlecenie państwowe)11988162,030,0wersja bezzałogowaRakieta Energia
X-37BBoeing dla USAF2od 20105??0Rakieta Atlas V i Falcon 9
Dream ChaserSierra Nevada Corporationod 2024??1–7Rakieta Atlas V i Ariane 5

Budowane są również samoloty kosmiczne będące mniejszymi wahadłowcami, zdolnymi do lotów suborbitalnych. Pierwszym takim samolotem był amerykański eksperymentalny X-15, który w 1963 dwukrotnie przekroczył wysokość 100 km (umowną granicę kosmosu). Wiele lat później przedsiębiorstwo Scaled Composites zbudowało eksperymentalny samolot rakietowy SpaceShipOne (SS1) wynoszony samolotem WhiteKnightOne (WK1), który w 2004 wygrał konkurs Ansari X PRIZE trzykrotnie wznosząc się powyżej 100 km. Budowane są obecnie suborbitalne samoloty rakietowe z przeznaczeniem do turystyki kosmicznej: zestaw SpaceShipTwo/WhiteKnightTwo (SS2/WK2) oraz XCOR Lynx.

Różnice między Buranem a orbiterami NASA

Radziecki wahadłowiec Buran wyglądał łudząco podobnie do amerykańskich, jednak użyte w nim rozwiązania technologiczne były odmienne

Jakkolwiek zewnętrznie obie konstrukcje wydają się bliźniaczo podobne, założenia projektowe są zupełnie odmienne. Amerykańska wersja wahadłowca składa się z orbitera wyposażonego w trzy potężne silniki, napędzane mieszanką wodoru i tlenu oraz przymocowanego doń zewnętrznego zbiornika paliwa ET z wodorem i tlenem. Dodatkową moc potrzebną w pierwszej fazie startu zapewniały dwie rakiety SRB na paliwo stałe, przymocowane po obu stronach zbiornika z paliwem. Poza zbiornikiem zewnętrznym reszta elementów była odzyskiwana i mogła być użyta ponownie. W radzieckiej wersji główna jednostka napędowa została przeniesiona poza płatowiec. Do jego wyniesienia służyła zwykła jednorazowa rakieta Energia. Odzyskiwany miał być jedynie płatowiec (bez silników), czyli zaliczanie tego systemu do systemów wielokrotnego wykorzystania jest wątpliwe.

Energia była największą radziecką rakietą. Była napędzana paliwem płynnym, co umożliwiało regulację ciągu (rakiety pomocnicze amerykańskich wahadłowców nie mogą zostać wyłączone po ich uruchomieniu). Rakieta Energia mogła wynosić dowolny ładunek, nie tylko wahadłowiec, przez co jej ogromny udźwig mógł być wykorzystany do innych celów. Możliwości te zademonstrowała w misji wyniesienia satelity bojowego Polus. W konfiguracji Energia/Buran całkowity udźwig na niską orbitę okołoziemską wynosił 30 ton. Dla porównania udźwig Space Shuttle na niską orbitę (około 250 km) to 29 ton, po katastrofie Challengera ograniczony do 25 ton.

Wahadłowiec Buran miał możliwość odbywania całkowicie automatycznych lotów kosmicznych i katapultowania foteli załogi. Jednak atuty tego promu i rakiety nośnej nie zostały wykorzystane, ze względu na zakończenie programu po rozpadzie ZSRR. Trudno z jednego udanego lotu (bez ładunku) wnioskować o wartości radzieckiego systemu. Energia była wykorzystana jedynie dwa razy.

Promy kosmiczne

 Stany Zjednoczone

 ZSRR

  • Buran
    • OK-GLI – testowy, do lotów atmosferycznych.
    • Buran 1.01 – jedyny egzemplarz, który wykonał lot orbitalny w 1988. Zniszczony w katastrofie hangaru.
    • Buran 1.02 (Pticzka) – ukończony w 97%.
    • 2.01 – ukończony w 50%.
    • 2.02 – częściowo rozmontowany.
    • 2.03 – całkowicie rozmontowany.

Projekty niezrealizowane

Planowane

Zobacz też

Przypisy

  1. wahadłowiec, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2022-03-08].

Linki zewnętrzne

Media użyte na tej stronie

Shuttle Patch.svg
SVG version of PNG Space Shuttle Logo/Patch.
Space Shuttle Columbia launching.jpg
Start wahadłowca Columbia ze stanowiska 39A rozpoczynający misję STS-1 w dniu 12 kwietnia 1981 roku, kilka sekund po godzinie 7. Astronauci John Young i Robert Crippen zostali wyniesieni na orbitę Ziemi w celu odbycia zaplanowanej na 54 godziny misji, która zakończyła się lądowaniem bez użycia silników w bazie Edwards w Kaliforni.
Atlantis taking off on STS-27.jpg
Space Shuttle Atlantis takes flight on its STS-27 mission on December 2, 1988, 9:30 a.m. EST, utilizing 375,000 pounds thrust produced by its three main engines. The STS-27 was the third classified mission dedicated to the Department of Defense (DoD). After completion of mission, Orbiter Atlantis landed December 6, 1988, 3:36 p.m. PST at Edwards Air Force Base, California.
Buran on An-225 (Le Bourget 1989) (cropped).JPEG
Visitors at the 38th Paris International Air and Space Show at Le Bourget Airfield line up to tour a Soviet An-225 Mechta aircraft that is carrying the Space Shuttle Buran on its back.
World's First Five Spaceplanes.PNG
Autor: Kelvin Case z angielskiej Wikipedii, Licencja: CC BY-SA 2.5
'World's First Five Spaceplanes'. The world's first five spaceplanes flew within the first 50 years of human spaceflight. North American X-15 reached space in 1962/1963 (USAF/FAI Kármán line classifications). Space Shuttle and Buran reached space in 1980s. SpaceShipOne in 2004, piloted by world's first commercial astronaut. Boeing X-37 flew in 2010. Both X-15 and SpaceShipOne ascend horizontally from a mother ship. Both Buran and X-37 spaceflights were uncrewed. X-37 launches atop Centaur and Atlas V rockets.

This image was personally created by myself. Kelvin Case publicly licenses all personally created portions of this image under the Creative Commons license. Some portions of this image are derived of images produced by U.S. government sources, specifically from the following image files: File:Atlas EELV family.png, File:Boeing X-37B inside payload fairing before launch.jpg, File:Centaur upper stage of Atlas V rocket.jpg, File:Roundel of the USAF.svg, File:Size Comparison.png, File:X-15.jpg, File:X-15 three view diagram .png, SpaceShipOne image posted at NASA http://www.nasa.gov/multimedia/nasatv/SpaceShipOne.html. Additionally, other image sources were reviewed during the creation of this image. Reference images reviewed in addition to those images listed above are as follows: