شاتل فضايي، يك سامانه حمل و نقل فضايي سرنشين‌دار، قابل بازگشت و قابل استفاده مجدد است. امروزه ايالات متحده از اين وسيله براي حمل فضانوردان، ماهواره‌ها، ايستگاه‌هاي فضايي و مواد و تجهيزات مورد نياز ايستگاه‌هاي فضايي استفاده مي‌كند. «شاتل» در زبان انگليسي به معناي رفت وآمدكننده است.

تصوير 1- شاتل فضايي در آستانه پرتاب از پايگاه

تصوير 2- شاتل فضايي در حين پرتاب

تصوير 3- شاتل فضايي در حين پرتاب

تصوير 4- شاهدان عيني پرتاب شاتل فضايي

روس‌ها اگرچه پيشگامان عرصه فضا بودند، اما هرگز ايده استفاده از يك وسيله قابل بازگشت و استفاده مجدد را نپذيرفتند و آن را اقتصادي و بهينه نمي‌دانستند. البته آنها هم يك وسيله قابل استفاده مجدد موسوم به [بوران] را توليد كردند كه بسيار شبيه به شاتل فضايي آمريكايي‌ها بود، اما هرگز به مرحله عملياتي شدن نرسيد. (تصوير 5)

تصوير 5- فضاپيماي بوران روسيه كه توسعه آن در سال 1993 متوقف شد.

در اولين دهه از آغاز عصر فضا و حتي قبل از آن، طراحي و ساخت وسيله‌اي كه بتواند مانند هواپيما پرواز كرده، به فضا برود، بازگردد و مجدداً مورد استفاده قرار گيرد ذهن بسياري از متخصصان را به خود مشغول كرده بود [2]. ايده به نظر خيلي ساده مي‌آمد و عمده مزيت اين طرح، كاهش چشمگير هزينه‌ها بود [2]. مسلماً استفاده مجدد از يك وسيله مي‌تواند به كم كردن هزينه‌ها بيانجامد. در دهه 60، مطالعات اوليه بر روي اين ايده، ناسا را به اين نتيجه رساند كه طرح بايد حول يك وسيله شبيه هواپيما با [بدنه برآزا] دنبال شود [2] (تصوير 6). پس از تكميل طرح اوليه، [ريچارد نيكسون]، رئيس جمهور وقت ايالات متحده، در پنجم ژانويه 1972 با امضاي سندي، رسماً موافقت خود را با آغاز اين پروژه ملي اعلام كرد [3].

 

 

تصوير 6- مدل شاتل در تونل باد

 

طراحان و مهندسان در طراحي مفهومي اين پروژه به اين نتيجه رسيدند كه قسمت رفت و برگشتي اين سامانه (يا همان شاتل در تصور عموم) بايد شبيه هواپيمايي با بال دلتا و بدنه نسبتاً پهن باشد كه قابليت حمل فضانورد و انواع محموله‌ها و همچنين پهلوگيري در فضا را داشته باشد [2]. همچنين دو موتور راكتي پيشران جامد بايد به عنوان بوستر در اولين مرحله پرتاب جهت تامين بيشتر نيروي پيشران ايفاي نقش كنند. اين دو موتور پس از خاموشي و سقوط در دريا قابل استفاده مجدد خواهند بود. تنها قسمت يكبار مصرف اين سامانه، تانك پيشران مايع بزرگي است كه وظيفه تأمين سوخت و اكسيدكننده مايع را براي موتورهاي راكتي شاتل در مراحل بالايي پرواز بر عهده دارد [2].

شركت راكول اينترنشنال كه در آن زمان [شركت راكول آمريكاي شمالي] نام داشت، طي قراردادي شش ساله، به عنوان پيمانكار اصلي براي ساخت بخش مدارگرد بازگشتي انتخاب شد. ساخت موتور پيشران مايع اصلي نيز كه در قسمت عقب همين مدارگرد تعبيه مي‌شد به يكي از زيرمجموعه‌هاي همين شركت، [راكت‌داين]، واگذار شد. ساخت بوسترهاي پيشران جامد نيز به طور مشترك  به شركت‌هاي [تيوكول كِميكال]، [مك‌دانل داگلاس] و [يونايتد اسپيس بوسترز] واگذار  شد. تيوكول طراحي و ساخت پيشران جامد را بر عهده داشت، مك‌دانل داگلاس موظف به توسعه سازه بوسترها بود و تست و مونتاژ هم بر عهده يونايتد اسپيس بود [3].

اولين پرواز آزمايشي شاتل فضايي، كه [انترپرايز] نام داشت، بر دوش يك هواپيماي بهينه‌سازي شده بوئينگ747، در اوت 1977 و در [مركز پروازهاي فضايي مارشال] انجام پذيرفت. شاتل در ارتفاع 23000 پايي زمين (حدود 7 كيلومتري) از هواپيماي بوئينگ رها شد و با موفقيت در باند مركز فرود آمد. ديگر آزمايش‌هاي پروازي نيز در همين مركز پيگيري شد [2] (تصوير 7).

 

 

تصوير 7- شاتل انترپرايز بر دوش هواپيماي 747 ناسا

 

 

[شاتل فضايي كلمبيا] اولين پرواز فضايي آزمايشي اين سامانه  را در 12 آوريل 1981، درست 20 سال بعد از سفر يوري گاگارين به فضا، به نمايش گذاشت. اين پرواز 54 ساعته كاملاً موفقيت‌آميز، حامل دو فضانورد به نام‌هاي [جان يانگ] و [رابرت كريپن] بود ( تصاوير 8 و 9). اين پرواز كه به اُاِف‌تي1 مشهور بود، اولين پرواز فضايي بشر بود كه طي آن فضاپيما به زمين بازمي‌گشت و مانند يك هواپيما بر روي باند مي‌نشست [2].

 

 

تصوير 8- اولين سرنشينان شاتل: جان يانگ و رابرت كريپن

 

 

تصوير 9- جان يانگ و رابرت كريپن در كابين شاتل

 

ناسا هر پرواز فضايي شاتل را با يك كد نشان مي‌دهد. در چهار ماموريت اول از اختصار [اُاِف‌تي] به معناي آزمايش پرواز مداري استفاده مي‌شد. بعداً با نامگذاري اين وسيله با عنوان سامانه حمل و نقل فضايي، از اختصار اس‌تي‌اس به جاي اُاِف‌تي استفاده مي‌شد [2]. اين روش كدگذاري تا سال 1983 (اس‌تي‌اس9) ادامه داشت. از آن به بعد، كد مشخصه هر عمليات فضايي شاتل يك اختصار سه مولفه‌اي بود. اولين مولفه عددي بود كه به سال پرتاب اشاره داشت. دومين مولفه پايگاه فضايي مورد استفاده در پرتاب را نشان مي‌داد (عدد 1 براي پايگاه كيپ كاناورال و 2 براي پايگاه [واندنبرگ]) و مولفه سوم كه يك حرف الفباي انگليسي بود، بيانگر چندمين پرتابي بود كه در آن سال و از آن پايگاه انجام مي‌شد. به عنوان نمونه، 41-B، يعني دومين پرتاب (B) از پايگاه فضايي كيپ كاناورال (1)، در سال 1984 (4) [2]. البته بايد توجه داشت كه هنوز هم در بسياري از مراجع كدگذاري اس‌تي‌اس رايج است.

پرواز اس‌تي‌اس4 در ژوئن 1982، آخرين پرواز فضايي آزمايشي شاتل بود كه با موفقيت انجام شد. شاتل در اين پرواز براي اولين بار يك محموله نظامي را حمل مي‌كرد. البته اين پرواز محموله‌هاي آزمايشي ديگري هم داشت. صحت عملكرد بسيار عالي و بيش از حد انتظار [بازوي جايگذاري از دور] كه توسط كانادايي‌ها ساخته شده بود نيز در همين پرواز به اثبات رسيد [2]. اين بازو كه 16 متر طول و 38 سانتي‌متر قطر دارد، مي‌تواند قطعات فضايي به جرم حداكثر 30 تن را در فضا گرفته و جابجا نمايد [4].

تصوير 10- سالي رايد، اولين زن فضانورد امريكايي در شاتل

شاتل فضايي بسيار خوب عمل مي‌كرد و به مظهري از قدرت فناوري تبديل شده بود. در هر پرواز شاتل، ركوردهاي تازه‌اي ثبت مي‌شد. اولين زن فضانورد آمريكايي، [سالي رايد] و اولين سياه‌پوست فضانورد، [گويون بلوفورد]، با شاتل به فضا رفتند ( تصاوير 10 و 11).   شاتل براي اولين بار ماهواره‌هايي را در مدار تعمير كرد و حتي برخي از آنها را براي تعميرات اساسي و استفاده مجدد به زمين آورد. تعميرات تلسكوپ فضايي هابل، يكي از ماموريت‌هاي معمول شاتل فضايي است [2].   ناسا در يك همكاري بين‌المللي با آژانس فضايي اروپا، آزمايشگاه علمي-تحقيقاتي فضايي [اسپيس لب] را در 1983 و طي پرواز اس‌تي‌اس9، در داخل شاتل به فضا برد (تصوير 12).

تصوير 11- گويون بلوفورد، اولين سياه‌پوست فضانورد در شاتل

تصوير 12- ايستگاه فضايي اسپيس‌لب در داخل شاتل فضايي

ناسا با سرعت هرچه تمام‌تر به پروازهاي شاتل ادامه مي‌داد تا اينكه در 28 ژانويه 1986، وقوع يك فاجعه، جهان را شوكه كرد. شاتل فضايي چلنجر در پرواز 51-L، درست 73 ثانيه پس از پرتاب و در حالي كه حدود 9 مايل در جهت عمودي و 7 مايل در جهت افق به پيش رفته بود، ناگهان در هوا منفجر شد و هر 7 فضانورد آن كشته شدند (تصاوير 13 و  14). علت اين حادثه چند ماه بعد معلوم شد: به وجود آمدن نقص در يكي از عايق‌هاي حرارتي يكي از بوسترهاي پيشران جامد. ناسا بعد از اين سانحه كليه عمليات‌هاي فضايي سرنشين‌دار خود را به مدت دو سال تعطيل كرد [2].

 

تصوير 13- حادثه انفجار شاتل چلنجر

تصوير 14- فضانوردان كشته‌شده در سانحه چلنجر

 

مديران و مهندسان ناسا به تجديد نظر و بازنگري شاتل پرداختند و بسياري از طراحي‌ها و نقشه‌ها را عوض كردند. انتقادات بسيار فراواني به اين وسيله و نحوه اداره عمليات آن وارد شد ( به‌وي‍ژه به نحوه عمليات شاتل چلنجر كه با چهار بار به تاخير افتادن پرتاب، روزهاي متمادي بر روي سكوي پرتاب ماند) اما اراده ايالات متحده به ادامه كار اين وسيله بعد از رفع نقايص استوار بود. از طرفي ايالات متحده قراردادي را براي ايجاد يك ايستگاه فضايي عظيم امضا كرده بود كه وجود شاتل مي‌توانست كمك زيادي به انجام آن بكند. سرانجام در 29 سپتامبر 1988، شاتل ديسكاوري پروازي را با موفقيت به انجام رساند و اين وسيله دوباره به عمليات بازگشت، اما اين‌بار نه براي خدمات‌رساني به ماهواره‌ها، بلكه براي ايفاي نقش در پيشبرد پروژه ايستگاه فضايي بين‌المللي [3] (تصوير 15).

 

 

تصوير 15- شاتل فضايي در حال نزديك شدن به ايستگاه فضايي بين‌المللي

 

تصوير 16- حادثه انفجار شاتل كلمبيا

تصوير 17- فضانوردان كشته‌شده در سانحه كلمبيا

همان‌طور كه پيشتر نيز اشاره شد، شاتل فضايي يا سامانه حمل و نقل فضايي از سه قسمت اصلي تشكيل شده است:

• [وسيله مدارگرد (اُوي)] (بخش اصلي)
• [بوسترهاي پيشران جامد (اس‌آربي)] (موتورهاي راكتي جامد)
• [مخزن پيشران خارجي (ئي‌تي)] (مخزن خارجي)

مدارگرد، كه گاهي به تنهايي شاتل فضايي خوانده مي شود، همان وسيله هواپيماشكلي است كه به زمين بازمي‌گردد و فرود مي‌آيد. بوسترهاي پيشران جامد پس از فاز اوليه پرتاب جدا شده و در دريا سقوط مي‌كنند تا دوباره مورد استفاده قرار گيرند. مخزن پيشران خارجي هم كه معمولاً در تصاوير با رنگ نارنجي مشخص است، پس از فاز نهايي پرتاب از مدارگرد جدا شده و در جو متلاشي مي‌شود. شاتل فضايي قادر است تا محموله 24400 كيلوگرمي را تا مدار 204 كيلومتري حمل كند. اگر محموله براي ايستگاه فضايي بين‌المللي باشد كه در ارتفاع حدود 400 كيلومتري قرار دارد، اين قابليت حمل به 12500 كيلوگرم كاهش مي‌يابد [5]. براي مدار انتقالي زمين‌ثابت، قابليت حمل محموله به 3810 كيلوگرم مي‌رسد [1]. اين آمار براي شاتل‌هاي بعد از سانحه چلنجرارائه شده است. تا قبل از چلنجر، قابليت حمل محموله حدود 15 درصد بيشتر بود كه بعد از آن در جهت افزايش ايمني عمليات‌ها اين قابليت حمل كاهش يافت [5]. البته مدارگردهاي مختلف به لحاظ وزني مقدار اندكي با هم متفاوتند كه اين مساله مي‌تواند روي قابليت حمل محموله موثر باشد. همچنين در طول بيش از دو دهه برنامه شاتل فضايي، وزن قسمت‌هايي از اين وسيله مانند مخزن خارجي نيز چند بار كم شده است، كه اين مساله هم بر روي توانايي شاتل در حمل محموله موثر بوده است.