2011 vasario 25 dieną į paskutinį skrydį pakilo daugiausiai kartų startavęs daugkartinio naudojimo erdvėlaivis „Discovery“. Šis skrydis paskutinis erdvėlaivių programoje, tačiau ar žinote, kaip erdvėlaiviai atsirado? Pateikiame trumpą Space.com erdvėlaivių atsiradimo istorijos apžvalgą.
2011 vasario 25 dieną į paskutinį skrydį pakilo daugiausiai kartų startavęs daugkartinio naudojimo erdvėlaivis „Discovery“. Šis skrydis paskutinis erdvėlaivių programoje, tačiau ar žinote, kaip erdvėlaiviai atsirado? Pateikiame trumpą Space.com erdvėlaivių atsiradimo istorijos apžvalgą.
Maždaug 80 km į šiaurės rytus nuo Los Andželo, ant pačio didžiosios Amerikos dykumos pakraščio, snaudžia mažas Rozamondo (Rosamond) miestelis. Šioje vietoje plyti begalinės smėlio lygumos, kur ne kur išmargintos išdžiūvusių medžių kamienais, tačiau net ir čia galima rasti ežerų: sausuosius Rosamodo (Rosamond) ir Rodžerso (Rodgers) ežerus. Vanduo šiuose ežeruose būna tik kelis mėnesius, Saulė labai greitai išgarina vandenį, išdžiovina purvą ir palieka kietus ir lygius kaip stiklas paviršius. Gamta čia sukūrė didžiausius ir geriausius nusileidimo bei pakilimo takus, kur kiekvienais metais nuo pat Antrojo pasaulinio karo pabaigos JAV karinės oro pajėgos čia testavo naujausius reaktyvinius ir raketinius lėktuvus, kurie buvo NASA kosminių erdvėlaivių programos pirmtakai.
Pirmasis krikštas šiems bandymų poligonams suteiktas 1947 m. spalio 14 d., kuomet Čarlzas E. Jeigeris (Charles E. Yeager), pravarde Čakas (Chuck) tapo pirmuoju žmogumi, skridusiu greičiau už garsą. Šio pasiekimo dėka, karinių oro pajėgų bazė pavadinta Edvardso vardu, o raketinis lėktuvas „Bell X-1“, kuriuo įveiktas garso barjeras, tapo X serijos raketinių lėktuvų pirmtaku.
Čarlzas E. Jeigeris
1960 m. žinomiausias šios serijos lėktuvas X-15 nustatė naujus greičio ir aukščio rekordus. Šis lėktuvas per plauką nepakilo į kosmosą, buvo planų šį ultragarsinį lėktuvą uždėti ant raketos viršaus ir iškelti į kosmosą, tačiau planai taip ir liko planais. Nepaisant to, labai daug dalykų, išmoktų konstruojant X-15 buvo pritaikyta ir kosminiams erdvėlaiviams. X-15 pasiekė kosmoso pakraštį ir sugrįžo į Žemė su duomenimis, būtinais ateities ultragarsinių skraidyklių, ypač tu, kurios turės pakilti į kosmosą ir sugrįžti atgal į atmosferą, vystymui. Iki šiol lėktuvo X-15 nustatytas greitis nesumuštas. Tai buvo greičiausias pilotuojamas raketinis lėktuvas. Kosmoso tyrimų pradžioje oro pajėgos ir NASA nustatė kosmoso pakraščio ribą – 80,47 km. Pilotai, kurie skraidė aukščiau šios ribos, gaudavo astronauto vardą. Per visą X-15 programą iš viso 8 pilotai tapo astronautais.
Edvardso karinių oro pajėgų bazėje buvo vystomas ir kitas skraidyklių tipas – keliančio korpuso skraidyklės, kurios papildė ir pratęsė X-15 programą. Šios skraidyklės buvo skirtos spragos tarp konvencinių sparnuotų skraidyklių (įskaitant ir X-15) ir kosminių programų „Mercury“, „Gemini“ ir „Apollo“ balistinių kapsulių užpildymui. Pastarosios programos buvo sukurtos tam, kad amerikiečiai pasivytų Sovietų sąjungą kosminėse lenktynėse, juk sovietai pirmi į orbitą paleido dirbtinį Žemės palydovą, šunį, tai kodėl negalėtų paleisti ir atominio ginklo? Todėl amerikiečiai nutarė nutraukti nusisekusią X-15 programą, kuri turėjo pasibaigti sparnuotu kosminiu lėktuvu. Vietoj to pasirinktos modifikuotos balistinės raketos tam, kad kapsulėje į orbitą iškeltų iš pradžių vieną žmogų („Mercury“ programa), o vėliau ir kelis žmones („Gemini“ ir „Apollo“ programos). Kapsulės buvo greitas ir primityvus būdas iškelti žmogų į orbitą. Dėl tokio pasirinkimo sustabdytos daug vilčių teikiančios programos, tačiau jis atsipirko 1969 liepos 20, kuomet Neilas Armstrongas (Neil Armstrong) ir Bazas Aldrinas (Buzz Aldrin) išsilaipino Mėnulyje.
Kol vyko minėtos programos, sugrįžti į Žemę sugebančios skraidyklės vystymo darbai visiškai nesustojo, tačiau atsirėmė į daugybę inžinerinių problemų, tarp kurių svarbiausia buvo sparnai, kurie daugkartinio panaudojimo skraidyklėje buvo patys svarbiausi taškai perkaitimo ir struktūrinio stabilumo kontekste, ypač pradiniu paleidimo momentu ir kurie buvo gyvybiškai svarbus tam, kad skraidyklė galėtų stabiliai sklęsti per ilgą įėjimo į atmosferą ir nusileidimo laiką. Per visą sugrįžimo į Žemę procesą, skraidyklės sparnai turi iškęsti labai didelius ir ekstremalius temperatūrinius ir dinaminius pokyčius.
1950 metais vokiečių inžinieriaus Vernerio fon Brauno (Wernher von Braun) pasiūlyta daugkartinio naudojimo erdvėlaivio kaip raketos su sparnais idėja (2 paveiksle matome 1952 m. „Collier’s“ žurnalo viršelį, kuriame pavaizduota fon Brauno daugkartinio naudojimo erdvėlaivio koncepcija) netiko, todėl apsistota prie hibridinės sparnuotos su keliančiu korpusu skraidyklės varianto.
Dabartinis kosminis erdvėlaivis iš tikrųjų yra modifikuota Eugeno Sangero (Eugen Sanger) ir jo žmonos Irenos Sanger-Bredt (Irene Sanger-Bredt) skraidyklės versija. Šie žmonės pirmieji sugalvojo ir 1930 m. pristatė skraidyklės su plokščiu dugnu, pusiau skliautiniu korpusu su dviem sparnais variantą, kurį vadino „Silbervogel“ kosminio transportavimo sistema. Dabartinis erdvėlaivis skiriasi nuo šio projekto daug kruopštesniu ir tobulesniu korpuso ir sparno susiliejimu ir didelių delta sparno panaudojimu priešingai nei konvenciniai tiesūs sparnai ir uodega, kaip kad siūlė Sangeriai.
1960 metais NASA pradėjo eksperimentuoti su keliančio korpuso skraidyklėmis, kurių koncepcija pristatyta 1950-aisiais. Keliančio kūno skraidyklė yra toks aparatas, kuris į viršų kyla dėka savo fiuzelažo formos. Ši forma visiškai priešinga konvencinei plono ir plokščio sparno formai, t. y. ši skraidyklė skrenda ne sparnų, o savo korpuso, kuris absoliučiai skiriasi nuo sparno formos, dėka. NASA naudojo H. Džuliano Aleno (H. Julian Allen) pristatytą buko korpuso principą: įeidamas į atmosferą bukas korpusas sukuria smūginę bangą, kuri su savimi nusineša net 90 procentų sugeneruoto karčio.
Keliančio korpuso skraidyklė naudojasi šiuo principu tam, kad išgyventų įėjimą į atmosferą, tačiau jos fiuzelažas modifikuotas taip, kad skraidyklė generuotų kėlimo jėgą ir galėtų skristi atmosferoje užuot kritusi kaip kapsulė. Toks hibridinis sprendimas optimizuoja visas skrydžio fazes – subgarsinę, viršgarsinę ir ultragarsinę, įskaitant ir erdvėlaivio įėjimą į orbitą. Tikras kosminis laivas turi gerai pasirodyti visose šitose fazėse.
Keliančio korpuso skraidyklių tyrimai buvo vykdomi NASA Drydeno (Dryden) skrydžių tyrimo centre, įkurtame Edvardso bazėje. Tyrimui vadovavo inžinierius Deilas Rydas (Deil Reed), kuris sukūrė pirmą veikiantį skraidyklės modelį, pavadinta NASA M2-F1, dar kitaip vadinamą – skraidanti vonia. Tai buvo bevariklis medinis modelis, kurio skrydžio charakteristikos buvo bandomos modifikuotu automobiliu Pontiac Catalina tampant modelį virve išdžiūvusiais Edvardso bazės ežerais.
M2-F1 – skraidanti vonia
1966 m. NASA pradėjo bandymus su sunkesnėmis raketomis varomomis keliančio korpuso skraidyklėmis, kurios startuodavo nuo Dryden NB-52B lėktuvo. Visos jos naudojo XLR-11 tipo raketinius variklius, kuriuo naudodamasis Jiegeris atliko savo įžymųjį skrydį. HL-10 (2 pav., skraidyklė ir pilotai, NASA), oro pajėgų X-24A ir X-24B – tai tik trys iš daugelio sukurtų keistų keliančio korpuso skraidyklių.
NB-52B lėktuvo skrydis virš HL-10
Šie skaitlingi bandymai buvo gyvybiškai svarbūs. X skraidyklių istorijos specialistas daktaras Ričardas Halionas (Richard Hallion) sako, kad šie bandymai suteikė kritinės informacijos apie tai, kaip pilotai gali dirbti ties kosmoso riba (X-1, X-2 ir D-558-2 skraidyklės), užatmosferinėje aplinkoje (X-15), taip pat tirta, kokie pilotavimo iššūkiai gali kilti stengiantis nuleisti tokią skraidyklę ant Žemės (X-15, M2F-2/3, HL-10, X-24A/B) bei kokios problemos iškyla skrydžių valdyme ir pačiame raketiniame skraidymo aparate.
1969 m. „Apollo“ programos įkarštyje, NASA patvirtino erdvėlaivio programą. Du NASA centrai – Maršalo Huntsvilyje (Marshall, Huntsville) ir Džonsono kosmoso centras Hiustone (Johnson Space Center, Houston) koordinavo erdvėlaivio konstrukciją Rokvele (Rockwell), Kalifornijoje.
Erdvėlaivis susidėjo iš keturių pagrindinių posistemių: kieto kuro raketų, išorinės kuro talpyklos, pagrindinių variklių ir skraidyklės. Maršalo centras kontroliavo pirmų trijų komponentų konstrukciją, o Hiustono centras – skraidyklės. Pagrindinis numatomas erdvėlaivio tikslas buvo didelės civilinės kosminės stoties, kurią norėta pastatyti kažkur apie 1980-uosius, aptarnavimas. Tačiau jau 1960-ųjų pabaigoje buvo sukurta karinė Pilotuojama orbitinė laboratorija, POL (angl., the Manned Orbiting Laboratory (MOL)). 14 karo pilotų buvo treniruojama skraidyti pirmyn ir atgal iš POL, tarp kurių buvo Jūrų laivyno aviatorius, Edvardso bazės pilotas-bandytojas Bobas Kripenas (Bob Crippen).
1967 m. Kripenas ir kiti kandidatai į astronautus po „Apollo“ programos pabaigos turėjo rinktis tarp NASA ir Gynybos departamento. Kadangi NASA ateitis pasibaigus „Apollo“ programai atrodė miglota (erdvėlaivio programai žalia šviesa uždegta tik 1972), Kripenas nutarė dirbti Gynybos departamente POL programoje, tačiau 1969 m. birželio 10, likus tik mėnesiui iki Armstrongo ir Aldrino nusileidimo Mėnulyje, POL programa buvo nutraukta dėl per didelių programos kaštų ir dėl to, jog aiškiai matėsi, kad netolimoje ateityje mašinos gebės atlikti daug užduočių, kurioms buvo treniruojama daugybė POL personalo. Projektas labai greitai paseno. Astronautas buvo pasakyta, kad dabar jie neturi su kuo skraidyti, o erdvėlaiviai nepakils iki 1980-ųjų.
Kripenas su savo kolegomis negaišo laiko veltui ir kol erdvėlaivis buvo kuriamas, astronautai dirbo projektuose, atsišakojusiuose nuo „Apollo“ programos – „Skylab“ ir „Apollo-Sojuz“. Taip pat buvo darbuojamasi prie erdvėlaivio kompiuterinių sistemų.
Kai erdvėlaivis buvo beveik baigtas, Astronautų biuro vadovavimą perėmė Džonas Jangas (John Young), kuris ėmė dirbti kartu su Kripenu. Pagaminus pirmąją erdvėlaivio versiją „STS-1“, dar žinomą „Columbia“ pavadinimu, Kripenas buvo paskirtas pirmuoju erdvėlaivio pilotu, o Jangas – misijos vadovas. STS-1 pakilo 1981 m. balandžio 12 d. o į Žemę sugrįžo balandžio 14 d. Erdvėlaivis, per šią 54,5 val. trukusią misiją, 37 kartus apsisuko aplink Žemę (3 pav., Jangas ir Kripenas po skrydžio, NASA).
Džonas Jangas ir Bobas Kripenas
