Spaceshuttleprogramma

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Space Shuttle)
Ga naar: navigatie, zoeken
Space Shuttle Insignia
Eerste lancering van een spaceshuttle: Columbia, op 12 april 1981

Het Spaceshuttleprogramma was een Amerikaans ruimtevaartprogramma om mensen en vracht naar de ruimte te brengen door middel van ruimteveren (space shuttles).

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA begon midden jaren 70 met de ontwikkeling van de spaceshuttle (officieel genoemd Space Transportation System - STS), met hulp van de Amerikaanse luchtmacht. De gedachte achter de ontwikkeling van het STS was het bouwen van een herbruikbaar ruimteschip om goedkoop en op regelmatige basis ruimtemissies te kunnen vliegen. De structuur van de spaceshuttle is op het moment van lancering: een roestkleurige externe tank, twee slanke Solid Rocket Boosters en het ruimteveer, een gevleugeld ruimtevaartuig, de spaceshuttle in enge zin.

NASA heeft in totaal acht spaceshuttles laten bouwen: Atlantis, Challenger, Columbia, Discovery, Endeavour, Enterprise, Explorer en Pathfinder. Enterprise en Pathfinder werden gebouwd als testobjecten en werden niet ingezet voor ruimtevluchten. Op 12 april 1981 was Columbia het allereerste ruimteveer dat in een baan rond de aarde werd gebracht. Tot mei 2010 zijn er 131 missies gevlogen waarvan twee fataal zijn afgelopen. In 1986 desintegreerde Challenger 73 seconden na de lancering, waardoor er geen commerciële satellieten meer met een spaceshuttle vervoerd mochten worden. Het ongeluk van Columbia in 2003 had tot gevolg dat er beslist werd dat in 2010 de spaceshuttles uit de vaart zouden worden genomen.

Er bestaan nog drie ruimtewaardige spaceshuttles: Discovery, Atlantis en Endeavour. Ze worden niet meer gebruikt: de laatste missie (met Atlantis) werd in juli 2011 gevlogen. In mei 2009 werd de laatste missie gevlogen die niet naar het ISS ging: STS-125, een onderhoudsmissie naar de ruimtetelescoop Hubble.

De STS-133, met als eerste verwachte lanceerdatum 16 september 2010, zou oorspronkelijk de laatste missie van het Spaceshuttleprogramma zijn. Op 19 juni 2008 werd echter besloten tot een extra missie, STS-134, en nog later werd daar STS-135 aan toegevoegd. De STS-135 vertrok op 8 juli en landde op 21 juli 2011.

Inleiding[bewerken]

Columbia doorbreekt de geluidsbarrière

Het idee van een herbruikbaar ruimtevaartuig dateert van de jaren zestig en zeventig van de twintigste eeuw. De spaceshuttle is belangrijk voor het Internationale ruimtestation ISS. Vergeleken met andere raketten kan de spaceshuttle met meer bemanning en een hogere frequentie het ruimtestation bezoeken en bemanning afzetten en ophalen, en ook een grote lading meenemen. Voor het ontwerp van de spaceshuttle is NASA verantwoordelijk, en de shuttle werd gebouwd door Lockheed Martin. Tegenwoordig wordt het beheer en het onderhoud van de spaceshuttle door NASA uitbesteed aan het consortium USA (United Space Alliance) bestaande uit Lockheed en Boeing.

De eerste spaceshuttle die gebouwd werd was op 17 september 1976 klaar en heette Enterprise. Enterprise is alleen gebruikt voor testvluchten in de atmosfeer van de aarde; deze spaceshuttle is dus nooit de ruimte in gelanceerd. Het is wel de enige spaceshuttle die in het Belgische en het Nederlandse luchtruim geweest is: in het kader van een Europese promotietoer bezocht Enterprise in 1983 onder andere de Paris Air Show. Op weg naar Londen vloog zij op de rug van een Shuttle Carrier Aircraft over onder meer Brussel, Antwerpen en Amsterdam en langs het strand van Zandvoort.

De eerste spaceshuttle die de ruimte in gelanceerd werd, was Columbia. Haar eerste ruimtereis STS-1 begon op 12 april 1981 vanaf Kennedy Space Center in de Amerikaanse staat Florida. Deze shuttle verongelukte bij de landing van missie STS-107 op 1 februari 2003.

De spaceshuttle wordt gelanceerd met een zeer grote afkoppelbare externe brandstoftank voor de hoofdmotoren van de shuttle en twee grote stuwraketten die op vaste brandstof werken en die bij het eerste stadium van de lancering de meeste stuwkracht leveren. Bij het terugkeren in de atmosfeer remt de shuttle af door de wrijving met de lucht, waarbij veel warmte vrijkomt. Het ruimteveer landt als een zweefvliegtuig zonder eigen motoren. Bij het laatste deel van de landing wordt een remparachute gebruikt om sneller vaart te minderen op de landingsbaan.

Externe tank en boosters[bewerken]

Bij het eerste deel van de lancering van de spaceshuttle wordt de meeste stuwkracht geleverd door de twee vaste-brandstofraketten, zogeheten 'boosters'. Deze zijn na twee minuten leeg en worden dan afgestoten. Ze landen aan parachutes in de Atlantische Oceaan waarna ze worden geborgen en hergebruikt. Vanaf 7 seconden voor de lancering werken tevens de drie hoofdmotoren van de shuttle zelf (de Orbiter), gevoed met brandstof uit de externe brandstoftank. Dit is een lichte tank waarin vloeibare zuurstof van -180 °C en vloeibare waterstof van -250 °C worden gepompt. Tijdens de lancering worden deze vloeistoffen naar de hoofdmotoren gepompt, waar ze verdampen en de waterstof met de zuurstof reageert (verbrandt). Daarbij ontstaat veel waterdamp. Door de goede geleidbaarheid van metaal wordt de buitenkant van de tank al snel bijna net zo koud als de inhoud. Daarom is de externe tank voorzien van een dikke laag isolatieschuim. Zonder dat zou zich veel ijs vormen door aanvriezing van waterdamp uit de buitenlucht. Een groot deel van dit ijs zou lostrillen bij de lancering en een gevaar vormen voor het hitteschild van de shuttle. Ongeveer acht minuten na de lancering is de externe tank leeg en wordt deze afgeworpen. In tegenstelling tot de andere delen van de spaceshuttle, wordt de externe tank niet hergebruikt. Na het afstoten van de externe brandstoftank duurt de lancering nog zo'n twee minuten; de hoofdmotoren van de spaceshuttle worden dan niet meer gebruikt, kleinere motoren zorgen voor de nog benodigde stuwkracht.

Het isolerende schuim op de externe brandstoftank wordt erop gespoten, waarna het uithardt. Het schuim dient naast hitteschild ook als beperking voor de ijsafzetting op de externe tank. Tijdens de lancering breken soms delen van het isolatieschuim af, al dan niet voorzien van ijs, dat op het schuim ontstaat door de grote kou. Beschadiging van het hitteschild van de shuttle door een afbrekend stuk schuim was de belangrijkste oorzaak van de ramp bij de terugkeer van Columbia op 1 februari 2003, het ruimteveer Columbia viel toen uit elkaar bij terugkeer in de atmosfeer op 60 kilometer hoogte. Daarom heeft NASA besloten in 2011 (in eerste instantie 2010) van de spaceshuttle af te stappen en een ruimtevaartuig ontwikkelen dat op de top van de raket geplaatst is, zodat dit grote probleem verdwijnt.

Hoofdaandrijving[bewerken]

De hoofdaandrijving bestaat uit drie herbruikbare raketmotoren (Space Shuttle Main Engines, SSME's) die werken op vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof en worden gebouwd door Pratt & Whitney Rocketdyne Division. De stuwstoffen worden meegevoerd in de grote externe tank en wordt onder druk aan de motoren toegevoerd. Elke hoofdmotor kan via een hydraulisch stuursysteem tot 10,5 graden in beide richtingen zwenken om de richting van de stuwkracht te regelen en zo de stabiliteit van de vlucht te garanderen. De hoofdmotoren kunnen over een bereik van 65% tot 109% van hun nominale vermogen geregeld worden. Hierbij geldt 100% voor een stuwkracht van 1700 kN (170 ton). Op zeeniveau wordt de motorstuwkracht op 104% gebracht. Na 45 seconden wordt de motorstuwkracht verminderd tot 72% om te voorkomen dat de krachten op de shuttle te groot worden wanneer het door de geluidsbarrière gaat. Na 75 seconden wordt de motorstuwkracht weer opgevoerd tot 104%. De hoofdmotoren zijn ontworpen voor een levensduur van 7,5 uur (55 lanceringen). De hoofdmotoren zijn 4,3 m lang, met een diameter van 2,3 m bij de straalpijp uitlaat.

De brandstof wordt in twee stappen op druk gebracht. De eerste stap (de Low Pressure Fuel Turbopump, LPFTP) brengt de druk op 19 bar. De tweede stap is een hogedrukcentrifugaalpomp (High-Pressure Fuel Turbopump, HPFTP) en brengt de druk op 450 bar.

De vloeibare zuurstof wordt eveneens in twee stappen op druk gebracht. De eerste stap (de Low Pressure Oxidizer Turbopump, LPOTP) brengt de druk op 29 bar. De tweede stap is een hogedrukcentrifugaalpomp (High-Pressure Oxidizer Turbopump, HPOTP)en brengt de druk op 300 bar.

Energie voor aandrijving van de hogedrukstuwstofpompen komt van voorverbranding van de stuwstoffen, waarmee meertrapsturbines worden aangedreven. Als maximale vermogens voor de stuwstofpompen wordt 53 MW voor de brandstofpompen en 17 MW voor de zuurstofpompen opgegeven.

Hitteschild[bewerken]

Landing van Columbia, foto: NASA

Tijdens het begin van de landing wordt de kinetische energie van de shuttle via wrijving met de atmosfeer omgezet in warmte (thermische energie). Zonder speciale maatregelen in de vorm van een hitteschild zou de constructie van de shuttle smelten of zelfs verdampen. Het aluminium van de shuttle mag niet warmer worden dan 180 °C. De onderzijde van het hitteschild bereikt een temperatuur van 1700 °C.

Het hitteschild bestaat uit diverse materialen zoals thermische tegels, thermische isolatiedekens en versterkte koolstofpanelen.

Thermische tegels[bewerken]

De hele onderzijde van de spaceshuttle is bedekt met zwarte thermische tegels die bestand zijn tegen temperaturen tot 1800 °C. Deze tegels zijn ongeveer 15x15 cm groot en bestaan uit een extreem licht keramisch materiaal, versponnen en gesinterd siliciumoxide. De vorm van elke tegel is uniek, en als NASA nieuwe tegels nodig heeft moeten deze op bestelling worden gemaakt. De dichtheid van de tegels is 0,150 kilogram per dm3. De buitenkant van de tegels is zwart om de warmte-uitstraling te vergroten. De tegels zijn erg bros en kunnen daardoor geen vervorming opnemen. Daarom zijn ze op de huid van de shuttle bevestigd met een elastische lijmlaag, waarin bovendien een vezelige (Nomex) mat is opgenomen. De tegels worden aangebracht met een onderlinge spleet, om uitzetting door verhitting op te vangen. Een witte variant van dezelfde tegels is bestand tegen temperaturen tot 950 °C en wordt op de zijkant van de romp, de bovenkant van de OMS-pods en op de bovenkant van de neus van de spaceshuttle gebruikt.

Als de shuttle te veel vervormt of beweegt, springen de tegels los. Dit is met name gedurende de eerste vlucht van Columbia gebeurd, tijdens het transport op de rug van een Boeing 747. Toen verloor de shuttle bijna de helft van de al aangebrachte tegels. Hierop werd door NASA een gewijzigde lijmsoort ontwikkeld die de tegels beter vasthoudt. Ook bij de eerste lancering van Columbia viel een aantal tegels van de shuttle, maar gelukkig niet op kritieke plekken in het hitteschild.

Thermische isolatiedekens[bewerken]

De bovenkant van de vleugels, de laaddeuren en delen van de romp van de spaceshuttle zijn bedekt met thermisch isolerende dekens. Deze dekens zijn in tegenstelling tot de thermische tegels flexibel en zijn makkelijker te onderhouden. Ze worden toegepast op plaatsen waar de temperatuur minder ver oploopt tijdens de terugkeer in de atmosfeer, tot maximaal 650 °C.

Versterkte koolstofpanelen[bewerken]

De neus en de voorranden van de vleugels zijn de delen van de spaceshuttle die het heetst worden tijdens de terugkeer in de atmosfeer. De temperatuur kan daar oplopen tot boven 1900 °C waardoor de zwarte thermische tegels hier niet voldoende bescherming bieden. In plaats daarvan zijn op deze plaatsen met koolstofvezel en glasvezel versterkte panelen van zuivere koolstof aangebracht (Engels: RCC - Reinforced Carbon Carbon). Deze panelen zijn extreem hittebestendig en veel steviger dan de thermische tegels, maar niet slagbestendig. Tijdens de lancering van Columbia voor missie STS-107 werd een koolstofpaneel in de rand van de linkervleugel geraakt door een stuk losgeraakt schuim van de externe tank. Hierdoor ontstond een gat in het paneel. Toen 16 dagen later de terugkeer werd ingezet drong het superhete plasma door het gat de vleugel binnen en werd Columbia verwoest.

Bemanning en missies[bewerken]

De spaceshuttle kan kunstmanen meedragen voor hun ruimtemissie, of de bemanning gelegenheid geven reeds om de aarde draaiende kunstmanen te vervangen of te repareren. De ruimtevlucht van Wubbo Ockels in 1985 was de eerste waarbij de maximale bemanningscapaciteit van acht astronauten werd benut. Ook kan de spaceshuttle dienen als vervoermiddel naar en van permanente ruimtestations. Van de bemanning maken altijd twee piloten deel uit. De andere astronauten houden zich bezig met de taak van de vlucht.

Proefvluchten[bewerken]

De eerste keer dat een shuttle vrij vliegt. Dit na loskoppeling van de 747
Atlantis getransporteerd door de Shuttle Carrier Aircraft (1998)

Met Enterprise zijn uitgebreide proefvluchten genomen. Enterprise werd hiervoor op een speciaal hiervoor aangepaste Boeing 747, een Shuttle Carrier Aircraft geplaatst. Ook werd daarmee de spaceshuttle getransporteerd. Op die manier is ook een promotievlucht gemaakt langs Frankrijk en Engeland. Daarbij werd ook laag over de Nederlandse kustprovincies gevlogen.

Enkele bijzonderheden[bewerken]

  • hoogte inclusief externe brandstoftank en hulpraketten: 56,14 m
  • hoogte Orbiter: 37,23 meter lang
  • spanwijdte: 23,79 meter
  • Startgewicht: 2.041.166 kilogram (varieert per vlucht)
  • Landingsgewicht: 104.326 kilogram (varieert per vlucht)
  • Maximum laadgewicht: 28.803 kilogram (varieert per orbiter)
  • Baanhoogte: 185 tot 643 kilometer
  • Snelheid: 27.875 km/h (varieert per baanhoogte)

De gebouwde Spaceshuttles[bewerken]

NASA heeft in totaal 8 shuttles laten bouwen:

Test-Spaceshuttles
  • Pathfinder (Stalen frame voor testen, wordt nu tentoongesteld)
  • Enterprise (OV 101) (Shuttle gebouwd voor testen binnen de atmosfeer, wordt nu tentoongesteld)
Operationele shuttles
  • Columbia (OV 102, verongelukt tijdens terugkeer op 1 februari 2003)
  • Challenger (STA 99 / OV 99, verongelukt tijdens start op 28 januari 1986)
  • Discovery (OV 103) (sinds 9 maart 2011 buiten dienst gesteld)
  • Atlantis (OV 104) (sinds 21 juli 2011 buiten dienst gesteld)
  • Endeavour (OV 105) (sinds 1 juni 2011 buiten dienst gesteld)
Replica's
  • Independence (tot 5 oktober 2013 heette deze replica Explorer)

Lijst met lanceringen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie Lijst van spaceshuttlemissies voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Dit is een lijst met alle lanceringen vanaf 1981 tot 2001:

Jaar Naam Lancering Landing Crew Afgelegde afstand (miljoenen kilometers)
1981 STS-1 12 april 14 april 2 1,72
1981 STS-2 12 november 14 november 2 1,72
1982 STS-3 22 maart 30 maart 2 5,34
1982 STS-4 27 juni 4 juli 2 4,64
1982 STS-5 11 november 16 november 4 3,36
1983 STS-6 4 april 9 april 4 3,36
1983 STS-7 18 juni 24 juni 4 4
1983 STS-8 30 augustus 5 september 5 4
1983 STS-9 28 november 8 december 6 6,88
1984 STS-41-B 3 februari 11 februari 5 5,28
1984 STS-41-C 6 april 13 april 5 4,64
1984 STS-41-D 30 augustus 5 september 6 4
1984 STS-41-G 5 oktober 13 oktober 7 5,28
1984 STS-51-A 8 november 16 november 5 5,28
1985 STS-51-C 24 januari 27 januari 5 2,08
1985 STS-51-D 12 april 19 april 7 4,64
1985 STS-51-B 29 april 6 mei 7 4,64
1985 STS-51-G 17 juni 24 juni 7 4,64
1985 STS-51-F 29 juli 6 augustus 7 5,28
1985 STS-51-I 27 augustus 6 september 5 4,64
1985 STS-51-J 3 oktober 7 oktober 5 2,72
1985 STS-61-A 30 oktober 6 november 8 -
1985 STS-61-B 26 november 3 december 7 4,48
1986 STS-61-C 12 januari 18 januari 7 4
1986 STS-51-L 28 januari Explodeerde 73 sec na lancering 7 28,8 km
1988 STS-26 29 september 3 oktober 5 2,72
1988 STS-27 2 december 6 december 5 2,88
1989 STS-29 13 maart 18 maart 5 3,2
1989 STS-30 4 mei 8 mei 5 2,72
1989 STS-28 8 augustus 13 augustus 5 3,36
1989 STS-34 18 oktober 23 oktober 5 3,2
1989 STS-33 22 november 27 november 5 3,36
1990 STS-32 9 januari 20 januari 5 7,2
1990 STS-36 28 februari 4 maart 5 3,04
1990 STS-31 24 april 29 april 5 3,36
1990 STS-41 6 oktober 10 oktober 5 2,72
1990 STS-38 15 november 20 november 5 3,2
1990 STS-35 2 december 10 december 7 5,92
1991 STS-37 5 april 11 april 5 4
1991 STS-39 28 april 6 mei 7 5,6
1991 STS-40 5 juni 14 juni 7 6,08
1991 STS-43 2 augustus 11 augustus 5 5,92
1991 STS-48 12 september 18 september 5 3,52
1991 STS-44 24 november 1 december 6 4,64
1992 STS-42 22 januari 30 januari 7 4,64
1992 STS-45 24 maart 2 april 7 5,12
1992 STS-49 7 mei 16 mei 7 5,92
1992 STS-50 25 juni 9 juli 7 9,28
1992 STS-46 31 juli 8 augustus 7 5,28
1992 STS-47 12 september 20 september 7 5,28
1992 STS-52 22 oktober 1 november 6 6,56
1992 STS-53 2 december 9 december 5 -
1993 STS-54 13 januari 19 januari 5 -
1993 STS-56 8 april 17 april 5 6,24
1993 STS-55 26 april 6 mei 7 6,72
1993 STS-57 26 juni 1 juli 6 6,56
1993 STS-51 12 september 22 september 5 6,56
1993 STS-58 18 oktober 1 november 7 9,28
1993 STS-61 2 december 13 december 7 7,04
1994 STS-60 3 februari 11 februari 6 5,44
1994 STS-62 4 maart 18 maart 5 9,28
1994 STS-59 9 april 20 april 6 7,52
1994 STS-65 8 juli 23 juli 7 9,76
1994 STS-64 9 september 20 september 6 7,2
1994 STS-68 30 september 11 oktober 6 7,52
1994 STS-66 3 november 14 november 6 7,2
1995 STS-63 3 februari 11 februari 6 4,8
1995 STS-67 2 maart 18 maart 7 11,04
1995 STS-71 27 juni 7 juli 5 6,56
1995 STS-70 13 juli 22 juli 5 5,92
1995 STS-69 7 september 18 september 5 7,2
1995 STS-73 20 oktober 5 november 7 10,56
1995 STS-74 12 november 20 november 5 5,44
1996 STS-72 11 januari 20 januari 6 5,92
1996 STS-75 22 februari 9 maart 7 10,4
1996 STS-76 22 maart 31 maart 6 6,08
1996 STS-77 19 mei 29 mei 6 6,56
1996 STS-78 20 juni 7 juli 7 11,2
1996 STS-79 16 september 26 september 7 6,24
1996 STS-80 19 november 7 december 5 11,2
1997 STS-81 12 januari 22 januari 7 6,56
1997 STS-82 11 februari 21 februari 7 6,65
1997 STS-83 4 april 8 april 7 2,4
1997 STS-84 15 mei 24 mei 8 5,76
1997 STS-94 1 juli 17 juli 7 9,92
1997 STS-85 7 augustus 19 augustus 6 7,52
1997 STS-86 25 september 6 oktober 7 -
1997 STS-87 19 november 5 december 7 10,4
1998 STS-89 22 januari 31 januari 8 -
1998 STS-90 17 april 3 mei 7 10,4
1998 STS-91 2 juni 12 juni 7 6,08
1998 STS-95 29 oktober 7 november 7 5,76
1998 STS-88 4 december 15 december 6 7,52
1999 STS-96 27 mei 6 juni 7 6,08
1999 STS-93 23 juli 27 juli 5 2,88
1999 STS-103 19 december 27 december 7 5,12
2000 STS-99 11 februari 22 februari 6 6,56
2000 STS-101 19 mei 29 mei 7 6,56
2000 STS-106 8 september 20 september 7 7,84
2000 STS-92 11 oktober 24 oktober 7 7,84
2000 STS-97 30 november 11 december 5 7,2
2001 STS-98 7 februari 20 februari 5 -
2001 STS-102 8 maart 21 maart 7 -
2001 STS-100 19 april 1 mei 7 -
2001 STS-104 12 juli 24 juli 5 -
2001 STS-105 10 augustus 22 augustus 7 -
2001 STS-108 5 december 17 december 7 -

Externe links[bewerken]

Afbeeldingen[bewerken]

Externe link[bewerken]