Кіріспе

1997 жылғы американдық экипажды ғарышқа ұшуы

STS-87 – 1997 жылдың 19 қарашасында Кеннеди ғарыш орталығының 39B ұшыру кешенінен ұшырылған ғарыш шаттлы миссиясы. Бұл ғарыш шаттлының 88-ші және «Колумбияның» 24-ші ұшуы болды. Миссияның мақсаты – АҚШ-тың Микрогравитациялық Жүктемесін (USMP 4) пайдалана отырып эксперименттер жүргізу, екі ЭКА (ашық ғарышқа шығу) жүргізу және SPARTAN 201 экспериментін орбитаға шығару. Бұл миссия «Колумбиядан» алғаш рет ЭКА жасалған кезді белгіледі. «Колумбиядан» ЭКА алғашқыда 1982 жылы STS-5 және 1996 жылы STS-80 үшін жоспарланған, бірақ тиісінше ғарыш костюмі және шлюздердегі мәселелерге байланысты олар тоқтатылды. Бұл жапондық ғарышкер Такао Дой жүргізген алғашқы ЭКА болды.

Миссияның басты оқиғалары

STS-87 ғарыш сапары АҚШ-тың микрогравитациялық жүктемесін (USMP 4), «Спартан-201» құрылғысын, орбиталық үдеуді зерттеу экспериментін (OARE), TEVA демонстрациялық ұшу сынағы 5 (EDFT 05), ғарыштық кеменің озон қабатын зерттеу экспериментін (SOLSE), «Loop» жылу құбырын (LHP), натрий-күкірт батареясы экспериментін (NaSBE), турбулентті газ ағынының таралуы (G 744) экспериментін және автономды ғарыш кеңістігіндегі роботтық камера/«Спринт» (AERCam Sprint) экспериментін жүргізді. Орта палубадағы эксперименттерге Middeck Glovebox Payload (MGBX) және ынтымақтастық украиналық эксперимент (CUE) кірді.

АҚШ Микрогравитациялық пайдалы жүктеме

АҚШ-тың Микрогравитациялық Пайдалы жүктемесі (USMP 4) – Алабама штатының Хантсвилл қаласындағы Маршалл Ғарыш Ұшу Орталығы басқарған Spacelab жобасы. Микрогравитацияны зерттеуге арналған эксперименттердің тобы пайдалы жүктеме бөліміндегі екі Миссияға арналған ерекше эксперименттік қолдау құрылымдарына (MPESS) бөлінді. Ұзақ мерзімді ғарыш кемесінің (EDO) жиынтығы ұсынған кеңейтілген миссия мүмкіндігі қосымша ғылыми мәліметтер жинауға мүмкіндік береді.

SPARTAN-201

Spartan 201 04 – Күннің атмосферасының ыстық сыртқы қабаттарын, яғни Күн коронасын қашықтан зерттеуге арналған Күн физикасы ғарыш кемесі. Оның 18-ші орбитаға шығарылып, 52-ші орбитадан қайтарылуы күтілген. Байқаулардың мақсаты – Күн коронасын қыздыру мен коронадан бастау алатын күн желiн үдету механизмдерін зерттеу болды. Екі негізгі эксперимент: Смитсониялық астрофизикалық обсерваторияның ультракүлгін корональды спектрометрі және Биік Жерлердегі обсерваторияның Ақ Жарқы Коронографы (WLC). Spartan 201 үш қосымша экспериментке ие болды. Технологиялық эксперимент Spartan (TEXAS) – болашақ Spartan миссияларында қолданылатын компоненттердің ұшу тәжірибесін қамтамасыз ететін, сондай-ақ негізгі Spartan 201 эксперименттерімен байланыс және басқаруды жүзеге асыратын радиожиіліктік (RF) байланыс эксперименті. Бұл байланыс WLC-ге күн суреттеріне сүйене отырып, нақты уақытта дәл түзетулер енгізу үшін пайдаланылды. Видеобағдарлау сенсоры (VGS) ұшу эксперименті – Автоматтандырылған Кездесу және Тұтастыру (AR&C) жүйесінің маңызды компонентін сынаған лазерлік бағдарлау жүйесі. Spartan Auxiliary Mounting Plate (SPAM) – Spartan Flight Support Structure (SFSS) құрылымының көмекші жабдықтарын немесе шағын эксперименттерді орнатуға арналған шағын жабдықтарды бекітуге арналған пластина. Бұл алюминий өзегі бар, эксперименталды кремний карбиді алюминий беттік материалынан жасалған бал арасы пішіндес пластина.

Автоматтандырылған бағыттағы қатаю пештері

Advanced Automated Directional Solidification Furnace (AADSF) – жартылай өткізгіш кристаллдарды өңдеудің кең таралған әдісін зерттеуге арналған күрделі материалдар ғылымы құрылması. Қатыру – материалдардың қатып қалған күйге өту процесі. AADSF-та қолданылатын бағытталған қатыру түрінде, кварц ампулаларға орналастырылған сұйық үлгі ұзын осы бойымен біртіндеп қатаяды. Арнайы механизм үлгіні пештің әртүрлі температуралық аймақтары арқылы жылжытады. Өңдеуді бастау үшін пеш үлгінің бір ұшын қалдырып, қалған бөлігін ерітеді. Кристалданудан кейін үлгі ұшу алдында зерттеу үшін пеште қалады. Ғалымдарды қатыру майданы қызықтырды, себебі сұйық материалдағы ағындар қатты дененің түпкі құрамы мен құрылымына, сондай-ақ оның қасиеттеріне әсер етеді.

Гелийді қамауға алу эксперименті

Шектелген гелий эксперименті (CHeX) гелийдің жылу сыйымдылығын өлшеу арқылы шекаралардың материяға тигізетін әсері туралы теорияларды тексерді, гелий екі өлшемге шектелген кезде.

Изотермиялық дендриттік өсу эксперименті

Изотермиялық дендриттік өсу эксперименті (IDGE) – зерттеушілер дендриттік өсу деп аталатын қатаюдың нақты бір түрін зерттеу үшін қолданған материалдар ғылымының қатаю эксперименті. Дендриттік қатаю – металдар мен қорытпалардың қатаюының ең көп кездесетін түрлерінің бірі. Материалдар белгілі бір жағдайларда кристалданып немесе қатып қалғанда тұрақсыз қатып, дендриттер деп аталатын ұсақ, ағаш тәрізді кристалдық формалар түзеді. Ғалымдар дендриттердің мөлшеріне, пішініне және олардың бір-бірімен қалай өзара әрекеттесетініне ерекше қызығушылық танытады. Осы сипаттамалар материалдың қасиеттерін анықтайды. Жерде және орбитада қатаю құбылыстарын зерттеуге арналған Material pour l'Étude des Phénomènes Intéressant la Solidification sur Terre et en Orbite (MEPHISTO) эксперименті қатаю фронтының (қатаю кезінде қатты және сұйық фазалардың жанасатын нүктесі) температурасын, жылдамдығын және пішінін өлшеуге баса назар аударды. MEPHISTO бір уақытта висмут пен қалайы қорытпасынан жасалған үш бірдей цилиндрлі сынаманы өңдеді. Бірінші сынамада жылжымалы қатып-қалудың температуралық өзгерейістері электрлік әдіспен өлшенді, бұл сынамаға әсер етті. Екінші сынамада қатты және сұйық фазалардың шекарасының орны электрлік кедергі арқылы анықталды. Үшінші сынамада жақтары бар қатаю фронты таңдалған аралықтарда электр тогының импульстарымен белгіленді. Сынамалар талдау үшін Жерге қайтарылды. Миссия кезінде MEPHISTO деректері Ғарыштық үдеуді өлшеу жүйесінен (Space Acceleration Measurement System, SAMS) алынған деректермен салыстырылды. Деректерді салыстыру арқылы ғалымдар шаттлдағы үдеудің қатты және сұйық фазалар арасындағы интерфейске қалай әсер ететінін анықтады.

Ғарыш жылдамдығын өлшеу жүйесі

NASA Льюис ғылыми-зерттеу орталығының (қазіргі NASA Glenn ғылыми-зерттеу орталығы) демеушілігімен құрылған Space Acceleration Measurement System (SAMS) – USMP тасымалдағышының микрогравитациялық үдеу ортасын өлшеу және тіркеуге арналған микропроцессормен басқарылатын деректерді жинау жүйесі. SAMS үш триаксиалды сенсорлық бастарына ие болды, олар электрондық блоктан қашықтан орналастыру үшін бөлек орналасқан. Жұмыс істеген кезде триаксиалды сенсорлық бас үдеу әсеріне жауап ретінде шығыс сигналдарын тудырады. Сигналдар күшейтіліп, сүзгіленіп, цифрлық деректерге түрлендірілді. Цифрлық үдеу деректері жердегі талдау үшін оптикалық диск жадына сақталды және дерлік нақты уақыт режимінде талдау үшін жерге жіберілді. Әрбір акселерометрде бір ось бойында ғана қозғалуға мүмкіндік беретін кварц элементіне ілінген масса болды. Массаға орам бекітіліп, бұл құрылым екі тұрақты магниттің арасына орналастырылды. Сыртқы күш массаны тыныш күйден ауыстырды. Бұл қозғалысты детектор сезіп, SAMS электроникасын катушкаға кернеу жіберуге итермеледі, бұл массаны бастапқы орнына қайтару үшін қажетті магниттік өріс тудырды. Қолданылған кернеу қолданылған үдеуге пропорционалды және үдеу деректері ретінде SAMS электроникасына жіберілді.

Орбиталық жылдамдықты зерттеу эксперименті

Жүк бөлімінде жеке-жеке ұшып жүрген кезде, NASA Льюис зерттеу орталығының (қазіргі Гленн зерттеу орталығы) қолдауымен жүргізілген Орбиталық үдеуді зерттеу эксперименті (OARE) USMP 04-тің маңызды бөлігі болды. Бұл құрал орбиталық биіктіктегі еркін молекулалық ағым режимінде және қайта кіру кезіндегі ауысу режимінде орбитаның басты осьтері бойынша төмен деңгейдегі аэродинамикалық үдеуді өлшеуге арналған жоғары сезімтал аспап еді. OARE деректері миссия барысында USMP ғылыми эксперименттерін қолдау үшін дерлік нақты уақыт режимінде талдау үшін жіберілді. OARE деректері әртүрлі микрогравитациялық эксперименттерге әсер ететін төмен деңгейдегі, төмен жиілікті бұзылыстар ортасын өлшеу арқылы ғарыш материалдарын өңдеу саласындағы прогреске көмектесті. Сондай-ақ, OARE деректері жоғары атмосферадағы ағын құбылыстарын түсіну арқылы орбиталық сүйреуді болжау технологиясын жетілдіруге ықпал етті.

Шаттлдың озон буынын зерттеу эксперименті

Шаттлдың озондық қабатты зерттеу эксперименті (SOLSE) озонның биіктік бойынша таралуын анықтау және оның әрекетін түсіну үшін атмосфера құрамындағы сандық өзгерістерді болжау мақсатында жүргізілді. SOLSE, жерге тік бұрыштан (nadir) бақылайтын құралдардың нәтижелерін алуға мүмкіндік беру үшін жасалған. Бұл, зарядталған қосарланған құрылғы (CCD) технологиясын пайдалану арқылы қарапайым, төмен құнмен озонды картаға түсіретін құралдың қозғалмалы бөліктерін жоюға мүмкіндік берді. Эксперимент Hitchhiker (HH/GAS) контейнерінде, созылған сақинасымен және Hitchhiker моторлы есік жиналымымен (HMDA) жабдықталған. Аспаптарға ультракүлгін (UV) спектрографы, CCD массив детекторы, CCD массиві және көрінетін жарық камералары, калибрлеу шамдары, оптика және сәуле кедергісі кірді. Орбитаға шыққаннан кейін экипаж мүшесі SOLSE-ді іске қосты, ол қабатты және жерді бақылау жүргізді. Қабатты бақылау Жер бетінің көкжиегінен жоғарырақ биіктіктегі аймаққа бағытталған. Жерді бақылау SOLSE-ге басқа жерге тік бұрыштан (nadir) бақылайтын озонды аспаптармен деректерді салыстыруға мүмкіндік берді.

Жылу құбыры

Loop Heat Pipe (LHP) - бұл жылу энергиясын басқарудың озық технологиясын сынап, алдағы коммерциялық ғарыш кемелеріне арналған технологиялық дайындықты растады. LHP нөлдік гравитацияда жоғары тиімді жылу өткізгіштігімен жылу энергиясын тасымалдау үшін сусыз аммиакты жұмыс сұйықтығы ретінде пайдаланды. LHP – бұл пассивті, екі фазалы ағынды жылу алмастыру құрылғысы, ол жартылай икемді, кішкентай диаметрлі түтіктер арқылы 5 метрге дейін 400 ваттқа дейін жылуды тасымалдауға қабілетті. Ол екі фазалы жұмыс сұйықтығын айналдыру үшін капиллярлық күштерді қолданды. Жүйе өздігінен іске қосылып, толығымен пассивті режимде жұмыс істеді. LHP буландырғышына жылу қолданғанда, жұмыс сұйықтығының бір бөлігі буға айналды. Бу, бу тасымалдау желілері арқылы ағып, конденсацияланып, жылуды бөліп шығарды. Конденсат капиллярлық әрекет арқылы сұйық тасымалдау желілері арқылы буландырғышқа қайтарылды.

Натрий күкірт батареясының эксперименті

Натрий-күкірт батареясының эксперименті (NaSBE) төрт 40 ампер-сағаттық натрий-күкірт батарея жасушасының жұмыс істеу қасиеттерін зерттеді, бұл ғарышта натрий-күкірт батарея технологиясын сынаудың алғашқы тәжірибесі болды. Әрбір жасуша натрий анодынан, күкірт катодынан және қатты керамикалық натрий иондарын өткізетін электролиттен және сепаратордан тұрды. Жасушалар натрий мен күкіртті сұйыту үшін 350 градусқа дейін қыздырылды. Анод пен катод сұйытылғаннан кейін жасушалар электр қуатын өндіре бастады. Орбитаға шыққаннан кейін экипаж мүшесі NaSBE-ні қосып, содан кейін эксперимент GSFC Пайдалы жүктеме операцияларын басқару орталығы (POCC) арқылы басқарылды.

Түршігерлік газды диффузиялық жалын

Турбулентті газды диффузиялық жалын (ТГДФ) жүктемесі стандартты Get Away Special тасымалдағышын пайдаланған қосымша жүктеме болды. Оның мақсаты – микрогравитация жағдайында өтпелі және турбулентті газды диффузиялық жалынның негізгі қасиеттерін түсіну және нормативтік және микрогравитациялық ортада өтпелі және турбулентті газды диффузиялық жалынның мінез-құлқын болжауға көмектесетін деректерді алу еді. ТГДФ жақсы анықталған ламинарлы микрогравитациялық диффузиялық жалынға ірі масштабты, бақыланатын бұзылыстар енгізді. Бұл ламинарлы жалынға осьтік симметриялы бұзылыстар болды. Ұсынылған сынақтардың өзгеретін факторы – бұзылу механизмінің жиілігі, ол 2,5 Гц, 5 Гц немесе 7,5 Гц құрады.

Ерекшелік

Get Away Special (GAS G 036) жүк контейнерінде төрт жеке эксперимент орналастырылған. Бұл эксперименттер цемент үлгілерін ылғалдандырып, сұйық үлгілерінің конфигурациялық тұрақтылығын тіркеді, сондай-ақ орбиталық аппараттың жүк бөліміндегі экзосфера жағдайларына компьютерлік дискілерді, компакт-дискілерді және асфальт үлгілерін ұсынды. Эксперименттер: Цемент араластыру эксперименті (CME), Сұйықтың конфигурациялық тұрақтылығы эксперименті (CSFE), Компьютерлік компакт-дискілерді бағалау эксперименті (CDEE) және Асфальтты бағалау эксперименті (AEE) болды.

Ұзартылған уақыт орбитасы

Extended Duration Orbiter (EDO) паллеті 15 фут (4.6 м) диаметрлі криожүйелік пластина құрылымы болды. Салмағы , ол бактарды, байланысты басқару тақталарын және авиациялық жабдықтарды қолдады. Бактар −250 градус Цельсий температурасында сұйық сутектің және −176 градус Цельсий температурасында сұйық оттектің сақталды. Жүйенің бос жалпы массасы болса, криогендермен толтырылғанда жүйе массасы шамамен 6 ай бойы орташа есеппен төрт отбасыны қамтамасыз етуге жеткілікті электр энергиясын өндіретін орбиталық аппараттың үш отын элементтеріне оттегі мен сутегі жеткізілді. Отын элементтері сондай-ақ шамамен 100 миллилитр таза ауыз суын өндірді. EDO паллетімен орбиталық аппарат ең көп дегенде 18 күнге ұшуды қамтамасыз ете алады. Ұзақ орбиталық миссиялар микрогравитация зерттеулеріне, өмір ғылымдары зерттеулеріне, Жер және аспан денелерін бақылауға, адамның гравитациясыз ортаға бейімделуіне және Ғарыш стансасына көмек көрсетуге пайдалы.

Миддек қолғап қорабы

Ортаңғы палубаның қолғап қорабы (MGBX) материалдар ғылымы және биологиялық ғылым эксперименттерін жүргізуге арналған құрылғы болды. Ол екі негізгі жүйеден тұрды: Интерфейс фреймі (IF) және қолғап қорабы (GB). MGBX құрылғысы (қоса берілген электроникасымен) шатттың ортаңғы палубасында эксперименттік манипуляциялар мен бақылаулар үшін жабық жұмыс кеңістігін қамтамасыз етті. Осы ұшудағы MGBX эксперименттерінің ішінде WCI – араласпайтын сұйықтықтардың ылғалдану сипаттамалары зерттеуі болды. Оның мақсаты микрогравитациялық өңдеу кезінде қоспаның/ампуланың ылғалдану сипаттамаларының араласпайтын сұйықтықтардың бөлінуіне тигізетін әсерін зерттеу еді. Жабық ламинарлық оттар (ELF) экспериментінің мақсаты нөлдік гравитациядағы Берк-Шуман моделін және модельдің гравитацияға тәуелді Хегде-Бахадори кеңейтілген нұсқасын растау, отты тұрақтандыруға тотықтырғыш ағынының әсерін анықтау, ағын мен диффузиялық оттың өзара әрекеттесуін және гравитациялық/қысымдық жағдайлардың әсерімен диффузиялық оттың күйін зерттеу, сондай-ақ ағын вортексі мен диффузиялық оттың өзара әрекеттесуін зерттеу болды. Қаттыланатын интерфейстермен бөлшектерді жұту және итеру (PEP) экспериментінің мақсаты конвекциясыз ортадағы сыни жылдамдықтың нақты мәнін анықтау, қазіргі теориялық модельді растау, сұйық/қатты интерфейстердегі ерімейтін бөлшектер динамикасының негізгі түсінігін арттыру және сұйық металл-керамикалық бөлшектер қоспаларының қатаюымен байланысты физиканы жақсарту еді.

Украинадағы тәжірибелік ынтымақтастық

Украина ынтымақтастық эксперименті (CUE) – өсімдіктердің өсуіне микрогравитацияның әсерін зерттеуге арналған ортаңғы палубадағы жүк. CUE өсімдіктер өсіру құрылымында (PGF) және контейнерлердегі биологиялық зерттеулерде (BRIC) жүргізілген эксперименттер жиынтығынан тұрды. Эксперименттерді жүргізу үшін газ тәрізді азот (GN2) тоңазытқышы және бекіту құралдары да қажет болды. Украина мен АҚШ-тың ғалымдары (Канзас мемлекеттік университеті және Луизиана мемлекеттік университеті) екі ел арасындағы ғылыми ынтымақтастықтың моделі ретінде осы эксперименттерді таңдады. PGF өсімдіктердің қалыпты өсуі үшін қажетті жағдайларды қамтамасыз ету арқылы 30 күнге дейін өсімдіктердің өсуін қолдады. PGF келесі негізгі бөліктерден құралды: Бақылау және деректерді басқару жүйелері (CDMS), Флуоресцентті жарық модулі (FLM), Атмосфералық бақылау модулі (ACM), Өсімдіктер өсу камералары (PGC), Тірек құрылымдар жиынтығы (SSA) және Жалпы сыртқы қабық (GES). Толық PGF бір ортаңғы палуба шкафын алмастырды және 28 В тұрақты токтан (DC) қуат алды. PGF-те зерттелген өсімдік үлгісі Brassica rapa (шалғам) болды.

Көлік құралдарынан тыс қызмет

Экстраәуекелдік қызметті дамытудың ұшу сынағы – 05 (EDFT 05) болашақтағы жоспарланған экстраәуекелдік миссиялар үшін EVA жабдықтарына арналған егжей-тегжейлі сынақ мақсатының (DTO) 671 пайдалы жүк бөлігінің аппараттық элементтерін қамтыды. EDFT – 05-тің басты мақсаты – Халықаралық ғарыш станциясының (ХҒС) орбитадағы EVA құрастыру және техникалық қызмет көрсету операцияларын, бастапқыдан соңына дейін көрсету болды. Осы сынаққа қосымша DTO 672, Extravehicular Mobility Unit (EMU) электрлік манжет тізімі және DTO 833, EMU жылулық жайлылығы, сондай-ақ EVA жұмыс орнының жылулық ортасы кірді. Тағы бір мақсат – жердегі және ұшу экипаждары үшін EVA тәжірибесін арттыру болды. Бұл мақсаттарға жету үшін осы миссияда екі рет EVA орындалды.

Автономды EVA робот камерасы

Автономды EVA робот камерасы/Спринт (AERCam/Sprint) – ғарыш кемесінің сыртында пайдалануға арналған кішкентай, көзге түспейтін, еркін ұшатын камера платформасы. Бұл еркін ұшатын аппарат 6 дәрежелі бостандықпен басқарылатын қозғалыс жүйесіне ие, өздігінен жұмыс істейтін суық газ қозғалтқышымен жабдықталған. Аппараттың бортында автоматты түрде бағытын сақтап тұру үшін жылдамдық сенсорлары орналасқан. AERCam/Sprint – шар тәрізді, баяу қозғалатын көлік құралы, соқтығысқан жағдайда зақымдануды болдырмау үшін жұмсақ төсеммен қапталған. Жобалау принциптері энергияны төмен деңгейде ұстауға, жылдамдық пен массаны азайтуға, сондай-ақ соқтығыс кезінде пайда болатын энергияны жұтатын механизмді қамтамасыз етуге бағытталған. Еркін ұшатын платформа ғарыш кемесінің ішіндегі шағын басқару станциясы арқылы басқарылды. Оператор EVA құтқару (SAFER) құрылғысының басқару пультінен қозғалыс командаларын енгізді. Командалар басқару станциясынан радиожиіліктік (RF) модем байланысы арқылы еркін ұшатын аппаратқа жіберілді, бұл байланыс ультра жоғары жиілік (UHF) диапазонында жұмыс істеді.

Ғарыштағы комик кейіпкер

Бұл миссия комикс кейіпкерінің ғарышқа ұшуға арналған миссияға енгізілуімен, ғарышқа ұшып шығуымен және Жерге аман-есен оралуымен есте қалды, бұл осы секілді жағдайдың алғашқысы болды. Enclosed Laminar Flames экспериментінің демеушісі және басқарушысы Льюис Стокер эксперименттің аббревиатурасы ELF екенін байқады және Elfquest комикс сериясының жанкүйері болғандықтан, серия авторлары Ричард пен Венди Пиниден логотип жасауды сұрады. Алғашқыда ол серияның жұлдызды көрушісі Skywise-ты пайдалануға үміттенген, бірақ авторлық құқықтарды сақтау үшін эксперимент таңбасына қосатын жаңа кейіпкер құрылды, оған Starfire деген есім берілді.