Кіріспе
NASA ғарыш шаттлының даму бағдарламасы
1969 жылы Аполлон-11 Айға қонғаннан бұрын, NASA 1968 жылдың қазан айында ғарыш шаттлының жобаларын зерттеуді бастады. Алғашқы зерттеулер «А фазасы» деп аталды, ал 1970 жылдың маусым айында «В фазасы» деп аталды, олар одан да егжей-тегжейлі және нақты болды. Ғарыш шаттлының негізгі мақсаты – болашақ ғарыш станциясын қолдау, кемінде төрт адамнан тұратын экипаж бен жүк тасымалдау және келешек ұшулар үшін жылдам қайта дайындау болып табылды. Ең алдымен екі жоба көш бастады. Біреуін Адамды ғарышқа жіберу орталығының инженерлері жобалаған, оны әсіресе Джордж Мюллер қолдады. Бұл дельта қанатты ғарыш кемесі бар екі сатылы жүйе болды және жалпы алғанда күрделі еді. Максим Фагет, Меркурий капсуласын және басқа да көлік құралдарын жобалаған, DC 3 үлгісін жасау арқылы оны қайта қарапайымдастыруға тырысты. Сонымен қатар, әртүрлі коммерциялық компаниялардан көптеген ұсыныстар түсті, бірақ әрбір NASA зертханасы өз нұсқасын ұсынғандықтан, олар көбінесе назардан тыс қалды. Бұл, NASA-ның басқа топтары Аполлоннан кейінгі миссиялардың кең ауқымын ұсынып жатқан кезде болды, олардың кейбіреулері Аполлонға тең немесе одан да қымбатқа түсуі мүмкін еді. Бұл жобалардың әрқайсысы қаржыландыру үшін күрескен кезде, NASA бюджеті де қатты шектелді. Үшеуі 1969 жылы вице-президент Агнюге ұсынылды. Шаттл жобасы, көбінесе оны қолдаушылардың талмай күш салуының арқасында көш бастады. 1970 жылға қарай шаттл Аполлоннан кейінгі қысқа мерзімді кезеңдегі бір маңызды жоба ретінде таңдалды. Бағдарламаны қаржыландыру сұрақ тудырғанда, жоба тоқтатылуы мүмкін деген алаңдаушылық туды. Бұл АҚШ Әуе күштерінің шаттлды өздерінің миссиялары үшін пайдалануына қызығушылық танытуға әкелді. Әуе күштері шамалы қызығушылық танытты, бірақ бастапқы тұжырымдамалардан әлдеқайда үлкен көлік талап етті, NASA оны қабылдады, өйткені бұл олардың өз жоспарларына да пайдалы болды. Нәтижесіндегі жобаларды дамыту шығындарын төмендету үшін күшейткіштер қосылды, бір рет пайдаланылатын жанармай бакі ұсынылды және көліктің және пайдаланудың құнын арттыратын, қайта пайдалануды едәуір төмендететін көптеген басқа өзгерістер енгізілді. Әуе күштерінің көмегімен жүйе жұмыс істеу нысанында пайда болды.
Шаттл жобасының талқылауы
Шаттлдың алғашқы зерттеулері кезінде мүмкіндіктерді, даму құнын және пайдалану құнын ең жақсы теңгеретін шаттлдың оптималдық дизайны туралы пікірталас болды. Бастапқыда толық қайта пайдаланылатын дизайнға басымдық берілді. Бұл үлкен қанатты, экипажмен жабдықталған күштеуіш құрылғыны қамтыды, ол кішірек қанатты экипажмен жабдықталған орбиталық аппаратты алып жүретін еді. Күштеуіш аппарат орбиталық аппаратты белгілі бір биіктікке және жылдамдыққа көтеріп, содан кейін бөлінетін еді. Күштеуіш аппарат қайта оралып, көлденең қону алаңына қонатын болса, орбиталық аппарат Жердің төменгі орбитасына қарай ұшатын еді. Миссиясын аяқтағаннан кейін, қанатты орбиталық аппарат қайтадан атмосфераға кіріп, ұшу-қону жолағына көлденең қонатын еді. Бұл толық қайта пайдалану операциялық құнды төмендетуге бағытталған еді. Алайда, одан әрі зерттеулер орбиталық аппаратты қажетті жүк көлемімен көтеру үшін үлкен күштеуіш қажет екенін көрсетті. Ғарыш және авиация жүйелерінде құн массамен тығыз байланысты болғандықтан, бұл жалпы құрылғының құнының өте жоғары болатынын білдірді. Күштеуіш пен орбиталық аппараттың екеуі де атмосферада пайдалану үшін ракеталық және қанаттық қозғалтқыштармен, сондай-ақ әрбір қозғалтқыш түрі үшін жеке отын және басқару жүйелерімен жабдықталар еді. Сонымен қатар, бағдарламаны дамытуға қанша қаржы қолжетімді болатыны туралы да талқылаулар жүргізілді. Тағы бір бәсекелес тәсіл – Сатурн V өндіріс желісін сақтап, оның үлкен жүк көлемін пайдаланып, көптеген кіші шаттл жүктемелерінің орнына бірнеше жүкпен ғарыш станциясын іске қосу болды. Бұған байланысты концепция – ғарыш станциясын қызмет көрсету үшін Әуе күштерінің Титан III M ракетасын пайдаланып, үлкен «Биг Джемини» капсуласын немесе негізгі қозғалтқыштары мен жүк бөлімі жоқ, шаттлдың кіші «планерлік» нұсқасын іске қосу болды. Шаттл жақтастары жеткілікті іске қосылса, қайта пайдаланылатын жүйенің жалпы құны бір рет пайдаланылатын ракеталардан төмен болады деп жауап берді. Бағдарламаның жалпы құнын белгілі бір іске қосылған санына бөлгенде, шаттлдың жоғары іске қосылу жиілігі іске қосылғанға дейінгі құнның төмендеуіне әкеледі. Бұл өз кезегінде шаттлдың құнын бір рет пайдаланылатын ракеталардан бәсекеге қабілетті немесе артық етеді. Кейбір теориялық зерттеулер жылына 55 шаттл іске қосылуы мүмкін екенін көрсетті, бірақ таңдалған соңғы дизайн мұндай іске қосылу жиілігін қолдамады. Атап айтқанда, NASA-ның Мичуд құрастыру кешенінде сыртқы бактарды өндірудің ең жоғары деңгейі жылына 24 бакқа дейін шектелген. Ғарыш станциясы мен Әуе күштерінің жүк талаптары қажетті шаттл іске қосылу жиілігіне жеткіліксіз болды. Сондықтан, болашақтағы АҚШ-тың барлық ғарышқа ұшырулары – ғарыш станциялары, Әуе күштері, коммерциялық спутниктер және ғылыми зерттеулер – тек ғарыш шаттлын пайдалануды жоспарлады. Басқа да ракеталар біртіндеп тоқтатылатын еді. Қайта пайдаланылатын күштеуіш бірнеше факторларға байланысты тоқтатылды: жоғары құн (қаржының шектеулі болуымен), техникалық күрделілік және даму тәуекелі. Оның орнына, ішінара (толық емес) қайта пайдаланылатын дизайн таңдалды, онда әрбір іске қосылғанда сыртқы жанармай багы тасталатын еді, ал күштеуіш ракеталар мен шаттл орбиталық аппараты қайта пайдалану үшін жаңартылатын еді. Бастапқыда орбиталық аппарат өзінің сұйық жанармайын алып жүруге тиіс еді. Алайда, зерттеулер көрсеткендей, жанармайды сыртқы бакта тасымалдау, басқаша айтқанда, әлдеқайда кіші кемеде үлкен жүк бөліміне мүмкіндік береді. Бұл әрбір іске қосылғаннан кейін бакты тастауды білдірді, бірақ бұл операциялық құнның салыстырмалы түрде аз бөлігі болды. Бұрынғы жобаларда қанатты орбиталық аппарат атмосфераға қайта кіргеннен кейін маневр жасауға көмектесетін қанаттық қозғалтқыштармен жабдықталуы күтілген. Алайда, NASA ақырында жылжымалы орбиталық аппаратты таңдады, ол жартылай бұрынғы ракеталық, содан кейін X-15 және көтергіш денелер сияқты жылжымалы көліктердің тәжірибесіне негізделген. Қанаттық қозғалтқыштар мен олардың жанармайын жою күрделілікті азайтып, жүк көлемін арттырады. Тағы бір шешім – экипаждың саны. Кейбіреулер шаттлда төрттен аспайтын адам болуы керек екенін айтты, бұл эвакуация орындықтарын пайдалануға болатын ең көп санды білдіреді. Кез келген миссия үшін командир, ұшқыш, миссия маманы және жүк маманы жеткілікті болды. NASA ғарышқа ұшуға қатысушылардың саны көбірек болады деп күтті, сондықтан көлікті олардың барлығын тасымалдауға арналған етіп жобалады. Соңғы пікірталас күштеуіштердің сипаты туралы болды. NASA бұл мәселенің төрт шешімін қарастырды: Сатурнның төменгі сатысын дамыту, жаңа дизайнның қарапайым қысыммен берілетін сұйық отын қозғалтқыштары, үлкен бір қатты ракета немесе екі (немесе одан да көп) кіші ракеталар. NASA-ның Маршалл ғарыш орталығының инженерлері (Сатурн V дамуы басқарылған жер) экипаждық миссиялар үшін қатты ракеталардың сенімділігіне ерекше алаңдады.
Әуе күштері қатысады
1960 жылдардың ортасында АҚШ Әуе күштері X 20 Dyna Soar және Manned Orbiting Laboratory екі ірі пилотталатын ғарыш жобасын тоқтатты. Бұл әскери астронавттарды орбитаға шығару үшін NASA-мен ынтымақтастық қажеттігін көрсетті. Әскери-әуе күштерінің қажеттіліктерін қамтамасыз ету арқылы Шаттл барлық әскери және азаматтық жүктерді тасымалдайтын, шын мәнінде ұлттық жүйеге айналды. NASA Әуе күштерінен Шаттлға қолдау сұрады. Алты күндік соғыс және Чехословакияға Советтердің басып кіруі АҚШ-тың спутниктік барлау желісінің шектеулерін көрсеткеннен кейін, Әуе күштері Ванденберг әуе базасынан полярлық орбитаға тыңшы спутниктерін ұшыру мүмкіндігіне баса назар аударды. Бұл төмен еңісті орбиталарға қарағанда жоғары энергия талап етті. Әуе күштері сондай-ақ Шаттлдың Совет спутниктерін алып, жылдам жерге қонуына үміттенді. Олар Жердің орбиталық жолдан 1000 миль төмен айналып тұрғанына қарамастан, бір орбитадан кейін Ванденбергке қону мүмкіндігін қалады. Бұл бұрынғы қарапайым "DC 3" Шаттлынан гөрі үлкен дельта қанатты талап етті. Алайда, NASA осы арттырылған маневрлік қабілетті де қалады, себебі одан әрі зерттеулер DC 3 Шаттлының дизайнында бастапқыда көзделмеген шектеулер бар екенін көрсетті. Әуе күштері 1959 және 1970 жылдар аралығында 200-ден астам спутниктік барлау миссиясын іске қосты, ал әскерилердің үлкен көлемдегі жүктері Шаттлды тиімді етуге көмектесер еді. Әскери-әуе күштері үшін ықтимал пайдаға қарамастан, әскерилер өзінің жұмсалмалы бустерлерімен қанағаттанды және NASA сияқты Шаттлға мұқтаж болған жоқ. Ғарыш агенттігіне сыртқы қолдау қажет болғандықтан, Қорғаныс министрлігі (DoD) және Ұлттық барлау кеңсесі (NRO) жобалау процесіне басты бақылауды алды. Мысалы, NASA жүк бөлімін жоспарласа, NRO болашақ барлау спутниктерінің көлемі ұлғаяды деп күтіп, үлкен жүк бөлімін талап етті. Фейгет тағы да 4 метрлік жүк бөлімін ұсынғанда, әскерилер дереу 5 метрлік енді сақтап қалуды талап етті. Әуе күштері Шаттлдың дамуы мен құрылысына ақы төлемегеніне қарамастан, Шаттлдың біреуін тегін пайдалану құқығын алды. NASA-ның уағдаласуының нәтижесінде Әуе күштері 1971 жылдың наурыз айында Сенаттың Ғарыш комитеті алдында Шаттлдың пайдасына куәлік берді. Әскерилердің Шаттлды пайдалануына қосымша ынталандыру ретінде Конгресс Қорғаныс министрлігіне Шаттлдың жүк бөліміне сыймайтын спутниктерге ақы төлемейтінін хабарлады. NRO Шаттл үшін қолданыстағы спутниктерді қайта жобаламаса да, көлік KH 9 HEXAGON сияқты үлкен жүктерді орбитадан жөндеу үшін қайтару мүмкіндігін сақтап қалды және спутникті ғарышта қайта жабдықтауды зерттеді. Шаттлдың әскери мақсатта қолданылуы – оның ішінде оны Совет Одағының SALT II келісімін сақтауын тексеру үшін пайдалану мүмкіндігі – президент Джимми Картердің 1979 және 1980 жылдары бағдарлама жоспардан жылдар артта қалған және жүздеген миллион долларға қымбаттаған кезде Шаттлды тоқтатпауына ықпал етті. Әуе күштері өзінің жеке Шаттл паркін құруды жоспарлап, бастапқыда Ванденбергтегі тоқтатылған Manned Orbiting Laboratory бағдарламасынан алынған жеке ұшыру кешенін қайта жарақтап, оны Space Launch Complex Six (SLC 6) деп атады. Алайда, әр түрлі себептермен, негізінен 1986 жылдың 28 қаңтарында Challenger ғарыш Шаттлының жоғалуына байланысты, SLC 6-дағы жұмыс ақырында тоқтатылды және сол жерден ешқандай Шаттл ұшырылмады. SLC 6 ақырында Lockheed Martin құрастырған Athena жұмсалмалы ұшыру құралдарын ұшыру үшін пайдаланылды, оның ішінде 1999 жылдың қыркүйегінде сәтті IKONOS коммерциялық Жерді бақылау спутнигі болды, содан кейін ол жаңа буын Boeing Delta IV ұшыру құралдарын қабылдау үшін қайта жарақталды. Delta IV Heavy-дің SLC 6-дан алғашқы ұшырылуы 2006 жылдың маусым айында болды, ол АҚШ Ұлттық барлау кеңсесінің (NRO) құпия спутнигі NROL 22-ні ұшырды.
Соңғы жоба
НАСА жобаны толық бақыласа, сұйық отынды бустерлерді таңдар еді, бірақ Басқару және Бюджет кеңсесі олардың даму шығындарының арзандығына байланысты қатты бустерлерді таңдауын талап етті. Сұйық отынды бустер дизайны жақсы өнімділік, төменірек ұшу құны, азырақ қоршаған ортаға зиян және даму тәуекелінің азаюын қамтамасыз етсе де, Шаттл бағдарламасының шектеулі даму қаражаты үшін бәсекелес болған көптеген элементтердің арасында қатты бустерлерді дамытуға аз қаржы жұмсалатыны есептелді. Соңғы таңдалған жоба – үш сұйық отынды қозғалтқышы бар қанатты орбиталық аппарат, осы қозғалтқыштар үшін сұйық отын сақтайтын үлкен, бір рет қолданылатын сыртқы бак және екі қайта пайдалануға болатын қатты ракеталық бустер болды. 1972 жылдың көктемінде Lockheed Aircraft, McDonnell Douglas, Grumman және North American Rockwell шаттл құру бойынша ұсыныстарын ұсынды. NASA-ның іріктеу тобы Lockheed-тің шаттлының тым күрделі және қымбат екенін, сондай-ақ компанияның экипажды тасымалдайтын ғарыш кемелерін құрастыру тәжірибесі жоқ екенін атап өтті. McDonnell Douglas ұсынған нұсқа тым қымбат болды және техникалық мәселелері болды. Grumman ұсынған дизайн өте жақсы болғанмен, ол да тым қымбат көрінді. North American ұсынған шаттл ең төмен құнға ие болды және шығындарды ең нақты болжады, оның дизайны техникалық қызмет көрсетуді жүргізу үшін ең оңай болды, ал North American компаниясының командалық және қызметтік модуліне қатысты Аполлон-13 апаты электр жүйелерінің бұзылуына қатысты тәжірибесін көрсетті. NASA 1972 жылдың 26 шілдесінде North American компаниясын таңдағанын жариялады. Ғарыш Шаттл бағдарламасында HAL/S бағдарламалау тілі қолданылды. Алғашқы қолданылған микропроцессор 8088, ал кейіннен 80386 болды. Ғарыш Шаттлының орбиталық авиациялық компьютері IBM AP 101 болды.
Соңғы оқиғалар
Шаттлдан алынған сабақтар туралы пікірлер әртүрлі. Ол 1971 жылы президент Ричард М. Никсонға ұсынылған бастапқы даму шығындары мен мерзімдері бойынша, 1971 жылғы доллармен 6,744 миллиард долларға (қазіргі шақта $...) құнымен жасалды, ал бастапқы бағалау 5,15 миллиард доллар болған еді. Бірақ, іске қосылу шығындары, ұшу жиілігі, жүк көлемі және сенімділік күтілгендей болған жоқ.