Družicový stupeň raketoplánu: Rozdiel medzi revíziami

'''Družicový stupeň raketoplánu''' nazývaný aj '''vlastný raketoplán''' alebo '''orbiter''' je najzložitejšia a najdôležitejšia časť celého amerického [[Space Shuttle|raketoplánu]]. Zároveň je to bola jediná časť raketoplánu, ktorá sa dostanedostala do [[vesmír]]u a potom pristanepristala. Z hľadiska [[letectvo|leteckej]] terminológie je to jednoplošník so samonosným krídlom v tvare dvojitej delty. SlúžiSlúžil na dopravu nákladu a osôb na [[obežná dráha|obežnú dráhu]] okolo [[Zem]]e a späť. ŠtartujeŠtartoval ako klasická [[raketa]], návrat prebiehaprebiehal riadeným kĺzavým pristátím.

Orbiter má celkovú dĺžku {{m|37.24|m}}, výšku {{m|17.25|m}} a rozpätie krídel {{m|23.79|m}}. Jeho prázdna hmotnosť je rôzna pri jednotlivých exemplároch (''Columbia'' bola najťažšia) a pohybuje sa okolo 90 ton. Trup stroja tvorí konštrukcia z [[hliník]]ových zliatin. Pre najviac mechanicky namáhané časti je použitá [[oceľ]] a titánové[[titán]]ové zliatiny. Skladá sa z troch hlavných konštrukčných častí:

V prednej časti je ako samostatný konštrukčný diel vložená kabína pre posádku. Kabína má tvar zrezaného [[kužeľ]]a orientovaného vrcholom dopredu. Jej vnútorný objem je 71,5 metrov kubických. Kabína má vlastný systém okienok, z ktorých šesť zodpovedá šiestim okienkam v základnej konštrukcii. Aj vnútorné okná majú hrúbku {{mm|16|m}}, sú vyrobené z temperovaného hlinito-kremičitého skla a ich vonkajší povrch je pokrytý reflexnou vrstvou odrážajúcou škodlivé [[infračervené žiarenie]]. Kabína pre posádku má najviacnajvyše dvojicu okien smerujúcu nahor, ďalšiu dvojicu namierenú do nákladového priestoru a jedno okienko vo vstupných dverách do kabíny. Ľavé okienko na vrchole kabíny môžemohlo byť v prípade núdze [[pyrotechnika|pyrotechnicky]] odstrelené a použité ako núdzový východ. Kabína pre posádku je k prednej časti raketoplánu prichytená len v štyroch bodoch, aby sa znížil [[teplo|tepelný]] prenos z vonkajšieho prostredia. Z dôvodov tepelnej izolácie je kabína pokrytá tiež mylarovou izoláciou a pozlátenou fóliou.

Samotná kabína pre posádku je rozdelená na tri paluby. Horná paluba sa nazýva '''pilotná''' alebo letová a nachádza sa tu sedadlo veliteľa letu (vľavo) a pilota (vpravo). V tejto kabíne sú sústredené všetky prvky riadenia. Nad oknami sa napríklad nachádzajú palivometre, vľavo od sedadla veliteľa sú to systémy podpory života (ventilácia, [[tlak]] vzduchu, hladina [[kyslík]]a a [[dusík]]a, teplota vzduchu…), na stenách a strope sú vypínače [[elektrický obvod|elektrických obvodov]]. Každý z pilotov mámal k dispozícii ručné riadenie pre rotačné a translačné manévre, pre ovládanie aerodynamickej brzdy a pedálové riadenie kormidiel. Miesto na manipuláciu s užitočným zaťažením je umiestnené v zadnej stene pilotnej paluby. DochádzaDochádzalo tu k riadeniu celého raketoplánu, riadeniu vypúšťania [[umelá družica|družíc]] z nákladového priestoru a riadeniu manipulátora RMS. Za sedadlami pilotov sú demontovateľné kreslá pre ďalších členov posádky. Priamo za sedadlom veliteľa je v podlahe priechod na strednú, alebo obytnú palubu.

'''Obytná paluba''' obsahuje na ľavej strane bočný prielez pre nástup a výstup posádky s priemerom {{mm|1010|m}} a hmotnosťou {{kg|60}}. Dvere prielezu je možné zvonka aj zvnútra otvoriť mechanicky, v prípade núdze [[pyrotechnika|pyrotechnicky]]. Dvere sú vyklápané smerom nadol (za predpokladu, že jeraketoplán raketoplánstál na [[štartovací komplex 39|štartovacej rampe]] jeto tobolo doľava). Nad prielezom je dôležitá, avšak nikdy nepoužitá časť záchranného systému – teleskopická tyč. Vstupný prielez je vybavený tiež nafukovacou kĺzačkou podobne ako majú bežne dopravné lietadlá, aby pri prípadnom núdzovom pristátí posádka mohla opustiť raketoplán. Na pravej strane raketoplánu je menší núdzový prielez. Ďalší prielez vedie do nákladového priestoru raketoplánu. Slúži na prechod do [[prechodová komora|prechodovej komory]], alebo do [[laboratórium|laboratória]] v nákladovom priestore. Prechodová komora bývabývala väčšinou inštalovaná externe. Zadná stena kabíny pre posádku je kvôli zjednodušeniu údržby ku kabíne iba priskrutkovaná, nie je teda celistvá.

V obytnej palube sa nachádzajú tiež štyri kóje na odpočinok astronautov. Okrem toho je vybavená sanitárnym zariadením, záchodom (systém WCS), umývadlom a kuchynkou. Nachádzajú sa tu aj skrinky na uloženie potravín, osobných vecí [[astronaut]]ov, manuálov, vedeckého vybavenia a pod. V čase štartu a pristávania sú tu umiestnené tiež 3tri demontovateľné sedadlá pre posádku označené číslami 5, 6 a 7.

Navigačný systém využívavyužíval najmä tri [[inerciálna plošina|inerciálne plošiny]] IMU (Inertial Measurement Units), ktoré zásobujúzásobovali palubné počítače informáciami o aktuálnej orientácii družicového stupňa v priestore a o negravitačných [[zrýchlenie|zrýchleniach]] (napr. spôsobených prácou motorov). Na ich nastavovanie slúžiaslúžili automatické aj manuálne zameriavače hviezd. Negravitačné zrýchlenie meriamerala aj ďalšia súprava štyroch lineárnych akcelerometrov. V priebehu stretávacích manévrov sa na stanovenie vzdialenosti družicového stupňa od cieľa a relatívnej rýchlosti sa používapoužíval palubný [[rádiolokátor]]. Pre navigáciu v závere pristátia slúžislúžil prijímač systému TACAN. VKu poslednomkoncu časeprogramu sa skúšobne používapoužíval navigačný systém [[Global Positioning System|GPS]]. Vlastnú pilotáž letu zaisťujezaisťoval prostredníctvom hlavných počítačov autopilot, ktorý môžemohol tiež preberať príkazy pilotov z ručných ovládacích prvkov, umiestnených na letovej palube.

Komunikačný systém pracujepracoval v pásmach K_u (15,25 až 17,25 GHz) a S (1,7 až 2,4 GHz). Väčšina spojení s [[stredisko riadenia vesmírnych letov|riadiacim strediskom]] jebola sprostredkovaná cez družice systému [[Tracking and Data Relay Satellite|TDRSS]] (Tracking and Data Relay Satellite System), umiestnených na [[geostacionárna dráha|geostacionárnej dráhe]]. V prvých približne 4 minútach letu môžemohol systém pracujúci v pásme S komunikovať s pozemnou stanicou na [[kozmodróm]]e priamo. Pre spojenie s [[Medzinárodná vesmírna stanica|Medzinárodnou kozmickou stanicou]] v jej blízkosti, alebo s členmi posádky, pracujúcimi v skafandroch vo voľnom priestore, sa používapoužíval systém pracujúci v [[rádiové pásmo|pásme]] UKV (243 až 300 MHz). Tento systém slúžislúžil aj ako záložný pre spojenie s pozemnými stanicami.

Trup s rozmermi 18,3 × 5,2 × {{m|4.0|m}} je tvorený celkove dvanástimi prepážkami z horizontálnych a vertikálnych dielov, pričom v miestach pripojenia krídel sú pre zvýšenie bezpečnosti ešte výstuže v tvare T. V trupe je umiestnený nákladový priestor, uzavierateľný dvojkrídlovými dverami, na ktorých vnútornej strane sú radiátory klimatizačného systému. Tieto radiátory prostredníctvom [[glykol]]ovej slučky odvádzajúodvádzali z vnútra družicového stupňa odpadové teplo. Aby mohli správne fungovať, musiamuseli byť dvere do nákladového priestoru vo vesmíre otvorené. Predné dva panely sa po otvorení dverí navyše odklopiaodklopili od dverí o 35,5 stupňa. Dvere sú vyrobené z materiálu na báze uhlíka a epoxidu s jadrom z nomexu. Každá z dvoch častí dverí je k nákladovému priestoru prichytená pomocou 13-tich závesov. Dvere do nákladového priestoru sa niekedy označujú skratkou PLBD (Payload Bay Doors).

V trupe sa okrem iného nachádzanachádzal diaľkový manipulátor [[Remote Manipulator System|RMS]] (Remote Manipulator System), nazývaný aj manipulačné rameno, tri [[Palivový článok|palivové batérie]] s výkonom 3 × 7 kW (v maxime 3 × 12 kW) a štyri nádrže s kyslíkom a štyri nádrže s vodíkom potrebným pre ich prevádzku. Nachádza saBol tu umiestnený tiež všetok väčší užitočný náklad. MôžeMohla to byť jedna alebo viac [[družica|družíc]], [[sonda|sondy]], moduly pre [[vesmírna stanica|vesmírnu stanicu]] ([[Mir]], [[ISS]]), zásobovacie kontajnery, alebo [[vesmírne laboratórium]], ktoré jebolo hermeticky spojené s obytnou palubou orbitera. Starší typ vesmírneho laboratória je európsky [[Spacelab]], od letu [[STS-57]] až po let [[STS-107]] sa používal novší [[Spacehab]]. V nákladovom priestore bývabývala tiež inštalovaná [[prechodová komora]] slúžiaca na prechod do otvoreného priestoru. Náklad sa prichytávaprichytával o nákladový priestor za pomoci 124 použiteľných úchytných skrutiek. V podpalubí nákladového priestoru súboli hneď za prednou časťou po ľavej a pravej strane umiestnené batérie PRSD (Power Reactant Storage and Distribution) na kvapalný kyslík a vodík, ktoré dodávajúdodávali raketoplánu elektrickú energiu. Do elektrorozvodnej siete raketoplánu jebol dodávaný prúd s napätím 28 [[volt]]ov. Nádrže na kvapalný vodík a kyslík súboli guľovitého tvaru a ich počet sa menímenil v závislosti od potrieb konkrétnej misie. Pri procese výroby elektrického prúdu vznikávznikal ako užitočný odpad [[voda]].

Zadná časť orbitera sa nazýva ''motorová sekcia''. Má dĺžku 5,48 metra, šírku 6,7 metra a výšku 6,09 metra. V tejto časti sú umiestnené tri turbočerpadlá APU (Auxiliary Power Units) [[hydraulika|hydraulického]] systému na ovládanie motorov SSME a aerodynamických riadiacich plôch. Hydraulický systém APU mámal výkon 100[[Watt (jednotka)|kW]].

V motorovom priestore sa nachádzajú tri kyslíkovodíkové motory '''[[Space Shuttle Main Engines|SSME]]''' (Space Shuttle Main Engines), ktoré sú dominantou celého raketoplánu. Vyrobila ich americká spoločnosť [[Rocketdyne]]. MajúMali nominálny ťah 3 × 2,1 MN vo vákuu. Dodávku pohonných látok do spaľovacích komôr týchto motorov zaisťujú turbočerpadlá, pričom časť kvapalného vodíka je najskôr vedená stenami expanznej trysky, ktoré sú tak regeneratívne ochladzované. Palivo jebolo dodávané z externej palivovej nádrže ET. Pri jednom štarte pracujúpracovli motory nepretržite 520 sekúnd, celková záloha životnosti jebola najmenej 28 600 s, to je 7 1/2 hodiny prevádzky do generálnej prehliadky. Po každom lete raketoplánu súboli odstránené a poslané na kontrolu. Pri nevyhnutnej údržbe môžemohol byť motor použitý až 55-krát. Výrobná cena jedného exemplára SSME presahuje 40 miliónov dolárov.

Raketové motory raketoplánu pracujúpracovali pri extrémnych rozdieloch teploty. Kvapalný vodík jebol skladovaný pri teplote -253 °C. Pri spaľovaní s kvapalným kyslíkom jebola v spaľovacej komore dosiahnutá teplota 3 300 °C, čo je teplota [[Var (fyzika)|varu]] železa. Dodávku pohonných látok do spaľovacích komôr týchto motorov zaisťujúzaisťovali turbočerpadlá, pričom časť kvapalného vodíka jebola najskôr vedená stenami trysky, ktoré sú takto regeneratívne chladené. Vďaka tomuto spôsobu chladenia teplota povrchu spaľovacej komory neprekročíneprekročila hodnotu 567 °C.

Všetky tri motory súboli uložené výkyvne a ich vychyľovaním hydraulickými ovládačmi jebol riadený smer letu raketoplánu počas jeho vzletu na obežnú dráhu. Tieto motory súboli používané len pri štarte. Po oddelení hlavnej nádrže ET už nie súneboli pripojené na nijaký prívod paliva a na obežnej dráhe nemajúnemali nijakú funkciu.

Pod motorovým priestorom je umiestnený trupový [[elevón]]. Nad motorovým priestorom po stranách kýlovej plochy s kormidlami a aerodynamickou brzdou sú pripevnené dva moduly manévrovacích motorov OMS (Orbital Maneuvring System), každý s jedným motorom OME s ťahom 26,7 kN. Motory OME sa používajúpoužívali na konečné navedenie raketoplánu na obežnú dráhu, alebo na začiatok pristávacieho manévru. Sú výklopné a každá jednotka OMS má hmotnosť {{kg|117}}.

Okrem motorov OME nesie blok OMS ešte 12 riadiacich motorov RCS (Reaction Control System) s ťahom 3,87 kN. Ako pohonné látky pre OMS a RCS slúžiaslúžil [[monometylhydrazín]] a [[oxid dusičitý]]. Palivové nádrže pre OME majú maximálnu kapacitu {{kg|3345}} oxidu dusičitého a {{kg|2028}} okysličovadla, motory RCS a FRCS majú k dispozícii najviac {{kg|659}} okysličovadla a {{kg|416}} paliva. Ďalší modul RCS, blok FRCS, so 14 motormi s ťahom 3,87 kN a dvoma motormi s ťahom 111 N je zabudovaný vpredu, pred priestorom pre posádku. Celkový počet raketových motorov v raketopláne je 49 a delia sa na 4 rôzne typy.

V motorovej sekcii je tiež aerodynamické kormidlo (smerovka). Pohyblivá časť smerovky je dvojitá a môžemohla sa vyklápať doľava alebo doprava. Pri súčasnom vyklápaní jedným smerom slúžislúžila ako smerové kormidlo. Pokiaľ súboli tieto dve časti roztvorené, raketoplán brzdíbrzdil. Smerovka, podobne ako ostatné aerodynamické prvky, jebola používaná len pri lete v atmosfére a to väčšinou pri rýchlostiach v rozsahu 5 až 10 [[Machovo číslo|MachovMach]] 5 až 10.

Raketoplán má tiež trojbodový podvozok. Predný podvozok je krytý dvojkrídlovými dvermi, zadný je krytý jednoduchými dvermi. Predný podvozok je ovládateľný, nesie dve pneumatiky s priemerom {{cm|80|m}}. Zadný podvozok má každý dve dvojice pneumatík s priemerom {{cm|110|m}}. Tlak vo vnútri pneumatík je 1,8 MPa. Po vyklopení podvozku už nie je možné podvozok automaticky zatiahnuť – jeho zatiahnutie sa konákonalo manuálne až v montážnom hangári. Pre skrátenie dojazdu po pristátí je v spodnej časti kýlovej plochy zabudovaný brzdiaci páskový [[padák]].

Povrch raketoplánu je pokrytý systémom tepelnej ochrany TPS (Thermal Protection System), chrániacim trup raketoplánu pred aerodynamickým ohrevom počas zostupu do atmosféry Zeme. Najviac namáhané časti, t. j. predok trupu a nábežná hrana krídla, sú chránené panelmi z uhlíkového [[laminát]]u, pokrytého [[glazúra|glazúrou]] zo zmesi [[oxid hlinitý|oxidu hlinitého]], [[oxid kremičitý|oxidu kremičitého]] a [[karbid kremíka|karbidu kremíka]] ako ochranou proti [[oxidácia|oxidácii]]. Odborne sa tento typ tepelnej ochrany nazýva RCC (Reinforced Carbon-Carbon – vystužený uhlík-uhlík). Spodok trupu a krídla sú pokryté dlaždicami z vysokoporézneho oxidu kremičitého, ktoré sú vyrobené z kremennej vaty, s čiernou glazúrou, zaisťujúcou vysokú emitivitu (spätné [[vyžarovanie]]) tepelného žiarenia. Horná časť krídla, boky trupu a boky kýlovej plochy sú pokryté podobnými kremennými dlaždicami, ale s bielou glazúrou, zaisťujúcou vysokú reflektivitu ([[odrazivosť]]) tepelného žiarenia. Celkový počet dlaždíc je viac ako 30 tisíc. Ich hrúbka kolíše podľa predpokladaného tepelného zaťaženia jednotlivých miest trupu od 25 do {{mm|125|m}}. Dlaždice nie sú lepené priamo na hliníkový trup, ale na pružnú podložku z Nomexovej plsti (vyrobenej z [[aramid]]u) a medzi jednotlivými dlaždicami je ponechaná dilatačná medzera, zaplnená pružnou upchávkou z keramickej tkaniny. Najmenej tepelne namáhaný vrch trupu (dvere nákladového priestoru) je pokrytý panelmi FRSI (Felt Reusable Surface Insulation) z Nomexovej plsti. Pred vyvezením raketoplánu na štartovaciu rampu jebol celý povrch družicového stupňa impregnovaný vodoodpudivým postrekom.

V Spojených štátoch bolo vyrobených celkove 5 orbiterov schopných lietať do [[vesmír]]u. Životnosť každého z nich mala byť 50 letov. Podľa poradia výroby sú to [[Columbia (raketoplán)|Columbia]], [[Challenger (raketoplán)|Challenger]], [[Discovery (raketoplán)|Discovery]], [[Atlantis (raketoplán)|Atlantis]] a [[Endeavour (raketoplán)|Endeavour]]. Pôvodne sa počítalo s výrobou a používaním len prvých štyroch družicových stupňov, ale po [[STS-51-L|havárii]] raketoplánu Challenger v roku [[1986]] bolo potrebné postaviť za neho náhradu – Endeavour. Po [[Havária raketoplánu Columbia|havárii Columbie]] sa však výstavba nového orbitera neplánujeneuskutočnila a [[program Space Shuttle]] budebol dokončený len so zostávajúcimi troma orbitermi.

*[http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/lk2.htm Družicový stupeň raketoplánu v MEK (po česky)]