Družicový stupeň raketoplánu: Rozdiel medzi revíziami

'''Družicový stupeň raketoplánu''' nazývaný aj '''vlastný raketoplán''' alebo '''orbiter''' jebola najzložitejšia a najdôležitejšia časť celého amerického [[Space Shuttle|raketoplánu]]. Zároveň to bola jediná časť raketoplánu, ktorá sa dostala do [[vesmír]]u a potom pristala. Z hľadiska [[letectvo|leteckej]] terminológie jeišlo too jednoplošník so samonosným krídlom v tvare dvojitej delty. Slúžil na dopravu nákladu a osôb na [[obežná dráha|obežnú dráhu]] okolo [[Zem]]e a späť. Štartoval ako klasická [[raketa]], návrat prebiehal riadeným kĺzavým pristátím podobným pristávaniu [[lietadlo|lietadla]].

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

* predná časť  –  dvojpodlažná kabína pre posádku;

* stredná časť  –  trup s nákladovým priestorom;

* zadná časť  –  motorový priestor s motormi [[SSME]].

Predná časť raketoplánu má dĺžku 8,74 metrov. Jej väčšiu časť zaberá kabína pre posádku, ďalej sa v nej nachádza blok stabilizačných a manévrovacích motorov [[Reaction control system|RCS]] (Reaction Control System, predný blok označovaný tiež ako FRCS  –  Forward Reaction Control System) a predná podvozková šachta. Predná časť je vyrobená zo sústavy nitovaných panelov, priečok a rebier. Skladá sa z dvoch základných častí  –  hornej a dolnej. Horná obsahuje 6 okienok s hrúbkou 16 milimetrov vyrobených z taveného [[kremeň]]a. Odolávajú teplotám až 480  °C z vonkajšej strany a 426  °C z vnútornej.

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 najvyšenavyše dvojicu okien smerujúcu nahor, ďalšiu dvojicu namierenú do nákladového priestoru a jedno okienko vo vstupných dverách do kabíny. Ľavé okienko na vrchole kabíny mohlo 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[[mylar]]ovou 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 sasú napríklad nachádzajúumiestnené 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 mal k dispozícii ručné riadenie pre rotačné a translačné manévre, pre ovládanie aerodynamickej brzdy a pedálové riadenie kormidiel. Miesto na manipuláciu s užitočným zaťažením je umiestnenésituované v zadnej stene pilotnej paluby. DochádzaloZ tutejto kpaluby sa riadeniuovládal celéhocelý raketoplánuraketoplán, riadeniu vypúšťaniavypúšťanie [[umelá družica|družíc]] z nákladového priestoru a riadeniu manipulátoramanipulátor 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. Prielez smá priemerompriemer {{mm|1010|m}} a hmotnosťouhmotnosť {{kg|60}}. Dvere prielezu je možné zvonka aj zvnútra otvoriť mechanicky, v prípade núdze [[pyrotechnika|pyrotechnicky]]. Dvere sú vyklápané smerom nadol; (za predpokladu, že raketoplán stál vo zvislej polohe na [[štartovací komplex 39|štartovacej rampe]], to bolo doľava). Nad prielezom je dôležitá, ale 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 bývala 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''záchod''om (systém WCS), umývadlom[[umývadlo]]m 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 tri demontovateľné sedadlá pre posádku označené číslami 5, 6 a 7.

Za priečkou v prednej časti obytnej paluby jesa umiestnenánachádza väčšina riadiacej elektroniky vrátane piatich palubných [[počítač]]ov. Riadenie systémov raketoplánu zaisťuje päť hlavných palubných počítačov typu [[IBM]] AP-101S (pôvodne AP-101) s výkonom viac ako 1 milión operácií za sekundu a s operačnou pamäťou 256K 32-bitových slov. Počas kritických fáz letu, ako je vzlet a pristátie, súboli štyri počítače prepojené a navzájom sa kontrolujúkontrolovali. Piaty, vybavený jednoduchším programovým vybavením, slúžislúžil ako záloha.

Pod podlahou obytnej paluby sa nachádza spodná, alebo ''technická paluba''. Je tu [[klimatizácia|klimatizačné]] zariadenie a systémy podpory života. Do tejto paluby nie je bežne prístup, posádka sa tam môže dostať iba po demontovaní podlahových panelov v obytnej palube. Systém podpory života, odborne nazývaný ECLSS (Environmental Control and Life Support System), má dve časti: Systém slúžiaci na podporu a udržiavanie [[atmosféraAtmosféra (plynná zmes)|atmosféry]] a systém tepelnej regulácie.

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

Komunikačný systém pracoval 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]] bola 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 mohol 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 používal systém pracujúci v [[rádiové pásmo|pásme]] UKV (243 až 300  MHz). Tento systém slúžil aj ako záložný pre spojenie s pozemnými stanicami.

Pred kabínou pre posádku sa nachádza blok manévrovacích motorov RCS a podvozková šachta. Táto šachta môže pojať až {{kg|610}} balastnej záťaže, používanej pri niektorých misiách z dôvodu ľahšieho ovládania stroja.

# dvierka pre prístup k [[hydroxid lítny|hydroxidu lítnemu]] (Lithium Hydroxide Door),

# [[prechodová komora]],

# predné manévrovacie motory (FRCS  –  Forward Reaction Control System)

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[[radiátor]]y (vyžarovače) klimatizačného systému. Tieto radiátory prostredníctvom [[glykol]]ovej slučky odvádzali z vnútra družicového stupňa odpadové teplo. Aby mohli správne fungovať, museli byť dvere do nákladového priestoru vo vesmíre otvorené. Predné dva panely sa po otvorení dverí navyše odklopili od dverí o 35,5 stupňa. Dvere sú vyrobené z materiálu na báze uhlíka a epoxidu s jadrom z nomexu[[nomex]]u. 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 nachádzal diaľkový manipulátor [[Remote Manipulator System|RMS]] (Remote Manipulator System), nazývaný aj manipulačné rameno či Kanadská ruka, 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. Bol tu umiestnený tiež všetok väčší užitočný náklad. Mohla to byť jedna alebo viac [[umelá družica|družíc]], [[kozmická sonda|sondy]], moduly pre [[vesmírna stanica|vesmírnu stanicu]] ([[Mir]], [[ISS]]), zásobovacie kontajnery, alebo [[vesmírne laboratórium]], ktoré bolo 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 bývala tiež inštalovaná [[prechodová komora]] slúžiaca na prechod[[výstup do otvoreného priestoru]]. Náklad sa prichytával o nákladový priestor za pomoci 124 použiteľných úchytných skrutiek. V podpalubí nákladového priestoru boli hneď za prednou časťou po ľavej a pravej strane umiestnené batérie PRSD (Power Reactant Storage and Distribution) na kvapalný kyslík a vodík, ktoré dodávaliposkytovali raketoplánu elektrickú energiu. Do elektrorozvodnej siete raketoplánu bol dodávaný prúd s napätím 28 [[volt]]ov. Nádrže na kvapalný vodík a kyslík boli guľovitého tvaru a ich počet sa menil v závislosti od potrieb konkrétnej misie. Pri procese výroby elektrického prúdu vznikal ako užitočný odpad [[voda]].

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]]. Mali nominálny ťah 3  ×  2,1  MN vo vákuu. Palivo bolo dodávané z externej palivovej nádrže ET. Pri jednom štarte pracovlipracovali motory nepretržite 520 sekúnd, celková záloha životnosti bola najmenej 28 600 s, to je 7 1/2 hodiny prevádzky do generálnej prehliadky. Po každom lete raketoplánu boli odstránené a poslané na kontrolu. Pri nevyhnutnej údržbe mohol byť motor použitý až 55-krát. Výrobná cena jedného exemplára SSME presahujepresahovala 40 miliónov dolárov.

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

Všetky tri motory boli uložené výkyvne a ich vychyľovaním hydraulickými ovládačmi bolsa riadenýdal riadiť smer letu raketoplánu počas jeho vzletu na obežnú dráhu. Tieto motory bolisa používanépoužívali len pri štarte. Po oddelení hlavnej nádrže ET už neboli pripojené na nijakýžiadny prívod paliva a na [[obežná dráha|obežnej dráhe]] nemali 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 používali na konečné navedenie raketoplánu na obežnú dráhu, alebo na začiatokzačatie 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 slúžil [[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.

Ďalšou časťou raketoplánu je dvojica krídel. Každé sa skladá z pozdĺžnych a priečnych rebier a nosníkov. Maximálna hrúbka krídla je 1,52 metra, jeho dĺžka v mieste ohybu krídla jedosahuje 18,28 metra. V mieste jeho ohybu sa nachádza podvozková šachta. Ku krídlam sú pripevnené elevóny vyklápateľné o 40° nahor a 25° smerom dole. Každý elevón sa skladá z troch častí, pričom každá časť má tri úchytnézáchytné body.

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 konalo 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 kremičitý|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 bol 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 neuskutočnila a [[program Space Shuttle]] bol dokončený len so zostávajúcimi troma orbitermi.

'''1'''. stabilizačné motory  –  reaktívny kontrolný systém '''2'''. podvozková šachta '''3'''. predný podvozok '''4'''. okienka '''5'''. pilotná paluba '''6'''. veliteľ letu '''7'''. druhý pilot '''8'''. hlavný vstupný prielez '''9'''. priechod na obytnú palubu '''10'''. dvere do nákladového priestoru '''11'''. nákladový priestor '''12'''. rameno na diaľkové ovládanie '''13'''. radiátory '''14'''. tri hlavné motory '''15'''. orbitálne manévrovacie motory '''16'''. stabilizačné a manévrovacie motory '''17'''. nádrže s palivom a okysličovadlom '''18'''. nádrže s héliom '''19'''. vertikálny stabilizátor (smerovka), kormidlo '''20'''. vyklápacia časť smerovky '''21'''. krídlo '''22'''. elevóny '''23'''. zadný podvozok '''24'''. prípojka na pozemské zariadenie

Tepelná ochrana  –  špeciálne tvarované izolačné platničky priliehajúce na zakrivené plochy:

'''A'''. Zosilnená uhlíkovo-uhlíková izolácia RCC (teploty nad 1  260  °C)<br />

'''B'''. Keramické platničky (648  –  1 260  °C)<br />

'''C'''. Platničky z keramických vlákien (370  –  648  °C)<br />

'''D'''. Plsť (do 370  °C)

== Externé odkazyZdroje ==