Transbordador espacial

El Sistema de Control de Reacción (RCS) estaba compuesto por 44 pequeños propulsores de cohete de combustible líquido y su sofisticado sistema de control de vuelo fly-by-wire , que utilizaba un filtro de Kalman digital de alta capacidad computacional . Este sistema de control realizaba el control de actitud habitual en los ejes de cabeceo, alabeo y guiñada durante todas las fases de vuelo: lanzamiento, órbita y reentrada. Además, ejecutaba las maniobras orbitales necesarias, incluyendo todos los cambios en la altitud, el plano orbital y la excentricidad de la órbita . Todas estas operaciones requerían mayor empuje e impulso que el simple control de actitud.

Los cohetes delanteros del Sistema de Control de Reacción (RCS), ubicados cerca de la punta del transbordador espacial, incluían 14 cohetes RCS primarios y dos vernier . Los motores RCS traseros se ubicaban en las dos cápsulas del Sistema de Maniobra Orbital (OMS) en la parte posterior del transbordador, e incluían 12 motores primarios (PRCS) y dos vernier (VRCS) en cada cápsula. El sistema PRCS proporcionaba el control de apuntamiento del transbordador, y el VRCS se utilizaba para maniobras de precisión durante las maniobras de encuentro, acoplamiento y desacoplamiento con la Estación Espacial Internacional , o anteriormente con la estación espacial rusa Mir . El RCS también controlaba la actitud del transbordador durante la mayor parte de su reentrada en la atmósfera terrestre, hasta que el aire se volvía lo suficientemente denso como para que el timón, los alerones y el flap del fuselaje entraran en funcionamiento. ^{[ 8 ]}

El combustible del sistema de maniobra orbital (OMS) y del sistema de control de reacción (RCS) del orbitador es monometilhidrazina (CH₃NHNH₂) y el oxidante es tetróxido de dinitrógeno (N₂O₄ ₎ . Esta combinación de _propulsores es extremadamente reactiva _{y se} inflama espontáneamente al contacto (hipergólica). Esta reacción química (4CH₃NHNH₂ _{+ 5N₂O₄} → 9N₂ ₊ 4CO₂ ₊ 12H₂O _{) tiene lugar en la cámara de combustión del motor} . Los productos de la reacción se expanden y aceleran en la tobera del motor para generar el empuje . Debido a sus características hipergólicas, estos dos compuestos químicos se encienden y reinician fácilmente sin necesidad de una fuente de ignición, lo que los hace ideales para los sistemas de maniobra de las naves espaciales.

Durante la fase inicial del diseño del orbitador, los propulsores RCS delanteros debían estar ocultos bajo compuertas retráctiles, que se abrirían una vez que el orbitador alcanzara el espacio. Estos se omitieron en favor de propulsores empotrados por temor a que las compuertas RCS quedaran atascadas en posición abierta y pusieran en peligro a la tripulación y al orbitador durante la reentrada. ^{[ 9 ]}

La cabina de vuelo o cabina del orbitador originalmente tenía 2214 controles y pantallas, aproximadamente tres veces más que el módulo de mando del Apolo . ^{[ 2 ]} La cabina de la tripulación constaba de la cabina de vuelo, la cubierta intermedia y el área de servicios. La más alta de estas era la cabina de vuelo, en la que se sentaban el comandante y el piloto del transbordador espacial en asientos fijos permanentes con hasta dos especialistas de misión sentados detrás de ellos en asientos plegables. ^{[ 10 ]} El especialista de misión en el asiento cuatro (ubicado detrás y entre el comandante y el piloto) actuaba como ingeniero de vuelo durante el ascenso y el aterrizaje, siguiendo la información del CAPCOM y anunciando los hitos.

La cubierta intermedia, que estaba debajo de la cabina de vuelo, normalmente estaba equipada con hasta tres asientos plegables adicionales, dependiendo de los requisitos de la tripulación de la misión. ^{[ 11 ]} Una misión llevaba cuatro asientos ( STS-61-A ) y la NASA elaboró ​​planes que nunca se utilizaron para llevar hasta siete asientos en caso de un rescate de emergencia ( STS-400 ).

La cocina, los baños, los camarotes, los armarios de almacenamiento y la escotilla lateral para entrar y salir del transbordador también se ubicaban en la cubierta intermedia, al igual que la esclusa de aire . Esta esclusa contaba con una escotilla adicional que daba a la bodega de carga. Esta esclusa permitía que dos o tres astronautas, con sus trajes espaciales de Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU), se despresurizaran antes de una caminata espacial ( EVA ), y también que se volvieran a presurizar y reingresaran al transbordador al finalizar la EVA.

La zona de servicios estaba ubicada debajo del piso de la cubierta intermedia y contenía tanques de aire y agua, además del sistema de depuración de dióxido de carbono .

Tres motores principales del transbordador espacial (SSME) estaban montados en la parte posterior del fuselaje formando un triángulo equilátero . Estos tres motores de combustible líquido podían girar 10,5 grados verticalmente y 8,5 grados horizontalmente durante el ascenso propulsado por cohetes del transbordador para cambiar la dirección de su empuje. De esta manera, dirigían todo el transbordador espacial, además de proporcionar el empuje necesario para alcanzar la órbita. La parte posterior del fuselaje también albergaba tres unidades de potencia auxiliar (APU). Las APU convertían químicamente el combustible de hidracina de estado líquido a gaseoso , alimentando una bomba hidráulica que suministraba presión a todo el sistema hidráulico, incluido el subsistema hidráulico que dirigía los tres motores principales de combustible líquido, bajo control de vuelo computarizado. La presión hidráulica generada también se utilizó para controlar todas las superficies de control de vuelo del orbitador (los alerones, el timón, el freno aerodinámico, etc.), para desplegar el tren de aterrizaje del orbitador y para retraer las compuertas de conexión de la manguera umbilical ubicadas cerca del tren de aterrizaje trasero, que suministraban hidrógeno líquido y oxígeno a los motores principales del orbitador desde el tanque externo.

Dos propulsores del Sistema de Maniobras Orbitales (OMS) se montaron en dos cápsulas extraíbles separadas en la parte posterior del fuselaje del orbitador, ubicadas entre los SSME y el estabilizador vertical. Los motores OMS proporcionaron un empuje significativo para las maniobras orbitales de rumbo , incluyendo inserción, circularización, transferencia, encuentro, desorbitación, aborto a órbita y aborto una vez alrededor de . ^{[ 12 ]} En el despegue, se utilizaron dos cohetes propulsores sólidos reutilizables (SRB) para llevar el vehículo a una altitud de aproximadamente 140 000 pies. ^{[ 13 ]}

La energía eléctrica para los subsistemas del orbitador fue suministrada por un conjunto de tres celdas de combustible de hidrógeno-oxígeno que producían energía de CC de 28 voltios y también se convertía en energía eléctrica trifásica  de CA de 115 voltios y 400 Hz (para los sistemas que usaban energía de CA ). ^{[ 14 ]} Estas proporcionaron energía a todo el conjunto del transbordador (incluidos los SRB y el ET) desde T-menos 3m30s hasta el final de la misión. El hidrógeno y el oxígeno para las celdas de combustible se mantenían en pares de tanques de almacenamiento criogénico en el fuselaje central debajo del revestimiento de la bahía de carga útil, y se podía instalar un número variable de dichos conjuntos de tanques (hasta cinco pares) dependiendo de los requisitos de la misión. Las tres celdas de combustible eran capaces de generar 21 kilovatios de potencia de forma continua (o un pico de 36 kilovatios durante 15 minutos) con el orbitador consumiendo un promedio de unos 14 kilovatios de esa potencia (dejando 7 kilovatios para la carga útil).

Además, las pilas de combustible proporcionaron agua potable a la tripulación durante la misión.

El sistema informático del orbitador constaba de cinco ordenadores de aviónica IBM AP-101 idénticos , que controlaban de forma redundante los sistemas a bordo del vehículo. Para los sistemas del orbitador se utilizó el lenguaje de programación especializado HAL/S . ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Los orbitadores estaban protegidos por materiales del Sistema de Protección Térmica (TPS, por sus siglas en inglés) (desarrollados por Rockwell Space Systems ) por dentro y por fuera, desde la superficie exterior del orbitador hasta la bahía de carga útil. ^{[ 17 ] [ 18 ]} El TPS lo protegía desde la inmersión en frío de −121 °C (−186 °F) en el espacio hasta el calor de 1649 °C (3000 °F) de la reentrada. Los materiales de las baldosas que componen gran parte de la capa más externa del orbitador eran principalmente aire contenido dentro de fibras de sílice casi puras, lo que lo hacía eficiente como aislamiento refractario que absorbía y redirigía el calor de vuelta al aire, y cubierto de boruros de silicio y vidrio de borosilicato , con baldosas más negras cubriendo la superficie inferior, y baldosas más blancas cubriendo la cola, partes del ala superior y superficies de la cabina de la tripulación, y los exteriores de las puertas de la bahía de carga útil. La punta del morro, las compuertas del tren de aterrizaje delantero y los bordes de ataque estaban hechos de carbono-carbono reforzado , que es rayón impregnado con resinas rellenas de grafito y recubierto de carburo de silicio . ^{[ 19 ]} Los materiales blancos superiores que no estaban en baldosas estaban hechos principalmente de fieltro Nomex recubierto de elastómero rico en silicio o tela beta , fibras de sílice tejidas cubiertas de teflón . Esto era especialmente cierto en el interior de la bahía de carga útil. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 18 ]}    

La estructura del orbitador estaba hecha principalmente de aleación de aluminio , aunque la estructura de empuje del motor era de aleación de titanio . Los orbitadores posteriores ( Discovery , Atlantis y Endeavour ) sustituyeron el aluminio por epoxi de grafito en algunos elementos estructurales para reducir el peso. Las ventanas eran de vidrio de silicato de aluminio y vidrio de sílice fundida , y constaban de un panel de presión interno, un panel óptico de 33 mm (1,3 pulgadas) de espesor y un panel térmico externo. ^{[ 23 ]} Las ventanas estaban tintadas con la misma tinta que se usaba para fabricar los billetes estadounidenses . ^{[ 24 ]} 

El transbordador espacial contaba con un tren de aterrizaje triciclo que se desplegaba hacia abajo a través de compuertas en el escudo térmico. Para reducir el peso, el tren no podía retraerse una vez desplegado. Dado que cualquier extensión prematura del tren de aterrizaje habría sido catastrófica (ya que se abría a través de las capas del escudo térmico), este solo podía bajarse manualmente, sin ningún sistema automático.

De igual modo, dado que el transbordador aterrizaba a gran velocidad y no podía abortar el aterrizaje, el tren de aterrizaje debía desplegarse de forma fiable al primer intento. El tren se desbloqueaba y desplegaba mediante un sistema hidráulico de triple redundancia, cuyas compuertas se accionaban mediante enlaces mecánicos con el puntal del tren. Si los tres sistemas hidráulicos fallaban al liberar los bloqueos del tren de aterrizaje en el plazo de un segundo tras la orden de liberación, unas cargas pirotécnicas cortaban automáticamente los ganchos de bloqueo y un conjunto de resortes desplegaba el tren.

Durante el aterrizaje, la rueda delantera del transbordador podía dirigirse con los pedales del timón en la cabina. Durante la construcción del transbordador espacial Endeavour , se desarrolló un sistema de dirección de la rueda delantera mejorado que permitía una dirección más sencilla y eficaz. Tras la presentación del Endeavour , el sistema se instaló en los demás transbordadores durante sus revisiones a principios de la década de 1990.

El transbordador espacial no llevaba luces anticolisión , luces de navegación ni luces de aterrizaje , ya que siempre aterrizaba en zonas especialmente autorizadas tanto por la Administración Federal de Aviación (FAA) como por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . El transbordador siempre aterrizaba en la Base de la Fuerza Aérea Edwards , en California , o en las instalaciones de aterrizaje del transbordador del Centro Espacial Kennedy , en Florida, excepto la misión STS-3 , que tuvo lugar en el Puerto Espacial de White Sands, en Nuevo México. También se aplicaban autorizaciones especiales similares (zonas de exclusión aérea) en posibles lugares de aterrizaje de emergencia, como en España y en África Occidental , durante todos los lanzamientos.

Cuando se realizaba un aterrizaje nocturno de un orbitador, la pista siempre estaba fuertemente iluminada con reflectores y focos en tierra, lo que hacía innecesarias las luces de aterrizaje del orbitador y también una carga de peso innecesaria para el vuelo espacial. Se realizaron un total de 26 aterrizajes nocturnos, el primero de ellos el STS-8 en septiembre de 1983. ^{[ 25 ]}

La tipografía utilizada en el orbitador del transbordador espacial fue Helvetica . ^{[ 26 ]}

El prototipo del orbitador Enterprise originalmente tenía una bandera de los Estados Unidos en la superficie superior del ala izquierda y las letras "USA" en negro en el ala derecha. El nombre "Enterprise" en negro estaba pintado en las compuertas de la bodega de carga, justo encima de la bisagra delantera y detrás del módulo de la tripulación; en la parte posterior de las compuertas de la bodega de carga se encontraba el logotipo de la NASA en gris. Debajo de la parte trasera de las compuertas de la bodega de carga, en el lateral del fuselaje, justo encima del ala, se leía el texto "Estados Unidos" en negro con una bandera de los Estados Unidos delante.

El primer orbitador operativo, el Columbia , originalmente tenía las mismas marcas que el Enterprise , aunque las letras "USA" en el ala derecha eran ligeramente más grandes y estaban más separadas. El Columbia también tenía baldosas negras que el Enterprise no tenía en su módulo RCS delantero, alrededor de las ventanas de la cabina y en su estabilizador vertical. Además, el Columbia tenía unas distintivas aristas negras en la parte delantera de las superficies superiores de sus alas, que ninguno de los otros orbitadores tenía.

El Challenger estableció un esquema de marcaje modificado para la flota de transbordadores que sería imitado por el Discovery , el Atlantis y el Endeavour . Las letras "USA" en negro sobre una bandera estadounidense se mostraban en el ala izquierda, con el logotipo de la NASA en gris centrado sobre el nombre del orbitador en negro en el ala derecha. Además, el nombre del orbitador no estaba inscrito en las compuertas de la bodega de carga, sino en el fuselaje delantero, justo debajo y detrás de las ventanas de la cabina. Esto permitiría que el nombre fuera visible cuando el orbitador fuera fotografiado en órbita con las compuertas abiertas. El Challenger también tenía baldosas negras en la punta de su estabilizador vertical, al igual que el Columbia , algo que los demás orbitadores no tenían.

En 1983, el Enterprise cambió sus marcas de alas para que coincidieran con las del Challenger , y el logotipo de la NASA en forma de gusano en la parte posterior de las puertas de la bodega de carga pasó de gris a negro. Se añadieron algunas marcas negras en la nariz, las ventanas de la cabina y la cola vertical para que se parecieran más a los vehículos de vuelo, pero el nombre "Enterprise" permaneció en las puertas de la bodega de carga, ya que nunca fue necesario abrirlas. El Columbia cambió su nombre al fuselaje delantero para que coincidiera con los demás vehículos de vuelo después de la misión STS-61-C , durante el paréntesis de 1986-1988 en el que la flota de transbordadores estuvo en tierra tras la pérdida del Challenger , pero conservó sus marcas de alas originales hasta su última revisión (después de la misión STS-93 ), y sus distintivos bordes negros durante el resto de su vida operativa.

A partir de la misión STS-95 (1998), las marcas de los vehículos de vuelo se modificaron para incorporar el emblema de la NASA . El logotipo del gusano, que la agencia había eliminado gradualmente, se retiró de las compuertas de la bahía de carga y se añadió el emblema de la albóndiga detrás del texto "United States" en la parte inferior del fuselaje trasero. El emblema de la albóndiga también se mostró en el ala izquierda, con la bandera estadounidense sobre el nombre del orbitador, alineada a la izquierda en lugar de centrada, en el ala derecha. Los tres vehículos de vuelo supervivientes, Discovery , Atlantis y Endeavour , aún conservan estas marcas como piezas de museo. Enterprise pasó a ser propiedad de la Institución Smithsoniana en 1985 y ya no estaba bajo el control de la NASA cuando se realizaron estos cambios; por lo tanto, el prototipo del orbitador aún conserva sus marcas de 1983 y su nombre en las compuertas de la bahía de carga.

Tras la finalización del programa del transbordador espacial, se planificó exhibir de forma permanente los tres orbitadores restantes. El administrador de la NASA, Charles F. Bolden Jr., anunció la ubicación de los orbitadores el 12 de abril de 2011, en el 50.º aniversario del primer vuelo espacial tripulado y el 30.º aniversario del primer vuelo del Columbia .

Discovery fue al Centro Steven F. Udvar-Hazy del Smithsonian , reemplazando a Enterprise , que fue trasladada al Museo Intrepid en la ciudad de Nueva York . Endeavour fue al Centro de Ciencias de California en Los Ángeles, llegando el 14 de octubre de 2012. Atlantis fue al Complejo de Visitantes del Centro Espacial Kennedy en Merritt Island el 2 de noviembre de 2012. Cientos de otros artefactos del transbordador fueron exhibidos en varios otros museos e instituciones educativas en todo Estados Unidos ^{[ 27 ].}

Uno de los simuladores de vuelo y de entrenamiento de la cubierta intermedia del compartimento de la tripulación se exhibe en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , ^{[ 28 ]} mientras que el otro se exhibe en el JSC. ^{[ 29 ]} El simulador de fuselaje completo, que incluye la bahía de carga útil y la sección trasera pero no las alas, se exhibe en el Museo del Vuelo en Seattle, Washington . ^{[ 30 ]} El simulador de base fija del Simulador de Misión del Transbordador de la Instalación de Simulación y Entrenamiento de Misiones originalmente fue al Planetario Adler en Chicago, Illinois, ^{[ 31 ]} pero luego fue transferido al Museo del Aire y el Espacio Stafford en Weatherford, Oklahoma . ^{[ 32 ]} El simulador de base de movimiento fue transferido al Departamento de Ingeniería Aeroespacial de Texas A&M en College Station, Texas , ^{[ 33 ]} y el simulador de guía y navegación fue al Museo de Aviación Wings of Dreams en Starke, Florida . ^{[ 34 ]} La NASA también puso a disposición de escuelas y universidades aproximadamente 7000 baldosas TPS. ^{[ 35 ]}

Cada designación del Transbordador Espacial de la NASA se componía de un prefijo y un sufijo separados por un guion. El prefijo para los transbordadores operativos es OV, de Orbiter Vehicle (Vehículo Orbitador) . El sufijo se compone de dos partes: la serie y el número de vehículo; "0" se usaba para los orbitadores no listos para el vuelo, y "1" para los listos para el vuelo. El número de vehículo se asigna secuencialmente dentro de la serie, comenzando con 1. Por lo tanto, nunca puede haber un OV-100, ya que se leería "Orbiter Vehicle Serie 1 Vehículo 0". Muchas propuestas para construir una segunda generación de orbitadores, externamente compatibles con el sistema actual pero internamente nuevos, se refieren a ellos como "OV-200" u "OV-2xx" para diferenciarlos de la "primera generación", los OV-100. Esta terminología es informal, y es improbable que cualquier vehículo derivado del Transbordador construido reciba dicha designación. El Challenger fue concebido originalmente como un Artículo de Prueba Estructural (STA), en lugar de un orbitador con capacidad de vuelo; por lo tanto, la numeración se cambió cuando fue reconstruido. El Enterprise , por otro lado, fue concebido para ser reconstruido como un orbitador con capacidad de vuelo; se determinó que era más económico reconstruir el STA-099 que el OV-101, por lo que permaneció sin volar. Las designaciones no se modificaron, a pesar de estos cambios en los planes. Se asignó la designación "OV-106" al conjunto de componentes estructurales fabricados para reemplazar los utilizados en la construcción del Endeavour ; sin embargo, el contrato para estos fue cancelado poco después y nunca se completaron. ^{[ 43 ]} Las designaciones "096" y "097" se asignaron a artículos de prueba estructurales que fueron cancelados, pero si bien existen en algunos registros de la NASA, la Oficina de Historia de la NASA no tiene ningún registro oficial de STA-096 y STA-097. ^{[ 44 ]}

• El Columbia fue lanzado por primera vez el 12 de abril de 1981. El 1 de febrero de 2003, el Columbia se desintegró durante la reentrada en su 28º vuelo espacial.

• El Challenger fue lanzado por primera vez el 4 de abril de 1983. El 28 de enero de 1986, se desintegró 73 segundos después del lanzamiento en su décima misión.

• El Discovery fue lanzado por primera vez el 30 de agosto de 1984. Realizó 39 misiones y fue el vehículo de la NASA para el regreso a los vuelos espaciales tras la destrucción accidental del Challenger y el Columbia . El Discovery completó su última misión, la STS-133 , en marzo de 2011. Actualmente se exhibe en el Centro Steven F. Udvar-Hazy del Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian , cerca del Aeropuerto Internacional de Dulles .

• El Atlantis fue lanzado por primera vez el 3 de octubre de 1985. Realizó 33 vuelos espaciales, incluida la última misión del transbordador espacial, la STS-135 , en julio de 2011.

• El transbordador Endeavour fue lanzado por primera vez el 7 de mayo de 1992. Realizó 25 vuelos espaciales, el último de ellos la misión STS-134 , lanzada el 16 de mayo de 2011.

Además de los orbitadores operativos y los prototipos de prueba producidos para su uso en el programa del transbordador espacial, también hay varias réplicas a escala que se exhiben en todo Estados Unidos: