Wszystko o wahadłowcach kosmicznych. Najsłynniejsze wahadłowce kosmiczne

Wahadłowce to bez dwóch zdań jedne z najbardziej rozpoznawalnych przykładów technologii kosmicznej. Ale jak one właściwie działają? Dowiedz się, czym są wahadłowce i jak pomagały zdobywać kosmos.

Wahadłowiec kosmiczny, czyli space shuttle – co to takiego?

Wahadłowiec kosmiczny (ang. space shuttle) to statek kosmiczny, który składa się z załogowego lub bezzałogowego pojazdu kosmicznego wielokrotnego użytku (zwanego także orbiterem) oraz rakiet – nośnej oraz pomocniczych. Promy kosmiczne rozwijane były przez USA w ramach programu System Transportu Kosmicznego (STS) oraz przez ZSRR (wahadłowiec Buran).

Cele misji wahadłowców kosmicznych były różnorodne, najczęściej dotyczyły jednak wynoszenia na orbitę okołoziemską i sprowadzania z niej różnego rodzaju sztucznych satelitów, sond i innych ładunków. Zastosowania promów obejmowały także prowadzenie obserwacji astronomicznych i eksperymentów naukowych, transport załogi na i ze stacji kosmicznej oraz dokonywanie napraw na orbicie okołoziemskiej.

Jak działa wahadłowiec kosmiczny?

Podstawowym elementem wyposażenia wahadłowca kosmicznego jest orbiter. Ten spełniający funkcję transportową, nieco przypominający samolot moduł nie może sam wzbić się w powietrze – by umieścić go na orbicie, potrzebna jest więc odpowiednio potężna rakieta nośna oraz wyrzutnia. Celem lotu było wzniesienie orbitera na wystarczająco dużą wysokość, by mógł on tam szybować, manewrując jedynie za pomocą kilku niewielkich wbudowanych silników.

Prom kosmiczny nazywa się statkiem wielokrotnego użytku, jednak nie wszystkie jego elementy można ponownie wykorzystać po sprowadzeniu pojazdu na ziemię. Możliwe to jest wyłącznie w przypadku orbitera oraz części dodatkowych rakiet. Główny zbiornik na paliwo jest jednorazowy – jest niszczony w atmosferze po odrzuceniu. Uwolniony orbiter szybuje po orbicie, a następnie stopniowo obniża lot, by ostatecznie powrócić na Ziemię nienaruszony, lądując na pasie startowym.

Izolacja termiczna wahadłowca stanowiła nie lada wyzwanie dla inżynierów. Konieczność pokrycia nią najważniejszych, bo najbardziej narażonych na wysokie temperatury elementów, wiązała się z wieloma problemami – od niedostatecznej jakości dostarczonych w tym celu materiałów po obowiązek monitorowania, jak reagują one w takich warunkach. Nawet drobny błąd w tym aspekcie mógł przesądzić o unicestwieniu całej konstrukcji wskutek wybuchu.

Wahadłowiec a rakieta i samolot kosmiczny – czym się różnią?

Wahadłowiec kosmiczny często określany jest mianem rakiety lub samolotu kosmicznego, wymiennie stosowanie tych nazw nie jest jednak uzasadnione. Dlaczego tak jest i na czym polegają różnice? Słowo „rakieta” ma wiele definicji, najogólniej jednak możemy nim nazwać niemal wszystko, co jest napędzane silnikiem rakietowym. I choć komponent ten umożliwia start wahadłowca kosmicznego i wzniesienie się go na orbitę, raczej nie powinniśmy nazywać tego typu pojazdu rakietą. Określenie to jest w końcu zbyt nieprecyzyjne i nie oddaje złożoności procesu, jakim jest lot wahadłowca kosmicznego.

Podobny problem generuje także nazywanie promu samolotem kosmicznym. Podstawowa różnica w tym przypadku polega na sposobie, w jaki maszyny wznoszą się w powietrze. By wahadłowiec był zdolny do lotu suborbitalnego, potrzebuje rakiety nośnej, która pomoże mu wpierw osiągnąć pierwszą prędkość kosmiczną. Dopiero po odczepieniu tego elementu konstrukcji orbiter swobodnie szybuje niczym samolot i podobnie jak on ląduje na pasie startowym. Samolot kosmiczny zaś nie potrzebuje rakiety nośnej ani wyrzutni, by wzbić się na orbitę, wystarczą mu warunki zwykłego lotniska.

Sprawdź też: Ile kosztuje lot w kosmos? Kto może polecieć?

Jak przebiegał rozwój programów promów kosmicznych?

Nieustająca rywalizacja pomiędzy Stanami Zjednoczonymi Ameryki a Związkiem Radzieckim, dwiema największymi siłami militarnymi drugiej połowy XX wieku, choć nie obejmowała bezpośrednich starć, toczyła się na wielu polach – od wojny kulturowej aż po wyścig kosmiczny. To właśnie ten drugi napędził rozwój technologii służących eksploracji kosmosu. Pokłosiem zimnowojennych starań o dominację na orbicie okołoziemskiej są między innymi wahadłowce.

W latach 60 NASA zaczęła snuć plany stworzenia pojazdu kosmicznego wielokrotnego użytku, który nadawałby się do transportu ładunków podczas lotów w kosmos. Pierwszy wahadłowiec, Columbia, opuścił amerykańską ziemię z zamiarem osiągnięcia orbity dopiero w 1981 roku. W kolejnych latach do grona tych pojazdów dołączały Challenger, Discovery, Atlantis i Endeavour. Swoje promy kosmiczne opracowywali również inżynierowie radzieccy, jednak ZSRR zdecydował się zbudować swój wahadłowiec dopiero niemalże dekadę po wystrzeleniu przez NASA statku Columbia. Zobacz, które z przykładów tej technologii z ubiegłego wieku szczególnie warto znać.

Enterprise – niedoskonały pionier

Fundamenty pod rozwój programu wahadłowców kosmicznych położył Enterprise. Statek ten zupełnie nie nadawał się do wyniesienia na orbitę z powodu braku osłon termicznych i funkcjonalnych silników. Nie takie jednak było jego przeznaczenie – prom wykorzystano wyłącznie do testów lądowania w atmosferze. Udane loty orbitera (z pokładu samolotu Jumbo Jet) przeprowadzono w 1977 roku. Brak odpowiedniego wyposażenia uniemożliwił Enterprise dalszy podbój niebios – nie zdecydowano się na przystosowanie go do lotów orbitalnych ze względu na brak funduszy. Nie znaczy to jednak, że nie odegrał on ważnej roli w historii aeronautyki. Zachęceni udanym przebiegiem lotów inżynierowie zaadaptowali koncept Enterprise do stworzenia wielu późniejszych projektów, przede wszystkim innych wahadłowców kosmicznych.

Sprawdź też: Galaktyki – czym są? Nowe galaktyki, najciekawsze i najodleglejsze

Columbia – historyczny sukces i początek misji wahadłowców

Columbia, w odróżnieniu od Enterprise, była pierwszym całkowicie funkcjonalnym wahadłowcem. Jej pierwszy lot, rozpoczynający w USA loty wahadłowców, miał miejsce 12 kwietnia 1981. Dzień ten nie był przypadkowy, gdyż wiązał się z wydarzeniem ważnym dla historii lotów kosmicznych – to właśnie tego dnia 20 lat wcześniej po raz pierwszy poleciał w kosmos człowiek, Jurij Gagarin. Na przestrzeni 22 lat wahadłowiec Columbia wykonał 28 lotów. Ostatni, przeprowadzony w 2003 roku, zakończył się katastrofą, w której śmierć poniosło siedmioro członków załogi. Do wypadku doszło wskutek uszkodzenia izolacji termicznej statku.

Challenger – amerykańskie wahadłowce nabierają rozpędu

Wahadłowiec Challenger był dla NASA kolejnym przełomowym dokonaniem. Start promu miał miejsce 4 kwietnia 1983 roku – to właśnie wtedy po raz pierwszy w historii lotów tymi pojazdami przeprowadzono kosmiczny spacer. W czasie swojej służby wahadłowiec wykonał łącznie 10 lotów. Dalszą eksploatację promu Challenger powstrzymała katastrofa, której uległ on 28 stycznia 1986. Do tragedii, w której zginęło siedem osób, doszło w 73 sekundzie od startu, wskutek uszkodzenia silników.

Buran – radziecka kontra

Buran stanowił swoistą sowiecką odpowiedź na postępy amerykańskiego programu wahadłowców. Podobnie jednak, jak swoje zachodnie odpowiedniki, nie był wolny od krytyki ze strony osób wątpiących w jego opłacalność. Buran na pierwszy rzut oka jest nieodróżnialny od amerykańskich wahadłowców i wieloma detalami nawiązuje do projektów NASA, tego samego nie można powiedzieć jednak o jego wewnętrznej konstrukcji. Był pierwszym i ostatnim radzieckim wahadłowcem – jedyny lot tej maszyny (bezzałogowy) odbył się 15 listopada 1988 roku. Do startu użyto sowieckiej rakiety na paliwo ciekłe, Energii.

Endeavour – ostatni prom kosmiczny

Endeavour po raz pierwszy dosięgnął orbity 7 maja 1992 roku. Miał być maszyną, którą NASA ostatecznie zamknie program STS. I choć ostatni lot w ramach projektu wykonał wahadłowiec Atlantis, Endeavour zdążył ukończyć 25 udanych, niekiedy niezwykle istotnych misji. Były to na przykład przeprowadzanie prac serwisowych na Teleskopie Hubble’a czy rozbudowa Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Choć po katastrofie Columbii program STS powoli zamykano, misje Endeavour do 2011 roku pokazały niejako, że wahadłowce kosmiczne nie powiedziały jeszcze ostatniego słowa.

Dlaczego wahadłowce kosmiczne z programu STS już nie latają?

Wiele osób uważa, że po ostatecznym porzuceniu dalszego rozwijania programu STS przez NASA na początku zeszłej dekady, epoka wahadłowców zakończyła się na dobre i we współczesnych misjach nie ma miejsca dla tych maszyn. Dlaczego? Powodów jest kilka. Przede wszystkim chodzi o wysokie koszty, z którymi wiązał się każdy lot promu kosmicznego. Choć w założeniu technologia ta miała obniżyć wydatki potrzebne na przeprowadzenie lotu ze względu na „wielorazowość” orbitera, konieczność przystosowania promu do lotu znacząco podnosiła ostateczną sumę kosztów misji. Sama ponowna budowa zbiornika jednorazowego użytku oraz uzupełnienie paliwem były dość tanie – to, co najbardziej pochłaniało czas i zasoby, to przygotowanie wahadłowca do lotu załogowego i jego konserwacja.

Innym problemem programu lotów z wykorzystaniem wahadłowców okazał się spadek zaufania do tych pojazdów po katastrofach Columbii i Challengera. Wypadki te stanowią ledwo jeden procent wszystkich lotów zrealizowanych w historii programu, jednak ich oddziaływanie było na tyle silne, że trwale zmieniło sposób postrzegania promów kosmicznych jako środka transportu załogi. Należy także wspomnieć, że żaden ze starych promów nie jest obecnie przystosowany do pracy – większość z nich znajduje się w muzeach lub nieczynnych hangarach. Przywrócenie ich do stanu użyteczności wymagałoby kompleksowych, niezwykle kosztownych modernizacji i napraw, zupełnie nieopłacalnych w erze transportowych i załogowych kapsuł, takich jak Dragon czy Sojuz najnowszej generacji.

Ze względu na te i wiele innych powodów, trudno wieszczyć starym wahadłowcom powrót do czynnej służby. Mimo to bez dwóch zdań zasługują one na docenienie – stanowią w końcu niezwykle istotny etap w historii eksploracji kosmosu i to właśnie na podstawie ich wad i zalet twórcy wielu współczesnych kosmicznych pojazdów opracowują swoje koncepty. Czas pokaże, czy projekty nowoczesnych wahadłowców wezmą pod uwagę błędy poprzedników i przywrócą promom dawną pozycję.

Sprawdź też: Program Buran – radziecki program wahadłowców