Dla ludzi dorastających na przełomie XX i XXI wieku sylwetka promu kosmicznego Columbia jest doskonale znana. Maszyny te towarzyszą nam od najmłodszych lat, a nazwę Columbia bez trudu przypiszemy do jednej z tych „kosmicznych ciężarówek”.
Tekst: Andrzej Bzowski / foto: NASA
Mało kto zdaje sobie sprawę, że były to prawdopodobnie najbardziej skomplikowane pojazdy, skonstruowane przez człowieka. I niestety, kilka lat temu na dobre odesłane do muzeum.
Prom kosmiczny Columbia – początki
Na przełomie lat 60. i 70. XX wieku w szeregach NASA toczyła się debata nad kolejnymi krokami w eksploracji kosmosu. Przełomowy projekt Apollo zmierzał ku końcowi. Aby dokładniej poznać przestrzeń kosmiczną, konieczne było znaczne zintensyfikowanie lotów na orbitę okołoziemską. NASA planowała budowę stacji kosmicznej, kontynuację lotów na Księżyc, a w dłuższej perspektywie także próby eksploracji Czerwonej Planety. Nie dało się wykonać tego planu bez wydajnego systemu umożliwiającego transport ludzi, sprzętu i wyposażenia, w możliwie najbardziej ekonomiczny sposób. Aspekt finansowy miał tutaj niebagatelne znaczenie. Pamiętajmy, że był to okres zimnej wojny, a USA było zaangażowane w konflikt w Wietnamie. Ekonomiczne fundamenty podkopywała także rosnąca inflacja, a na horyzoncie miał niebawem pojawić się kryzys paliwowy.
Prom kosmiczny Columbia – okoliczności
W związku z tym, trudno było w tych okolicznościach wyobrazić sobie wysyłanie misji kosmicznej raz lub dwa razy tygodniowo. A tak zakładał plan NASA. Szczególnie, gdy jedynym środkiem transportu były rakiety, które niszczyły się doszczętnie po każdej misji. Wtedy pojawił się zamysł skonstruowania systemu wielokrotnego przewozu towarów w przestrzeń kosmiczną, nazwanego później STS (ang. Space Transportation System). Mocno upraszczając – NASA zamierzała stworzyć operującą w płaszczyźnie wertykalnej firmę transportową. Projekt ogłoszono 5 stycznia 1972 roku, za prezydentury Richarda Nixona.
Do prac przystąpiono bezzwłocznie. Umowę na budowę pierwszego wahadłowca Columbia podpisano 26 lipca 1972 roku. Pozyskanie finansowania i prace projektowe zajęły przeszło 2,5 roku i dopiero w marcu 1975 roku przystąpiono do budowy kadłuba. Na końcowy wygląd wahadłowca wielki wpływ wywarły Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych. Ze względu na kurczące się budżety, NASA zadecydowała o pozyskaniu strategicznego sponsora dla projektu wahadłowców kosmicznych. Oczywiście ten podmiot musiał mieć konkretne korzyści wynikające ze wsparcia projektu. Wybór mógł być tylko jeden – USAF, czyli Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych. USAF pracował w tym czasie nad własnym projektem orbitalnego samolotu, zdolnego do umieszczenia satelity szpiegowskiego na orbicie okołoziemskiej. Współpraca była korzystna dla obu stron, aczkolwiek finansowanie, wniesione w projekt przez amerykańską armię, miało określone konsekwencje dla ostatecznego kształtu wahadłowca.
Prom kosmiczny Columbia – specyfikacja
Ze względu na potrzebę transportowania na orbity okołobiegunowe ciężkich satelitów szpiegowskich, których masa wynosiła około 18 ton, prom kosmiczny musiał przybrać kształt ciężarówki z wielką komorą załadunkową. Duża manewrowość, umożliwiająca lądowanie w różnych częściach kraju oraz wymagana powierzchnia nośna zmusiły projektantów do użycia dużo bardziej masywnych skrzydeł, niż początkowo zakładano. Wszystkie czynniki doprowadziły do zwiększenia masy orbitera i wymusiły kolejne kompromisy.
Prom kosmiczny Columbia – założenia konstrukcyjne
Początkowe założenie o konstrukcji wielokrotnego użytku, odłożono na półkę w archiwum. Aby cały projekt był opłacalny i wykonalny, zastosowano rozwiązanie pośrednie. System STS docelowo składał się z trzech elementów: zewnętrznego zbiornika paliwa z wodorem i tlenem (ET, ang. External Tank), dwóch rakiet na paliwo stałe (SRB, ang. Solid Rocket Boosters) i orbitera, czyli samego promu kosmicznego. Zarówno orbiter, jak i dwie dodatkowe rakiety wspomagające start były wykorzystywane wielokrotnie.
Rakiety zapewniały dodatkowy ciąg, niezbędny do startu zespołu. Później odłączały się od głównego zbiornika i po wodowaniu w odległości około 250 kilometrów od Przylądka Canaveral, holowane były od brzegu. Był to znaczy postęp w stosunku do transportu rakietowego. Zbiornik po opróżnieniu paliwa odłączał się od wahadłowca, spadał do atmosfery, po czym rozpadał się na kawałki. Jego szczątki wodowały z dala od lądu, zazwyczaj w Oceanie Indyjskim bądź w Pacyfiku. Jego ponowne użycie, oczywiście, nie było możliwe.
Prom kosmiczny Columbia – wielokrotne użycie
Głównym czynnikiem, który decyduje o możliwości ponownego użycia statku powietrznego po wizycie poza ziemską atmosferą, jest temperatura. Stosowane wcześniej osłony kapsuł balistycznych działały na zasadzie gwałtownego topnienia, odparowania i chemicznego rozkładu materiału osłony. Po tym cyklu osłona była zużyta i nie nadawała się do powtórnego użycia. Element ten wymagał zupełnie odmiennego podejścia w przypadku wahadłowca, który z założenia miał wielokrotnie odbywać misje w przestrzeni kosmicznej.
Prom kosmiczny Columbia – izolacja cieplna
By poradzić sobie z tym problemem, NASA opracowała system zwany TPS (ang. Thermal Protection System), złożony z ceramicznych płytek, zapewniających izolację cieplną. W założeniu osłona miała wytrzymać do 100 misji kosmicznych, a jej zadanie było stosunkowo proste – nie dopuszczać do nagrzania konstrukcji powyżej 177 stopni Celsjusza. Nie było to łatwe. Powierzchnia promu przy wchodzeniu do atmosfery nagrzewała się do temperatury od 300 stopni Celsjusza (górne fragmenty tylnej części kadłuba) aż do 1648 stopni Celsjusza (krawędzie natarcia skrzydeł). System ten początkowo sprawiał problemy, wiele pojedynczych elementów (w przypadku pierwszej misji około 3 000 płytek) wymagało uzupełnienia bądź wymiany po każdej podróży. Co ciekawe, w przypadku promu Columbia, TPS ważył aż 7245 kg, co stanowiło około 10% wagi promu.
Prom kosmiczny Columbia – pierwszy start
Prace konstrukcyjne trwały do roku 1979. Po przejściu serii testów, Columbia została przetransportowana do Kennedy Space Centre. Tam zaczęły się przygotowania do pierwszego odpalenia, które trwały do 20 lutego 1981. Columbia była gotowa do pierwszej misji.
Pierwszy lot (STS-1) odbył się 12 kwietnia 1981 roku.
Misja miała udowodnić, że Columbia może bezpiecznie odbyć lot na orbitę i z powrotem. Start odbył się bez problemów, jednak w trakcie pobytu na orbicie astronauci zauważyli, że brakuje części elementów osłony termicznej. Eksperci NASA zapewniali, że nie powinno mieć to wpływu na bezpieczny powrót promu. Mimo to, i tak cały świat z uwagą śledził losy Columbii. Należy tu zaznaczyć, że przy wchodzeniu do atmosfery ziemskiej typowym objawem oddziaływania temperatury jest utracenie łączności z załogą (ang. blackout), trwające około sześć minut. Łatwo sobie wyobrazić, jak te kilka minut oczekiwania rozciąga się w wieczność dla pracowników NASA, czekających na powrót Columbii. Na szczęście dla astronautów i całego projektu, Columbia bezpiecznie przedarła się przez gorące warstwy atmosfery i po kilku chwilach szybowania z coraz mniejszą prędkością, wylądowała bez szwanku na lotnisku. Nastała era wahadłowców kosmicznych.
Prom kosmiczny Columbia – katastrofa
Columbia zaliczyła 28 lotów kosmicznych i łącznie spędziła w przestrzeni kosmicznej ponad 300 dni.
Na jej pokładzie gościło 160 astronautów, pokonując astronomiczne 201 497 772 kilometrów.
Niestety, ostatnia misja zakończyła się tragicznie. Katastrofa nastąpiła przy zejściu z orbity w trakcie misji STS-107 1 lutego 2003 roku. Przyczyna klęski powstała kilka dni wcześniej – w trakcie startu fragment pianki, osłaniającej zewnętrzny zbiornik paliwa, oderwał się i uszkodził osłonę termiczną promu. Przypadki takie zdarzały się wcześniej, jednak okazało się, że uszkodzenie krawędzi natarcia skrzydła, jak to miało miejsce w tym przypadku, ciągnie za sobą surowe konsekwencje. Przy wejściu w atmosferę pęd powietrza i gorące gazy stopiły poszycie skrzydła pozbawione osłony, dostając się do środka i w rezultacie powodując eksplozję wahadłowca. Zginęła cała siedmioosobowa załoga, katastrofa wydarzyła się przy prędkości przekraczającej 20 000 km/h (18.3 Macha), uniemożliwiając uczestnikom misji ewakuację. Nie była to pierwsza katastrofa promu lotniczego, po tym jak prom Challenger, młodszy brat Columbii, eksplodował chwilę po starcie 28 stycznia 1986 roku.
Prom kosmiczny Columbia – zamknięcie programu wahadłowców
NASA zakończyła program STS w 2011 roku, po wykonaniu 135 lotów. Były to, niewątpliwie, najbardziej zaawansowane pojazdy, stworzone przez człowieka. Łącznie powstało pięć wahadłowców, z czego dwa utracono w katastrofach. Eksperci do dzisiaj spierają się w ocenie programu. Z jednej strony miał on niewątpliwie ogromne znaczenie dla możliwości pozyskania wiedzy na temat naszej planety i jej sąsiadów. Misje wykonywane przez wahadłowce to m.in.: wynoszenie satelitów na orbity okołoziemskie i ich późniejsza naprawa, obserwacje astronomiczne, szereg eksperymentów naukowych oraz misje militarne. Trudno też nie docenić roli, jaką wniosły w budowę, późniejszą wymianę załóg i dostarczanie zaopatrzenia dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Promy kosmiczne wykonały w tym celu aż 37 lotów. Jednak pierwotny zamysł programu, nie został osiągnięty.
Prom kosmiczny Columbia – finał
NASA wycofała się z programu ze względów finansowych. Restrykcyjne procedury dotyczące bezpieczeństwa w przypadku lotów załogowych, jak też cała infrastruktura konieczna dla utrzymania programu, wywindowała koszt pojedynczego lotu do poziomu przekraczającego loty rakietowe. Chociaż idea wydawała się słuszna, to w tej chwili NASA opiera eksplorację kosmosu na rozdzieleniu lotów załogowych i tych mających na celu zaopatrzenie bądź wyniesienie obiektów na orbitę.
Nam pozostaje podziwiać start kosmicznych ciężarówek jedynie na archiwalnych nagraniach.
Jeżeli zainteresowała Cię historia amerykańskiego programu wahadłowców kosmicznych to rzuć okiem na sylwetkę Mieczysława Bekkera. Polak, który jako pierwszy, zaparkował samochód NA KSIĘŻYCU: link