وزن و سرعت فرود هواپیماهای غول پیکر امروزی بقدری بالاست که ترمز هیدرولیکی هواپیما به تنهایی توان متوقف کردن آن را در یک فاصله معین و کوتاه را ندارد پس بنابراین ما نیازمند ابزارهای دیگری هستیم تا بلکه بتوانیم مقداری از سرعت هواپیما را قبل از برخورد چرخ‏ها به زمین بکاهیم. یک وسیله ساده و در عین حال مفید می‏تواند این باشد که ما  جریان هوای خروجی از موتور را عکس نمائیم وقتی که ما این کار را انجام می‏دهیم علاوه براینکه ما مقداری از نیروی جلوبرندگی موتور را حذف کرده ‏ایم در عین حال توانسته‏ایم مقداری شتاب در خلاف جهت سرعت به هواپیما بدهیم.

 در اینجا دو روش کلی برای کاهش سرعـت نام برده می‏شود 1- Clamshell – type و 2- Bucket – type که در نوع clam – shell type ما تنها از سیستم نیوماتیک برای کار استفاده می‏کنیم و در نوع bucket – type ما هم هیدرولیکی و هم نیوماتیکی عمل می‏کنیم. نحوه کار بسیار ساده است به گونه‎‏ای که توسط یک سیستم مکانیکی ساده یک منحرف کننده جریان هوا در برابر حفره شتاب دهنده قرار می‏گیرد و جهت آن را به صورت مضاعف برمی‏گرداند. حال باید اضافه کنم که درپوش بازگشت هوا پوسته موتور را شکل می‏دهد. و وقتی که باز می‏شود می‏توان باعث اختلال در جریاناتی هوایی گذرا از آن بشود.

حال می‏خواهیم به عنوان مثال سیستم کاهش سرعت یک هواپیمای مدرن مانند (A-340) را با هم بررسی کنیم. در هواپیماهای قدیمی فرامین کنترل پروازی بوسیله سیم و میله صورت می‏گرفته در صورتی که در هواپیماهای غول پیکر امروزی چنین کاری محال است. زیرا به عنوان مثال ما چندین تن نیرو برای حرکت دادن شهپرها و ارابه فرود هواپیما نیاز داریم و در ضمن ما برای انتقال نیرو به چند صدمتر آنطرف‎‏تر نمی‏توانیم از سیم و میله استفاده نمائیم (بدلیل افزایش وزن و افت مکانیکی) به عنوان مثال هواپیمای Airbus-340 نزدیک به 80 متر طول دارد و 75 متر span دارد که این امر تنها به کمک سیستم هیدرولیک مقدور می‏باشد.

مدارهای هیدرولیکی:

هواپیما A-340 به یک مخزن روغن که حاوی فشار 4.5 bar) یا (65 psi است مجهز شده‏اند. یک پمپ که به موتور هواپیما متصل است این روغن را در یک فشار بسیار بالا نزدیک به 2975 psi) یا (205 bar به گردش در می‏آورد. و با جریانی حدود 175 lit/min به اجزای مختلف می‏فرستد و با فشار پائین‏تری به مخزن باز می‏گردد.

مسلماً در چنین هواپیمایی ما نمی‏توانیم تمام فعالیت‏های خود را به یک سیستم بسپاریم زیرا در صورت از دست دادن آن فاجعه به بار خواهد آمد. در واقع 3 مدار هیدرولیکی مستقل که هر کدام مخزن و پمپ مخصوص به خود را دارند تعبیه شده است.
Thrust Reverser

Thrust Reverser یک سیستم ترمزی است که در پوسته موتور قرار گرفته و شامل سه قسمت است:

 1- ورودی هوا 2- فن و دستگاه تولید نیروی جلو برندگی  3- Thrust Reverser

هواپیماهای مدرن که به موتور Turbo Fan مجهز هستند نیروی جلوبرندگی خود را از دو منبع می‏گیرند. 1- گازهای داغی که از احتراق ناشی از سوخت حاصل می‏گردد. 2- جریان هوای سردی که توسط Fan (فن) تولید می‎‏شود. هنگامی که هواپیما می‏نشیند جریان هوای متحرک مانند یک آبشار هوایی از کنار پوسته مرکزی باز می‏گردد و باعث کاهش سرعت می‏شود  در همان هنگام بالچه‏ها در مقابل جریان هوای پائین می‏آیند و با پائین آمدن خود در مقابل پوسته موتور قرار می‏گیرد جریان هوای بازگشت داده شده از موتور و همچنین جریان بالچه باعث کاهش سرعت و در نتیجه بهتر ترمز کردن هواپیما خواهد شد.

بررسی مکانیزم:

سیستم هیدرولیکی که کارخانه (messier – bugatti) برای هواپیمای A-340  تدارک دیده شامل شش actuator و دو up lock است. تا هنگامیکه هواپیما در حال پرواز است بخش کاهش سرعت قفل است و دو Pin که هر کدام در دو طرف پوسته موتور قرار دارند بوسیله دو Up lock نگه داشته می‏شوند وقتی خلیان Reveser را فعال می‏نماید سیستم هیدرولیک روغن را تحت فشار به جک عمل کننده می‏فرستد و به پیستونهایی که پوسته متحرک را حرکت می‏دهد نیرو وارد می‏کند. وقتی سیستم ترمزی هواپیما وظیفه خود را انجام داد Pin خیلی سریع بسته می‏شود و کلاهک آن مجدداً قفل می‏شود. این روند ممکن است آسان به نظر برسد ولی این سیستم ملزم به روند و عملیات ریز و ظریف و فن‏آوری هوشمند است.

یک سیستم ایمنی بسیار مهم و حیاتی:

البته این سیستم در حین پرواز نباید عمل کند پس بنابراین ما باید راهی پیدا کنیم که در صورت اشتباه از این شش بخش هیدرولیکی چهار بخش آن دارای قفل داخلی است که برای باز کردن آن باید دستورات صحیح از دو رایانه مستقل دریافت کند که وظیفه این رایانه‏ها این است که از فرودگاه اطمینان حاصل می‏کند. بنابراین اگر خلبان اشتباهاً در حین پرواز آن را فعال کرد سیستم فوق عمل نخواهد کرد.

این سیستم یک سیستم مطمئن و عالی با احتمال خطای ¬11در 000/000/1 است. برای هماهنگ بودن فعالیت ترمزی با مجبوریم که تنها از یک مدار هیدرولیکی استفاده کنیم زیرا در غیر اینصورت هواپیما نمی‏تواند در یک خط صاف ترمز کند.

کارکرد استثنایی:

نزدیک به 365 تن نیرو نیاز است تا اینکه هواپیمایی با سرعت    300 بتواند ترمز کند. ترمزهای اضطراری (RTO) هر کدام تا 8 تن نیرو را تحمل خواهند کرد که این مقدار نزدیک به 3/1 تن برای هر actuator خواهد بود. پیستون پشت مخزن مجبور است تا 70 سانتی‏متر را در 2 ثانیه طی کند. بطور کلی تمام جک‏های عمل کننده باید مثل هم کار کنند تا هواپیما در یک خط باقی بماند.

اکثر سفینه هایی که در داستان های علمی تخیلی شگفتی خوانندگان را بر می انگیزند برای سوخت خود از ضد ماده استقاده می کنند دلیل آن هم ساده است:« ضد ماده» قدرتمند ترین سوختی است که تا به حال شناخته شده است در حالی که چندین تن سوخت شیمیایی برای فرستادن کاوشگرها به مریخ نیازاست،تنها ده ها میلی گرم از ضد ماده برای همین منظور کفایت می کند.این مقدار ازضد ماده حدود یک هزارم وزن یک آب نبات کوچک است.اما در واقع این نیروخطرات خاص خود را دارد. برخی از واکنش های ضدماده فوران هایی از پرتوهای پرانرژی گاما تولید می کنند. آنها به درون ماده نفوذ می کنند و مولکولهای موجود درسلول ها را متلاشی می سازند .

از آغاز عصر نوین سفر انسان به فضا شاهد تلاش فضانوردان در سفینه های خود برای اکتشاف و انجام امور تحقیقاتی و علمی بوده ایم. آنها در حالت بی وزنی در حرکت از اینسوبه آنسوی سفینه برای انجام کارهای مختلف بوده اند.

آرزوی بسیاری از انسان ها آنست که روزی بتوانند به فضا رفته و این تجربه نادر را بدست آورند، اما این امر چندان هم آسان نیست و مشکلات فیزیولوژیکی (جسمی) را برای فضا نوردان در بردارد.

پرواز با شاتل فضایی اینگونه وصف شده است. ولی به راستی شاتل فضایی چیست؟ چگونه کار می کند و چه تفاوتی با فضاپیماهای دیگر دارد؟ در این مقاله شما با دنیای جذاب شاتل های فضایی آشنا خواهید شد.

? تاریخچه شاتل فضایی

درانتهای ماموریت های فضایی آپولو، مقامات سازمان ناسا برنامه آینده فضایی ایالات متحده را بررسی می کردند. در آن زمان فضانوردان و تجهیزات فضایی توسط موشک های یکبار مصرف به فضا ارسال می شدند. آنها به وسیله ای مطمئن و در عین حال کم هزینه نیاز داشتند که بتوانند از آن چند ین بار استفاده کنند. برای ارسال 2 میلیون کیلوگرم تجهیزات و فضانورد به مدار 185تا 643 کیلومتری بالای سطح زمین،این فضاپیمای جدید نیاز به سه موتور اصلی و مخزن سوخت بیرونی و دو موشک جامد تقویت کننده و نیز سیستم مدیریت مقصد داشت. به این ترتیب ایده شاتل فضایی توسط مهندسان علوم فضایی مطرح گردید. ناسا شروع به مطالعه و طراحی شاتل فضایی کرد و بالاخره پس ازگذشت 9 سال تحقیق و آزمایش روی بخشهای مختلف،پنج فروند از این ناوها را که سامانه حمل و نقل فضایی یا شاتل فضایی نامیده شدند،به خدمت گرفت.فضاپیماهای اینترپرایز،کلمبیا،چلنجر،دیسکاوری و آتلانتیس،به تدریج از اوایل دهه 1980 میلادی تحویل ناسا گردید. بعدها پس از انفجار چلنجر،یک فروند دیگر نیز با نام ایندیور به ناوگان فضایی ناسا افزوده شد.شاتل اینترپرایز تنها برای آموزش فضانوردان و آزمایش دستگاه های آن در شرایط پرواز زمینی به کار برده شد و هیچ گاه به فضا نرفت.

نخستین پرواز شاتل در تاریخ 12 آوریل سال 1981 میلادی،با شاتل کلمبیا و با خلبانی جان یانگ و رابرت کریمن با موفقیت انجام شد و بدین ترتیب شاتل های فضایی وارد عرصه برنامه های فضایی شدند.

? بخش های اصلی شاتل

شاتل فضایی دارای سه بخش اصلی می باشد که عبارتند از:

1- مدارگرد(واحد مستقر کننده در مدار که سرنشینان و بار را در خود جای می دهد).

2- دو موشک تقویت کننده با سوخت جامد(که بیش ترین نیروی پیش ران را در دو دقیقه آغازین پرواز فراهم می نماید)

3- مخزن سوخت بیرونی(که سوخت موتورهای اصلی را با خود حمل می کند).

? مدارگرد

مدارگرد بخش اصلی سامانه حمل و نقل فضایی را تشکیل می دهد. این بخش را معمولاً با نام شاتل می شناسیم.مدارگرد به مخزن بزرگ سوخت مایع نارنجی رنگ متصل است و از هیدروژن و اکسیژن مایع موجود در آن،برای بالا رفتن استفاده می کند.

طول مدارگرد در حدود 37 متر،عرض آن از انتهای یک بال تا انتهای بال دیگر 24 متر، وزن آن 68 تن و ارتفاع آن در حالت ایستاده روی سکوی پرتاب 17 متر می باشد. در بخش جلویی مدارپیما،کابین خدمه قراردارد و به طور میانگین گنجایش 7 نفر و در شرایط اضطراری،10 نفر را داراست. در قسمت میانی مدارپیما، محفظه باری با ابعاد 18 متر در 6/4 متر تعبیه شده که بیشتر حجم بدنه را به خود اختصاص داده است که درون آن تجهیزات و بازوی میکانیکی قرار دارد و وقتی مدارپیما به مدار مورد نظر رسید،دربهای بالای بدنه باز می شوند و تجهیزات توسط بازوی میکانیکی،در مدار قرار می گیرند. در دماغه مدارپیما هم دربهای مخصوصی قرار دارند تا خدمه بتوانند از آن بیرون بیایند و خارج از مدارپیما به کارهای نصب و تعمیرات ایستگاههای فضایی و ماهواره ها بپردازند.

بدنه مدارگرد از آلیاژ آلومینیوم ، موتورهای اصلی از آلیاژ تیتانیوم و سطح زیرین آن از سرامیک ساخته شده است.

در قسمت دم مدارپیما،دو موتور و در دماغه آن 14 موتور جت کوچک قرار داده شده است که از این موتورها،برای قرار دادن مدارگرد در مدار نهایی و یا تغییر مکان آن از مداری به مدار دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. در درون این موتورها دو مخزن هلیم و اکسیژن مایع قرار دارد که در نبود اکسیژن در فضا،به راحتی با هم ترکیب شده و آتش می گیرند و بدین ترتیب نیروی لازم برای جهش مدارگرد در فضا را فراهم می کنند. مدارگرد قادر است بسته به ماموریت خود، به مدت 7 یا 8 روز و درشرایط اضطراری تا 14 روز در مدار باقی بماند.

? موشکهای جامد تقویت کننده

موشکهای جامد تقویت کننده، بیشترین نیرو( حدود 71%) را برای بلند کردن شاتل فضایی از سکوی پرتاب فراهم می کنند. سوخت این موشکها،معمولاً پودر آلومینیوم( به عنوان سوخت اصلی) و پرکلرات آمونیوم( به عنوان اکسید کننده آتش زا) می باشد. موشکهای جامد آخرین بخشی هستند که پس از اجازه پرتاب روشن می شوند،چون پس از آتش گرفتن دیگر قابل خاموش کردن نیستند. ارتفاع هر یک از این موشکها 46 متر و وزن آنها همراه با سوخت به 600 تن می رسد. داخل هر یک از این موشکها،سوخت جامد،موتور احتراق،سیستم کنترل رها شدن از مدارپیما و چتر فرود(برای فرود سالم در اقیانوس و استفاده مجدد از موشکها) تعبیه شده است.

? مخزن سوخت بیرونی
مخزن سوخت بیرونی،سوخت مایع موتورهای اصلی را در خود ذخیره دارد. ارتفاع این مخزن 48 متر، وزن مخزن خالی 34 تن و قطر آن 4/8 متر می باشد و قادر است 2 میلیون لیتر سوخت(با نسبت اکسیژن یک و هیدروژن 6 واحد) را در خود نگاه دارد. سه موتور روی مدارپیما(هرکدام با ارتفاع 3/4 متر و عرض 3/2 متر) نصب شده اند که سوخت مخزن بیرونی را که شامل هیدروژن و اکسیژن مایع است را باهم ترکیب کرده و باقیمانده نیرو را(حدود 29%) برای بلند کردن شاتل فراهم می کند. مخزن سوخت بیرونی نارنجی رنگ،باعث پایداری شاتل در طول پرتاب است و اتصال مدارگرد و بوسترهای سوخت جامد را فراهم می آورد. این بخش تنها بخش یکبار مصرف فضاپیمای شاتل را تشکیل می دهد. زمانی که موشکهای سوخت جامد در ارتفاعی نزدیک به 45 کیلومتری جدا شد،مدارگرد که هنوز با موتورهای اصلی خود در حال مصرف سوخت است،مخزن خارجی را تا ارتفاعی برابر با 113 کیلومتر بالا می برد و تنها 5/8 دقیقه پس از پرتاب،این مخزن در حالی که از سوخت خالی شده است،از شاتل جدا می شود و در جو سقوط می کند و آنچه که باقی می ماند روانه اقیانوس می گردد.

? مراحل پرتاب شاتل به فضا
پس از آنکه شاتل در سکوی پرتاب آماده پرتاب شد از 31 ثانیه قبل از پرتاب مراحل زیر اتفاق می افتد:

? 31 ثانیه قبل از پرتاب:کامپیوترهای مرکزی تمام کنترل ها را بر عهده می گیرند.

? 6/6 ثانیه قبل از پرتاب:موتورهای اصلی نوبت به نوبت روشن می شوند و به 90% قدرت خود می رسند.

? 3 ثانیه قبل از پرتاب:موتورهای اصلی آماده پرتاب شاتل به فضا هستند.

? لحظه پرتاب:موشکهای جامد تقویت کننده آتش می گیرند.

? 20 ثانیه بعد از پرتاب:شاتل به طور مستقیم به فضا پرتاب می شود.

? 60 ثانیه بعد از پرتاب:موتورهای اصلی به 100% قدرت خود می رسند.

? 2 دقیقه بعد از پرتاب:در ارتفاع 45 کیلومتری،موشکهای جامد تقویت کننده از شاتل جدا می شوند.(در این لحظه چتر نجات موشکهای جدا شده، باز می شوند تا 200 کیلومتر دورتر و در اقیانوس آرام کشتی ها این موشکها را از آب بگیرند).

? 5/8 دقیقه بعد از پرتاب:موتورهای اصلی خاموش می شوند.

? 9 دقیقه بعد از پرتاب:مخزن سوخت بیرونی از شاتل جدا می شود و بخاطر برخورد با جو زمین،از بین می رود.

? 5/10 دقیقه بعد از پرتاب:موتورهای سیستم مدیریت مقصد روشن می شوند تا شاتل را در مدار پایینی قرار دهند.

? 45 دقیقه بعد از پرتاب:موتورهای سیستم مدیریت مقصد دوباره روشن می شوند تا شاتل را در مدار بالایی(ارتفاع 400 کیلومتری از سطح زمین) قرار دهند.

اکنون شاتل به یک مدارپیما تبدیل شده و در خارج از جو آماده ادامه ماموریت می باشد.

? مرحله بازگشت شاتل به زمین
پس از اتمام ماموریت مدارپیما در مدار،نوبت به حساسترین بخش سفر یعنی بازگشت به زمین می رسد. ابتدا مدارپیما باید 180 درجه گردش کرده، سپس تحت زاویه خاص(28 تا 36 درجه) بچرخد تا سطح زیرین آن با اتمسفر زمین برخورد کند. مدارپیما در این حالت با سرعت 28 هزار کیلومتر در ساعت از اتمسفر زمین عبور می کند و دمای سطح زیرین آن در این لحظه به بیش از 1000 درجه سانتیگراد می رسد(به همین دلیل است که سطح زیرین مدارپیما را با عایق های حرارتی که از جنس سرامیک می باشد، می پوشانند).

پس از اینکه مدارپیما از جو عبور کرد به ارتفاعی می رسد که غلظت هوا در آنجا زیاد است. از این به بعد مدارپیما مانند هواپیما با کمک بالهای خود، تحت زاویه 40 درجه و سپس 20 درجه به طرف زمین مانور می دهد تا سرعت سقوطش کم شود.پس از اینکه مدارپیما به باند فرود رسید،دماغه را بالا می آورد و سپس چتر سرعت گیر خود را باز می کند تا آرام روی باند توقف کند.

? انفجار شاتل چلنجر
در 28 ژانویه سال 1986،قرار بود که شاتل چلنجر بیست و پنچمین ماموریت خود را انجام دهد که متاسفانه تنها 73 ثانیه پس از پرتاب در ارتفاع 15 هزار پایی منفجر شد و هر هفت خدمه آن جان باختند. در بین خدمه این فضاپیما، معلمی با نام کریستا مک آلیف حضور داشت که طبق برنامه قرار بود به عنوان اولین معلم به فضا سفر کند. این حادثه غم انگیز در حالی اتفاق افتاد که میلیون ها دانش آموز در سراسر دنیا از طریق تلویزیون شاهد آن بودند.

این حادثه در سواحل فلوریدا و بر فراز اقیانوس اطلس در ساعت 11:39 صبح به وقت محلی، به علت نقص واشر حلقه ای بوستر سمت راست شاتل رخ داد. نقص واشر در محل اتصال آن، شکافی در بوستر ایجاد کرده بود. این شکاف باعث نفوذ شعله به بیرون راکت، رسیدن آن به تجهیزات اطراف و مخزن خارجی سوخت و در نهایت جدا شدن بوستر سمت راست و شکست ساختار مخزن شد. با انفجار مخزن، شاتل منهدم شد و هر هفت سرنشین آن کشته شدند.

انفجار شاتل چلنجر، برای برنامه های فضایی ایالات متحده پایان ناخوشایندی را رقم زد. قطعات متلاشی شده فضاپیما طی عملیات بازیافت از کف اقیانوس جمع آوری شدند.

? انفجار شاتل کلمبیا
شاتل فضایی کلمبیا، اول فوریه سال 2003 میلادی، در مرحله بازگشت به جو زمین، کمی پیش از آنکه بیست و هشتمین ماموریت خود را به پایان رساند بر فراز ایالت تگزاس، در ارتفاع 200 هزار پایی بالای سطح زمین منفجر شد و هر هفت سرنشین آن جان باختند. این حادثه ناگوار، پس از تراژدی چلنجر در سال 1986، بدترین حادثه فضایی ایالات متحده محسوب می شود. پیش از کلمبیا، ناسا هیچ یک از فضاپیماهای خود(اعم از سرنشین دار یا بی سرنشین) را در مرحله بازگشت به زمین از دست نداده بود.

این انفجار به دلیل نقصی بود که هنگام پرتاب در عایق کاری مخزن خارجی سوخت ایجاد شده بود بدین صورت که قطعه کوچکی از فوم های عایق کاری به اندازه یک کیف جیبی تحت نیروهای آیرودینامیکی پرتاب، از مخزن اصلی سوخت جدا شده و به لبه بال سمت چپ شاتل در محل سفال های عایق کاری برخورد و به سامانه حفاظت حرارتی شاتل آسیب وارد کرده بود. البته پیش از آن نیز در بسیاری از پرتاب های شاتل ضربه خرده فوم های جدا شده از مخزن سوخت، بدنه شاتل را زخمی کرده بودند اما این موضوع هیچگاه سبب بروز آسیبی چنین جدی نشده بود. این بارنواحی خسارت دیده باعث شده بودند در طول بازگشت به جو گازهای داغ به داخل ساختار فضاپیما نفوذ کنند و موجب در هم ریختن سازه بال و در نهایت سبب از بین رفتن فضاپیما در هنگام فرود شوند. پس از وقوع حادثه، بقایای خدمه و قطعات فضاپیما در تگزاس لوئیزیانا و آرکانزاس پیدا شد.
در سال 2004،ناسا اعلام کرد ناوگان شاتل های فضایی در سال 2010 بازنشسته خواهد شد و فضاپیمای جدیدی به نام اوریون جای آن را خواهد گرفت.