· [ ] · Phi Thuyền Con Thoi

[Milou]

Phi Thuyền Con Thoi

Thư Sinh

Vào năm 1969 sau khi phi thuyền Apollo đáp xuống mặt Trăng, nhóm đặc vụ về chương trình không gian của tổng thống Hoa Kỳ đã đệ trình một chương trình du hành trong không gian tới tổng thống Hoa Kỳ và công chúng. Năm 1970 cơ quan không gian NASA bắt đầu họa kiểu và phỏng định phí tổn cho việc chế tạo một phi thuyền tiêu thụ năng lượng lỏng và có thể sử dụng được nhiều lần. Năm 1972 tổng thống Nixon chấp thuận cho NASA chế tạo và hãng Rockwell đã được NASA lựa để thiết kế quỹ đạo cơ (orbiter) và ba động cơ chính của phi thuyền (main engines), hãng Morton Thiokol được chọn để chế tạo hai hỏa tiễn phụ (solid rocket booster - SRB) và hãng Martin Marietta trúng thầu để chế tạo bình chứa nhiên liệu (external tank - ET).



Phi thuyền Con Thoi hiện nay là phương tiện di chuyển chính của Hoa Kỳ trong lãnh vực không gian và là phi thuyền đầu tiên trên thế giới có thể tái sử dụng sau khi đã phóng ra ngoài không gian. Phi thuyền Con Thoi được các nhà khoa học hay chuyên phi (mission specialist) dùng như là một phòng thí nghiệm trong không gian, hoặc dùng để quan sát, học hỏi và chụp hình những vì tinh tú, các giải ngân hà, những hành tinh và những vật thể trong vũ trụ. Các phi hành gia của phi thuyền Con Thoi cũng đã được huấn luyện để phóng các vệ tinh vào quỹ đạo do chính phi thuyền chở lên từ Trái Ðất, hoặc bay lên để sửa chữa các vệ tinh hư hỏng hay mang chúng về.



Nhiệm Vụ Của Phi Thuyền Con Thoi

Phi thuyền Con Thoi được phóng ra ngoài không gian bằng ba động cơ chính và hai hỏa tiễn phụ (SRB) cặp sát hai bên của bình chứa nhiên liệu (ET). Sau khi mục đích được hoàn thành, phi thuyền bay trở về Trái Ðất với khả năng bay lượn như phi cơ nhưng điểm khác biệt là không có động cơ đỡ lúc bay xuống như phi cơ. Phi thuyền có thể được hình dung như chiếc máy bay bằng giấy nhưng được điều khiển một cách hoàn hảo lúc bay trở về và đáp trên sân phi đạo. Những hỏa tiễn khác có thể đưa những vệ tinh vào không gian nhưng những hỏa tiễn này chỉ dùng được một lần rồi bỏ. Mỗi phi thuyền Con Thoi được chế tạo chỉ để bay cho 100 phi vụ.

Trong những phi vụ nghiên cứu, phòng thí nghiệm được ráp ở sân chở hàng (payload bay) và được tháo ra sau mỗi phi vụ. Những vụ thí nghiệm này thường nằm trong các lãnh vực của khoa học như y khoa, thiên văn và cách chế tạo những chất liệu.



Những vệ tinh do phi thuyền chở lên để phóng vào các quỹ đạo đã được dự trù thường là các vệ tinh dùng để quan sát bảo vệ môi trường môi sinh, khí tượng, định hướng tọa bàn, tìm hiểu các đại dương hay những lãnh vực có ích lợi cho con người.



Những phi thuyền thám hiểm các hành tinh trong Thái Dương Hệ cũng được phi thuyền Con Thoi chở đưa ra ngoài không gian, sau đó được phóng đi bằng hỏa tiễn. Và đương nhiên là phi thuyền Con Thoi cũng sẽ được dùng để chuyên chở các hệ thống của Trạm Không Gian. Trạm Không Gian này sẽ là chỗ ở lâu dài của các phi hành gia hoặc các nhà khoa học gia trong việc thực nghiệm các cuộc thí nghiệm ở môi trường vi trọng lực. Lý do chính khi phải thực hành các cuộc thí nghiệm này ở ngoài không gian là vì hấp lực của Trái Ðất sẽ không còn ảnh hưởng trên sự kết tinh trong những phản ứng hóa học. Vì vậy sự kết tinh sẽ được hoàn hảo hơn có nghĩa thuốc sẽ tốt hơn hoặc sự kết cấu của các chất liệu sẽ bền bỉ hơn, hay thời gian quan sát các thiên thể được lâu dài hơn khi con người tìm hiểu cách cấu tạo và sự phát triển các vì sao, những hắc hố, các giải ngân hà, hoặc vũ trụ vân vân. Vì ở lâu dài nên việc tiếp tế thực phẩm, các dụng cụ cần thiết và người sẽ được phi thuyền Con Thoi mang đi và chở về.



Lịch Trình Phi Vụ Con Thoi

Phi vụ Con Thoi được phóng đi từ trung tâm John F. Kennedy (KSC) của NASA ở Florida. Quỹ đạo cơ được trang bị và sửa soạn cách giàn phóng khoảng nhiều dặm trong trung tâm. Sau khi quỹ đạo cơ đã sẵn sàng để bay, nó sẽ được ráp với bình chứa nhiên liệu và hai hỏa tiễn phụ. Tất cả các hệ thống sẽ được thử và kiểm chứng trước khi phi thuyền được di chuyển ra ngoài giàn phóng. Lúc phóng, ba động cơ chính của quỹ đạo cơ và hai hỏa tiễn phụ sẽ được khai hỏa cùng một lúc để đẩy phi thuyền và phi hành đoàn ra ngoài không gian. Hai hỏa tiễn phụ sẽ được tách rời khỏi bình nhiên liệu và quỹ đạo cơ khi nhiên liệu được đốt hết trong khoảng hai phút sau khi phóng. Hai hỏa tiễn này sẽ rớt xuống biển và được vớt lên sau đó để sử dụng lại. Quỹ đạo cơ được tiếp tục đẩy vào không gian bằng ba động cơ chính trong khoảng sáu phút rưỡi nữa. Trước khi vào quỹ đạo dự trù cho chuyến bay, bình nhiên liệu được tách rời khỏi quỹ đạo cơ, rơi trở lại bầu khí quyển và vỡ ra thành nhiều mảnh khi rơi xuống một vùng biển hẻo lánh.



Trong quỹ đạo, phi thuyền Con Thoi sẽ bay xung quanh Trái Ðất với một vận tốc là 17 ngàn năm trăm (17.500) dặm mỗi giờ. Sẽ mất khoảng 90 phút để phi thuyền bay hết một vòng xung quanh Trái Ðất. Các phi hành gia sẽ thấy Mặt Trời mọc hay lặn mỗi 45 phút. Cao độ của quỹ đạo cho phi thuyền bay, tuỳ vào mỗi chuyến bay, thường là 155 dặm tới 600 dặm. Ðường bay của phi thuyền sẽ nằm trong khoảng 57 độ về phía bắc hay nam của đường xích đạo.



Một phi vụ bay thường lâu khoảng 10 ngày nhưng thực phẩm luôn luôn được mang nhiều hơn để phòng hờ lỡ thời tiết xấu khiến phi thuyền không xuống được đúng như thời gian dự định.



Một phi hành đoàn gồm 8 người nhưng phi thuyền có thể chở được 10 người. Phi hành đoàn bao gồm phi hành trưởng (commander), phi hành phó (pilot) và những người còn lại là các chuyên phi (mission specialist) và kiện phi (payload specialist). Nhiệm vụ của một chuyên phi là thông hiểu và sử dụng rành mạch những dụng cụ cần thiết dùng để yểm trợ những kiện hàng thường là các vệ tinh hay những cuộc thí nghiệm đã hoặc không trả tiền cho NASA. Nhiệm vụ của một kiện phi là thấu đáo cách sử dụng và hiểu biết mạch lạc những kiện hàng được phi thuyền chở. Phi hành trưởng, phi hành phó và chuyên phi là những phi hành gia được NASA thâu nhận, chỉ định các chuyến bay và làm việc cho NASA. Kiện phi có thể là phi hành gia của NASA nhưng thông thường là người của các hãng xưởng hoặc những quốc gia khác trả tiền cho NASA để chở những kiện hàng của họ ra ngoài không gian.



Sau khi hoàn tất nhiệm vụ ngoài không gian, quỹ đạo cơ sẽ bắt đầu bay lượn trở lại bầu khí quyển, hệ thống cách nhiệt được dùng để phi thuyền không bị bốc cháy vì sự cọ sát với bầu khí quyển của Trái Ðất. Những miếng cách nhiệt, từng miếng nhỏ, được dán trên phi thuyền ở những nơi nóng nhất. Những miếng cách nhiệt này diện tích khoảng 6 phân vuông, làm bằng chất silica có thể chịu đựng được nhiệt đến nỗi một người khi cầm miếng này mà tay vẫn thấy mát, trong khi đó mặt bên kia thì nóng đỏ và chịu được đến 2300 độ (F ). Những miếng cách nhiệt hư hỏng sau mỗi chuyến bay sẽ được bỏ và thay thế bằng những miếng khác.

Khi phi thuyền Con Thoi bắt đầu bay thì căn cứ không quân Edwards, thuộc cơ quan không gian Dryden của NASA chuyên nghiên cứu về máy bay, có sân phi đạo dài 15.000 bộ ở California được dùng là nơi đáp chính của phi thuyền. Tuy nhiên hiện nay trung tâm không gian KSC lại là nơi đáp chính của phi thuyền, và Edwards trở thành bãi đáp phụ.



Lý do bãi đáp Edwards được dùng làm bãi đáp chính trong thời gian đầu là vì một số hệ thống của phi thuyền cần được trắc nghiệm và kiểm chứng. Edwards có nhiều sân phi đạo lại ở trong một hồ khô rộng lớn nên lúc đáp an toàn hơn. Sau này dùng bãi đáp ở trung tâm Kennedy để đỡ tốn kém khi phải di chuyển phi thuyền từ Edwards, California về giàn phóng Kennedy ở Florida.



Vận tốc của phi thuyền khi đáp sẽ trong khoảng 205 tới 235 dặm một giờ, còn tuỳ vào trọng lượng sức nặng của phi thuyền khi đáp. Hiện nay phi thuyền khi đáp có thêm dù bọc gió để vận tốc chậm lại và giữ cho thắng cũng như bánh xe đỡ bị mòn.

[Milou]

Ðáp Tại KSC



Ngay sau khi đáp, một nhóm chuyên viên sẽ được gửi ra xét xem phi thuyền có hơi độc bao xung quanh không, rồi phi hành đoàn mới được lệnh tắt máy và một số nhân viên kỹ thuật sẽ ra để kéo phi thuyền vào trong chỗ bảo trì. Một số ống lớn sẽ được gắn vào phi thuyền từ hai chiếc xe lớn để thổi hơi lạnh vào sân chở hàng, vào phần đuôi phi thuyền và phòng lái cũng như nơi thí nghiệm và chứa các dụng cụ đồ đạc ở phần đầu của phi thuyền. Nhiệt độ nóng này phát xuất từ sự cọ sát với bầu khí quyển khi đáp và lúc thử lại các hệ thống điện tử của phi thuyền sau khi đáp.



Nếu phi thuyền đáp ở Edwards, quỹ đạo cơ sẽ được sửa soạn, thiết bị và một số các ống dẫn nhiên liệu và các bình chứa sẽ được thổi sạch sẽ, sau đó phản lực cơ Boeing 747 được dùng để chở phi thuyền về trung tâm KSC. Từ Edwards tới trung tâm KSC sẽ mất khoảng một hay hai ngày tuỳ thuộc vào thời tiết trong lúc đi.

Các Thành Phần Chính Của Phi Thuyền



Phi thuyền Con Thoi được cấu tạo bởi những thành phần chính là: quỹ đạo cơ, ba động cơ chính, bình chứa liệu và hai hỏa tiễn phụ. Trọng lượng của phi thuyền lúc phóng khoảng 4,5 triệu pound.

Quỹ Ðạo Cơ: Quỹ đạo cơ dài 121 bộ, chiều cánh là 78 bộ và chiều cao là 57 bộ. Tức lớn như phản lực cơ DC-9. Quỹ đạo cơ có khả năng chở 65.000 pound kiện hàng vào không gian. Sân chở hàng dài 60 bộ và rộng 15 bộ. Trọng lượng khi đáp thì tuỳ vào mỗi chuyến bay, nhưng thông thường nặng trong khoảng 200.000 tới 230.000 pound. Hầu hết toàn thân làm bằng aluminum. Ðầu phi thuyền là nơi sinh hoạt ăn ở, phòng lái, nơi thực nghiệm và chứa dụng cụ. Thân phi thuyền là sân chở hàng chứa các vệ tinh hoặc sẽ là phòng thí nghiệm được nối dài ra từ đầu phi thuyền. Ðuôi phi thuyền chứa ba động cơ chính, những phản lực chỉnh hướng (reaction control system), hệ thống phản lực thay đổi quỹ đạo (orbital maneuvering system), cánh và đuôi điều khiển (vertical tail). Mỗi quỹ đạo cơ được chế tạo để bay cho 100 phi vụ.



Ba Ðộng Cơ Chính: Mỗi động cơ được đốt bằng nhiên liệu lỏng oxygen và hydrogen tác dụng với nhau và khi nổ phát ra một lực đẩy là 375.000 pound ở mực nước biển, và ngoài không gian là 470.000 pound lực đẩy. Lực đẩy này có thể được điều khiển tăng hay giảm trong khoảng 65 tới 109 phần trăm. Vì vậy lực đẩy có thể được tăng tối đa lúc rời giàn phóng và gia tốc được giảm đi gần cuối đường bay lên khi hấp lực Trái Ðất bị tăng lên gấp ba lần (3Gs). Những động cơ này có thể di chuyển để điều khiển phi thuyền hướng lên, hướng xuống, quay trái, quay phải hoặc lăn tròn (pitch, yaw and roll) trong lúc bay ở ngoài không gian. Thông thường những động cơ chính này được sử dụng tám phút rưỡi (8,5) cho mỗi chuyến bay. Mỗi động cơ được chế tạo để sử dụng cho bẩy tiếng rưỡi xong phế thải.



Bình Chứa Liệu: Bình chứa nhiên liệu cao 154 bộ và chiều ngang là 28,6 bộ. Bình chứa được kết tạo bằng aluminum. Bình không nặng 78.100 pound, khi chứa nhiên liệu thì nặng 1.667.677 pound. Có khả năng chứa gần 1,6 triệu pound (143.060 gallon) oxygen lỏng và hơn 226.000 pound (526.126 gallon) hydrogen lỏng. Bình chứa là vật duy nhất xài một lần rồi bỏ.



Hai Hỏa Tiễn Phụ: Hai hỏa tiễn phụ của phi thuyền Con Thoi là hỏa tiễn dùng nhiên liệu đặc lớn nhất từ xưa tới giờ để đốt tạo ra sức đẩy và là lần đầu tiên dùng trong chương trình không gian có người lái. Mỗi hỏa tiễn được ráp bởi 11 miếng ống gắn liền với nhau bằng những then ốc. Hỏa tiễn cao 116 bộ, ngang 12 bộ và chứa hơn 1 triệu pound của nhiên liệu đặc. Khi cháy tạo ra một phản ứng nổ với lực đẩy 2,65 triệu pound ở nhiệt độ 5.800 độ (F). -ng thoát hơi có thể di động để điều khiển lực đẩy theo ý muốn như hướng lên, hướng xuống, quay trái, quay phải và lăn tròn trong lúc phi thuyền phóng ra ngoài không gian. Nhiên liệu đặc được cấu tạo bởi sự pha trộn của bột aluminum, ammonium perchlorate và bột iron oxide. Hai hỏa tiễn phụ này đốt cùng lúc với động cơ chính trong hai phút đầu xong được thả dù cho rơi xuống biển ở cao độ khoảng 24 dặm. Sau đó được tàu vớt để đem về sử dụng lại.



Hệ Thống Phản Lực Ðổi Quỹ Ðạo: Hai động cơ phản lực ở đuôi và ở dưới cánh đuôi phi thuyền dùng để đẩy quỹ đạo cơ vào quỹ đạo đã dự trù. Cũng được dùng để làm chậm vận tốc của phi thuyền khi phi vụ chấm dứt và hấp lực của Trái Ðất sẽ hút phi thuyền vào bầu khí quyển. Quỹ đạo cơ sẽ bay lượn như một chiếc máy bay giấy có người điều khiển đến bãi đáp. Hệ thống phản lực đổi quỹ đạo dùng nitrogen tetroxide và monomethyl hydra

ine để tạo ra phản ứng nổ.

Phản Lực Chỉnh Hướng: Gồm có 44 ống phản lực nằm ở hai bên mũi và phần đuôi gần hệ thống phản lực thay đổi quỹ đạo của phi thuyền. Phản lực chỉnh hướng được dùng trong suốt chuyến bay để chỉnh phi thuyền theo hướng dự trù cho các cuộc thí nghiệm hoặc chụp hình. Nhiên liệu của những máy phản lực chỉnh hướng thì giống như hệ thống máy phản lực thay đổi quỹ đạo dùng nhiên liệu để tạo ra phản ứng nổ. Có ba mươi tám ống phản lực tạo 870 pound lực đẩy cho mỗi ống. Sáu ống còn lại có thể tạo 25 pound lực đẩy cho mỗi ống.



Hệ Thống Ðiện: Ba bình tạo điện được để ở giữa khoang phi thuyền. Ðiện được tạo ra bởi phản ứng hóa học của oxygen và hydrogen. Nước cũng được tạo ra như sản phẩm phụ trong phản ứng này và được dùng để uống. Mỗi bình điện được gắn với một trong ba hệ thống điện riêng rẽ. Những lúc không cần nhiều điện, chỉ có hai bình được chạy, bình thứ ba sẽ ở trong trạng thái phòng hờ và có thể được sử dụng ngay lập tức khi cần. Hệ thống điện có thể cung cấp lên đến 24 kilowatt công suất trong khoảng 27,5 volt tới 32,5 volt điện một chiều.

Hệ Thống Lưu Vận: Ba hệ thống lưu vận (hydraulic system) dùng để điều khiển và di chuyển nhừng động cơ chính, hệ thống bánh đáp ở mũi và thân phi thuyền, cũng như các hệ thống động lực (rudder, speed brake, elevon flight control surfaces) điều khiển phi thuyền. Hệ thống lưu vận dùng hydra

ine để vận chuyển các cơ khí. Hydra

ine được biến thành hơi nóng trong một phản ứng hóa học. Hơi nóng này sẽ làm quay cánh quạt chuyển động những răng cưa trong bình bơm của hệ thống. Cả ba hệ thống lưu vận được sử dụng trong lúc phóng nhưng chỉ cần hai hệ thống cho lúc xuống và đáp.



Hệ Thống Môi Sinh: Hệ thống môi sinh (environmental control and life support system) thanh lọc không khí, cung cấp dưỡng khí, giữ áp suất trong phòng ở mực độ nước biển (14.7 psi), làm mát không khí hay cung cấp hơi sưởi trong phòng, và cung cấp nước uống cũng như nước tắm rửa và phòng vệ sinh. Áp suất trong phòng được giữ ở mực nước biển với 21% khí oxygen và 79% khí nitrogen như ở Trái Ðất. Không khí được cho đi qua hộp lithium hydroxide/charcoal để loại khí carbon. Những hộp này được thay đúng giờ. Hơi nóng ở phòng lái phát ra từ các máy móc được cho đi qua một hệ thống nước mát và thải qua những giàn thải nhiệt ở sân chở hàng. Những bình điện thải ra 7 pound nước mỗi giờ và được chứa trong những bồn. Nước dư sẽ được đổ ra ngoài không gian. Phòng vệ sinh thì giống như ở máy bay nhưng được chế tạo cho môi trường không gian.



Hệ Thống Cách Nhiệt: Hệ thống cách nhiệt (thermal protection system) được dùng để ngăn sức nóng có thể gây hư hỏng tới các chất aluminum và graphite epoxy của quỹ đạo cơ lúc trở về Trái Ðất. Có bốn chất liệu được dùng để bảo vệ phi thuyền. Carbon-carbon được dùng ở mũi phi thuyền và những góc cạnh khi nhiệt độ có thể hơn 2300 độ (F) vì sự cọ sát với bầu khí quyển. Khoảng 20.000 miếng cách nhiệt silica fiber cho nhiệt độ cao được dán dưới phần bụng của phi thuyền, nơi nhiệt độ lên đến 1.300 độ (F). Khoảng 7.000 miếng cách nhiệt cho nhiệt độ thấp được dán ở mặt trên của cánh và dọc hai bên thân của phi thuyền, nơi nhiệt độ nóng khoảng 700 tới 1.200 độ (F). Những miếng cách nhiệt Nomex được dán trên những cánh cửa của sân kiện hàng, dọc theo thân và mặt trên của cánh phi thuyền, những nơi mà nhiệt độ không quá 700 độ (F).



Tài Liệu Tham Khảo:

Những tài liệu trong bài này được lấy ra từ các mạng lưới điện tử của Cơ Quan Không Gian NASA.