Kosmosesüstikute epopöa
Veiko Tamm
30.08.2019
Columbia start aastal 1983. | NASA

Kogu maailma meedia tähistas äsja 50 aasta möödumist esmalennust Kuule, sh ka Tehnikamaailm. Kuid 50 aastat täitus veel ühest teisest kosmose vallutamise jaoks olulisest sündmusest – aastal 1969 pandi alus ka uuele Ameerika kosmoseprogrammile Space Transportation System (STS) – kosmosesüstikute programmile.

Seoses Apollo kuulendude meeletute hindadega tekkis vajadus leida odavam meetod kosmosesse jõudmiseks. 1968. aasta detsembris lõi NASA Space Shuttle Task Group’i, mille ideedest koorus lõpuks septembris 1969 USA asepresident Spiro Agnew poolt juhitud Space Task Group, mida võibki pidada süstikuprogrammi ametlikuks sünniks.

Süstikuprogramm pidi andma suurt kokkuhoidu kosmoseprogrammides – süstik projekteeriti lendama sajaks stardiks (või 10 aastat kasutusaega). Kuid nii roosiliseks kõik ei kujunenud – ehkki kokkuhoid Apollo programmiga võrreldes oli suur, maksis iga start ikkagi 450 miljonit kuni poolteist miljardit dollarit ja iga lennu järel oli süstikul tarvis vahetada üle 740 osa. Kogu projekti maksumuseks hinnatakse umbes 209 miljardit dollarit. Kokku sooritasid süstikud oma kolmekümneaastase ajaloo jooksul 135 starti. Kaotati kokku kaks süstikut (üks stardil, teine maandumisel) ja 14 astronauti. Kuid risk on astronaudiametisse juba sisse kirjutatud – seda iseloomustades ütles üks pilootidest Jeff Hoffmann tabavalt: „Kui te tunnete hirmuvärinaid, istudes kahe miljoni kilogrammi lõhkeaine otsas, siis olete lihtsalt valinud vale elukutse.“

 

Veoloomad

Apollo programmis kasutatud Saturn F-1 ega J-2 peamooduli mootorid polnud süstikute jaoks sobivad ja nii arendati nende jaoks uued vedelal krüokütusel (vedelad vesinik ja hapnik) töötavad rakettmootorid RS-25 USA firma Rocketdyne (hilisem Pratt & Whitney Rocketdyne) poolt. Neid oli süstikul kolm (Space Shuttle Main Engine, SSME). Süstikute orbiidile lennul oli toiduks kaasas hiiglaslik 46,9 m kõrgune ja 8,4 m läbimõõduga korraliku termoisolatsiooniga kütusepaak (External Tank, ET) mahutavusega 2025 kuupmeetrit. Paagi valmistajaks oli Lockheed Martin / Martin Marietta ühisfirma. Iga mootor arendas 1,859 MN (meganjuutonit, pea 190 jõutonni) tõukejõudu.

Lisaks oli stardil kütusepaagi külge liidetud kaks firma Thiocol (hilisem ATK) poolt ehitatud tahkekütusekiirendit (Solid Rocket Booster, SRB), mis kasutasid ammooniumperkloraadil (NH4ClO4) ja alumiiniumpuudril baseeruvat kütust. Kumbki kiirendi arendas 12,5–13,8 MN (meganjuutonit, pea 1270–1410 jõutonni) tõstejõudu. See on umbes kaks korda rohkem kui võimsaimal vedelkütusega rakettmootoril Saturn F-1. Kiirendid olid 45 m kõrgused ja 3,7 m läbimõõduga. Nad eraldusid ca 46 km kõrgusel umbes 2 minutit pärast starti, olles viinud süstiku kiiruseni 5000 km/h, ning lendasid inertsist veel edasi umbes 67 km kõrguseni, peale mida alustasid alla langemist. SRB-d olid korduvkasutatavad ja langevarjude abil maandusid nad ookeani umbes 240 km kaugusele Florida idarannikust. SRB-d olid esimesed tahkekütuseraketid, mida kasutati mehitatud lendude jaoks.

Lisaks olid süstikul kosmoses manööverdamiseks ning taas atmosfääri sisenemiseks kaks firma Aerojet valmistatud orbitaalmootorit (Orbital Maneuvering System, OMS) AJ10-190, mis kasutasid kütusena monometüülhüdrasiini (pardal üle 8 tonni) ja oksüdeerijana N2O4 (üle 13 tonni). Võrreldes peamootoritega olid OMSid nõrgukesed – vaid 26,7 kN (2,7 jõutonni). Baseerusid nad Apollo lendude teenindusmooduli mootoritel.

Stardil arendasid kaks kiirendit ja laeva kolm peamootorit summaarset tõstejõudu üle 30 MN (meganjuutoni). Kuna see number ei ütle tavalugejale midagi, siis toome võrdluseks, et see võrdub umbes paarisaja sõiduauto veojõuga. Laeva enda osakaal selles oli aga vaid kuuendik – suurema osa panustasid kaks tahkekütusega kiirendit. Ühe stardiga kulutatud energiaga võiks valgusega varustada tervet Suurbritanniat ühe ööpäeva vältel.

 

Kosmosesüstik

Kosmosesüstik ise (Orbiter Vehicle, OV) oligi kogu kompleksi peaelemendiks. Kokku ehitati California osariigis asuvas Palmdale’i tehases kuus kosmosesüstikut. Süstiku pikkus oli 37,237 m, tiiva siruulatus 23,79 m, tiibade pindala 250 m2 ja kõrgus 17,86 m. Kummagi deltakujulise tiiva esiosa kaldenurk oli 81 kraadi, peaosal 45 kraadi. Oma mõõtmetelt oli ta umbes sama suur kui reisilennuk McDonnell Douglas DC-9. Maksimumkiirus oli süstikul 27 870 km/h ja lennulagi 960 km. Laeva tühikaal oli 78 tonni, maksimaalne stardikaal aga 110 tonni. Kaalukaimaks ühes tükis orbiidile viidud objektiks oli 1999. aastal paigaldatud Chandra X-ray Observatory. Laeva pilootide ja reisijate ruumide taga asus suur, 18,3x4,6meetrine lastiruum. Mõõtmed kirjutati ette armee poolt, et sinna mahuksid ka suurimad luuresatelliidid. Lastiruumis paiknes ka suur mehaaniline manipulaator Shuttle Remote Manipulator System (SRMS), mida tänu tema valmistajale, Kanada firmale Spar Aerospace, hakati kutsuma „Kanada käeks“ (Canadarm). Seda „kätt“ kasutati lasti käsitsemiseks, teiste objektidega manipuleerimiseks või astronautide kinnitusbaasina töödel välikosmoses. Laeva meeskond oli kuni kaheksaliikmeline: komandör, piloot ja kuni kuus spetsialisti.

Üks olulisi asju süstiku konstrueerimisel oli ta termoisolatsioon, mis pidi taluma ühelt poolt kosmilist, pea absoluutse nulli lähedast külma ja teiselt poolt atmosfääri sisenemisel õhu hõõrdumise tõttu kuni 1650 °C (peaaegu kahekordne sulalaava temperatuur) tekkivat kuumust kõhuosal. Selleks kaitsti süstik 30 000 keraamilise plaadiga, mille kinnitamisega nähti hulk aega vaeva. Lõpuks leiti, et parimaks lahenduseks on tavatarbijate vannihermeetik. Kokku oli kasutuses seitsmest eri materjalist isolatsiooniplokke – sõltuvalt kaitsekoha temperatuuri tingimustest. Kõige karmimates kohtades süstiku ninas ja tiibadel kasutati armeeritud süsinik-süsinik komposiitmaterjali (Reinforced Carbon–Carbon, RCC), mis võib taluda kuni 2000 °C. See materjal on hirmus kallis – NASAle läks selle ruutmeeter maksma üle miljoni dollari.

Laeva elektriga varustamise eest vastutasid kolm vesinik-hapnik kütuseelementi, mis kaasproduktina tootsid ka joogivett meeskonna tarvis. Nende koguvõimsus oli 21 kW (vajadusel 15 minuti jooksul koguni 36 kW), nii et laeva vajadused (ca 14 kW) olid suure varuga kaetud. Laev lülitus autonoomsele elektritootmisele 3,5 minutit enne starti. Arvutusjõudluse tagasid viis identset IBM AP-101 lennundusarvutit, mida kasutati ka Apollo lendude ajal ja paljudes sõjaväelennukites, k.a Stealth-pommitajal B-1B. Neli arvutit töötasid liiasuse režiimil sünkroonselt, viies oli varuks.

 

Enterprise orbiidile ei jõudnudki

Esimene süstik sai oma nime Enterprise (OV-101) kultusulmefilmi „Star Trek“ kosmoselaeva järgi. Ehitaja North American Rockwell, NASA suurim lepingupartner, alustas tööd laeva kallal aastal 1974 ning sai selle oma Palmdale’i tehases valmis 17. septembril 1976. Enterprise’i kasutati süstiku aerodünaamiliste omaduste ja eriti maandumiste katsetamiseks, mis algasid veebruaris 1977. Enterprise lennutati üles spetsiaalselt modifitseeritud Boeing 747 turjal, aga maandus ta juba omal jõul. Alguses paigaldati Enterprise muuseumisse Smithsonian’i Udvar-Hazy Centre, kuid pärast süstikuprogrammi lõppu asendati ta seal kosmoses lennanud süstikuga Discovery. Praegu asub Enterprise New Yorgis lennukikandjal USS Intrepid asuvas lennundusmuuseumis ja seda olen ka ise oma käega saanud patsutada.

                 

Columbia lendas kosmosesse

Esimeseks kosmoselennuks küpse süstiku Columbia (OV-102) konstrueerimist ja ehitamist alustati Rockwelli poolt juba aastal 1975. Kuigi süstikud polnud veel sooritatud ühtegi ametlikku kosmoselendu, andis NASA aastal 1979 sisse tellimuse veel kolmele süstikule – Challenger, Discovery ja Atlantis. (Lisaks tellis NASA pärast Challengeri õnnetust veel ühe uue süstiku – Endeavour).
Katselennud Enterprise’iga sujusid korrektselt ja nii antigi luba valmistuda esimeseks mehitatud lennuks süstikul Columbia. STS-1 nimelise süstikukompleksi kokkupanekut alustati novembris 1980 Kennedy Kosmosekeskuse stardikompleksis LC-39. 12. aprillil 1981 (ehk siis täpselt 20 aastat pärast Juri Gagarini kosmoselendu) anti Canaverali neemelt sellelt stardiplatsilt esimesele mehitatud süstikulennule start – pardal komandörina kogenud Kuu-astronaut John Young (üheksas inimene Kuul aastal 1972) ja esimest korda taevasse lendav „kosmosekollanokk“ Robert Grippen. Pärast kahepäevast lendu ja poolteise miljoni kilomeetri läbimist maandus Columbia edukalt Edwardsi õhujõudude baasis. Columbia sooritas veel kolm testlendu, enne kui president kuulutas süstikuprogrammi ametlikult avatuks.
Kaks aastat hiljem, aprillis 1983, sooritas oma esimese lennu süstik Challenger, veel aasta hiljem, augustis 1984, startis Discovery. Avanelikust viimasena lendas kosmosesse Atlantis oktoobris 1985.

STS-1: The First Space Shuttle Mission, April 12-14, 1981

Militaar- ja tsiviiltööd kosmoses

Süstikud alustasid oma tegevust külma sõja harjal, olles Reagani administratsiooni suureks „nuiaks“ nn Tähesõdade programmis. Nende abil paigaldati orbiidile palju satelliite (nii militaar- kui tsiviilotstarbelisi), katsetati laserrelvastust, kosmilist raketitõrjesüsteemi jpm. Koos Gorbatšovi perestroikaga külm sõda lõppes ja militaarne huvi süstikute vastu kukkus kolinal. NASAl tekkis kartus, et Kongress võib tahta rahastuse vähendamist, kuna ka tavainimeste jaoks oli uudsus ja huvi kadumas. Nii planeeritigi lennule viia tavaline tsivilist – kooliõpetaja, kes annaks oma tunni orbiidil viibides. Väljakuulutatud koha vastu oli huvi erakordselt suur – registreerus üle 10 000 kooliõpetaja, kelle seast valiti välja Christa McAuliffe ja tema varuasendajaks sai Barbara Morgan, kes hiljem liitus NASA kutseliste astronautide meeskonnaga.
28. jaanuaril 1986 startis STS-51-L missioonil oma kümnendale lennule süstik Challenger. Kuna öise stardi ajal oli temperatuur alla nulli, olid paljud süstiku osad kaetud jääga. Tehnikud hoiatasid küll võimaliku ohu eest, ent NASA bossid nõudsid ikkagi starti. Algul tundus, et kõik oli korras, kuid 73 sekundit pärast starti süstik plahvatas ning kõik pardal olnud seitse inimest hukkusid. See õnnetus tõmbas 32 kuuks piduri edasistele lendudel ja oli isegi oht, et programm katkestatakse.
Päästjaks osutus NASAle Nõukogude Liit, kes saatis 15. novembril 1988 orbiidile oma mehitamata kosmosesüstiku Buran, mis oli pea üks-ühele maha viksitud ameeriklaste süstiku pealt. Erinevalt ameeriklaste süsteemist polnud Buranil tahkekütusekiirendeid ega kütusepaaki, sest Burani toimetas orbiidile toonane venelaste võimsaim kanderakett Energia. USA ei saanud ju nüüd rongist maha jääda ja süstikulennud said taas rohelise tule.

1989. aastal viis süstik Atlantis lennule esimese planeetidevahelise sondi Magellan, mis suundus uurima meie naabrit Veenust. Järgmisel aastal, aprillis 1990, tehti järgmine suur samm kosmoseuuringutes – Discovery toimetas orbiidile Hubble’i kosmoseteleskoobi. 1992. aastal tegi oma esmalennu Challengeri asendajaks ehitatud süstik Endeavour.
Aga taas kerkisid üles rahamured, Bill Clinton oli lähedal programmi sulgemisele. Jälle osutusid päästjateks venelased. Pärast Nõukogude Liidu lagunemist polnud Venemaa enam suuteline tegema lende oma mehitatud kosmosejaama Mir. Kuid nad olid nõus kahasse ameeriklastega finantseerima süstikute lende Mirile. Veebruaris 1995 toimuski Discovery esimene põkkumine Miriga. Lennu komandöriks sai Robert „Hoot“ Gibson, kes küll algul tahtis keelduda: „Mind on külma sõja ajal õpetatud venelasi alla tulistama, mitte nendega koostööd tegema.“ Piloodiks oli esimene süstikute naispiloot Eileen Collins.
Ka ameeriklased tahtsid ehitada oma kosmoselaborit, ent taas takistas raha. Nii tekkiski rahvusvahelise kosmosejaama ISS projekt, mis maksis kokku 150 miljardit dollarit ja milles osales 16 riiki. Ehitus algas aastal 1998 Endeavouri lennuga ning ISS valmis 2003. aastaks.

Sama aasta veebruaris startinud süstiku Columbia tiiba tabas stardi ajal kütusepaagist lahti rebenenud vahtplastist soojusisolatsiooni tükk. Taas alahindasid NASA mehed olukorda, arvates, et see ei saanud ju kahjustada ülitugevat konstruktsiooni. Aga kahjuks sai – maandumise ajal rebenes süstik kildudeks ja põles ära. Kõik seitse astronauti hukkusid, viies süstikuprogrammi ohvrite koguarvu neljateistkümneni.
Kuid ISS vajas tuge ja järgmisel viiel aastal tehti veel 25 lendu. Viimane süstik nimega Atlantis startis missiooni STS-135 käigus 8. juulil 2011 ja sellega sai programmile kriips alla tõmmatud.

Artikli märksõnad: 

Sarnased artiklid