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Astronavi e sistemi di supporto

Il sistema shuttle, detto Space Transportation System (STS) è la macchina più complessa e tecnologicamente avanzata del mondo. È costituito dalla navicella orbitante, dal sistema di propulsione (due razzi elevatori compatti, detti SRB, e tre motori principali) e da un serbatoio esterno di carburante.

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La navicella orbitante

È il cervello e il cuore dell’STS e comprende sofisticati apparecchi per il controllo di volo, un costoso rivestimento per la protezione dalle elevate temperature e il sistema di propulsione a razzo. La navicella orbitante, l’Orbiter, di dimensioni simili a un DC-9 (un bireattore piuttosto piccolo), contiene lo scomparto pressurizzato dell’equipaggio (che può trasportare fino a sette membri), il vasto vano di carico e i tre motori principali.

La cabina dell’equipaggio ha tre livelli, il ponte di volo, il ponte intermedio e l’area di servizio. La parte più alta è il ponte di volo, dove comandante e pilota controllano il mezzo; tre astronauti occupano le postazioni di lancio nel ponte intermedio, dove si trovano anche la cambusa, la toilette, i dormitori e gli armadi per i materiali e gli esperimenti. Sempre nel ponte intermedio sono collocati i portelli laterali per entrare e uscire dal veicolo a terra e la porta stagna per accedere al vano di carico e da questo allo spazio.

Il vano di carico degli shuttle è adattabile a centinaia di usi. Grande abbastanza per contenere un autobus di grosse dimensioni, è adibito al trasporto di satelliti, astronavi e laboratori scientifici e costituisce una stazione di lavoro per la riparazione delle apparecchiature e dei satelliti, una base per erigere strutture spaziali e un’area di magazzinaggio per i satelliti recuperati. Sul fianco sinistro del vano di carico, dietro il reparto dell’equipaggio, si trova un sistema di controllo remoto, sviluppato e finanziato dal governo canadese. Si tratta di un braccio meccanico con tre snodi, lungo circa 15 m, sul quale sono montate due telecamere che forniscono informazioni visive ai membri dell’equipaggio.

Un rivestimento particolare e fogli flessibili di materiale isolante coprono le superfici della navicella esposte al calore e garantiscono un’adeguata protezione durante il rientro nell’atmosfera terrestre. Diversamente dai primi mezzi spaziali con pilota, come il modulo di comando dell’Apollo, che usavano materiali soggetti alla progressiva fusione durante il rientro nell’atmosfera e quindi non riutilizzabili, lo shuttle adotta un sistema protettivo composto da piastrelle in fibra di silice che possono essere usate per innumerevoli missioni prima di dover essere sostituite.

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Sistemi di propulsione

I due razzi (booster) a propellente solido forniscono la maggior parte della potenza necessaria per i primi due minuti di volo. Una volta accesi, non possono più essere spenti, pertanto sono gli ultimi a essere attivati nella fase di lancio. Essi portano lo shuttle a un’altitudine di 45 km e a una velocità di 4973 km/h prima di essere sganciati e ricadere nell’oceano. Inizialmente venivano recuperati, rimessi a nuovo e riutilizzati; dopo l’incidente del Challenger, dovuto proprio a un problema insorto su un giunto di questi razzi, vengono eliminati. Dopo la caduta dei razzi, la spinta viene fornita dai tre motori principali a propellente liquido, che sono alloggiati nella parte posteriore della navicella. Questi motori bruciano per soli otto minuti in ciascun volo, quanto basta perché la navicella raggiunga l’orbita, e sono progettati per funzionare per 55 voli.

Un altro sistema di propulsione entra in funzione quando vengono disattivati i motori principali della navicella e questa si avvicina al punto di inserimento orbitale. Due motori del sistema di manovra orbitale (Orbital Maneuvring System, OMS), montati sui fianchi di poppa della fusoliera, forniscono la spinta per gli spostamenti più importanti. Per le manovre più precise vengono invece impiegati 44 piccoli razzi (che nel complesso costituiscono il sistema di controllo a reazione), alloggiati nel muso e ai lati della poppa della navicella.

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Il serbatoio esterno

Il gigantesco serbatoio cilindrico esterno (lungo 47 m e del diametro di 8,4 m) è il più grande degli elementi che compongono la space shuttle. Alimenta i tre motori principali della navicella orbitante e, durante il lancio, funziona anche da supporto per la navicella e i booster, ai quali è collegato. In contenitori separati e pressurizzati, il serbatoio contiene idrogeno e ossigeno liquidi, che reagiscono sviluppando la combustione che fornisce energia ai motori. Durante il lancio, il serbatoio esterno spinge il combustibile compresso in piccoli condotti, che si diramano in linee più piccole e alimentano direttamente i motori principali. Ciascuno dei motori principali consuma circa 450 kg di combustibile al secondo. Realizzato in lega di alluminio, il serbatoio esterno è la sola parte del veicolo di lancio che non viene normalmente riutilizzata. Dopo che i suoi 1,99 milioni di litri di carburante sono stati consumati durante i primi 8,5 minuti di volo, esso viene sganciato dalla navicella e si disintegra negli strati superiori dell’atmosfera.