Antes del alunizaje del Apolo 11 en 1969 , la NASA comenzó a estudiar los diseños del transbordador espacial ya en octubre de 1968. Los primeros estudios se denominaron "Fase A", y en junio de 1970, "Fase B", que eran más detallados y específicos. El principal uso previsto del transbordador espacial era apoyar a la futura estación espacial , transportar una tripulación mínima de cuatro personas y alrededor de 20.000 libras (9.100 kg) de carga, y poder girar rápidamente para futuros vuelos.
Dos diseños surgieron como favoritos. Uno fue diseñado por ingenieros del Centro de Vuelos Espaciales Tripulados y defendido especialmente por George Mueller . Se trataba de un sistema de dos etapas con naves espaciales de alas delta y, en general, complejo. Se hizo un intento de volver a simplificar con el DC-3 , diseñado por Maxime Faget , que había diseñado, entre otros vehículos, la cápsula Mercury. También se ofrecieron numerosas ofertas de una variedad de compañías comerciales, pero en general quedaron en el camino ya que cada laboratorio de la NASA presionó por su propia versión.
Todo esto estaba sucediendo en medio de otros equipos de la NASA que proponían una amplia variedad de misiones posteriores a Apolo, algunas de las cuales costarían tanto como Apolo o más [ cita requerida ] . Mientras cada uno de estos proyectos luchaba por obtener financiación, el presupuesto de la NASA se veía al mismo tiempo severamente limitado. Finalmente se presentaron tres al vicepresidente Agnew en 1969. El proyecto del transbordador llegó a la cima, en gran parte debido a la incansable campaña de sus partidarios [ cita requerida ] . En 1970, el transbordador había sido seleccionado como el proyecto más importante para el corto plazo posterior al Apolo.
Cuando se cuestionó la financiación del programa, hubo preocupación de que el proyecto pudiera cancelarse. Esto llevó a un esfuerzo por interesar a la Fuerza Aérea de EE. UU. en utilizar el transbordador también para sus misiones. La Fuerza Aérea estaba levemente interesada pero exigió un vehículo mucho más grande, mucho más grande que los conceptos originales, que la NASA aceptó ya que también era beneficioso para sus propios planes. Para reducir los costos de desarrollo de los diseños resultantes, se agregaron propulsores, se adoptó un tanque de combustible desechable y se realizaron muchos otros cambios que redujeron en gran medida la reutilización y aumentaron en gran medida los costos operativos y del vehículo. Con la ayuda de la Fuerza Aérea, el sistema surgió en su forma operativa.
En 1969, el vicepresidente de los Estados Unidos, Spiro Agnew, presidió el Consejo Nacional de Aeronáutica y del Espacio , que discutió las opciones posteriores a Apolo para las actividades espaciales humanas . [1] Las recomendaciones del Consejo influirían en gran medida en las decisiones de la administración . El Consejo consideró cuatro opciones principales:
Siguiendo el consejo del Consejo Espacial, el presidente Nixon tomó la decisión de optar por la opción de infraestructura orbital terrestre baja . Este programa consistió principalmente en la construcción de una estación espacial , junto con el desarrollo de un transbordador espacial . Sin embargo, las restricciones de financiación impidieron continuar con el desarrollo de ambos programas simultáneamente. La NASA decidió desarrollar primero el programa del transbordador espacial y luego planeó utilizar el transbordador para construir y dar servicio a una estación espacial.
Durante los primeros estudios del transbordador, hubo un debate sobre el diseño óptimo del transbordador que equilibrara mejor la capacidad, el costo de desarrollo y el costo operativo. Inicialmente se prefirió un diseño totalmente reutilizable. Se trataba de un propulsor alado tripulado muy grande que transportaría un orbitador alado tripulado más pequeño. El vehículo propulsor elevaría el orbitador a una determinada altitud y velocidad y luego se separaría. El propulsor regresaría y aterrizaría horizontalmente, mientras que el orbitador continuaría en la órbita terrestre baja . Después de completar su misión, el orbitador alado volvería a entrar y aterrizaría horizontalmente en una pista. La idea era que la reutilización total promovería menores costos operativos.
Sin embargo, estudios adicionales demostraron que se necesitaba un gran propulsor para levantar un orbitador con la capacidad de carga útil deseada. En los sistemas espaciales y de aviación, el coste está estrechamente relacionado con la masa, por lo que el coste total del vehículo sería muy elevado. Tanto el propulsor como el orbitador tendrían motores de cohete y motores a reacción para uso dentro de la atmósfera, además de sistemas de control y combustible separados para cada modo de propulsión. Además, hubo discusiones simultáneas sobre cuánto financiamiento estaría disponible para desarrollar el programa.
Otro enfoque competitivo fue mantener la línea de producción del Saturn V y utilizar su gran capacidad de carga útil para lanzar una estación espacial con unas pocas cargas útiles en lugar de muchas cargas útiles del transbordador más pequeñas. Un concepto relacionado era dar servicio a la estación espacial utilizando el Air Force Titan III-M para lanzar una cápsula Gemini más grande, llamada " Big Gemini ", o una versión más pequeña "planeadora" del transbordador sin motores principales y con un tamaño de 15 pies × 30 pies. (4,6 m × 9,1 m) compartimento de carga útil.
Los partidarios del transbordador respondieron que, si se realizaban suficientes lanzamientos, un sistema reutilizable tendría costos generales más bajos que los cohetes desechables. Si se dividen los costos totales del programa entre un número determinado de lanzamientos, una tasa alta de lanzamiento del transbordador daría como resultado costos previos al lanzamiento más bajos. Esto, a su vez, haría que el transbordador fuera competitivo en términos de costos o superior a los lanzadores prescindibles. Algunos estudios teóricos mencionan 55 lanzamientos de transbordadores por año; sin embargo, el diseño final elegido no apoyó esa tasa de lanzamiento. En particular, la tasa máxima de producción de tanques externos se limitó a 24 tanques por año en las instalaciones de ensamblaje Michoud de la NASA .
Los requisitos de carga útil combinados de la estación espacial y la Fuerza Aérea no fueron suficientes para alcanzar las tasas de lanzamiento deseadas del transbordador. Por lo tanto, el plan era que todos los lanzamientos espaciales futuros de Estados Unidos (estaciones espaciales, Fuerza Aérea, satélites comerciales e investigación científica) utilizaran únicamente el transbordador espacial. La mayoría de los demás refuerzos prescindibles se eliminarían gradualmente.
El propulsor reutilizable finalmente se abandonó debido a varios factores: alto precio (combinado con financiación limitada), complejidad técnica y riesgo de desarrollo. En cambio, se seleccionó un diseño parcialmente (no totalmente) reutilizable, en el que se desechaba un tanque de propulsor externo para cada lanzamiento y los cohetes propulsores y el transbordador orbitador se reacondicionaban para su reutilización.
Inicialmente, el orbitador debía llevar su propio propulsor líquido . Sin embargo, los estudios demostraron que llevar el propulsor en un tanque externo permitía un espacio de carga más grande en una nave que de otro modo sería mucho más pequeña. También significaba tirar el tanque después de cada lanzamiento, pero esto representaba una porción relativamente pequeña de los costos operativos.
Los diseños anteriores asumieron que el orbitador alado también tendría motores a reacción para ayudar a maniobrar en la atmósfera después de reingresar. Sin embargo, la NASA finalmente eligió un orbitador deslizante, basándose en parte en la experiencia de vehículos anteriores de cohetes y luego planeadores, como el X-15 y cuerpos elevadores . Omitir los motores a reacción y su combustible reduciría la complejidad y aumentaría la carga útil.
Otra decisión fue el tamaño de la tripulación. Algunos decían que el transbordador no debería llevar más de cuatro personas, la mayoría que podrían utilizar asientos eyectables . Un comandante, un piloto, un especialista en misión y un especialista en carga útil eran suficientes para cualquier misión. La NASA esperaba transportar más participantes en vuelos espaciales como especialistas en carga útil, por lo que diseñó el vehículo para transportar más. [2]
El último debate restante fue sobre la naturaleza de los refuerzos. La NASA examinó cuatro soluciones a este problema: el desarrollo de la etapa inferior existente de Saturno, motores simples de combustible líquido alimentados a presión de un nuevo diseño, un gran cohete sólido único o dos (o más) más pequeños. Los ingenieros del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA (donde se gestionó el desarrollo del Saturn V) estaban especialmente preocupados por la fiabilidad de los cohetes sólidos para misiones tripuladas.
A mediados de la década de 1960, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos canceló sus dos principales proyectos espaciales pilotados, el X-20 Dyna-Soar y el Manned Orbiting Laboratory . Esto demostró su necesidad de cooperar con la NASA para poner en órbita a astronautas militares. A su vez, al satisfacer las necesidades de la Fuerza Aérea, el Shuttle se convirtió en un sistema verdaderamente nacional, que transportaba todas las cargas militares y civiles. [3]
La NASA buscó el apoyo de la Fuerza Aérea para el transbordador. Después de que la Guerra de los Seis Días y la invasión soviética de Checoslovaquia expusieran las limitaciones de la red de reconocimiento por satélite de los Estados Unidos , la participación de la Fuerza Aérea enfatizó la capacidad de lanzar satélites espías hacia el sur a la órbita polar desde la Base Aérea Vandenberg . Esto requirió energías más altas que para órbitas de menor inclinación. La Fuerza Aérea también esperaba que un transbordador pudiera recuperar los satélites soviéticos y aterrizar rápidamente. Por lo tanto, deseaba poder aterrizar en el punto de despegue de Vandenberg después de una órbita, a pesar de que la Tierra giraba 1.000 millas por debajo de la trayectoria orbital. Esto requirió un tamaño de ala delta más grande que el anterior transbordador simple "DC-3". Sin embargo, la NASA también deseaba esta mayor capacidad de maniobra, ya que estudios posteriores habían demostrado que el diseño del transbordador DC-3 tenía limitaciones no previstas inicialmente. La Fuerza Aérea lanzó más de 200 misiones de reconocimiento por satélite entre 1959 y 1970, y el gran volumen de carga útil del ejército sería valioso para hacer que el transbordador fuera más económico. [4] : 213–216
A pesar de los beneficios potenciales para la Fuerza Aérea, el ejército estaba satisfecho con sus propulsores prescindibles y no necesitaba ni quería el transbordador tanto como la NASA. Debido a que la agencia espacial necesitaba apoyo externo, el Departamento de Defensa (DoD) y la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) obtuvieron el control primario sobre el proceso de diseño. Por ejemplo, la NASA planeó una bahía de carga de 40 por 12 pies (12,2 por 3,7 m), pero la NRO especificó una bahía de 60 por 15 pies (18,3 por 4,6 m) porque esperaba que los futuros satélites de inteligencia se hicieran más grandes. Cuando Faget volvió a proponer un compartimento de carga útil de 3,7 m (12 pies) de ancho, los militares insistieron casi de inmediato en conservar el ancho de 4,6 m (15 pies). La Fuerza Aérea también obtuvo el equivalente al uso de uno de los transbordadores de forma gratuita a pesar de no pagar por el desarrollo o la construcción del transbordador. A cambio de las concesiones de la NASA, la Fuerza Aérea testificó ante el Comité Espacial del Senado en nombre del transbordador en marzo de 1971. [4] : 216, 232–234 [5]
Como otro incentivo para que los militares utilicen el transbordador, el Congreso habría dicho al Departamento de Defensa que no pagaría ningún satélite que no estuviera diseñado para caber en el compartimento de carga del transbordador. [6] Aunque NRO no rediseñó los satélites existentes para el transbordador, el vehículo conservó la capacidad de recuperar cargas grandes como el KH-9 HEXAGON de la órbita para su remodelación, y la agencia estudió reabastecer el satélite en el espacio. [7]
El posible uso militar del transbordador (incluida la posibilidad de utilizarlo para verificar el cumplimiento soviético del tratado SALT II ) probablemente provocó que el presidente Jimmy Carter no cancelara el transbordador en 1979 y 1980, cuando el programa llevaba años de retraso y cientos de millones de dólares por encima del presupuesto. [8] La Fuerza Aérea planeó tener su propia flota de transbordadores y reconstruyó una instalación de lanzamiento separada originalmente derivada del programa cancelado del Laboratorio Orbital Tripulado en Vandenberg llamado Space Launch Complex Six (SLC-6) . Sin embargo, por diversas razones, debido en gran parte a la pérdida del transbordador espacial Challenger el 28 de enero de 1986, el trabajo en el SLC-6 finalmente se suspendió y nunca se realizaron lanzamientos de transbordadores desde ese lugar. El SLC-6 se utilizó finalmente para lanzar los vehículos de lanzamiento desechables Athena construidos por Lockheed Martin , que incluían el exitoso satélite comercial de observación de la Tierra IKONOS en septiembre de 1999 antes de ser reconfigurado una vez más para manejar la nueva generación de Boeing Delta IV . El primer lanzamiento del Delta IV pesado desde SLC-6 se produjo en junio de 2006, lanzando NROL-22, un satélite clasificado para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de Estados Unidos.
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Si bien la NASA probablemente habría elegido propulsores líquidos si hubiera tenido control total sobre el diseño, la Oficina de Gestión y Presupuesto insistió en propulsores sólidos menos costosos debido a sus menores costos de desarrollo proyectados. [4] : 416–423 [9] Si bien un diseño de propulsor de combustible líquido proporcionó un mejor rendimiento, menores costos por vuelo, menos impacto ambiental y menos riesgo de desarrollo, se consideró que los propulsores sólidos requerían menos financiamiento para desarrollarse en un momento en que el El programa Shuttle tenía muchos elementos diferentes que competían por fondos de desarrollo limitados. El diseño final fue seleccionado como un orbitador alado con tres motores de combustible líquido , un gran tanque externo prescindible que contenía propulsor líquido para estos motores y dos propulsores de cohetes sólidos reutilizables .
En la primavera de 1972, Lockheed Aircraft , McDonnell Douglas , Grumman y North American Rockwell presentaron propuestas para construir el transbordador. El grupo de selección de la NASA pensó que el transbordador de Lockheed era demasiado complejo y caro, y que la empresa no tenía experiencia en la construcción de naves espaciales tripuladas. McDonnell Douglas's era demasiado caro y tenía problemas técnicos. Grumman tenía un diseño excelente que también parecía demasiado caro. El transbordador de North American tuvo el costo más bajo y las proyecciones de costos más realistas, su diseño fue el más fácil para el mantenimiento continuo y el accidente del Apolo 13 que involucró al módulo de comando y servicio de North American demostró su experiencia con fallas del sistema eléctrico. La NASA anunció su elección de América del Norte el 26 de julio de 1972. [4] : 429–432
El programa del transbordador espacial utilizó el lenguaje de programación HAL/S . [10] El primer microprocesador utilizado fue el 8088 y posteriormente el 80386 . La computadora de aviónica del orbitador del transbordador espacial era la IBM AP-101 .
Las opiniones difieren sobre las lecciones del Shuttle. Fue desarrollado con las estimaciones originales de costo y tiempo de desarrollo dadas al presidente Richard M. Nixon en 1971, [11] a un costo de $ 6,744 mil millones en dólares de 1971 (equivalente a $ 38,9 mil millones en 2023) [12] versus $ 5,15 mil millones originales. estimar. [13] Sin embargo, los costos operativos, la velocidad de vuelo, la capacidad de carga útil y la confiabilidad han sido diferentes de lo previsto. [11]