در انتهاي برنامه آپولو مقامات ناسا برنامه آينده فضايي ايالات متحده را بررسي مي کردند. در آن زمان فضانوردان و تجهيزات توسط موشک هاي يکبار مصرف به فضا ارسال مي شد و آنها به وسيله اي مطمين و کم هزينه نياز داشتند که بتوانند از آن چندين بار استفاده کنند. به اين ترتيب ايده شاتل فضايي را بوجود آوردند. اين يک کار بزرگ و پروژه اي طولاني مدت بود که براي ارسال 2 ميليون کيلوگرم تجهيزات و مسافربه مدار 185تا643 کيلومتري بالاي زمين طراحي مي شد. اين شاتل نياز به سه موتور اصلي و مخزن سوخت بيروني و دو موشک جامد تقويت کننده و نيز سيستم مديريت مقصد داشت. ناسا شروع به مطالعه و طراحي شاتل فضايي کرد و بالاخره پس از سالها آزمايش روي بخشهاي مختلف 4 شاتل کلمبيا، آتلانتيس، ديسکاوري و چالنجرآماده پرواز شدند. پرواز اول در سال 1980 شاتل کلمبيا با خلباني جان يانگ و رابرت کريمن با موفقيت انجام گرفت. در سال 1986 بخاطر ايجاد شعله در مخزن سوخت بيروني شاتل چالنجر منفجر شد و تمام خدمه آن درراه علم از بين رفتند و اين غمي بزرگ براي دوستداران فضا نوردي بود. برنامه سفر با شاتل ها جهت رفع اشکالات فني چند سال به تعويق افتاد. بعد از اين حادثه شاتلهاي فضايي بازهم به کار خود ادامه دادند تا اينکه در روز شنبه 12 بهمن 1381 در حدود ساعت 14 به وقت جهاني هفت فضانورد شاتل کلمبيا در پايان يک مأموريت 16 روزه علمي آماده ميشدند که به زمن بازگردند، اما در کمال حريت مردمان اين فضا پيما در اثر يک مشکل در قسمت مخازن سوخت منفجر شد و ازبين فت. اين دومين بار در تاريخ فضانوردي بود که غم ديگري را براي آنها بناگذارد. اما ناسا به تحقيقات خود ادامه داد و توانست جايگاه خود را بازيابد. امروزه شاتل هاي فضايي قادرند تا 100 پرواز به فضا را به راحتي انجام دهند. ماموريت شاتل هاي فضايي 7يا 8 روزه است. ولي قادرند بسته به ماموريت هاي محموله تا 20 روز هم پرواز کنند. اجزاي حرکتي شاتل عمدتا عبارتند از:
1- دو موشک جامد تقويت کننده
2- مخزن سوخت بيروني
3- سه موتور اصلي نصب شده روي مدار پيما
4- سيستم مديريت مقصد در فضا نصب شده روي مدار پيما
موشکهاي جامد تقويت کننده فراهم کننده بيشترين نيرو ( حدود 71%) براي بلند کردن شاتل فضايي از سکوي پرتاب هستند. موشکهاي جامد آخرين بخشي هستند که پس از اجازه پرتاب روشن مي شوند. چون پس از آتش گرفتن ديگر قابل خاموش کردن نيستند. ارتفاع هر يک از اين موشکها 46 متر و وزن آنها همراه سوخت جامد به 600 تن مي رسد. داخل هر يک از اين موشکها سوخت جامد- موتور احتراق- سيستم کنترلي رها شدن ( جدا شدن از شاتل ) و چتر فرود ( براي فرود سالم در اقيانوس و استفاده مجدد از موشکها ) تعبيه شده است.
مخزن سوخت بيروني سوخت مايع موتورهاي اصلي را در خود ذخيره دارد. ارتفاع اين مخزن 48 متر و قطر آن 4/8 متر مي باشد و
قادر است 2 ميليون ليتر سوخت ( با نسبت: اکسيژن يک و هيدروژن 6 واحد) را در خود نگاه دارد. سه موتور روي مدار پيما ( هر کدام با ارتفاع 3/4 متر و عرض 3/2 متر) نصب شده اند. که سوخت مخزن بيروني را که شامل اکسيژن و هيدروژن است را با هم ترکيب مي کنند و باقيمانده نيرو را ( حدود 29%) براي بلند کردن شاتل فراهم مي کنند. موتورها قادرند حجم عظيمي از سوخت مخزن بيروني را با سرعت و قدرت بسوزانند( معادل حجم يک استخر بزرگ در عرض 10 ثانيه). آب حاصل از ترکيب اکسيژن و هيدروژن بخاطر گرماي فوق العاده سريع بخار مي شود و مي توان بخار حاصله را به هنگام بلند شدن شاتل مشاهده کرد. دو موتور سيستم مديريت مقصد هم در بخش عقب مدارپيما روي دم هاي آن قرار دارند. اين موتورها براي قرار دادن شاتل در مدار نهايي و تغيير مکان شاتل از مداري به مدار ديگر و کم کردن سرعت شاتل به هنگام فرود تعبيه شده اند. داخل اين موتورها دو مخزن هليم و اکسيدايزر قرار دارد. خاصيت اين مواد در اين است که در نبود اکسيژن مي توانند با هم ترکيب شده و فوراً آتش بگيرند. در ضمن روي دماغه هم 14 موتور جت کوچک نصب شده اند که از همين نوع سوخت استفاده مي کنند.

مراحل پرتاب شاتل به فضا:

پس از آنکه شاتل در سکوي پرتاب آماده پرتاب شد از 31 ثانيه قبل از پرتاب مراحل زير اتفاق مي افتد:
31 ثانيه قبل: کامپيوترهاي مرکزي تمام کنترل ها را بر عهده مي گيرند.
6/6 ثانيه قبل: موتورهاي اصلي نوبت به نوبت روشن مي شوند و به 90% قدرت خود مي رسند.
3 ثانيه قبل: موتورهاي اصلي آماده پرتاب شاتل به فضا هستند.
لحظه پرتاب: موشکهاي جامد تقويت کننده آتش مي گيرند.
20 ثانيه بعد: شاتل به طور مستقيم به فضا پرتاب مي شود.
60 ثانيه بعد: موتورهاي اصلي به 100 % قدرت خود مي رسند.
2 دقيقه بعد: در ارتفاع 45 کيلومتري موشکهاي جامد تقويت کننده از شاتل جدا مي شوند. در اين لحظه چتر نجات موشکها ي جدا شده باز مي شوند تا 200 کيلومتر دورتر و در اقيانوس آرام فرود آيند.
5/8 دقيقه بعد: موتورهاي اصلي خاموش مي شود.
9 دقيقه بعد: مخزن سوخت بيروني از شاتل جدا مي شود و بخاطر برخورد با سرعت بالا به مولکولهاي هوا در جو زمين مي سوزد.
5/10 دقيقه بعد: موتورهاي سيستم مديريت مقصد روشن مي شوند تا شاتل را در مدار پاييني قرار دهند.
45 دقيقه بعد: موتورهاي سيستم مديريت مقصد دوباره روشن مي شوند تا شاتل را در مدار بالا يي ( ارتفاع 400 کيلومتري از سطح زمين ) قرار دارند.
اکنون شاتل به يک مدار پيما تبد يل شده و خارج از جو آماده ادامه ماموريت است.

مدار پيما:

در بخش مياني مدارپيما تجهيزات و بازوي مکانيکي و در بخش پيشاني مرکز فرمانده اي و محل اسقرار خدمه و مخازن هوا و غذا قرار دارد. وقتي مدارپيما به ايستگاه مورد نظر رسيد دربهاي بالاي بدنه باز شده و تجهيزات توسط بازوي مکانيکي که درون آن تعبيه شده به ايستگاه تحويل مي شود. هرگاه لازم باشد که مدارپيما جابجا شود ( مثلا" براي تنظيم کردن تلسکوپ يا عکس برداري از زمين) موتورهاي کوچکي که روي دماغه تعبيه شده اند براي چند لحظه روشن مي شوند تا مدار پيما به راحتي بچرخد يا دور بزند. در دماغه مدارپيما هم دربهاي مخصوصي قرار دارند تا خدمه بتوانند از آن بيرون بيايند و خارج از مدارپيما به کارهاي نصب و تعميرات ايستگاهاي فضايي و ماهواره ها رسيدگي کنند.
پس از آنکه ماموريت مدارپيما به اتمام رسيد نوبت بازگشت به زمين مي رسد. در اول فوريه سال 2003 قديمي ترين مدارپيماي ناسا ( کلمبيا) در ارتفاع 200 هزار پايي بالاي سطح زمين منفجر شد و تمامي خدمه آن جان باختند. بازگشت مدارپيما يکي از حساسترين مراحل سفر است. ابتدا مدارپيما بايد 180 درجه گردش کند و سپس تحت زاويه خاص ( 28 تا 36 درجه) گردش کند تا سطح زيرين آن به اتمسفر برخورد کند. مدارپيما در اين حالت با سرعت 28 هزار کيلومتر در ساعت از اتمسفر زمين عبور مي کند و دماي سطح آن در اين لحظه به 3000 درجه سانتيگراد مي رسد. به همين دليل سطح مدارپيما را از مواد خاص (ترکيبات سخت کربن ) مي سازند تا در برابر حرارت شديد مقاوم باشد پس از اينکه مدار پيما از جو عبور کرد به ارتفاعي مي رسد که غلظت هوا در آنجا زياد است. از اين به بعد مدار پيما مانند هواپيما با کمک بالها در يک ناحيه s شکل ابتدا تحت زاويه 40 درجه وسپس 20 درجه به طرف زمين مانور ميدهد تا سرعت سقوطش کم شود. پس از اينکه مدارپيما به باند فرود رسيد دماغه را بالا مي آورد وسپس چتر سرعت گير را باز ميکند تا آرام روي باند توقف کند .
منبع:http://www.academist.ir /س