موضوع مقاله: مخزن خارجی شاتل فضایی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مخزن خارجی شاتل فضایی | مقدمه: مخزن خارجی شاتل فضایی محل نگهداری سوخت هیدروژن و اکسیدکنندهٔOxidizer اکسیژن مایع فشرده مورد نیاز موتور اصلی شاتل فضایی هنگام پرتاب و عبور از جو زمین بود. | ## بخش 1: مخزن خارجی شاتل فضایی | مخزن‌های خارجی شاتل از سه بخش مخزن هیدروژن مایع، مخزن میانی و مخزن اکسیژن مایع تشکیل می‌شدند. پس از خاموش شدن موتورهای شاتل، این مخزن از مدارگرد جدا و وارد هواکره می‌شد و باقی‌مانده‌های آن در اقیانوس می‌افتادند، ولی برای استفادهٔ دوباره بازیابی و تعمیر نمی‌شدند. از این مخزن همچنین به عنوان شالودهٔ اصلی سیستم ماورایی شاتل هنگام پرتاب استفاده می‌شد، به‌طوری‌که مدارگرد (شاتل) و موشک‌های پیشرانه (بوستر) سوخت جامد بر روی آن سوار و از طریق آن به یکدیگر متصل می‌شدند. برای جلوگیری از داغ شدن و خرابی مخزن در طول عبور از جو لایهٔ محافظی از فوم روی آن پوشانیده می‌شده‌است. سه موتور اصلی مدارگرد هنگام پرتاب و عبور از جو، حدود ۱۰۴ تُن هیدروژن را در حدود ۸٫۵ دقیقه مصرف می‌کردند؛ که این میزان سوخت و مادهٔ اکسیدکنندهٔ آن، همگی در مخزن خارجی ذخیره می‌شدند. این مخزن‌ها تا زمان استفاده از شاتل فضایی (مأموریت اس‌تی‌اس-۱۳۵) یکی از بخش‌های پروژهٔ شاتل‌های فضایی بودند و پس از بازنشستگی شاتل‌ها، استفاده از آن‌ها نیز پایان یافت. مخزنهای خارجی در سه نسل با وزن‌های استاندارد، سبک و بسیار سبک مورد استفاده قرار گرفتند. برای دو مخزن نخستین مورد استفاده در اس‌تی‌اس-۱ و اس‌تی‌اس-۲، به منظور جلوگیری از تابش نور فرابنفش به مخزن در زمان ایستادن آن در سکو، از رنگ سفید استفاده شد. این خط در کنار خط انتقال اکسیژن مایع بود و راهی برای به جریان آوردن اکسیژن مایع به وجود می‌آورد. پس از بررسی داده‌های مربوط به پر کردن مخزن با مواد سوختی و آزمایش‌هایی که روی زمین انجام شد، این لولهٔ اضافی از سیستم مخزن خارجی حذف شد اما طول و قطر مخزن بدون تغییر باقی ماند. این نسل از مخزن برای بیشتر مأموریت‌های فضایی شاتل‌ها استفاده شد، که آخرین بار آن در مأموریت بی سرانجام اس‌تی‌اس-۱۰۷ بود. کاهش وزن با حذف تعدادی از حلقه‌ها و تیرهای تقویتیstringers همراه بود، که در طول مخزن هیدروژن مایع برای استحکام بیشتر استفاده می‌شدند. همچنین از آلیاژهای جدیدتری برای بخش‌های گوناگون مخزن استفاده شد، تا ضخامت نقاط مختلف آن را کاهش دهند. در عین حال استفاده از آلیاژ مناسب‌تری از تیتانیوم برای بست‌ها، سبب کاهش وزن و در عین حال مستحکم‌تر شدن رابط‌های میان مخزن خارجی و موشک‌های پیشرانه سوخت جامد شد. این کاهش وزن با انجام طراحی جدید با ولدالیت، آلیاژی از آلومینیوم و لیتیوم (آلیاژ ۲۱۹۵) انجام شده‌است. این آلیاژ ۳۰٪ مستحکم‌تر بود و ۵٪ چگالی کمتری نسبت به آلیاژ استفاده شده در نسلهای قبلی داشت. هر کیلو کاهش وزن از مخزن خارجی تقریباً باعث ایجاد همان میزان ظرفیت حمل بار در انبار مدارگرد می‌شد. مخزن بسیار سبک در تمامی مأموریت‌های شاتل‌های فضایی از اس‌تی‌اس-۹۱ به بعد جز (اس‌تی‌اس-۱۰۷ و اس‌تی‌اس-۹۹) استفاده شد. پس از مأموریت اس‌تی‌اس-۹۱ نوع جدیدی از این مخزن به نام مخزن بسیار سبک ارائه شد، که وزن آن کمتر از نسلهای قبلی بود. مخزن خارجی از سه نقطه به مدارگرد (شاتل) متصل می‌شد، یک اتصال در بالای مدارگرد و دو محل اتصال در پایین آن. سیم‌های رابط مدارگرد و موشک‌های پیشرانه سوخت جامد نیز از این دریچه‌ها عبور می‌کنند. در مخزن از ابزارهای ضد تکانش و ضد هم خودن برای جلوگیری از رسوب یا بخار شدن اکسیژن مایع استفاده می‌شده‌است. | ## بخش 2: مخزن خارجی شاتل فضایی | این لوله پس از گذر از مخزن میانی از طریق دریچه خروجی پایین به مدارگرد وصل شده و اکسیژن مایع را به مداگرد می‌رساند. لولهٔ مورد نظر توانایی عبور دادن اکسیژن مایع در ثانیه را هنگامی که موتورهای اصلی در بالاترین سطح کارایی بودند، داشت. این مخزن از پوسته، میله‌های محکم‌کننده و صفحه‌های ماشینکاری شده از آلیاژ آلومینیوم و به صورت هم‌پیوسته تشکیل می‌شده‌است. در بالا و پایین این مخزن فلنج‌هاییflange وجود داشت، که برای اتصال آن به دو مخزن هیدروژن و اکسیژن مایع استفاده می‌شدند. این مخزن حاوی تمامی تجهیزات کنترلی مخزن خارجی و همچنین دارای دریچه‌ای برای خارج کردن بخارهای هیدروژن و گازهای سمی (در صورت وجود)، به خارج، در حین انجام عملیات روی زمین بود. این مخزن با بازویی به همین نام روی سکوی پرتاب ۳۹ آ برای انجام تعمیرات یا تغییرات قبل از پرواز، در دسترس قرار می‌گیرد. تعداد این حلقه‌ها پنج تا بود و پس از آن در قسمت پایین مخزن به یک قبه ختم می‌شدند. در آن سیستم‌های ضد تکانه و سیستم سیفون مانندی برای عبور دادن هیدروژن مایع به دریچه‌های پایین مخزن و سپس لولهٔ انتقال به مدارگرد، جاسازی شده‌بود. دلیل وجود آن جلوگیری از ذوب شدن گیره‌های فلزی رابط مخزن خارجی با دیگر اجزای شاتل و جلوگیری از بالا رفتن فشار داخل مخزن هیدروژن مایع بر اثر افزایش دما بود. فوم مورد استفاده نوعی پلی‌یورتان بود که از پنج ماده، ایزواکتان پلیمری، بازدارندهٔ شعله، مادَهٔ فعال سطحی، عامل دمنده (حباب ساز) و کاتالیزگر تشکیل می‌شد. نقش مادَهٔ فعال سطحی، گرفتن زبری‌های سطح و به وجود آوردن بستر مناسب برای تشکیل سلول‌های کف ایجادکننده فوم بود. بیشتر عملیات پاشیدن کف روی بدنه توسط رایانه هدایت می‌شد؛ زیرا باید از ضخامت و وزن دقیق اطمینان حاصل می‌شد. سخت‌افزارهای به‌کارگرفته‌شده این قسمت شامل تمامی شیرهای باز و بسته کردن، سیستم‌های هشداردهنده می‌شد. مخزن اکسیژن مایع دارای یک دریچهٔ جدا در بالای خود بود، که در زمان جدا شدن مخزن خارجی از مدارگرد باز شده و با نیرویی که وارد می‌کرد، باعث مانور آسان‌تر برای مدارگرد و جداسازی آسان‌تر مخزن خارجی از آن می‌شد. هنگام سوزاندن هیدروژن در سه موتور اصلی مدارگرد، رایانه‌های کلی مدارگرد در هر لحظه وزن شاتل را برای یافتن میزان سوخت سوزانده شده، اندازه‌گیری می‌کردند. معمولاً موتورهای اصلی، در زمان رسیدن به وزن معینی خاموش می‌شدند، البته اگر هر یک از حسگرهای سوخت یا اکسیدکننده خشک می‌شدند، موتورها به صورت خودکار از کار می‌افتادند. با توجه به محل قرار گرفتن حسگرهای اکسیدکننده، این امکان برای مدارگرد وجود داشت که اکسیدکننده را تا آخر مصرف کند. علت این بود که قبل از اینکه پمپ اکسیژن خشک شود، باید موتورهای مدارگرد خاموش می‌شدند. بدین منظور همیشه مقداری بیش از نیاز از هیدروژن مایع حدود بارگیری می‌شد تا حسگر سوخت باعث خاموش شدن موتور نشود. خاموش شدن موتور در حالتی که هنوز اکسیژن مایع در آن قرار داشت، باعث صدمات و فرسایش قطعات مختلف آن می‌شد. صفحه‌های دریچه بر روی مخزن خارجی به صفحه‌های همانند خود روی مدارگرد متصل می‌شدند. پنج دریچه برای انتقال سوخت به مدارگرد وجود داشت که ۲ تای آن‌ها مربوط به اکسیژن و سه‌تای دیگر مربوط به هیدروژن بودند. | ## بخش 3: مخزن خارجی شاتل فضایی | در عین حال دو دریچهٔ دیگر هم برای عبور سیم‌های برق به مخزن اصلی و موشک‌های سوخت جامد و آوردن اطلاعات مورد نیاز از این دو به مدارگرد بر روی بدنهٔ مخزن اصلی ایجاد شده‌اند. هنگامی که شاتل روی سکوی پرتاب قرار داشت، بر روی مخزن اکسیژن مایع یک در پوش محافظ قرار داشت، که تا دو دقیقه قبل از پرتاب در جای خود ثابت بود. این درپوش به منظور جمع‌آوری بخارهای اکسیژن موجود در محل برای جلوگیری از یخ زدن مخزن اصلی انجام می‌گرفت. با توجه به اینکه مخزن خارجی در حین پر شدن و پرواز منقبض و منبسط می‌شد، لازم بود این لوله نیز همراه مخزن جابه‌جا شود، که برای اینکار روی مخزن بست‌هایی با قابلیت جابه‌جایی محدود تعبیه شده‌بودند. با توجه به این‌که این مخزن‌ها برای استفادهٔ دوباره بازیافت نمی‌شدند، شرکت‌هایی به ناسا این پیشنهاد را داده‌بودند، که این مخازن را به کرهٔ ماه منتقل کرده و از آن‌ها به عنوان یک آزمایشگاه یا پایگاه فضایی استفاده کنند. طرح دیگر، که با توجه به اینکه جسمی با این وزن و حجم تقریباً از جو خارج شده و انرژی زیادی که برای این کار صرف می‌شود، ارائه شد، این بود که از این مخازن در ساخت ایستگاه فضایی استفاده شود. در حال حاضر ناسا دو عدد از مخزن‌های بازمانده از مأموریت‌های قبلی را برای انجام آزمایش‌های موشک‌های جایگزین شاتل‌ها در مرکز میچود نگه داشته‌است. قسمت سیستم‌های فضایی این شرکت، در سال ۱۹۷۳ برندهٔ قرارداد این مخزن شد و از آن زمان تاکنون به تولید می‌پردازد. روند تولید این مخزن‌ها در سال ۲۰۰۵ و بعد از طوفان کاترینا با توجه به خسارت‌های وارده به نیواورلئان با مشکل روبه‌رو شد. پارامترهای مختلفی از وضعیت مخزن روی داشبورد مدارگرد و همچنین رایانه‌های مرکز کنترل در تگزاس و کیپ کاناورال به نمایش گذاشته می‌شوند. این سیستم‌های حفاظتی توسط شرکت موتورلا در آریزونا طراحی، ساخته و پشتیبانی می‌شوند. در این حادثه شاتل چلنجر دقیقه‌ای بعد از پرتاب در آسمان منفجر شد و تمامی سرنشینان آن را به کام مرگ و خود مدارگرد را نیز از بین برد. در این حادثه، نشتی از یکی از اورینگهای موشک سوخت جامد سمت راست منجر به آتش گرفتن قسمت پایینی مخزن خارجی که نگه‌دارندهٔ هیدروژن مایع و قسمت میانی که سیستم کنترل‌کنندهٔ مخزن در آن قرار داشت، شد و مخزن خارجی منفجر شد، که همین انفجار باعث جدا شدن دو موشک پیشرانه سوخت جامد و چند تکه شدن مدارگرد چلنجر شد. البته در بررسی‌ها مشخص شد که مخزن هیدروژن مایع نشتی نیز داشته‌است و همین نشتی انفجار را سرعت بخشیده‌است. در هنگام پرتاب شاتل، قسمتی از این لایه به اندازهٔ یک توپ بسکتبال از مخزن جدا شده و به بال چپ مدارگرد کلمبیا برخورد می‌کند. این باعث ترک خوردن کاشی‌های عایق حرارت مدارگرد و نفوذ گازهای داغ به داخل هنگام بازگشت مدارگرد به زمین می‌شود. رویدادهای وابسته در دو مأموریت اول که با شاتل‌ها انجام شد، مخزن خارجی سفید رنگ می‌شد. با توجه به اندازهٔ مخزن و وزن رنگ استفاده شده، از اس‌تی‌اس-۳ به بعد دیگر این مخزن رنگ آمیزی نشد و به همان پوشش محافظ حرارت اکتفا شد. در ۱۵ ژوئیه ۲۰۱۰ ساخت آخرین مخزن خارجی که در اس‌تی‌اس-۱۳۲ استفاده شد، به پایان رسید. در این روز ناسا و لاکهیدمارتین از زحمات ۱۰۰۰ نفر پرسنل گذشته و حال مرکز میچود که در طول ۳۷ سال به تولید این مخازن اشتغال داشتند، تشکر کردند. به علت شکایت‌های سازمان‌های زیست‌محیطی ناسا مجبور شد، از اوایل سال ۱۹۹۵ اچ‌سی‌اف‌سی را، جایگزین فوم محافظ حرارت سی‌اف‌سی ۱۱ که تخریب‌کنندهٔ لایه ازون بود، کند. | ## جمع‌بندی | این مخازن ای‌تی-۱۳۹ در آخرین مراحل ساخت، و ای‌تی-۱۴۰ و ای‌تی-۱۴۱ در نخستین مراحل ساخت بودند.