مكوك فضاء
التصميم والتطوير > عملية التصميم

أصدرت ناسا والقوات الجوية الأمريكية في سبتمبر 1966 دراسة مشتركة مفادها الحاجة إلى مركبة جديدة تلبي احتياجاتهم المستقبلية، بالإضافة لكون النظام القابل لإعادة الاستخدام بشكل جزئي الحل الأفضل بالنسبة للتكلفة. أعلن جورج مولر رئيس مكتب ناسا للرحلات الفضائية المأهولة عن خطة تتضمن مكوكًا قابلًا لإعادة الاستخدام في 10 أغسطس 1968. أصدرت ناسا نموذج طلب تقديم العروض (آر إف بّي) لتصميم المركبة المدمجة المغادرة والعائدة إلى الأرض، وهي ما أصبحت لاحقًا مكوك الفضاء. وبدلًا من منح العقد على أساس الاقتراحات الأولية، أعلنت ناسا منهجًا تدريجيًا للتعاقد والتطوير بالنسبة لمكوك الفضاء. المرحلة إيه عبارة عن طلب الدراسات التي أنجزتها شركات الطيران المتنافسة، أمّا المرحلة بي عبارة عن منافسة بين متعاقدَين على عقد معين، وتتضمن المرحلة سي تصميم تفاصيل مكونات المركبة الفضائية، أمّا المرحلة دي فهي صناعة المركبة الفضائية.
أنشأت ناسا فريق مهام مكوك الفضاء في ديسمبر عام 1968 ليحدد التصميم الأمثل للمركبة الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام، وأصدرت عقود الدراسة لكل من شركات جنرال ديناميكس، ولوكهيد، وماكدونل دوغلاس، وروكويل أميركا الشمالية. أصدر فريق مهام مكوك الفضاء في يوليو 1969 تقريرًا يبين أنّ المكوك سيدعم محطة الفضاء، وإطلاق، وتشغيل، واسترجاع الأقمار الاصطناعية، بالإضافة إلى دعم المهمات المأهولة ذات الفترات القصيرة. نصّ التقرير أيضًا على وجود ثلاث فئات من المكوك المستقبلي القابل لإعادة الاستخدام: تتكون الفئة I من مركبة مدارية قابلة لإعادة الاستخدام مثبتة إلى معززات إطلاق، أمّا الفئة II فتستخدم التصنيف المرحلي «مرحلة ونصف»، أمّا الفئة الثالثة تتضمن المركبة المدارية والمعزز اللذَين يمكن إعادة استخدامهما. أصدر فريق مهام مكوك الفضاء بقيادة نائب الرئيس سبيرو أغنيو في سبتمبر 1969 تقريرًا يدعو إلى تطوير مكوك الفضاء لأجل نقل الناس والحمولة إلى مدار أرضي منخفض (إل إي أو)، بالإضافة إلى السحب الفضائي للانتقال بين المدارات والقمر، فضلًا عن مرحلة نووية يمكن إعادة استخدامها، من أجل السفر إلى الفضاء السحيق.
بعد إصدار تقرير مجموعة مهام المكوك الفضائي، فضَّل العديد من مهندسي الفضاء تصميم الفئة الثالثة القابل لإعادة الاستخدام بالكامل بسبب التوفير الملحوظ في تكاليف الأجهزة. ماكسيم فاجيت (Maxime Faget)، مهندس في وكالة ناسا عمل على تصميم كبسولة ميركوري (Mercury capsule)، حصل على براءة اختراع لتصميم نظام من مرحلتين قابل للاسترداد بالكامل مع مركبة مدارية مستقيمة الأجنحة مثبتة على معزز أكبر ذي جناح مستقيم. جادل مختبر ديناميكيات الطيران بالقوة الجوية بأن تصميم الجناح المستقيم لن يكون قادرًا على تحمل الضغوط الحرارية والديناميكية الهوائية العالية أثناء إعادة الدخول، ولن يوفر القدرة عبر المدى المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك، تطلب سلاح الجو سعة حمولة أكبر مما يسمح به تصميم فاجيت. في يناير 1971، قررت قيادة ناسا والقوات الجوية أن مركبة مدارية ذات أجنحة دلتا قابلة لإعادة الاستخدام مُثبتة على خزان وقود قابل للاستهلاك سيكون التصميم الأمثل لمكوك الفضاء.
بعد أن أثبتوا الحاجة إلى مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام وذات قدرة رفع للحمولة الثقيلة، حددت وكالة ناسا والقوات الجوية متطلبات تصميم خدمات كل منهما. توقعت القوات الجوية استخدام مكوك الفضاء لإطلاق أقمار صناعية كبيرة، وطلبت أن تكون قادرة على رفع 29000 كغم (65000 رطل) إلى المدار الأرضي المنخفض باتجاه الشرق أو 18000 كجم (40000 رطل) في مدار قطبي. تطلبت تصميمات الأقمار الصناعية أيضًا أن يحتوي مكوك الفضاء على حاوية حمولة 4.6×18 مترًا (15×60 قدمًا). قيّمت ناسا محركات F-1 و J-2 من صواريخ زحل (Saturn rockets)، وقررت أنها غير كافية لمتطلبات مكوك الفضاء. في يوليو 1971، أصدرت ناسا عقدًا لشركة روكيت داين (Rocketdyne) لبدء تطوير محرك آر إس 25.
راجعت وكالة ناسا 29 تصميمًا محتملاً لمكوك الفضاء، وقررت أنه يجب استخدام تصميم مع معززين جانبيين، وينبغي إعادة استخدام المعززات لتقليل التكاليف. اختارت ناسا والقوات الجوية استخدام معززات الوقود الصلب. بسبب انخفاض التكاليف وسهولة تجديدها لإعادة استخدامها بعد هبوطها في المحيط. في يناير 1972، وافق الرئيس ريتشارد نيكسون (Richard Nixon) على المكوك، وقررت ناسا تصميمه النهائي في مارس. في شهر أغسطس من ذلك العام، منحت وكالة ناسا عقدًا لبناء المركبة المدارية إلى أمريكا الشمالية روكويل، وعقد تعزيز الصواريخ الصلبة لمورتون ثيوكول، وعقد الخزان الخارجي لشركة مارتن ماريتا (Martin Marietta).