عملية تصميم مكوك الفضاء
مناقشة تصميم المكوك

خلال دراسات المكوك المبكرة، كان هناك جدل حول تصميم المكوك الأمثل الذي يوفر أفضل موازنة في القدرة وتكلفة التطوير والتشغيل. في البداية كان يفضل تصميم قابل لإعادة الاستخدام بالكامل. وشمل ذلك معزز مأهول مجنح كبير للغاية والذي سيحمل مركبة مدارية مجنحة أصغر. سيرفع المعزز مركبة مكوك الفضاء المدارية إلى ارتفاع وسرعة معينين، ثم ينفصل. سيرجع المعزز ويهبط أفقياً، بينما تستمر المركبة المدارية في مدار أرضي منخفض. بعد الانتهاء من مهمتها، فإن المكوك المجنح سيعود ويهبط أفقياً على مدرج. كانت الفكرة أن إعادة الاستخدام الكاملة من شأنها أن تعزز انخفاض تكاليف التشغيل.
ومع ذلك، أظهرت دراسات أخرى أن هناك حاجة إلى معزز ضخم لرفع المكوك مع سعة الحمولة المطلوبة. في أنظمة الفضاء والطيران، ترتبط التكلفة ارتباطًا وثيقًا بالوزن، مما يعني أن التكلفة الإجمالية للمركبة ستكون مرتفعة جدًا. سيكون لكل من المعزز والمكوك محركات صواريخ بالإضافة إلى محركات نفاثة للاستخدام داخل الغلاف الجوي، بالإضافة إلى أنظمة وقود وتحكم منفصلة لكل وضع دفع. بالإضافة إلى ذلك، كانت هناك مناقشات متزامنة حول مقدار التمويل المتاح لتطوير البرنامج.
كانت هناك طريقة منافسة أخرى وهي الحفاظ على خط إنتاج ساتورن 5 واستخدام سعة الحمولة الكبيرة لإطلاق محطة فضائية في عدد قليل من الحمولات بدلاً من حمولات المكوك الصغيرة. كان هناك مفهوم آخر يتعلق بخدمة المحطة الفضائية باستخدام تايتان 3-ام لإطلاق كبسولة جمناي أكبر، تسمى «جمناي الأكبر»، أو إصدار «طائرة شراعية» أصغر من المكوك مع انعدام محركات رئيسية وغطاء حمولة بأبعاد 15' في 30 '.
أجاب مؤيدو المكوك أنه بالنظر إلى عدد إطلاقات كافية، فإن النظام القابل لإعادة الاستخدام سيكون له تكاليف إجمالية أقل من الصواريخ التي يمكن التخلص منها. في حالة تقسيم إجمالي تكاليف البرنامج على عدد معين من عمليات الإطلاق، فإن معدل إطلاق مكوك عالي قد يؤدي إلى انخفاض تكاليف التشغيل. وهذا بدوره من شأنه أن يجعل تكلفة المكوك تنافسية مع أو تفوق على منصات الإطلاق. أشارت بعض الدراسات النظرية إلى 55 عملية إطلاق مكوكية في السنة، ولكن التصميم النهائي الذي تم اختياره لن يدعم معدل الإطلاق. على وجه الخصوص، كان الحد الأقصى لمعدل إنتاج الخزانات الخارجية محدودًا بـ 24 خزانًا سنويًا في مرفق ميتشود للتجميع التابع لناسا.
لم تكن متطلبات الحمولة الصافية المدمجة للمحطة الفضائية والقوة الجوية كافية للوصول إلى معدلات إطلاق المكوك المطلوبة. لذلك، كانت الخطة تتمثل في أن تستخدم جميع عمليات إطلاق الفضاء الأمريكية في المستقبل - المحطة الفضائية، القوات الجوية، الأقمار الصناعية التجارية، والبحث العلمي - فقط مكوك الفضاء. وسيتم التخلص من معظم المعززات المستهلكة الأخرى بشكل تدريجي.
تم في النهاية التخلي عن المعزز القابل لإعادة الاستخدام بسبب عدة عوامل: السعر المرتفع (بالاقتران مع محدودية التمويل) والتعقيد التقني ومخاطر التطوير. بدلاً من ذلك، تم اختيار تصميم يعاد استخدامه جزئياً (وليس بالكامل)، حيث يتم التخلص من خزان دافع خارجي لكل عملية إطلاق، وتم تجديد صواريخ التعزيز والمكوك المداري لإعادة الاستخدام.
في البداية كان على المكوك المداري أن يحمل مادة دافعة سائلة. ومع ذلك، أظهرت الدراسات أن حمل الوقود الدافع في خزان خارجي سمح بمكان أكبر للحمولة في مركبة أصغر حجمًا. كان هذا يعني أيضًا التخلص من الخزان بعد كل عملية إطلاق، لكن هذا كان جزءًا صغيرًا نسبيًا من تكاليف التشغيل.
افترضت التصميمات السابقة أن المكوك المجنح سيحتوي أيضًا على محركات نفاثة للمساعدة في المناورة في الغلاف الجوي بعد إعادة الدخول. ومع ذلك، اختارت ناسا في نهاية الأمر مركبة بطيران انزلاقي، تعتمد جزئيًا على الخبرة المكتسبة من المركبات السابقة التي تطلق علي متن صاروخ ثم تنزلق، مثل نورث أمريكان إكس-15. إن استثناء محركات الطائرات ووقودها من شأنه أن يقلل من التعقيد ويزيد الحمولة الصافية.
وكان النقاش الأخير المتبقي حول طبيعة المعززات. درست وكالة ناسا أربعة حلول لهذه المشكلة: تطوير المرحلة الحالية من ساتورن، تصميم جديد لمحركات بسيطة بوقود سائل تعمل بالضغط، صاروخ واحد كبير يعمل علي الوقود الصلب، أو اثنين (أو أكثر) أصغر. كان المهندسون في مركز مارشال لبعثات الفضاء التابع لناسا (حيث تمت إدارة تطوير ساتورن 5) قلقين بشكل خاص بشأن موثوقية صواريخ الوقود الصلب للمهام المأهولة.