Il progetto dello Space Shuttle nasce all'inizio degli anni 60, quando la NASA si rende conto della necessità di dotarsi di un veicolo spaziale riutilizzabile per molte missioni, in modo da ridurre i costi esorbitanti dei lanci spaziali; questo comportava necessariamente che il veicolo potesse rientrare a terra come un normale aereo.

I primi tentativi vennero fatti nel 1959 con l'aerorazzo North American X-15, un mezzo al limite tra l'aereo e il razzo. I successivi esperimenti vennero condotti con i "lifting bodies", strani aerei sperimentali che servivano per verificare la possibilità di rientrare nell'atmosfera ed atterrare come un normale aereo.

Il 31 gennaio 1969 la NASA indisse un concorso fra le industrie aerospaziali statunitensi per il progetto di un sistema di trasporto spaziale riutilizzabile; vinse la Rockwell International, che nel luglio 1976 presentò il progetto dello Space Shuttle Transportation System: una navetta spaziale(l'Orbiter) con un serbatoio esterno per l'ossigeno e l'idrogeno liquido (che avrebbe alimentato i tre motori principali nella fase preorbitale) e due booster a propellente solido (SRB).

I primi test vennero fatti col veicolo spaziale Enterprise (OV-101), inizialmente chiamato Constitution, e iniziarono il 17 settembre 1976, in questa fase il veicolo veniva agganciato sopra ad un Boeing 747 appositamente modificato. Tale Boeing viene tuttora usato nel caso si debba trasferire uno degli Shuttle dalla base di atterraggio di Edwards al Kennedy Space Center.

La prima vera missione (STS-1) la effettuò lo Shuttle Columbia (OV-102) partendo il 12 aprile 1981 dal Kennedy Space Center, con un ritardo di 4 anni sulla data prevista, pilotato dagli astronauti John Young e Robert Crippen; rientrò il 14 aprile 1981 alla base dell'Air Force di Edwards. Inizialmente gli Shuttle vennero usati solo per il trasporto in orbita di satelliti o per effettuare esperimenti scientifici fuori dalla nostra atmosfera; in seguito è stato utilizzato anche per riportare a Terra dei satelliti e per effetture riparazioni in orbita (come nel caso delle missioni di manutenzioni dello Space Telescope).

Fra i tanti vantaggi che offre lo Shuttle ci sono anche le condizioni di volo più agevoli per gli astronauti, infatti la massima accelerazione che questi devono sopportare è di 3g, circa 1/3 di quella sopportata nei veicoli precedenti; questo permette anche ad astronauti non professionisti (i playload specialist) di viaggare senza allenamenti fisici della durata di anni.

Tra le 100 missioni compiuti dagli shuttle dal 1981 all'inizio dell'anno 2000 ricordiamone tre: Quella sfortunata del Challenger ST-51L, che partito il 28 gennaio 1986 con sette persone di equipaggio esplose un minuto circa dopo il lancio; l'indagine determinò come causa fu indicata la rottura di un giunto del serbatoio centrale, probabilmente causato dalla temperatura atmosferica troppo alta. A causa di questo incidente il programma spaziale ha subito una interruzione di 36 mesi, durante i quali sono state effettuate delle sostanziali modifiche ai booster. Il lancio del Discovery STS-31, partito il 24 aprile 1990 portò in orbita lo Space Telescope Hubble; Infine citiamo il lancio del Discovery STS-95 partito il 29 ottobre 1998 e rientrato il 7 novembre 1998 che ha trasportato nello spazio l'astronauta più vecchio della storia, il veterano della Mercury 6 John Glenn di 77 anni, in questa missione è stato trasportato fuori dall'atmosfera dalla sonda solare Spartan.

Purtroppo l'1 febbraio 2003 si è verificato un altro grave incidente che ha nuovamente bloccato le missioni degli Shuttle per più di un anno: in fase di rientro lo Shuttle Columbia si è disgregato in tre grossi pezzi, formando delle scie nel cielo della città americana di Palestin e sparpagliando i resti, sia umani che meccanici, su tutto il Texas. Varie sono state le ipotesi avanzate, alcune molto fantasiose: angolo di rientro nell'atmosfera sbagliato, un urto in orbita con dei detriti spaziali che avrebbero danneggiato l'ala sinistra, collisione con un UFO, sabotaggio di tipo politico,... .

L'ipotesi dell'attentato è stata considerata in quanto dei 7 astronauti a bordo uno era israeliano. Dopo 5 mesi di analisi sui rottami e di visione di filmati, sia amatoriali che della NASA, gli esperti sono giunti alla conclusione che la distruzione del Columbia sia dovuta alle crepe presenti nell'ala sinistra; tali crepe si sarebbero prodotte in fase di lancio, quando dal serbatoi centrale si è staccato un pezzo del rivestimento che ha colpito l'ala.

La prima conseguenza del blocco del programma Shuttle è stato il ritardo di circa un mese nel rientro a terra degli astronauti che si trovavano sulla ISS, avrebbero dovuto rientrare con la missione successiva dello Shuttle, hanno dovuto attendere la Soyuz russa per avere il cambio. Il primo lancio dopo il blocco è èavvenuto il 26 luglio 2005, dopo vari rinvii, 2 anni di attesa e 200 milioni di dollari spesi per evitare altre tragedie: il Discovery è partito per la sua 31a missione, la 114a di uno Shuttle da Cape Canaveral e per la prima volta il comandante è stata una donna (Eileen Collins).

I 7 astronauti sono stati nello spazio 13 giorni, hanno trasportato i pezzi di ricambio necessari per la ripresa del funzionamento di 2 dei 4 giroscopi presenti nella ISS, per installarvi una piattaforma esterna ed hanno trasportato il modulo Raffaello, che all'andata conteneva tonnellate di cibo, mentre al ritorno ha trasportato i campioni di alcuni esperimenti condotti negli scorsi mesi sulla ISS. Avrebbe dovuto essere la prima di una lunga serie di missioni degli Shuttle, purtroppo si è trattato di un lancio isolato; infatti grazie alle telecamere opportunamente posizionate all'esteno del Discovery si è visto che alla partenza dal serbatoio principale si è staccato almeno un pezzo dell'isolante lungo 60-80 cm e largo 6-8 cm, che per fortuna non ha colpito il Discovery.

Durante la missione sono stati rilevati anche dei problemi al rivestimento termico dello Shuttle: "buchi" nello strato isolante causati da perdite di piastrelle termiche. Questi problemi sono stati visti grazie al braccio robotico dello shuttle a cui il secondo giorno della missione, prima dell'aggancio alla ISS, è stata agganciata una telecamera. Inoltre il giorno dopo gli astronauti sulla ISS hanno scattato delle foto della "pancia" dello shuttle durante le manovre di aggancio.

È stata quindi organizzata una passeggiata starordinaria per permettere agli specialisti Steve Robinson e Soichi Noguchi di effettuare un intervento di manutenzione straordinaria. Sono stati tolti i resti di alcune piastrelle termiche che non si erano staccate completamente dal rivestimento termico e che sporgevano sulla pancia del Discovery: avrebbe potuto mettere a rischio la vita degli astronauti durante il rientro nell'atmosfera (la temperatura nella cabina avrebbe potuto diventare insopportabile). Durante tale passeggiata è stato anche rilevato che la "coperta termica" che riveste la parte laterale dello Shuttle si era leggermente deformata vicino ad un obló.

I tecnici però non hanno dato il benestare per una ulteriore passeggiata spaziale, ritenendo che non avrebbe creato reali problemi durante il rientro. La missione si è comunque conclusa bene con un bellissimo atterraggio alla base di Edwards prima dell'alba (in Italia erano circa le 12) del 9 agosto 2005. Due giorni dopo la NASA ha comunicato che non ci sarebbero state altre missioni prima della metà del 2006 e che il primo Shuttle a tornare a volare sarebbe stato proprio il Discovery.

La ripresa dei lanci è avvenuto il 4 luglio 2006, quando lo Shuttle Discovery è partito da Cape Canaveral, nonostante una spaccatura di 13cm nel rivestrimento protettivo del serbatoio centrale e il parere negativo dei due ingeneri capi del progetto shuttle, in quanto il problema relativo al distacco di materiale isolante del serbatoio in fase di partenza non è stato risolto. I tecnici hanno tuttavia ritenuto che la missione non avrebbe avuto problemi di sicurezza, anche quando durante la missione è stato rilevato lo "scollamento" e relativo "sbattacchiamento" del tessuto di isolamento termico sotto la cabina; tale tessuto era diventato visibile a causa dalla perdita di alcune piastrelle termiche.

La missione si è conclusa felicemente nel pomeriggio del 17 luglio 2006 e i responsabili delle missioni shuttle hanno annunciato che prima della fine del 2007 sono previste almeno altre 6 missioni, che avrebbero come obiettivo principale quello di completare la costruzione della Stazione Spaziale Orbitante. Durante tale missione è stato trasportato il modulo Leonardo, con materiale di supporto per gli esperimenti sulla ISS, poi riportato a Terra con 2 tonnellate di rifiuti. Con la missione successiva, partita nel settembre 2006, è ricominciata la costruzione della Stazione Spaziale Internazionale

Fino all'incidente del Columbia 4 Shuttle si sono dati il cambio nei voli spaziali: il Columbia, il Discovery (entrambi in uso dal 1983), l'Atlantis (in servizio dal 1985) e l'Endeavor, che ha iniziato ad essere usato nel 1991 in sostituzione del Challenger distrutto nel 1986. Dal dicembre 1997 la maggior parte delle missioni Shuttle sono servite a portare in orbita i pezzi della Stazione Spaziale orbitante attorno alla Terra e dal 2003 ha iniziato a fare anche da servizio di navetta Stazione-Terra e viceversa. Si prevede che gli Shuttle smetteranno di volare definitivamente nel 2010.

I lanci degli Space Shuttle avvengono in Florida, al Kennedy Space Center (noto come "Cape Canaveral"), dove avvengono anche i controlli fra un lancio e l'altro. I lavori di manutenzione e di riparazione vengono effettuati nell'OPF (Orbiter Processing Facility), un gruppo di edifici alti più di 30 m che possono contenere fino a tre shuttle contemporaneamente: è in questa fase che vengono controllate una per una le 32000 piastrelle termiche ed eventualmente sostituite. Alla fine di questa fase vengono inseriti nel vano di carico i satelliti e/o i laboratori da trasportare; tutto ciò richiede almeno due mesi di lavoro.

La struttura così ottenuta è alta 56 m e pesa circa 2 milioni di kg; infatti l'enorme veicolo cingolato (crawler lungo 40 m e largo 34 m) usato per trasportare il veicolo su una delle piattaforme di lancio (39A o 39B), impiega circa 6 ore per coprire meno di 6 km. Il conto alla rovescia inizia 43 ore prima del lancio, durante tale intervallo di tempo vengono effettuati tutti i controlli; l'equipaggio si imbarca circa 2 ore prima del lancio, a 4 secondi dal lancio vengono accesi i motori principali, mentre quelli dei boosters immediatamente prima del lancio.

Quando la navetta si stacca dal suolo (lift-off) il controllo delle operazioni passa al Johnson Space Center di Houston (Texas). Dopo 2 minuti e 4 secondi i boosters, avendo esaurito il carburante, vengono sganciati e poi recuperati nell'Oceano Atlantico, dopo 7 minuti avviene la separazione col serbatoio principale; dopo 45 minuti si accendono i motori di manovra orbitali (OMS) che portano lo Shuttle nella sua orbita, a 300 km di altezza. Nei primi 7 minuti dal lancio è possibile applicare delle misure di emergenza in caso di avaria dello Shuttle, compresi atterraggi di emergenza in Marocco, Senegal, Gambia o Spagna. Per il rientro a terra è assolutamente indispensabile che il portellone del vano carico venga chiuso, in caso di guasto tale manovra viene effettuata manualmente dagli astronauti; vengono poi accesi i motori con lo Shuttle capovolto e con la coda in avanti (in tal modo la frenata permette allo Shuttle di venire catturato più facilmente dalla gravità terrestre), la navetta entra nell'atmosfera col muso in avanti e il ventre rivolto verso la superficie terrestre, protetta dal calore dell'attrito generato dal contatto con l'atmosfera dalle piastrelle nere.

Nella prima fase dell'atterraggio la navetta effettua delle manovre a "S" per ridurre la propria velocità; 25 minuti prima dell'atterraggio si ha l'interruzzione delle comunicazioni, che dura 13 minuti, a causa della ionizzazione dell'aria che circonda la navetta. A 225 km dalla pista, e a 45000 m dal suolo, la navetta ha una velocità doppia del suono e intercetta un segnale radio che la guida verso la pista di atterraggio in automatico (Kennedy Space Center in Florida o Base di Edwards in California.

Solo a 40 km dalla pista, e a 15200 m di altitudine, si passa ai comandi manuali; la discesa è a spirale, per ridurre ulteriormente la velocità, che a circa 600 m dal suolo può arrivare a 20 volte quella di un aereo; il carrello viene estratto 14 secondi prima del contatto con la pista, che avviene a circa 340 km orari. Per ridurre lo "stress" sui freni del carrello appena le tre ruote toccano il suolo viene espulso posteriormente un paracadute frenante. Dopo il primo contatto con l'atmosfera tutta la manovra di atterraggio viene effettuata senza l'ausilo dei motori: la navetta si comporta come un gigantesco aliante.

1. la navetta, o Orbiter
2. i motori principali, o SSME (Space Shuttle Main Engines)
3. i boosters a propellente solido , o SRB (Solid Rocket Boosters)
4. il serbatoio principale, o ET (External Tank)

Essendo molto simile ad un aereo, è lunga 34 m, alta 17 m, con una apertura alare di 24 m, ha le stesse dimensioni di un aereo di linea. È completamente rivestita con 32000 piastrelle di vetro-silicio di dimensioni e spessore variabile: da 15x15 cm a 20x20 cm e spessore che va da 1 a 10 cm. Le piastrelle della pancia e della punta della navetta devono sopportare le temperature più elevate, sono verniciate di nero, resistono fino alla temperatura di 610oC e restituiscono all'atmosfera il 90% del calore. Le altre piastrelle ricoprono la parte superiore e laterale della fusoliera e delle ali navetta, sono verniciate di bianco e resistono fino a 550oC.

La fusoliera della navetta contiene la cabina dell'equipaggio, il vano carico (cargo bay, i motori per le manovre orbitali e i tre motori principali. La cabina è formata da un livello superiore con la cabina di pilotaggio, i comandi dei sistemi del vano carico e del braccio meccanico; il livello inferiore è la zona adibita all'alimentazione e al riposo degli astronauti, è qui che si trova la camera pressurizzata per le attività esterne. La navetta può ospitare da 2 a 8 astronauti, tra piloti ed esperti in vari campie, e può restare in volo fino a 14 giorni, la Endeavour fino a 28 giorni; la missione standard dura circa 7 giorni.

Nel vano carico vengono trasposrtati satelliti, laboratori spaziali e quanto si desidera fino ad un massimo di 28000 kg; al suo interno si trova un braccio meccanico articolato (RMS=Remote Manipulator System) che può afferrare e muovere il contenuto. Sul braccio può essere installata una piattaforma a cui gli astronauti si agganciano durante le attività extraveicolari.

Forniscono alla navetta la spinta necessaria per raggiungere l'orbita, sono posizionati nella parte posteriore della navetta e utilizzano una miscela di idrogeno e ossigeno liquidi; nel caso in cui anche uno solo dei tre motori non fornisse il 100% di spinta in fase di lancio la navetta non potrebbe raggiungere l'orbita stabilita. Dopo ogni missione i motori vengono smontati dalla navetta e completamente revisionati, per questo vengono montati a rotazione sulle varie navette.

Detto anche serbatoio esterno contiene il carburante per i motori principali e viene attaccato alla pancia della navetta; la configurazione "piggy-back" è l'unica parte non riutilizzabile dello Space Shuttle, in quanto esaurito il carburante al suo interno viene sganciato e durante il rientro nell'atmosfera si incendia. Il serbatoio, alto 48 m ed con un diametro di 8,50 m, è formato da due scompartimenti separati: quello superiore contiene circa 37800 litri di ossigeno liquido, quello inferiore circa 101200 litri di idrogeno liquido. Poichè il carburante deve essere mantenuto a circa -100oC, il serbatoio è ricoperto da un tessuto schiumoso coibentante di colore arancione, che impedisce anche la formazione di ghiaccio sulla superficie esterna del serbatoio stesso.

Sono due e vengono agganciati lateralmente al serbatoio principale, sono alti 45,50 m ed hanno un diametro di 3,66 m. Nel cono superiore ogni booster alloggia 3 paracaduti, che ne consentono il recupero nell'Oceano una volta sganciati. L'ugello dei boosters può ruotare di circa 7 gradi, per poter consentire piccole regolazioni nella direzione della spinta, spinta che al decollo raggiunge il valore di 1202,04 migliaia di kg.

Nello Space Shuttle si respira un'atmosfera composta di 80% di azoto e 20% di ossigeno, alla pressione di 1 atmosfera; l'aria circola grazie ad alcuni ventilatori e viene fatta passare attraverso dei filtri, che devono venire puliti ogni giorno e cambiati regolarmente. All'interno dei filtri ci sono delle pastiglie di idrossido di litio, che assorbono il biossido di carbonio.

Gli astronauti fanno 3 pasti contenenti sia cibi freschi che liofilizzati ed hanno a disposizione varie bevande. I cibi e le bevande liofilizzati devono essere reidratati prima dell'uso, di questo si occupa la "stazione di reidratazione", una macchina che reimmette nei cibi l'acqua necessaria e che fornisce l'acqua potabile. Le bevande sono contenute in appositi sacchetti con cannuccia, la cannuccia è a sua volta chiusa da una pinzetta che si apre solo al momento dell'aspirazione.

In genere la giornata viene divisa in 8 ore di riposo e 16 ore di attività varie. Per dormire l'equipaggio si chiude in una specie di sacco a pelo (sleeping bag) che viene agganciato con delle cinture a degli appositi attacchi della navicella, oppure all'interno di armadietti orizzontali che si trova sulle pareti laterali della navicella , le "stazioni del sonno". Per muoversi all'interno della navetta l'equipaggio ha a disposizione molte maniglie attaccate allo scafo. Per le passeggiate spaziali (EVA=Extravehicular Activity) vengono usate delle tute EMU (Extravehicular Mobility Unit), che sono indumenti molto ingombranti e fatto da varie parti. La prima parte è un indumento intimo attraversato da oltre 100m di piccoli tubicini di plastica, attraverso cui passa dell'acqua, per raffreddare il corpo dell'astronauta. Questo indumento serve anche a mantenere la pressione corporea a 0,30 kg per cm2.

Lo strato più esterno della tuta è diviso in tronco superiore e tronco inferiore; la prima ha una struttura rigida in fibra di vetro e a lei sono collegati il nodulo di controllo, il sistema di supporto vitale, i guanti, l'elmetto e l'equipaggiamento. Le braccia hanno nelle giunture (spalla, gomito, polso) dei cuscinetti che permettono una certa mobilità; i movimenti delle mani sono dovuti a un cuscinetto presente nel polso, mentre le dita si muovono grazie a delle piccole vesciche gonfiabili all'interno dei guanti. Il modulo di controllo contiene i controlli dei sistemi di supporto vitale, lo zaino sulla schiena, e gli apparati di comunicazione; il sistema di supporto vitale può erogare ossigeno puro alla pressione di 0,30 kg per cm2 e contiene il sistema di controllo della temperatura, per regolare il flusso di acqua fredda nella sottotuta.

La NASA sta studiando il successore dello Space Shuttle. Per il momento sono stati considerati i progetti riguardanti i vettori a stadio singolo; quello che sembra più probabile è l'X-33, da cui dovrebbe discendere il Venture Star. Il progetto (RLT=Reusable Launch Vehicle) si prefigge di sviluppare un vettore capace di portare in orbita un carico, di atterrare in un normale areoporto (e non uno attrezzato in maniera particolare come per lo Shuttle) e di essere pronto a ripartire in poche ore. Questo permetterebbe di ridurre il costo della messa in orbita dei satelliti fino ad un decimo del costo attuale.

Le immagini, i filmati e parte delle informazioni presenti in questo file sono reperibili nei seguenti siti Internet:

www.spaceflight.nasa.gov
www.nasa.gov/mission_pages/shuttle/main/index.html
science.ksc.nasa.gov/shuttle/missions/missions.html
seds.lpl.arizona.edu/ssa/docs/Space.Shuttle/index.shtml

Siti in cui è possibile avere una cronologia delle missioni spaziali in tutto il sistema solare:

www.solarviews.com/eng/craft1.htm
www.planetscapes.com/solar/eng/craft2.htm
nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/chrono.html