Lo Space Transportation System (STS), comunemente noto come Space Shuttle, Navetta Spaziale o Shuttle, è stato un sistema di lancio spaziale riutilizzabile della NASA, l'ente governativo statunitense responsabile dei programmi spaziali, adibito a missioni spaziali in orbita intorno alla Terra. Lanciato in orbita per la prima volta il 12 aprile 1981, ha portato a termine la sua ultima missione il 21 luglio 2011, totalizzando complessivamente 135 missioni e tre anni e mezzo in orbita.
Storia
La guerra fredda e i lanci La storia dello Space Shuttle ha inizio e si inserisce sul finire del contesto della guerra fredda con la celebre corsa allo spazio in decisa contrapposizione con l'altra grande superpotenza dell'epoca: l'Unione Sovietica.
In particolare con lo sviluppo, avvenuto a partire dai primi anni settanta, di un veicolo spaziale riutilizzabile, la NASA sperava di continuare i suoi progetti e programmi spaziali con una notevole riduzione dei costi di accesso allo spazio, ma la complessità del progetto, i problemi relativi alla sicurezza e i costi operativi di funzionamento (500 milioni di dollari per lancio) hanno progressivamente disatteso queste aspettative fino alla sua definitiva dismissione nel 2011.
L'intero sistema è stato ritirato dal servizio il 21 luglio 2011, dopo 135 lanci. Le missioni più importanti realizzate hanno permesso il lancio di satelliti (tra cui il telescopio Hubble) e 3 sonde interplanetarie, di condurre esperimenti scientifici nello spazio e la manutenzione e la costruzione della Stazione spaziale internazionale. Nel corso del Programma Space Shuttle sono stati costruiti 5 orbiter: 2 sono andati distrutti in incidenti e 3 sono stati ritirati.
Nella sua storia è stato utilizzato per le missioni spaziali orbitali dalla NASA, dal Dipartimento della difesa statunitense, dall'Agenzia Spaziale Europea, dal Giappone e dalla Germania. Gli Stati Uniti hanno finanziato lo sviluppo dell'STS e le operazioni di gestione fatta eccezione degli Spacelab D1 e D2, finanziati rispettivamente dalla Germania Ovest e dalla Germania riunificata. Inoltre, la SL-J è stata parzialmente finanziata dal Giappone.
Primi studi Dal "Silbervogel" all'X-15 La prima menzione di un razzo dotato di ala capace di lasciare la bassa atmosfera fu in un progetto tedesco-austriaco dell'ingegnere Eugen Sänger risalente al 1933. Il concetto venne successivamente sviluppato verso la fine della seconda guerra mondiale con il disegno del Silbervogel, un velivolo che avrebbe dovuto permettere di bombardare gli Stati Uniti dopo aver realizzato un volo suborbitale. Al termine della guerra, l'aeronautica militare statunitense studiò con la North American Aviation un missile alato, chiamato Navaho, per il trasporto di armi nucleari. Dopo alcuni voli di prova effettuati nel 1957, il progetto fu abbandonato in favore di missili balistici di tipo Atlas, Titan e Thor.
In questo periodo, il centro di ricerca aeronautica statunitense, la NACA, poi divenuta NASA, fu fortemente coinvolta nella ricerca sugli aerei a razzo tanto da realizzare il Bell X-1 che superò la barriera del suono nel 1947. Questi studi portarono velocemente a identificare i due grandi problemi di progettazione: l'instabilità nel volo atmosferico e la dissipazione del calore durante il rientro nell'atmosfera. Quest'ultimo portò allo studio di nuovi materiali per la realizzazione di un adeguato scudo termico. La costruzione del razzo X-15, avvenuta nel 1954, consentì la sperimentazione di diverse soluzioni. Le nuove scoperte consentirono di raggiungere, nel 1960, una velocità di 6,8 Mach e un'altitudine di 108 km. L'X-15 poté sperimentare gran parte delle fasi di volo che incontrerà decenni più avanti lo Space Shuttle durante il rientro sulla Terra.
Corpo portante (1957-1970)
Per ridurre le sollecitazioni termiche e meccaniche subite da un aereo che vola ad alta velocità, una soluzione è quella di rimuovere l'ala e generare portanza con la forma del corpo che viene allargato. Aerei di questo tipo, chiamati a corpo portante, furono studiati dalla NASA a partire dal 1957. Parecchi prototipi dimostrarono la loro capacità di eseguire rientri e deviazioni del percorso con buona facilità. Di questo concetto fu il progetto del Boeing X-20 Dyna-Soar, voluto dall'aeronautica militare statunitense nel 1957. Esso era costituito da un corpo portante e da un'ala a delta, veniva lanciato come un razzo per poi atterrare come un aereo. Il progetto progredì fino al 1963, quando fu chiuso per motivi di bilancio, poiché non era giustificato da uno scenario di missione chiaramente identificato.
Il progetto di navetta in fase sperimentale (1968-1970)
Mentre la NASA era impegnata nelle ultime fasi dello sviluppo del Programma Apollo, l'agenzia spaziale lanciò, il 30 ottobre 1968, una consultazione per lo sviluppo di un sistema di lancio riutilizzabile in grado di mettere in orbita bassa un carico utile compreso tra le 2,3 e le 23 tonnellate e di riportare sulla Terra almeno 1 tonnellata di carico e con un vano di almeno 85 m³. Nel febbraio dell'anno successivo, quattro aziende: North American Rockwell, Lockheed, General Dynamics e McDonnell Douglas vennero selezionate per partecipare a questo studio preliminare..
I vari centri di ricerca della NASA avevano opinioni divergenti sul progetto della navetta. Maxime Faget, in rappresentanza del Marshall Space Flight Center era favorevole a una piccola navetta dotata di piccole ali dritte con scarse possibilità di compensare, ma più leggera e meglio aliante a velocità subsoniche: il DC-Shuttle 3, un aereo modello in scala 1 a 10 fu realizzato nel maggio 1970 per studiare l'aerodinamica a bassa velocità. I centri di Langley e Dryden sostenevano invece la soluzione del corpo portante e soprattutto contribuirono a sviluppare l'H-10. Una soluzione di questo tipo aveva una capacità di compensazione intermedia tra l'ala dritta e l'ala a delta, anche se teoricamente meno ingombrante rispetto all'ultima. L'Air Force e il Laboratorio Draper erano in favore di un'ala a delta che offrisse una capacità massima di offset. La NASA successivamente decise di eliminare il concetto di corpo portante la cui forma non era compatibile con i carri di trasporto e attrezzature scartando anche l'ipotesi dell'uso di un'ala a geometria variabile per l'eccessivo peso che avrebbe portato alla navicella.
L'avvio del progetto (1969-1972) Un seguito al programma Apollo (1969) All'inizio del 1969 la NASA studiò il seguito del programma Apollo. Nell'euforia dei successi del programma lunare furono sviluppate diverse proposte: la realizzazione di una stazione spaziale, di una base lunare, una spedizione su Marte e la progettazione di una navetta.. Un comitato, denominato "Space Task Group", fu creato su richiesta del Presidente degli Stati Uniti Richard Nixon per preparare i successivi voli con equipaggio della NASA.
Il lavoro di questo gruppo portò alla formulazione di tre scenari possibili con un bilancio annuale che variava dai 5 ai 10 miliardi di dollari, un importo pari o superiore al bilancio annuale del programma Apollo al massimo del suo sviluppo. La proposta meno ambiziosa prevedeva lo sviluppo simultaneo di una navetta e di una stazione spaziale. Il presidente Nixon non accettò nessuno di questi scenari perché li giudicò troppo dispendiosi.
La NASA decise così di concentrare i finanziamenti sullo sviluppo della navetta spaziale, ritenendo che la disponibilità di quest'ultima fosse un requisito necessario per la costruzione successiva della stazione. I dirigenti della NASA ritennero inoltre che la navetta potesse essere utilizzata per sostituire altri 10 lanciatori disponibili a quel tempo, compresi quelli utilizzati dall'esercito, per il lancio di satelliti in orbita.
La fine della guerra fredda e il crollo del programma spaziale sovietico tolsero al programma statunitense una gran parte della sua giustificazione. Il presidente Nixon, che dovette affrontare una situazione di budget molto limitato, non volle fare scelte di alto profilo per l'esplorazione spaziale non ritenendo che ci fossero sufficienti ricadute politiche. Nixon mise il progetto della NASA sotto il controllo dei supervisori del bilancio federale (l'OMB - Office of Management and Budget) a partire dal 1970 che richiese una giustificazione per ogni spesa dell'ente spaziale. L'organismo di controllo pose molti limiti e vincoli al procedere dello sviluppo della navetta, tanto che il direttore della NASA James C. Fletcher ritenne che non solo l'OMB si occupasse di gestire il budget, ma pretendesse anche di fare delle scelte sulla progettazione..
Per combattere lo scetticismo dell'OMB, la NASA dette incarico a una società di consulenza esterna, Mathematica, di realizzare uno studio sugli oneri economici del progetto. I risultati furono molto favorevoli, in quanto venne ipotizzato una drastica diminuzione dei costi di messa in orbita da parte della navetta riutilizzabile in confronto ai razzi convenzionali. Questa relazione venne quindi utilizzata dalla NASA per difendere la redditività del progetto, in particolare nei confronti del Senato.
Fase B: Design (1970-1971)
Al termine della fase A, nel giugno 1970, la NASA impose nuove specifiche in una fase di progettazione più dettagliata, chiamata fase B. Si specificò che la navetta dovesse decollare verticalmente e atterrare orizzontalmente. Il complesso avrebbe dovuto essere collocato a un'orbita di 500 km con una inclinazione di 55° e trasportare un carico utile di 6,8 tonnellate. La specifica richiesta per il carico utile aumentò pochi mesi dopo per venire incontro all'esercito, finanziatore del progetto, che richiedeva 30 tonnellate in orbita bassa.
Le aziende concorrenti vennero invitate a progettare 2 versioni, una più simile alle esigenze dell'ente spaziale e l'altra invece più prossima alle aspettative dell'esercito. Inoltre, venne richiesto che la navetta potesse compiere un secondo tentativo di atterraggio, qualora il primo non fosse riuscito, impiegando quindi dei motori a reazione. Si prevedeva che la navetta fosse disponibile a tornare a volare dopo 2 settimane dal termine di una missione per una frequenza compresa tra i 25 e i 40 voli all'anno. Ogni navetta doveva trasportare un equipaggio di due astronauti.
Due aziende furono selezionate per la fase B: McDonnell Douglas, associata a Martin Marietta, e North American Rockwell con General Dynamics. Già nel marzo 1971 i due costruttori avevano preparato una bozza di progetto. Entrambe risultarono essere molto simili per quanto riguarda lorbiter, anche perché la NASA aveva fornito a loro delle specifiche molto restrittive. Molto diversi, invece, apparvero le proposte per il vettore. Un fattore comune fu l'utilizzo dell'alluminio per la struttura al posto del più efficiente titanio, escluso dall'Aeronautica Militare perché considerato non sufficientemente testato.
L'abbandono del progetto di navetta completamente riutilizzabile (1971) James C. Fletcher divenne amministratore della NASA nell'aprile del 1971 e, fin dall'inizio del suo mandato, si occupò di promuovere presso il Senato degli Stati Uniti il progetto della navetta spaziale, che in quel momento era bloccato. Si accorse ben presto che l'unico modo per raggiungere un accordo sui finanziamenti fosse quello di integrare nelle specifiche della navetta le esigenze dei militari per ottenere il loro supporto. Avviò anche dei tentativi di cooperazione internazionale, seppur con modesti risultati: l'Europa (e in particolare la Germania) si impegnò a costruire lo Spacelab destinato a volare nella stiva dellOrbiter e il Canada a realizzare un braccio meccanico per la navetta, chiamato Canadarm e utilizzato per sollevare carichi in orbita.