Warum hat sich das Design für das Andocken des Space Shuttles geändert?

Dieses Diagramm aus dem Jahr 1973 (kurz nach der Auftragsvergabe an Rockwell) zeigt, dass der externe Docking-Adapter bereits geplant war. Ich vermute, dass diese Konzeptkunstfotos schnell und locker mit der Realität spielen.

Aus Jenkins "Space Shuttle", Ausgabe 1992.

Alle Docking-Ports erfordern sowohl einen Teil am passiven Raumfahrzeug (in diesem Fall die Raumstation) als auch einen Teil am aktiven Raumfahrzeug (in diesem Fall das Shuttle). Wenn ich raten müsste, verwendete die Konzeptkunst ein Referenzfoto der Space Shuttles, die zu dieser Zeit keine Docking-Adapter installiert hatten.

Dieses Bild ist etwas klein, aber Sie können sehen, dass das Raumschiff keinen Andockanschluss hat. Die Docking-Adapter wurden nur für die ersten Shuttle-Mir-Missionen installiert und später auf der Internationalen Raumstation verwendet.

Oh, das ist alt.

Ich bin jedoch der Meinung, dass die Antworten eine kleine Ergänzung benötigen:

Warum sollte sich die NASA beim Bau der ISS nicht für ihr konzeptionelles Design entscheiden?

Siehe unten, aber TL;DR: Russland kommt an Bord und Mir-Shuttle-Docking-Erfahrung hat das Design zerstört.

und wie hätte es funktioniert?

Siehe unten. Die NASA hat ein Konzept ihres Betriebs patentieren lassen.

Die beiden Abbildungen zeigen die Space Station Freedom mit sehr realen Konzept-Docking-Adaptern, die zum Andocken des Space Shuttles an SSF ausgelegt sind. Dies war das offizielle NASA-Design für etwa 4 Jahre.

(Es sind nicht die Konzeptkünstler, die ihr eigenes Ding machen)

Historisch, früher und immer hatte der Space Shuttle Orbiter Designs und Konzepte für das Andocken an Raumstationen. Und wie oben in einer anderen Antwort zu sehen war, hatten sie schon früh ein Andockmodul im vorderen Teil der Nutzlastbucht.

Bei einer Variation davon krümmte sich der Andocktunnel in die wie geplante Luftschleuse in der Kabine.

Andere Konzepte beinhalteten das Andocken im Nasenkegel, über dem Nasenkegel, vor dem Cockpit und über der Kabine.

Diese arbeiteten mit der Annahme, dass die Raumstation einen teleskopischen, unter Druck stehenden Andocktunnel haben würde (der auf die Entwurfsarbeiten für eine Raumstation in den 1960er Jahren zurückgeht).

Es gab auch einen intelligenten Tunnel, der aus einem verkürzten Spacehab-ähnlichen Abteil am Ende eines flexiblen Drucktunnels bestand.

Dies war Teil der Raumstation und der Spacehab-ähnliche Teil hatte einen Lukenadapter, der mit der Luftschleuse der Orbiter-Kabine zusammenpasste. Die Zapfen und Kielstifte des Spacehab-ähnlichen Teils sicherten es an der Nutzlastbucht des Orbiters.

Viele Abbildungen zeigten daher die einfachsten und frühesten Docking-Systeme: teleskopischer unter Druck stehender Docking-Tunnel, der mit einem Orbiter-Docking-Modul zusammenpasste.

Aber in den späten 1980er Jahren wurde ein Design ziemlich sicher: Dieses basierte auf dem bereits beschlossenen drucklosen Anlegeadapter, der ein früher Baustein des SSF werden sollte.

Das war ein Gitterrahmen, der Greifvorrichtungen hatte, damit der Orbiter seinen Arm benutzen konnte, um sich an der SSF festzumachen, und die untere Hälfte hatte Zapfen und Kielstifte, die mit dem vorderen Teil der Nutzlastbucht des Orbiters ausgerichtet waren.

Um es zu einem unter Druck stehenden Docking-Adapter zu machen, wurde ein Docking-Tunnel mit einer Luftschleuse/Luke hinzugefügt, die an dessen Ende innerhalb des Zapfen-/Kielstift-Rahmens platziert wurde. Die Luftschleusenluke der Orbiter-Kabine würde so modifiziert, dass sie mit dieser Luke zusammenpasst.

Das andere Ende, das an der Raumstation befestigt war, endete mit einem Kegel, der später von der zentralen Achse des unter Druck stehenden Moduls zur Seite gekippt wurde und das nachfolgende System an seiner Seite aufnahm.

Diese Seite verfügte dann über ein einziehbares Fahrzeug- und Stationskupplungssystem.

Dieser wurde verlängert, um den entsprechenden Koppler zu treffen und anzubringen, der an der rechten Seite der Orbiter-Nutzlastbucht angebracht war.

Einmal angebracht und jede Bewegung zerstreut, zog sich das erweiterte System zurück und brachte die Station und den Orbiter für ein hartes Dock zusammen. Zu diesem Zeitpunkt wäre der Andocklukenadapter auf die Orbiter-Luftschleusenluke gebracht worden, und sie würden sich paaren und einen unter Druck stehenden Andocktunnel bis zur Raumstation bilden.

Dies ist der Grund dafür, dass das Andocksystem nicht in der Nutzlastbucht ist:

Da der Mechanismus so bemessen sein muss, dass er Personal und Fracht passieren kann, erfordert der damit verbundene große Durchmesser und die Mittellinienbefestigung eine beträchtliche Stützstruktur und eine schwerere Struktur, als dies normalerweise vom Standpunkt der Lasten und der Dynamik aus erwünscht wäre. Da ferner die Kombinationsstruktur während der Weltraummission des Shuttles in der Nutzlastbucht fixiert ist, ist die nutzbare Nettonutzlastmasse und Volumenkapazität des Orbiters stark eingeschränkt.

Der Orbiter-basierte Kopplungsmechanismus basiert eigentlich auf dem ASTP/APAS-Andockring, nur viel kleiner mit 4 statt 3 Blütenblättern, mit linearen Dämpfungsaktuatoren, die die Aufprallbelastung dämpfen und auf ein akzeptables Niveau begrenzen oder das Raumschiff für das endgültige Andocken neu ausrichten und Tunnelverbindung.

Dies sind Rahmen von Hey! Was ist Space Station Freedom? - 1992 NASA-Dokumentarfilm

Hier sehen Sie, dass das Rückzugskupplungssystem ausgefahren ist, bereit ist, den Orbiter aufzunehmen und mit ihm zu koppeln.

Beachten Sie, dass das rechte Andocksystem der primäre Andockadapter ist und der Orbiter sich mit dem Heck nach unten nähern würde.

Das linke Docking-System ist der Backup-Docking-Adapter, und der Orbiter würde sich mit dem Heck nach oben und der Nase nach unten nähern.

Die NASA patentierte diesen Docking-Adapter im Jahr 1988 und er wurde danach in einem Großteil ihrer Literatur über die Freiheit der Raumstation häufig verwendet.

NASA-Kunstwerk. 1992.

Und dies wurde das offizielle Andocksystem zwischen dem Orbiter und der Raumstation Freedom , das in NASA-Illustrationen zu sehen ist, im Allgemeinen zwischen 1988 und 1992, als es plötzlich abgeworfen wurde.

Übrigens, wenn nicht angedockt wird, könnte auch das Anlegen verwendet werden, indem der SSRMS-Arm des Orbiters verwendet wird, um den jetzt benannten Anlegeadapter zu greifen und den Orbiter in die Andockposition zu bringen.

Warum wurde es fallen gelassen?

https://www.nasa.gov/centers/johnson/engineering/projects/low_impact_docking_system/index.html

Die USA entschieden sich dafür, Docking-Hardware von den Russen zu kaufen. Der russische Andockmechanismus APAS ist eine Ableitung des Apollo/Sojus-Designs, zu dem sich die Russen Mitte der 1980er Jahre entwickelt hatten.

In den späten 1980er und frühen 1990er Jahren hatte die NASA ein Docking-Mechanismus-Design , aber in den frühen 1990er Jahren wurde entschieden, dass die NASA und die Russen beim Bau der ISS zusammenarbeiten würden.

Zu diesem Zweck begann die NASA mit der Beschaffung russischer Hardware und gab ihre formellen Konstruktionsarbeiten für den Docking-Mechanismus auf .

Grundsätzlich führten der Erfolg der Mir-Shuttle-Missionspartnerschaft und die damalige politische Atmosphäre dazu, dass dieser Andockmechanismus fallen gelassen wurde. An seiner Stelle war ein viel einfacheres System, basierend auf APAS-89 und der Erfahrung, es zu verwenden, um Orbiter an Mir anzudocken.

Als der Anlege-/Andockadapter fallen gelassen wurde, erschien der PMA in nachfolgenden Kunstwerken und Designstudien:

https://www.amazon.com/Linking-Space-Shuttle-Stations-Implementation/dp/3319497685