miniatuur|Space Shuttle miniatuur|Eerste lancering van een spaceshuttle: Columbia, op 12 april 1981 Het spaceshuttleprogramma was een Amerikaans ruimtevaartprogramma om mensen en vracht naar de ruimte te brengen door middel van ruimteveren (space shuttles).
De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA begon midden jaren 70, met hulp van de Amerikaanse luchtmacht, aan de ontwikkeling van de spaceshuttle (officieel Space Transportation System genoemd – STS). De gedachte achter de ontwikkeling van het STS was het bouwen van een herbruikbaar ruimteschip om goedkoop en op regelmatige basis ruimtemissies te kunnen vliegen. De structuur van de spaceshuttle is op het moment van lancering: een roestkleurige externe tank, twee slanke Solid Rocket Boosters en het ruimteveer, een gevleugeld ruimtevaartuig, de spaceshuttle in enge zin.
NASA heeft in totaal vijf ruimtewaardige spaceshuttles laten bouwen: Atlantis, Challenger, Columbia, Discovery en Endeavour. Daarnaast liet NASA ook drie niet-ruimtewaardige spaceshuttles bouwen: Enterprise, Explorer en Pathfinder. Enterprise en Pathfinder werden gebouwd als testobjecten en werden niet ingezet voor ruimtevluchten. Explorer is een tentoonstellingsreplica die voor het bezoekerscentrum van Kennedy Space Center werd gebouwd. Op 12 april 1981 was Columbia het allereerste ruimteveer dat in een baan rond de aarde werd gebracht. Daarna volgden Challenger (1983), Discovery (1984) en Atlantis (1985). Endeavour (1992) werd gebouwd ter vervanging van Challenger, die in 1986 verongelukte.
In totaal, tot aan eind juli 2011, zijn er 135 missies gevlogen. Daarvan zijn er twee fataal afgelopen, waarbij alle bemanningsleden en passagiers om het leven kwamen. Op 28 januari 1986 explodeerde Challenger 73 seconden na de lancering, waarna er geen commerciële satellieten meer met een spaceshuttle vervoerd mochten worden. Op 1 februari 2003 verongelukte Columbia als gevolg van een beschadiging van het hitteschild, waardoor het ruimteschip de terugkeer in de atmosfeer niet overleefde. Het gevolg was, dat er beslist werd dat in 2010 de spaceshuttles uit de vaart zouden worden genomen. De resterende shuttlemissies zouden worden gebruikt om het internationaal ruimtestation ISS (International Space Station) af te bouwen. Eén missie werd een uitzondering: STS-125 ging in mei 2009 omhoog voor de laatste onderhoudsmissie aan de ruimtetelescoop Hubble.
STS-133, met als eerste verwachte lanceerdatum 16 september 2010, zou oorspronkelijk de laatste missie van het spaceshuttleprogramma zijn. Op 19 juni 2008 werd echter besloten tot een extra missie, STS-134, en nog later werd daar STS-135 aan toegevoegd. STS-135 vertrok op 8 juli en landde op 21 juli 2011. Daarmee kwam het ruim 30-jarig durende programma ten einde.
De drie overgebleven ruimtewaardige shuttles staan nu evenals de drie niet-ruimtewaardige shuttles tentoongesteld in musea in de Verenigde Staten. Discovery staat in het Steven F. Udvar-Hazy-centrum van het National Air and Space Museum in Chantilly, naast Dulles International Airport. Enterprise, die daar reeds tentoongesteld stond, werd daarop overgebracht naar het Intrepid Sea, Air & Space Museum in New York. Atlantis staat tentoongesteld op het bezoekerscentrum van het Kennedy Space Center in Florida. Explorer, die daar sinds 1993 stond, werd overgebracht naar Space Center Houston en in 2013 omgedoopt tot Independence. Endeavour staat nu in de hangar van het Californian Science Center, in Palmdale (vlak bij de fabriek waar deze shuttle in 1991 werd geassembleerd). Het ruimteschip zal later samen met twee SRB’s en de laatst gebouwde externe tank worden toegevoegd aan het Samuel Oschin Air and Space Center, naast het Science Center, dat bijna afgebouwd is. Pathfinder bleef staan waar hij al sinds 1988 tentoongesteld staat: het U.S. Space & Rocket Center in Huntsville.
Inleiding miniatuur|Columbia doorbreekt de geluidsbarrière Het idee van een herbruikbaar ruimtevaartuig dateert van de jaren zestig en zeventig van de twintigste eeuw. De spaceshuttle was belangrijk voor het Internationale ruimtestation ISS. Vergeleken met andere raketten kon de spaceshuttle met meer bemanning en een hogere frequentie het ruimtestation bezoeken en bemanning afzetten en ophalen, en ook een grote lading meenemen. Voor het ontwerp van de spaceshuttle was NASA verantwoordelijk. De shuttle werd gebouwd door Rockwell International, later overgenomen door Boeing. De vaste brandstofraketten (zijraketten) werden geleverd door Morton Thiokol (sinds 2007 ATK, in 2014 Orbital ATK en sinds 2018 Northrop Grumman Innovation Systems) en de grote roestbruine brandstoftank werd gemaakt door Martin Marietta, nu Lockheed Martin. Vanaf 1995 werd het beheer en het onderhoud van de spaceshuttle door NASA uitbesteed aan het consortium USA (United Space Alliance) bestaande uit Lockheed Martin en Boeing.
miniatuur|start=44|end=2:12|thumbtime=56|Bioscoopjournaal uit 1978. Voorbereidingen voor de eerste vlucht van ruimte-vliegtuig Enterprise. Met een proefvlucht van de Enterprise, een raketlancering op Cape Canaveral en een animatie van de spaceshuttle-vlucht. De eerste spaceshuttle die gebouwd werd was op 17 september 1976 klaar en heet Enterprise. Enterprise is alleen gebruikt voor testvluchten in de atmosfeer van de aarde; deze spaceshuttle had geen motoren en geen hitteschild en is dus nooit de ruimte in gelanceerd. Het is wel de enige spaceshuttle die in het Belgische en het Nederlandse luchtruim geweest is: in het kader van een Europese promotietoer bezocht Enterprise in 1983 onder andere de Paris Air Show. Op weg naar Londen vloog zij op de rug van een Shuttle Carrier Aircraft over onder meer Brussel, Antwerpen en Amsterdam en langs het strand van Zandvoort.
De eerste spaceshuttle die de ruimte in gelanceerd werd, was Columbia. Haar eerste ruimtereis STS-1 begon op 12 april 1981 vanaf Kennedy Space Center in de Amerikaanse staat Florida. Deze shuttle verongelukte op 1 februari 2003 bij de terugkomst in de dampkring van missie STS-107.
De spaceshuttles werden gelanceerd met een zeer grote afkoppelbare externe brandstoftank voor de hoofdmotoren van de shuttle en twee grote stuwraketten die op vaste brandstof werken en die bij het eerste stadium van de lancering de meeste stuwkracht leveren. Bij het terugkeren in de atmosfeer remde de shuttle af door de wrijving met de lucht, waarbij veel warmte vrijkwam. Het ruimteveer landde als een zweefvliegtuig zonder eigen motoren. Bij het laatste deel van de landing werd een remparachute gebruikt om sneller vaart te minderen op de landingsbaan.
Na de landing - op een willekeurig vliegveld - werd de Orbiter op een aangepaste Boeing 747, een Shuttle Carrier Aircraft, getild en teruggebracht naar Cape Canaveral.
Onderdelen Externe tank en boosters Bij het eerste deel van de lancering van de spaceshuttle werd de meeste stuwkracht geleverd door de twee vaste-brandstofraketten, zogeheten Solid Rocket Boosters (SRBs). Deze waren na twee minuten leeg en werden dan afgestoten. Ze landden aan parachutes in de Atlantische Oceaan waarna ze werden geborgen, opgeknapt en hergebruikt.
Vanaf 7 seconden voor de lancering werkten tevens de drie RS-25-hoofdmotoren van de shuttle zelf (de Orbiter), gevoed met brandstof uit de externe brandstoftank. Dit was een lichte tank met vloeibare zuurstof van −180 °C en vloeibare waterstof van −250 °C. Tijdens de lancering werden deze vloeistoffen naar de hoofdmotoren gepompt, waar ze verdampen en de waterstof met de zuurstof reageert (verbrandt). Daarbij ontstaat veel waterdamp. Door de goede warmtegeleidbaarheid van metaal wordt de buitenkant van de tank al snel bijna net zo koud als de inhoud. Daarom is de externe tank voorzien van een dikke laag isolatieschuim. Zonder dat zou zich veel ijs vormen door aanvriezing van waterdamp uit de buitenlucht. Een groot deel van dit ijs zou lostrillen bij de lancering en een gevaar vormen voor het hitteschild van de shuttle.
Ongeveer acht minuten na de lancering was de externe tank leeg en werd deze afgeworpen. In tegenstelling tot de andere delen van de spaceshuttle, werd de externe tank niet hergebruikt. Na het afstoten van de externe brandstoftank duurde de lancering nog zo'n twee minuten; de hoofdmotoren van de spaceshuttle werden dan niet meer gebruikt, kleinere hypergolische AJ10-190-motoren zorgden voor de nog benodigde stuwkracht.
Bij de eerste twee lanceringen met Columbia, in 1981, was de grote brandstoftank wit gespoten, om warmte van buitenaf te weren, omdat men toen dacht dat dit een negatief effect zou hebben op de koele brandstoffen binnenin de tank. Dit bleek achteraf onnodig en men spaarde zo'n 300 kilo gewicht aan verf uit.
Het isolerende schuim op de externe brandstoftank werd erop gespoten, waarna het uithardde. Het schuim diende naast hitteschild ook als beperking voor de ijsafzetting op de externe tank. Tijdens de lancering braken soms delen van het isolatieschuim af, al dan niet bedekt met ijs dat op het schuim ontstaat door de grote kou. Tijdens de lancering van STS-107, met de Columbia, werd de linkervleugel geraakt door zo'n stuk loslatend isolatieschuim. De impact hiervan was veel groter dan men tot op dat moment dacht; Het isolatieschuim sloeg een gat in de vleugel, ter grootte van een attachékoffer. Bij de terugkeer van de Columbia, op 1 februari 2003, sloeg hete plasma van de atmosfeer het gat in de vleugel binnen en verteerde zo langzaam het ruimteveer van binnenuit. De shuttle brak uit elkaar bij terugkeer in de atmosfeer op 60 kilometer hoogte. Daarom besloot NASA per 2011 (in eerste instantie 2010) van de spaceshuttle af te stappen en een ruimtevaartuig te ontwikkelen dat niet naast maar op de bovenkant van een eveneens nieuw te ontwikkelen draagraket geplaatst moest worden, zodat dit grote probleem zou verdwijnen.
Voor lanceringen vanaf Vandenberg Air Force Base vanwaar de ruimteveren naar een polaire baan zouden worden gelanceerd waren lichtere SRB’s ontworpen. De boostersegmenten van deze SRB’s waren vervaardigd uit koolstofvezel in plaats van staal. Door de lichtere boosters had de spaceshuttle sneller kunnen accelereren. Dit was nodig om te compenseren voor het ontbreken van de impuls van de Aarde bij dit type lanceringen. Na het Challengerongeluk in 1986 werden lanceringen vanaf Vandenberg die later dat jaar zouden beginnen uitgesteld en uiteindelijk afgeblazen. Twee reeds gebouwde koolstofvezel-boosters zijn samen met het test-artikel Pathfinder tentoongesteld op het U.S. Space & Rocket Center in Huntsville Alabama.
Hoofdaandrijving De hoofdaandrijving bestond uit drie herbruikbare raketmotoren van het type RS-25 (toentertijd vooral bekend onder de naam Space Shuttle Main Engines, SSME's) die werken op vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof en werden gebouwd door Pratt & Whitney Rocketdyne Division. De stuwstoffen werden meegevoerd in de grote externe tank en worden onder druk aan de motoren toegevoerd. Elke hoofdmotor kon via een hydraulisch stuursysteem tot 10,5 graden in beide richtingen zwenken om de richting van de stuwkracht te regelen en zo de stabiliteit van de vlucht te garanderen. De hoofdmotoren konden over een bereik van 65% tot 109% van hun nominale vermogen geregeld worden. Hierbij gold 100% voor een stuwkracht van 1700 kN (170 ton). Op zeeniveau werd de motorstuwkracht op 104% gebracht. Na 45 seconden werd de motorstuwkracht verminderd tot 72% om te voorkomen dat de krachten op de shuttle te groot werden wanneer hij door de maximale dynamische druk (Max-Q) ging. Na 75 seconden werd de motorstuwkracht weer opgevoerd tot 104%.
De hoofdmotoren werden ontworpen voor een levensduur van 7,5 uur (55 lanceringen). De hoofdmotoren zijn 4,3 m lang, met een diameter van 2,3 m onderaan de straalpijp.