duimnael|298x298px|Die pendeltuig Columbia, word gelanseer Die pendelstelsel behels 'n ekonomies voordelige metode om 'n groot vragskip, die pendeltuig, in 'n wentelbaan om die aarde te plaas en dan terug te bring sodat dit weer gebruik kan word. Die pendeltuig word gelanseer met behulp van sy hoofmotore, wat 'n vloeibare brandstof as stumiddel uit 'n eksterne hooftenk ontvang, en twee aanjaerpyle.
Die aanjaerpyle val met valskerms terug en word herwin, maar die hooftenk brand uit in die atmosfeer. Nadat die pendeltuig se bemanning al hul take en die wetenskaplike eksperimente afgehandel het, keer die pendeltuig terug soos 'n sweeftuig, maar sonder sy motore. Die lansering van die eerste pendeltuig, die Columbia, het op 12 April 1981 plaasgevind en Nasa (National Aeronautics and Space Administration, VSA) het daarna sowat 45 vlugte vir die toekoms beoog.
Gedurende die eerste paar jaar van ruimtevlugte het die klem op ontdekking geval. Die pendelstelsel het 'n nuwe tydperk ingelui, naamlik die praktiese toepassing van die nuwe ruimtekennis om sommige van die aarde se probleme, byvoorbeeld energiebehoeftes, te probeer oplos.
Navorsing In die dekade nadat die Russiese Spoetnik in Oktober 1957 gelanseer is, is talle satelliete in 'n wentelbaan om die aarde geplaas. Die klimaks van ruimtevlugte is in 1969 bereik toe Amerikaanse ruimtemanne 'n suksesvolle maanlanding uitgevoer het. Satelliete speel 'n belangrike rol in die moderne samelewing. Weersatelliete verskaf inligting oor weerstoestande, byvoorbeeld die beweging van koue fronte en die ontstaan van siklone en orkane. Kommunikasiesatelliete maak televisie-uitsendings en telefoonoproepe wêreldwyd moontlik.
Militêre satelliete word onder andere gebruik vir waarneming en vroeë waarskuwing teen moontlike aanvalle. Sommige satelliete monitor oormatige besoedeling, ander spoor nuwe mineraalbronne op of bepaal waar geologiese verskuiwings kan plaasvind. Die koste om hierdie satelliete een-een in 'n baan om die aarde te plaas, het buitensporig hoog geraak. Teen 1968 het verskeie privaatmaatskappye reeds die resultate gepubliseer van navorsing oor ruimtevervoerstelsels wat telkens herbruik kon word. duimnael|419x419px|Die pendeltuig Enterprise nadat dit vervaardig is saam met die Star Trek televisie akteurs. Van links na regs: Dr. James C. Fletcher (NASA Administrator), DeForest Kelley (Dr. "Bones" McCoy), George Takei (Mr. Sulu), James Doohan (Hoof Ingenieur Montgomery "Scotty" Scott), Nichelle Nichols (Lt. Uhura), Leonard Nimoy (Mr. Spock), Gene Roddenberry (skepper van die Star Trek konsessie), Demokratiese lid van die Kongres Don Fuqua, en Walter Koenig (Ensign Pavel Chekov). Tot in daardie stadium moes 'n nuwe vuurpyl vir elke lansering van 'n satelliet gebou word. Een dramatiese ontwerp se voorstel was dat 'n 5 km lange spoor teen 'n hoë, steil berg gebou word. 'n Groot ruimteskip, die Hyperion, sou dan teen 1 000 km/h deur 'n vuurpylaangedrewe "slee" van die spoor af gelanseer word.
Die slee sou teruggly op die spoor en Hyperion, toegerus met groot truvuurpyle, sou later terugkeer aarde toe. In 1969 het Nasa 'n aantal groot vliegtuigmaatskappye, soos Rockwell International, Boeing, Lockheed, ensovoorts, genader om navorsing te doen oor 'n herwinbare pendeltuig, en gedurende die volgende paar jaar is 'n hele reeks ontwerpe vir oorweging aan Nasa voorgelê.
Sommige ontwerpe was gebaseer op 'n bemande deltavlerklanseerder wat 'n deltavlerkpendeltuig tot bo in die atmosfeer geskiet en dan teruggekeer het aarde toe. Die grootte van die pendeltuig in 'n ander ontwerp was amper twee keer so groot soos 'n Boeing 747. Teen 1972 was die meeste probleme uitgestryk en kontrakte vir die bou van die pendelstelsel is met Rocketdyne, Rockwell International, Martin Mariette en Thiokol gesluit. Elke vervaardiger was verantwoordelik vir 'n bepaalde aspek van die pendelstelsel. Rockwell International moes die pendeltuig self bou en die hele program integreer.
Struktuur Die uiterlike vorm van die pendeltuig word bepaal deur die feit dat dit sonder die hulp van motore deur die atmosfeer moet terugsweef en land. Om dié rede het Nasa besluit op ʼn deltavlerkpendeltuig waarvan die romp met die vlerk aaneenskakel is, vir die maksimum drakrag. Die grootste deel van die romp bestaan uit die vragruim. Dit is ongeveer 18 m lank en 5 m in deursnee en kan 'n vrag van 28,5 ton in die ruimte dra. Die beheerkajuit en die bemanning se leefruimte is aan die voorkant van die pendeltuig.
Agter die vragruim, in die stertstuk, is die drie hoofmotore en die toevoerpyp waardeur die brandstof uit die eksterne hooftenk gepomp word. Die beheerkajuit het ses vensters aan die voorkant, twee vensters agter met 'n uitsig oor die vragruim en twee aan die bokant. (In die ruimte maak dit nie saak of die pendeltuig "onderstebo" wentel nie.) Die vensters is van drie lae spesiale glas gemaak wat met chemikalieë bestryk is om weerkaatsing te verhinder. Die binneste ruit kaats infrarooi strale terug.
Aan weerskante van die stert is 'n kleiner hulpvuurpyl, elk met 'n brandstoftenk, wat gebruik word om die pendeltuig te maneuvreer en die hoogte te beheer. Aan die buitekant word die pendeltuig deur meer as 30 000 hitte-dissiperende teëls beskerm teen die hoë temperature wat ontstaan wanneer dit weer die atmosfeer binnedring. Gedeeltes soos die neus en die skerp kante van die vlerke bereik temperature van ongeveer 1 500°C. Die swaar hitte-dissiperende materiaal (RCC: Reinforced Carbon Carbon) wat op hierdie gedeeltes gebruik word (ongeveer 0,03 % van die totale area), weeg 35 kg/m2.
Vir die gedeeltes waar die temperatuur tussen 648°C en 1 260 °C is, en tussen 398°C en 648 ˚C, word twee tipes boorglasteëls gebruik, waarvan die dikte wissel tussen 1,4 en 10 cm. Twee derdes van die pendeltuig is hiermee bedek. Die vierde soort teël word oor die res van die pendeltuig gebruik waar die temperatuur selde bo 398°C styg. Die isolasie alleen weeg ongeveer 8 ton, omtrent 10 % van die pendeltuig se massa. Wanneer die pendeltuig deur die atmosfeer terugkeer, gloei die onderkant en die neus rooiwarm as gevolg van die wrywing.
Die hitteteëls (wat tussen 700 en 1 000 dollars elk kos) behoort minstens 100 vlugte te deurstaan. Tydens 'n wentelvlug absorbeer die pendeltuig ook warmte vanweë sonstraling. Hierdie warmte, asook die wat van die bemanningskajuit en die elektriese stelsel afkomstig is, word deur 'n koelvloeistof in pype weggelei na verkoelerpanele in die vragruim se deure. Sodra die pendeltuig sy wentelbaan bereik, word die deur oopgemaak en die oortollige warmte word deur die verkoelerpanele in die ruimte in weggestraal.
Die energie wat nodig is om al die elektriese en elektroniese stelsels binne-in die pendeltuig in werking te hou, word verskaf deur oksidasie-selle. Suurstof en waterstof uit vier tenks (totale kapasiteit 792 kg) verbind met behulp van 'n katalisator in die oksidasie-selle. Elektrisiteit word ontwikkel en water word as 'n byproduk gevorm. (Die proses is die omgekeerde van elektrolise, waar water deur 'n elektriese stroom in suurstof en waterstof geskei word.) Die pendeltuig het drie oksidasie-selle wat deurlopend 7 kW elektrisiteit verskaf.
'n Maksimum van 12 kW is beskikbaar vir kort tydperke. 'n Hidrouliese stelsel beheer die landingsmeganisme, die remstelsels, die hoogte- en rigtingroer, en andere, en maak die vragruim se deure oop. Die krag vir die hidrouliese stelsel word verskaf deur drie onafhanklike hulpkrageenhede (hidrouliese pompe) wat deur hidrasien aangedryf word. Vyf digitale rekenaars is verantwoordelik vir die pendeltuig se vaartbeheer, wat uit 'n komplekse reeks instrumente bestaan.
Die verwerking van al die inligting waarsonder die bemanning en grondbemanning nie kan klaarkom nie, en waarsonder die elektriese en hidrouliese stelsel nutteloos sou wees, word deur die vaartbeheerstelsel gedoen. Daarbenewens beheer dit die pendeltuig se navigasie en kommunikasie en gegewens oor elke aspek van die vlug word voortdurend teruggesein aarde toe. Enigeen van die vyf rekenaars kan die pendeltuig outomaties beheer, maar Nasa wou geen kanse waag nie.
Die rekenaars kontroleer mekaar voortdurend en as een rekenaar van die ander verskil, word dit onmiddellik uitgeskakel. Die pendeltuig, wat omtrent so groot soos 'n DC-9-passasiersvliegtuig is, behoort 100 vlugte te kan onderneem. Wanneer dit volgelaai is, het dit 'n massa van 114 ton.
Aandrywingseenhede Die pendeltuig word deur sy eie drie hoofmotore en deur twee groot aanjaerpyle gelanseer. Die keuse van 'n stumiddel vir die aanjaerpyle het op 'n vaste brandstof geval.
Vuurpyle met 'n vloeibare stumiddel is minder lomp en meer akkuraat, maar die proses om hulle gereed te kry en te hou, is baie meer omslagtig. (Waterstof moet by -253 °C vloeibaar gehou word.) Vastestofstumiddelmotore is altyd gereed vir gebruik, Nasa het dus besluit om die twee aanjaerpyle van vaste brandstof te voorsien. Hulle is 45,5 m lank en 3,7 m in deursnee en dra elk 503,6 ton stumiddel. Tydens lansering verskaf hulle gesamentlik ongeveer 2600 ton stukrag.
Binne twee minute na die lansering is die aanjaers se brandstof uitgebrand en na ontkoppeling val albei met valskerms terug aarde toe. Hulle word herwin en vir die volgende vlug volgemaak. Die aanjaerpyle kan 20 keer herbruik word. Die ander belangrike aandrywingseenheid, die pendeltuig se drie hoofmotore, maak gebruik van 'n vloeibare stumiddel. Die stukrag van elk van die motore is 170 ton by seespieël en 213 ton in die ruimte. Die hoofmotore se brandstof word deur 'n eksterne hooftenk gedra, 'n reuse-silinder met 'n lengte van 46,8 m en 'n deursnee van 8,4 m.
Dit bestaan basies uit twee aluminiumtenks wat 603 ton suurstof (by -183 °C) en 101 ton waterstof (by -253 "C) bevat. Die vol tenk se massa voor lansering is 740 ton, meer as 'n derde van die massa van die hele pendelstelsel. Die koste daarvan bedra 25 % van die hele onderneming en is die enigste deel wat nie herwinbaar is nie. Omtrent agt minute na die lansering, op 'n hoogte van sowat 120 km, ontkoppel die leë hooftenk en dit brand uit in die atmosfeer terwyl dit terugval aarde toe.
Nasa beoog 45 pendelvlugte per jaar met 'n vloot van vyf pendeltuie. Vier-en-vyftig ruimtemanne (gekies uit 11 000 kandidate) is opgelei om die pendeltuie te loods, maar passasiers, so as die kenners wat saamgaan om eksperimentele werk te doen, het geen spesiale ruimteopleiding nodig nie. Elke pendelvlug word deur drie ruimtemanne beheer: 'n bevelvoerder, 'n vlieënier en 'n sendingspesialis. Daarbenewens kan nog vier vragspesialiste saamgaan. Hierdie mense is opgelei om wetenskaplike eksperimente en toetse uit te voer.
Toetsvlugte Op 17 September 1976 was die eerste pendeltuig, OV-101 (orbital vehicle 101), vernoem na die ruimteskip Enterprise in die gewilde Star Trek-televisiereeks, gereed vir die eerste toetse. By Nasa se Dryden-vlugnavorsingsentrum in Kalifornië is die Enterprise met behulp van 'n massiewe oorhoofse kraan bo-op 'n spesiaal-aangepaste Boeing 747-vliegtuig geplaas, Drie stutte, twee agter en 'n verstelbare een voor, het die pendeltuig stewig in posisie gehou.
Om die turbulensie te verminder wat die agterromp van die pendeltuig sou veroorsaak, is sy vuurpylmotore van 'n stroombelynde, keëlvormige omhulsel voorsien. In Februarie 1977 het die toetse begin. Gedurende die eerste vyf toetse is die swaarbelaaide Boeing se stuur- en remstelsels op die aanloopbaan getoets. Daarna het vyf onbemande vlugte gevolg. Op die laaste vlug is 'n snelheid van 763 km/h behaal en 'n hoogte van 9 140 m bereik.