¿Por qué cambió el diseño para el acoplamiento del transbordador espacial?

Este diagrama de 1973 (poco después de la adjudicación del contrato a Rockwell) muestra que el adaptador de acoplamiento externo ya estaba planificado. Sospecho que esas fotos de arte conceptual están jugando rápido y suelto con la realidad.

De Jenkins "Space Shuttle", edición de 1992.

Todos los puertos de acoplamiento requieren una parte en la nave espacial pasiva (en este caso, la estación espacial) y una parte en la nave espacial activa (en este caso, el transbordador). Si tuviera que adivinar, el arte conceptual usó una fotografía de referencia de los transbordadores espaciales, que en ese momento no tenían adaptadores de acoplamiento instalados.

Esta imagen es un poco pequeña, pero puede ver que no hay un puerto de acoplamiento en la nave espacial. Los adaptadores de acoplamiento solo se instalaron para las primeras misiones Shuttle-Mir y luego se usaron en la Estación Espacial Internacional.

Oh, esto es viejo.

Sin embargo, creo que las respuestas necesitan una pequeña adición:

¿Por qué la NASA no elegiría seguir su diseño conceptual al construir la ISS,

Vea a continuación, pero TL; DR: Rusia se unió a bordo y la experiencia de acoplamiento de Mir-Shuttle acabó con el diseño.

y como hubiera funcionado?

Vea abajo. La NASA patentó un concepto de su funcionamiento.

Las dos ilustraciones muestran Space Station Freedom con adaptadores de acoplamiento de concepto muy real, diseñados para acoplar el transbordador espacial con SSF. Este fue el diseño oficial de la NASA durante unos 4 años.

(No son los artistas conceptuales que se van a hacer lo suyo)

Históricamente, anteriormente y todo el tiempo, el transbordador espacial Orbiter tenía diseños y conceptos para acoplarse con estaciones espaciales. Y como se vio anteriormente en otra respuesta, al principio tenían un módulo de acoplamiento en la parte frontal de la bahía de carga útil.

Una variación de esto tenía el túnel de acoplamiento curvándose hacia la esclusa de aire diseñada en la cabina.

Otros conceptos incluyeron el acoplamiento en el cono de morro, sobre el cono de morro, frente a la cabina y sobre la cabina.

Estos funcionaron con la suposición de que la estación espacial tendría y / o un túnel de acoplamiento presurizado telescópico (que se remonta al trabajo de diseño de la década de 1960 para una estación espacial).

También había un túnel inteligente que estaba compuesto por un compartimento acortado similar a un Spacehab al final de un túnel presurizado flexible.

Esto era parte de la estación espacial y la parte similar a Spacehab tenía un adaptador de escotilla que se acoplaba con la esclusa de aire de la cabina Orbiter. El muñón y los pasadores de la quilla de la parte similar a Spacehab lo aseguraron a la bahía de carga útil del Orbiter.

Por lo tanto, muchas ilustraciones mostraban los sistemas de acoplamiento más simples y antiguos: túnel de acoplamiento presurizado telescópico, que se acoplaba con un módulo de acoplamiento Orbiter.

Pero a fines de la década de 1980, un diseño se volvió bastante seguro: se basó en el adaptador de atraque no presurizado ya decidido que iba a ser uno de los primeros componentes básicos de la SSF.

Ese era un marco de celosía que tenía accesorios de agarre para que el Orbiter usara su brazo para atracar con el SSF y la mitad inferior tenía muñones y pasadores de quilla que se alineaban con la sección delantera de la bahía de carga útil de Orbiters.

Para convertirlo en un adaptador de atraque presurizado, se agregó un túnel de atraque con una esclusa de aire/escotilla que se colocó al final dentro del marco del muñón/pasador de quilla. La escotilla de la esclusa de aire de la cabina del Orbiter se modificaría para acoplarse con esta escotilla.

El otro extremo, fijado a la estación espacial, terminaba en un cono, que luego lo tenía inclinado hacia un lado, fuera del eje central del módulo presurizado, acomodando el siguiente sistema a su lado.

Ese lado presentaba entonces un sistema de acoplamiento de estación y vehículo retráctil.

Esto se amplió para encontrarse y unirse al acoplador correspondiente que se adjuntó al lado derecho de la bahía de carga útil del Orbiter.

Una vez conectado y habiendo disipado cualquier movimiento, el sistema extendido se retrajo uniendo la estación y el Orbiter para un acoplamiento duro. En ese momento, el adaptador de la escotilla de acoplamiento habría sido llevado para encontrarse con la escotilla de la esclusa de aire del Orbiter y se unirían, formando un túnel de acoplamiento presurizado a través de la estación espacial.

Esta es la razón dada para no tener el sistema de acoplamiento en la bahía de carga útil:

Dado que el mecanismo debe dimensionarse para permitir el paso de personal y carga, el montaje asociado de gran diámetro y línea central requiere una estructura de soporte considerable y una estructura más pesada de lo que normalmente se desearía desde el punto de vista de las cargas y la dinámica. Además, dado que la estructura de combinación se fija en la bahía de carga útil durante la misión espacial del transbordador, la masa de carga útil neta utilizable y la capacidad de volumen del orbitador están severamente restringidas.

El mecanismo de acoplamiento basado en Orbiter se basa en realidad en el anillo de acoplamiento ASTP/APAS, solo que mucho más pequeño con 4 pétalos en lugar de 3, con dispositivos actuadores atenuadores lineales que atenúan y limitan la carga de impacto a un nivel aceptable o para realinear la nave espacial para el acoplamiento final y interconexión de túneles.

Estos son marcos de Hey! ¿Qué es la libertad de la estación espacial? - 1992 Documental de la NASA

Aquí puede ver que el sistema de acoplamiento de retracción está extendido, listo para recibir y acoplar con el Orbiter.

Tenga en cuenta que el sistema de acoplamiento de la derecha es el adaptador de acoplamiento principal, y el Orbiter se acercaría a la parte trasera.

El sistema de acoplamiento de la izquierda es el adaptador de acoplamiento de respaldo, y el Orbiter se acercaría con la cola hacia arriba y la nariz hacia abajo.

La NASA patentó este adaptador de acoplamiento en 1988 y luego se volvió común en gran parte de su literatura sobre Space Station Freedom.

Obra de arte de la NASA. 1992.

Y este se convirtió en el sistema de acoplamiento oficial entre el Orbiter y la Estación Espacial Freedom que se ve en las ilustraciones de la NASA, generalmente entre 1988 y 1992, cuando se dejó caer repentinamente.

Por cierto, cuando no se está atracando, también se puede usar el atraque, utilizando el brazo SSRMS de Orbiters para agarrar el adaptador de atraque ahora nombrado y llevar el Orbiter a la posición de atraque.

¿Por qué se dejó caer?

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

Estados Unidos optó por comprar hardware de acoplamiento a los rusos. El mecanismo de acoplamiento ruso, el APAS, es un derivado del diseño Apollo/Soyuz al que los rusos habían evolucionado a mediados de la década de 1980.

A fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, la NASA tenía un diseño de mecanismo de acoplamiento , pero a principios de la década de 1990, se decidió que la NASA y los rusos cooperarían para construir la ISS.

Para hacer esto, la NASA comenzó a adquirir hardware ruso y abandonó su trabajo formal de diseño del mecanismo de acoplamiento .

Básicamente, el éxito de la asociación de la misión Mir-Shuttle y la atmósfera política en ese momento hicieron que se abandonara este mecanismo de acoplamiento. En su lugar había un sistema mucho más simple, basado en APAS-89 y la experiencia de usarlo para acoplar Orbiter con Mir.

Cuando se dejó caer el adaptador de atraque/acoplamiento, el PMA apareció en estudios de diseño y obras de arte posteriores:

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