¿Por qué se colocaron los motores principales del transbordador espacial en el orbitador?

La respuesta rápida, para que pudieran recuperar los motores, ya se proporcionó, pero me gustaría ofrecer más contexto histórico para esa decisión de diseño.

Tenga en cuenta que el transbordador, tal como se concibió originalmente, no siempre arrastró motores inútiles al espacio. De hecho, muchas de las propuestas originales se desarrollaron para ser totalmente reutilizables, lo que significaba que no había ET prescindible y los motores permanecían conectados a sus tanques de combustible todo el tiempo.

Algunas de las primeras propuestas de transporte.

Sin embargo, hay un problema fundamental aquí. La eficiencia de hydrolox (esto es cuando quemas HYDRO gen con L iquid OX ygen) en la etapa orbital era prácticamente necesaria si querías tener una carga útil significativa (léase: satélites militares) en un orbitador reutilizable. Sin embargo, la baja densidad del hidrógeno significaba que el volumen de tanques requerido sería muy grande. Eso por sí solo no es un problema, excepto que tienes que proteger todo ese tanque durante el reingreso .

El costo total del sistema de protección térmica se incrementó rápidamente para obtener un transbordador completamente reutilizable. Había dos formas de evitar esto: construir un refuerzo más grande o no intentar reutilizar su tanque. Rápidamente, los diseñadores se dieron cuenta del hecho de que esta segunda ruta era la más asequible...

Para ambas compañías, el punto de partida estaba en configuraciones parcialmente reutilizables que llevarían su propulsor en tanques desechables. Esto ofreció una ruta para reducir el costo de desarrollo porque el orbitador podría reducir su tamaño al llevar su propulsor al exterior . Los tanques podrían tomar la forma de simples carcasas de aluminio, mientras que el orbitador tendría mucho menos volumen para encerrar dentro de sus estructuras calientes y mucho menos área de superficie para proteger térmicamente. [...] ¿Por qué este enfoque era tan prometedor? El hidrógeno líquido es voluminoso y tiene solo un catorceavo de la densidad del agua. Por lo tanto, aunque representa solo alrededor de una séptima parte de la carga propulsora de un transbordador por peso , siendo seis séptimas partes oxígeno líquido, el hidrógeno líquido representa casi las tres cuartas partes del volumen.. Al ser de baja densidad y, por lo tanto, de peso ligero, este combustible podría transportarse en tanques externos de peso ligero similar. Al ser voluminoso, su eliminación supondría una reducción bienvenida en el tamaño y la superficie del vehículo.

Los ahorros en costos de desarrollo de esta ruta fueron impulsados ​​agresivamente por Northrup Grumman...

El uso de tanques externos redujo el peso seco o sin combustible del transbordador completo de dos etapas en casi un tercio , de 1,02 millones de libras a 692 000 libras. En palabras del informe, este ahorro de peso "significa estructura que eliminamos del diseño, no proporcionamos herramientas, ni construimos, mantenemos, renovamos ni pagamos". [...] El nivel máximo de financiación, $ 1,85 mil millones, estaba muy lejos del requisito de la OMB de $ 1 mil millones. Sin embargo, estuvo 350 millones de dólares más cerca de este objetivo que el diseño totalmente reutilizable. Además, en un brillante ejemplo de tener el pastel y comérselo, Grumman propuso que el tanque no desechable [341] en realidad reduciría el costo por vuelo . Los tanques en sí costarían$ 740.000 por vuelo. Otros ahorros, sin embargo, compensarían con creces esto, y el mayor de ellos se derivaría de un recorte sustancial en la cantidad de propulsores para un vuelo y de la eliminación de la necesidad de restaurar la protección térmica del propulsor ahora más simple.

Eventualmente, la gente comenzó a pensar en mover el LOX a tanques externos también...

El siguiente paso fue alargar este único tanque externo para permitirle transportar también oxígeno líquido . Esto reduciría el tamaño del orbitador al mínimo. El tanque, unido al vientre del orbitador, requeriría un refuerzo estructural, ya que su reserva de oxígeno líquido sería bastante pesada. Con todo el propulsor retirado del orbitador, ese vehículo podría lograr un diseño estándar, independiente del tanque. El tanque podría crecer hasta un tamaño particularmente grande, lo que reduciría aún más la velocidad de puesta en escena del propulsor. A su vez, esta menor velocidad de puesta en escena reduciría aún más el tamaño del impulsor, reduciendo nuevamente el costo del programa Shuttle .

Después de toda esta iteración, el transbordador que conocemos fue prácticamente diseñado.

El nuevo transbordador, sin impulsores.

Fuente (y muy, muy buena lectura): https://history.nasa.gov/SP-4221/contents.htm

Todo énfasis mío.

Para que los motores reutilizables pudieran ser reutilizados.

Si estuvieran montados en el tanque externo desechable, se habrían desechado en cada misión.