Fui motivado por outra pergunta da SE Aviation, na qual o complexo conjunto de manobras necessárias para pousar o ônibus espacial é descrito para fazer a seguinte pergunta:
O pouso é tratado manualmente ou existe um sistema de pouso automático? Suponho que exista um simulador de alta fidelidade para treinar tudo isso?
Gostaria de saber se esse mecanismo de simulação entrou em algum software de simulador de voo entusiasta?
Como o ônibus espacial desacelera na reentrada, descida e pouso?
Já que são realmente três perguntas, eu as abordarei separadamente.
O ônibus espacial tinha capacidade de autoland, em teoria. Quando o ônibus estava sendo desenvolvido, imaginava-se que os vôos durariam tanto tempo que os pilotos humanos poderiam ficar enferrujados ou que sua capacidade de funcionar sob gravidade seria prejudicada devido à atrofia muscular causada por um período prolongado em microgravidade.
Infelizmente, testar a faixa automática no ônibus espacial foi um pouco arriscado. Se algo der errado, o ônibus não tem capacidade de desengatar e girar, e pode ser tarde demais para um piloto humano intervir e ainda fazer um pouso seguro.
Eles tentaram avaliar uma implementação incompleta da marca automática no STS-3, onde a programação, a abordagem final (inclinação externa da planagem) e as manobras preflare seriam executadas pelo piloto automático, quando o comandante assumiria o controle e concluiria o pouso.
O resultado foi um dos piores desembarques na história do programa. O piloto automático não conseguiu manter uma velocidade no ar estabilizada, primeiro fechando o freio de velocidade completamente, depois abrindo-o novamente até que a velocidade do ar estivesse baixa e depois fechando novamente aos pés 4000, o que fez com que o orbitador fosse rápido demais quando o comandante Jack Lousma assumiu o comando. Ele realmente não teve tempo suficiente para sentir a aeronave ou fazer correções, por isso bateu forte e rápido.
Posteriormente, decidiu-se interromper os testes do sistema de autoland, embora a implementação tenha sido concluída.
Development of an automatic approach and landing system was terminated indefinitely due to the inability to implement an FAA [Federal Aviation Administration]-like powered aircraft certification program for an unpowered glider like the Space Shuttle. That is, an automatic system cannot be reasonably certified for an aircraft without a go-around capability in the event of an autoland system failure, because the only recourse in the Shuttle is to land rather than to execute a wave-off maneuver as in a powered aircraft. The practice of having to salvage a good landing out of a poor approach is not professionally accepted airmanship.
Further, the STS-3 experience was classified as a “late-takeover” action in which a failure of the autoland system in even closer proximity to touchdown could result in an upset too late in the landing phase to be reasonably recoverable. "Monitoring" the approach versus actually "controlling" it induces a time lapse in the mental-to-physical control conversion process which increases in criticality for manual takeover as the aircraft approaches touchdown. An automatic failure on the IGS, with no recourse for a wave-off, would be unsafe compared to a totally manual- controlled approach.
A citação é de Projeto de História Oral do Centro Espacial Johnson da NASA onde Jack Lousma fornece uma ótima descrição do voo e aterrissar um pouco menos da metade da página.
O Relatório do Conselho de Investigação de Acidentes da Columbia recomendou testar o sistema de autoland, mas, pelo que sei, nunca foi.
Só para esclarecer, o piloto automático foi usado na maior parte da reentrada em todos os voos, mas acredito que sua pergunta foi especificamente sobre as etapas finais do voo e do pouso.
Portanto, o ônibus foi pilotado manualmente para aterrissagem (um sistema fly-by-wire, por isso é discutível que não exista um modo manual verdadeiro), e isso significa que os pilotos precisam ser treinados.
Eles foram treinados em vários simuladores diferentes. Houve VELA (Shuttle Avionics Integration Lab), onde fizeram testes integrados e de software sérios.
Havia também simuladores fixos e baseados em movimento em Houston. Estes foram coletivamente referidos como o SMS (Shuttle Mission Simulator). Eles foram usados para treinamento em todas as fases dos vôos, e não apenas no pouso. Eles foram particularmente úteis para simular contingências, como um cancelamento de RTLS (retorno ao local de lançamento). É semelhante à forma como os simuladores são usados na indústria da aviação para treinar em cenários que seriam perigosos demais para serem treinados em uma aeronave real.
O SMS de base de movimento. Image Source
Para condições nominais, o melhor simulador de pouso do ônibus espacial era na verdade outra aeronave conhecida como STA (aeronave de treinamento). Este era um Gulfstream II modificado, que voava com o trem de pouso principal abaixado e os reversores de empuxo engatados para simular o alto perfil de arrasto do orbitador. O lado esquerdo do cockpit STA foi construído para imitar o layout do ônibus, incluindo a exibição do heads-up.
Imagens da página da Wikipedia da STA
O STA foi usado para pilotos de ônibus de treinamento e para avaliar as condições meteorológicas nos locais de pouso nos dias de lançamento e pouso.
Por fim, havia também um simulador em órbita que os pilotos usariam para praticar um ou dois dias antes do pouso. Era basicamente um laptop com software especial de simulador de vôo.
A resposta depende exatamente do que você está perguntando. O software real usado em computadores shuttle (escrito em HAL / S) é ITAR restrito, portanto, não está disponível ao público. Infelizmente, mesmo o simulador em órbita nunca foi lançado, que eu saiba.
No entanto, existem vários simuladores que permitem voar parte ou toda a reentrada e aterrissagem em diferentes graus de realismo.
Curiosamente, o simulador baseado em movimento do SMS foi doado ao departamento de engenharia aeroespacial do Texas A&M, e foi discutido tornar o simulador pelo menos parcialmente disponível ao público. Infelizmente, acho que eles ficaram sem dinheiro para realmente montar e administrar a coisa, então está efetivamente apenas sentado em caixas em uma sala em algum lugar. Eles TEM um facebook página, mas já faz muito tempo que não vejo progresso.
Tanto o controle manual quanto o computador foram possíveis em todas as fases, mas a reentrada foi feita por computador (com controle manual disponível como contingência e testado uma vez no STS-2), enquanto a abordagem quase sempre foi feita manualmente. Nenhum desembarque foi feito por computador. STS-3 usou o piloto automático (com alguns problemas) na descida.
STS-53 deveria ter autoland testado, mas o teste foi cancelado.
Após a Columbia, foram feitas mais modificações para que, com a instalação de um cabo para conectar certos sistemas, o ônibus pudesse executar a reentrada, descida e aterrissagem sem pilotos. Isso permitiu o controle remoto das operações que, de outra forma, exigiriam que os interruptores fossem acionados no convés de vôo.
Após a queima da reentrada, a maior parte da reentrada e descida atmosférica foi tratada automaticamente. (Exceção: STS-2 voou manualmente durante grande parte da descida para coletar dados adicionais sobre o comportamento de reentrada em várias condições.)
Quanto ao pouso, os comandantes das naves foram encorajados a assumir o comando no final, depois que a velocidade caiu abaixo de Mach 1, para obter a "sensação" e pousar manualmente.
Ouvi dizer que todo o desembarque poderia ser executada automaticamente, exceto pelo abaixamento do trem de pouso. Por alguma razão, isso sempre esteve sob controle da tripulação. (Não consigo encontrar uma referência para isso.)
Para simuladores, presumo que um simulador de solo estivesse disponível. No entanto, a tripulação também praticou em Gulf Stream modificado aeronaves que poderiam ser configuradas para voar com uma abordagem semelhante ao ônibus espacial real.