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スペースシャトルの緊急脱出モードは、 NASAスペースシャトルの通常の打ち上げを中止するための手順でした。パッドアボートは、シャトルのメインエンジン点火後、離陸前に発生しました。上昇中にオービターが滑走路に戻るか、計画よりも低い軌道に戻るようなアボートは「無傷アボート」と呼ばれ、オービターが滑走路に到達できない場合、または複数のメインエンジンが故障した場合のアボートは「緊急アボート」と呼ばれました。オービターが滑走路に着陸できない場合でも、乗員の脱出は可能な場合がありました。
3基のスペースシャトル主エンジン（SSME）は、打ち上げの約6.6秒前に点火され、コンピューターが推力の増加に伴う性能を監視しました。異常が検出された場合、エンジンは自動的に停止され、 T = 0秒での固体ロケットブースター（SRB）の点火前にカウントダウンが終了しました。これは「冗長セット打ち上げシーケンサー（RSLS）アボート」と呼ばれ、STS-41-D、STS-51-F、STS-55、STS-51、STS-68の5回発生しました。[ 1 ]
シャトルの固体ロケットブースター（SRB）が点火されると、機体は離陸に向けて準備が整いました。SRB点火後に中止を必要とする事象が発生した場合、打ち上げから約2分後、SRBの燃焼と分離が完了するまで中止を開始することはできませんでした。上昇中は、無傷中止と緊急中止の2つのカテゴリに分けられた5つの中止モードが利用可能でした。[ 2 ] 中止モードの選択は、状況の緊急度と到達可能な緊急着陸地点によって決まりました。
緊急脱出モードは、想定される様々な問題を網羅していたが、最も想定される問題はメインエンジンの故障であり、これにより機体は計画軌道に到達するのに十分な推力を得られなくなる。エンジンに関係しないものの、緊急脱出を必要とするその他の故障としては、複数の補助動力装置（APU）の故障、油圧系統の段階的な故障、キャビンからの漏洩、外部燃料タンクからの漏洩などが挙げられる。
スペースシャトルには、4種類の完全脱出モードがあった。完全脱出モードは、オービターを計画された着陸地点、またはミッションで計画されていた軌道よりも低い軌道に安全に帰還させるために設計された。
発射地点への帰還（RTLS）は、利用可能な最初の緊急脱出モードで、固体ロケットブースター（SRB）の切り離し直後に選択できました。シャトルは、余剰推進剤を燃焼させるために射程を進み続け、メインエンジンの故障による緊急脱出時には、機首を上げて垂直速度を維持します。十分な推進剤を燃焼させた後、機体は完全に回転して発射地点に向かって推力を発生させ始めます。この操作は「動力付きピッチアラウンド」（PPA）と呼ばれ、シャトルの軌道がケネディ宇宙センターに戻るまでに外部燃料タンクに残る推進剤が2%未満になるようにタイミングが調整されました。さらに、シャトルの軌道修正システム（ OMS）と姿勢制御システム（RCS）のモーターは、着陸重量を減らし、オービターの重心を調整するために、余剰のOMS推進剤を燃焼させるために継続的に推力を発生させます。
メインエンジン停止直前、オービターは機首を下げて機体側面に傾けるよう指示される。これは、空力的な力によって燃料タンクがオービターに衝突するのを防ぐため、外部燃料タンクの適切な投棄姿勢を確保するためである。メインエンジンが停止すると、オービターはRCS（レーダー断面積）を利用して分離距離を広げ、燃料タンクを投棄する。
切り離しと分離は、高度約230,000フィート（70,000メートル）の上層大気内で効果的に行われる。 この高度は、外部燃料タンクが過度の空力応力や加熱を受けるのを避けるのに十分な高さである。切り離し速度は着陸地点までの残りの飛行距離によって決まり、切り離し時のオービターの距離に応じて増加する。いずれにせよ、オービターはこのような高高度ではゆっくりと滑空するには速度が遅すぎるため、急速に降下を開始する。オービターがより濃い空気層に到達したら、一連の素早い操縦によって機首を上げて水平飛行に戻すと同時に、機体の構造限界を超えないようにする（運用荷重限界は2.5gに設定されており 、4.4gで OMSポッドがオービターから引きちぎられると予想されていた）。
この段階が完了すると、オービターは着陸地点から約150海里（300km ）の地点で安定した滑空状態になり、離陸から約25分後に通常の着陸を行う予定である。[ 3 ]
PPA中に2番目のメインエンジンが故障した場合、シャトルはKSCの滑走路に到達できず、乗員は脱出しなければならない。PPA中に3番目のエンジンが故障すると、制御不能となり、乗員と機体の喪失（LOCV）につながる。水平速度がゼロに近づいたとき、または外部燃料タンクの投棄直前に3つのエンジンすべてが故障した場合も、LOCVとなる。[ 4 ]
カプセルの通信装置は、離陸から約4分後、RTLS（地上位置情報取得）が不可能となる上昇段階の地点を「ネガティブリターン」とアナウンスする。この時点で、機体は射程距離内の自機位置から発射地点までの距離で得た速度を安全に減速することができなくなる。
RTLSアボートモードは、スペースシャトル計画の歴史上、一度も必要とされなかった。最も困難で危険なアボートと考えられていたが、生存可能な故障の範囲が非常に狭く、しかも時間的制約が厳しいため、より時間のかかるアボートモードが除外されるという点で、発生する可能性が最も低いものの一つでもあった。宇宙飛行士のマイク・ムレーンはRTLSアボートを「不自然な物理現象」と呼び、多くのパイロット宇宙飛行士は、その難しさから、そのようなアボートを実行する必要がないことを願っていた。[ 5 ]
大西洋横断緊急着陸（TAL）は、離陸後約25～30分後に、アフリカ、西ヨーロッパ、または大西洋（アゾレス諸島のラジェス飛行場）の所定の場所に着陸することであった。 [ 6 ]これは、速度、高度、および射程距離により、発射地点への帰還（RTLS）で発射地点に戻ることができない場合に使用されることになっていた。また、時間的制約の少ない故障で、より迅速だがより危険なRTLSによる緊急着陸が必要ない場合にも使用されることになっていた。
エンジン故障などの性能上の問題の場合、TAL中止は、おおよそT+2:30（離陸後2 分30 秒）から約T+5:00（離陸後5分）の間に宣言され、その後中止モードはAbort Once Around（AOA）に変わり、続いてAbort To Orbit（ATO）になりました。ただし、時間的に重要な故障、またはキャビン漏れや冷却故障など乗員の安全を危険にさらす故障の場合は、TALはメインエンジン停止（MECO）の直前まで、または深刻な速度低下状態の場合はMECO後でも呼び出される可能性がありました。その後、シャトルは事前に指定された大西洋横断滑走路に着陸しました。最後の4つのTALサイトは、フランスのイストル空軍基地、スペインのサラゴサとモロンの空軍基地、イギリスのRAFフェアフォードでした。シャトルの打ち上げ前に、飛行計画に基づいて2つのサイトが選択され、使用される場合に備えて待機要員が配置されました。 TALサイトのリストは地政学的要因により時間とともに変化した。正確なサイトは軌道傾斜角に応じて打ち上げごとに決定された。[ 6 ]
TALサイトの準備には4〜5日かかり、打ち上げの1週間前から始まり、NASA、国防総省、請負業者の人員の大部分は打ち上げの48時間前に到着した。さらに、隣接するパトリック宇宙軍基地（当時はパトリック空軍基地として知られていた）の宇宙飛行支援事務所から2機のC-130航空機が、8人の乗組員、9人のパラレスキュー隊員、2人のフライトサージョン、看護師と医療技術者、および2,500ポンド（1,100 kg）の医療機器をサラゴサ、イストレ、またはその両方に輸送した。また、1機以上のC-21SまたはC-12S航空機が、シャトルのパイロットと司令官との通信のためにTALCOMまたは宇宙飛行管制官を乗せた状態で、打ち上げ中止の場合に備えて気象偵察を行うために配備された。[ 6 ]
この緊急脱出モードは、スペースシャトル計画の全歴史を通して一度も使用されなかった。
シャトルが安定した軌道に到達できず、地球を一周して打ち上げから約 90 分後に着陸するのに十分な速度がある場合、一周アボート (AOA) が利用可能でした。打ち上げから約 5 分後、シャトルは地球を一周するのに十分な速度と高度に達します。[ 7 ]その後、オービターは再突入に進みます。NASA は、オービターをエドワーズ空軍基地、ホワイト サンズ宇宙港、またはケネディ宇宙センターに着陸させることを選択できます。[ 7 ] AOA アボートを使用できる時間枠は非常に短く、TAL と ATO アボートの機会の間にはわずか数秒しかありませんでした。したがって、技術的な不具合 (エンジンの故障など) のためにこのオプションを使用することは非常にまれでしたが、機内での医療上の緊急事態により AOA アボートが必要になる可能性がありました。
この緊急停止モードは、スペースシャトル計画の全歴史を通して一度も必要とされなかった。
意図した軌道に到達できない場合でも、地球表面から120 マイル (190 km)以上のより低い安定軌道に到達できる場合は、軌道離脱 (ATO) が可能でした。 [ 7 ] ATO が可能になった瞬間は、「ATO ボタンを押す」瞬間と呼ばれていました。ATO の状況では、宇宙船の司令官はコックピットの離脱モードスイッチを ATO の位置に回し、離脱ボタンを押しました。これにより、離脱を処理する飛行制御ソフトウェアルーチンが開始されました。通信が途絶した場合、宇宙船の司令官は離脱の決定を下し、独自に行動を起こすことができました。
これは1985年のSTS-51-Fミッション中にチャレンジャー号がチャレンジャーの中央エンジンは、打ち上げから5分46秒後に故障した。[ 7 ]ジョンソン宇宙センターのミッションコントロールセンターはSSMEの故障を観測し、「チャレンジャー、ヒューストン、ATO中止」と呼びかけた。エンジンの故障は、後に温度センサーの不具合による意図しないエンジン停止であることが判明した。[ 7 ]機体の計画軌道に近い軌道が確立され、より低い軌道への中止にもかかわらずミッションは継続された。[ 7 ] [ 8 ]
1999年のSTS-93ミッション中にSSME （二次主エンジン）の1基で水素燃料漏れが発生し、メインエンジン停止時（MECO）にわずかな減速が生じましたが、ATO（緊急停止命令）は必要なく、コロンビア号は予定軌道に到達しました。もし漏れがもっと深刻だったら、より早期の緊急停止オプションのいずれかが必要になっていたかもしれません。
中止モードには優先順位があった。
米国の他のすべての軌道飛行可能な有人宇宙船（2024年時点の過去および将来のものを含む）とは異なり、スペースシャトルは宇宙飛行士なしで飛行したことは一度もありませんでした。段階的な非軌道テストを提供するために、NASAは最初のミッションをRTLS中止にすることを検討しました。しかし、STS-1のコマンダーであるジョン・ヤングは、「ロシアンルーレットはやめよう」[ 9 ]、「RTLSを成功させるには、神の行為が散りばめられた奇跡が継続的に必要だ」[ 10 ]と言って拒否しました。
緊急脱出は、複数のSSMEの故障を伴うもので、通常、オービターは滑走路に到達できなくなる。[ 11 ]これらの脱出は、乗組員が脱出するのに十分な時間、オービターが生存することを保証することを目的とした。2基のエンジンが失われた場合、残りのエンジンを使用してオービターの軌道を最適化し、再突入中に構造上の限界を超えないようにすることで、通常は生存可能であった。3基のエンジンが失われた場合でも、脱出が可能になる前にオービターが故障する特定の「ブラックゾーン」以外では生存可能であった。[ 4 ]これらの緊急脱出は、チャレンジャー号の破壊後に追加された。
STS-51-Lミッション中のチャレンジャー号事故以前は、複数のSSMEが故障した場合の上昇中止オプションは非常に限られていました。単一のSSMEの故障は上昇中ずっと生存可能でしたが、約350秒前（オービターが1基のエンジンだけでTALサイトに到達するのに十分なダウンレンジ速度を得る時点）に2基目のSSMEが故障すると、脱出オプションが存在しないためLOCV（エンジン停止）を意味しました。研究によると、海上着水は生存不可能でした。さらに、RTLS中止中に2基目のSSMEが失われた場合、MECO直前の期間（オービターは残りのエンジンの燃焼時間を延長することでKSCに到達できる）を除いてLOCVが発生し、RTLS中止中のどの時点でも3基のSSMEが故障した場合も同様でした。
STS-51-Lでのチャレンジャー号の喪失後、多数の緊急脱出機能の強化が加えられた。これらの強化により、2基のSSMEが失われても、上昇全体を通して乗組員は生存可能となり、機体は上昇の大部分で生存して着陸できるようになった。オービターを外部燃料タンクに取り付ける支柱は、SRB飛行中の複数のSSME故障に耐えられるように強化された。3基のSSMEが失われても、上昇の大部分で乗組員は生存 可能であったが、T+90秒前に3基のSSMEが故障した場合、前方のオービター/ETおよびSRB/ETの取り付けポイントで設計荷重を超えるため生存は困難であり、また、ステージング中の制御性の問題から、SRB飛行中のどの時点でも依然として問題があった。[ 4 ]
特に重要な改良点は、脱出機能でした。戦闘機の射出座席とは異なり、スペースシャトルには飛行中の乗員脱出システム[ 12 ]（ICES）がありました。機体は自動操縦で安定した滑空状態になり、ハッチが吹き飛ばされ、乗員はポールを使って滑り出し、オービターの左翼から離れました。その後、パラシュートで地上または海に着水しました。当初はまれな状況でのみ使用できると思われていましたが、緊急着陸地点に到達できないものの、機体が無傷で制御可能な故障モードは数多くありました。チャレンジャー号の事故以前に、STS-51-Fで、T+345秒頃にSSMEが1基故障した際に、まさにこのような事態が発生しました。 この場合もオービターはチャレンジャー号でした。2基目のSSMEは、誤った温度読み取りのために故障しそうになりましたが、機転の利いたフライトコントローラーによってエンジンの停止は阻止されました。 2基目のSSMEが 1基目の故障から約69秒以内に故障していたら、大西洋を横断するのに十分なエネルギーは残っていなかっただろう。脱出手段がなければ、乗組員全員が死亡していたはずだ。チャレンジャー号の事故後、こうした故障でも生存可能な対策が講じられた。高高度からの脱出を容易にするため、乗組員は上昇時と下降時に、打ち上げ時用スーツ、後に先進型乗員脱出スーツを着用するようになった。チャレンジャー号の事故以前は、運用任務の乗組員は布製の飛行服しか着用していなかった。
チャレンジャー号事故後のもう一つの改良点は、東海岸/バミューダ諸島への緊急着陸（ECAL/BDA）の追加でした。高傾斜軌道での打ち上げ（すべてのISSミッションを含む）は、特定の条件下で北米東海岸の緊急滑走路に到達することができました。低傾斜軌道での打ち上げのほとんどはバミューダ諸島に着陸することになっていました（ただし、最も低傾斜軌道での打ち上げ、つまり軌道傾斜角が28.5°の打ち上げは、KSCから真東に打ち上げられ、バミューダ諸島のはるか南を通過するため、このオプションは利用できませんでした）。
ECAL/BDA 中止は RTLS と似ていましたが、ケネディ宇宙センターに着陸する代わりに、オービターは北米東海岸沿いの別の場所 (ECAL の場合) またはバミューダ諸島 (BDA の場合) に着陸を試みました。ECAL の着陸候補地は、サウスカロライナ州からカナダのニューファンドランド島まで広がっていました。バミューダ諸島の指定着陸地は、バミューダ海軍航空基地(アメリカ海軍の施設) でした。ECAL/BDA は、着陸地の選択とオービターの到着準備にかけられる時間が非常に少ないため、無傷での中止よりも望ましくない緊急中止でした。事前に指定された場所はすべて軍用飛行場か軍民共用施設でした。ECAL の緊急着陸地は、RTLS や TAL 中止のために準備された場所ほどオービターの着陸に対応できる設備が整っていませんでした。[ 13 ]これらの施設にはNASAの職員や契約社員は配置されておらず、そこで働く職員はシャトルの着陸に対応するための特別な訓練を受けていませんでした。もし必要になった場合、シャトルのパイロットは、エンジンが完全に故障した滑空機を着陸させるのと同様の手順を使用する通常の航空管制官に頼らざるを得ませんでした。
その他にも数多くの緊急停止機能の改良が加えられ、主に様々な緊急停止シナリオにおける機体エネルギー管理のためのソフトウェアの改善が行われた。これにより、様々なSSME故障シナリオにおいて、緊急滑走路に到達できる可能性が高まった。
射出脱出システム（「打ち上げ脱出システム」とも呼ばれる）は、スペースシャトル向けに何度も議論されてきた。チャレンジャー号とコロンビア号の事故後、これに対する関心が高まった。米国の有人宇宙船は、2026年5月現在、過去および将来のすべてに打ち上げ脱出システムを備えている。 いずれもアメリカの有人飛行には使用されたことがない。
最初の2機のスペースシャトル、エンタープライズとコロンビアには射出座席が備え付けられていました。これらの2機はスペースシャトル試験プログラムの一部となることを意図しており、2人のテストパイロットまたは宇宙飛行士の乗組員で飛行する予定でした。後続のスペースシャトル、チャレンジャー、ディスカバリー、アトランティス、エンデバーは、下層デッキの座席を含め、2人以上の乗組員による運用ミッション用に製造され、射出座席のオプションは実現不可能とみなされました。最初の2機のスペースシャトルで使用されたタイプは、ロッキードSR-71座席の改良版でした。エンタープライズが行った接近および着陸試験では、これが脱出オプションとして使用され、コロンビアの最初の4回の飛行でも、乗組員の緊急脱出オプションとして使用されました。[ 14 ] STS-5はコロンビアの試験飛行プログラムの終了を告げるものであり、4人の乗組員による運用ミッションであったため、2つのコックピット射出座席のロケットモーターは飛行のために取り外されました。 コロンビアの次の飛行（STS-9）も同様に、座席がこのように無効化された状態で飛行しました。コロンビア号が再び飛行した時（ STS-61-C 、1986年1月12日打ち上げ）、パームデールで全面的な整備を受け、射出座席（および爆発ハッチ）は完全に撤去されていた。射出座席は、いくつかの理由からスペースシャトル向けにはそれ以上開発されなかった。
…実際、固体燃料が残っている状態でそれらを使わなければならなかったとしたら、生き残れるとは思えません。もし飛び出して固体燃料の後ろにある火の跡を通り抜けて降下したとしたら、生き残れたかどうかは疑問です。もし生き残ったとしても、パラシュートは燃え尽きてしまっていたでしょう。しかし、固体燃料が燃え尽きる頃には、パラシュートを使うには高度が高すぎます。…ですから、個人的には、本当に緊急事態に遭遇した場合、射出座席が役に立つとは思えませんでした。[ 15 ]
ソ連のスペースシャトル「ブラン」には、乗員緊急脱出システムが搭載される予定で、これにはK-36RB（K-36M-11F35）座席と、高度30,000メートル（98,000フィート）およびマッハ3までの速度に対応するストリジ全圧スーツが含まれる予定だった。[ 16 ]ブランは乗員なしで完全自動モードで一度だけ飛行したため、座席は実際に設置されることも、実際の有人宇宙飛行でテストされることもなかった。
射出座席の代替手段として、乗員が保護カプセルに搭乗して脱出する脱出用乗員カプセル式脱出システム、あるいはキャビン全体が射出される脱出システムがあった。こうしたシステムは、いくつかの軍用機で採用されている。B -58ハスラーとXB-70ヴァルキリーはカプセル式射出を採用し、ジェネラル・ダイナミクスF-111とロックウェルB-1ランサーの初期試作機はキャビン式射出を採用していた。
射出座席と同様に、スペースシャトルのカプセル射出も困難だっただろう。なぜなら、容易に機体から脱出する方法がなかったからだ。数名の乗組員は、頑丈な機体構造に囲まれたミッドデッキに座っていた。
キャビン射出は、射出座席よりもはるかに広い飛行領域で有効であり、乗員は温度、突風、酸素不足、真空状態から保護される。理論的には、射出キャビンは再突入に耐えられるように設計することも可能だったが、そのためには追加のコスト、重量、複雑さが伴う。キャビン射出が追求されなかった理由はいくつかある。
出典: [ 18 ]
軌道船の事前に決定された緊急着陸地点は、ミッションプロファイル、天候、地域の政治情勢に応じて、ミッションごとに選択されました。シャトル計画中の緊急着陸地点には、次のものがありました。[ 19 ] [ 20 ]
オービターは、緊急着陸地点としても指定されているエドワーズ空軍基地、ケネディ宇宙センター、ホワイトサンズ宇宙港の3か所に着陸したことがある。ただし、これら3か所への着陸はいずれも緊急着陸ではなかった。これらの地点は以下に太字で示されている。
アルジェリア
オーストラリア
バハマ
バルバドス
カナダ[ 25 ]
カーボベルデ
チリ
フランス
ガンビア
ドイツ
ギリシャ
アイスランド
アイルランド
ジャマイカ
リベリア
モロッコ
ニュージーランド
ポルトガル
サウジアラビア
スペイン
ソマリア
南アフリカ
スウェーデン
七面鳥
イギリス
イギリス海外領土
アメリカ合衆国
コンゴ民主共和国
その他の場所
緊急離脱によってオービターが指定された緊急着陸地点の範囲外の地域に着陸する場合、オービターは理論上、少なくとも3km （9,800フィート）の長さの舗装滑走路であればどこにでも着陸可能であり、これには大部分の大規模商業空港が含まれる。実際には、安全保障上の配慮と民間航空交通への影響を最小限に抑えるため、米国または同盟国の軍用飛行場が優先された。