Romfergen Solid Rocket Booster

Solid Rocket Booster , i akronym SRB , er raketten som ga 83 % av skyvekraften til romfergen under startfasen. Det er for tiden den største og kraftigste raketten med fast drivmiddel noensinne, og den kraftigste rakettthrusteren (både fast og flytende ) i verden. Hver SRB produserer omtrent 1,8 ganger skyvekraften til F-1- thrusteren som ble brukt i Saturn V -raketten .

Struktur

De to SRB-ene er gjenbrukbare og gir hovedkraften til Shuttle, og løsner fra sistnevnte i en høyde på 45,7 km. De bærer også hele vekten av den eksterne tanken og Orbiteren og overfører vekten av lasten gjennom strukturen til den mobile utskytningsplattformen . Hver barnesikring i rommet har et løft av14,67  MN . En beholder er 45,5 m lang og har en diameter på 3,7 m med en utskytningsvekt på 570 tonn, som er 30 % av den totale startmassen. Drivstoffvekten til hver barnesikring er 499 t og egenvekten er omtrent 87 t. Syttifem sekunder etter separasjon fra Skyttelen, når SRB-ene apogee i en høyde på omtrent 67 km, og går tilbake til bakken bremset av en fallskjerm. De påvirker havet omtrent 226 km unna og blir senere gjenfunnet.

Hovedelementene som utgjør denne raketten er propellen (skall, drivstoff, tenningssystem, dyse), strukturen, separasjonssystemet, instrumentene for operasjoner for flyging, flyelektronikken, de pyrotekniske ladningene, retardasjonssystemet. , skyvekraften. vektorkontrollsystem og sikkerhetsdestruksjonssystemet.

Hver rakett er koblet til den eksterne tanken i høyden av akterkonstruksjonen via to sidestøtter og en diagonal forbindelse. På utskytningsplattformen er hver rakett også koblet til den mobile utskytningsplattformen i fremre ytterkant med fire eksplosive kroker som løsnes ved start.

En SRB består av syv individuelt produserte stålsegmenter, satt sammen i par av byggherren og sendt til Kennedy Space Center via et tog for sluttmontering. Segmentene er koblet sammen via en lukket sirkulær støtte med tre O-ringer (to ble brukt før Challenger-ulykken ) og en spesiell varmebestandig mastikk.

Komponenter

Hver Solid Rocket Booster har fire hold-down-poster satt inn i tilsvarende stolper på den mobile utskytningsrampen. Kroker holder plattformen og rakettene sammen og har muttere i hver ende. En av dem inneholder en detonator som aktiveres når rakettene avfyres. Hvis det er en funksjonsfeil som hindrer stolpene i å bli frigjort, er rakettenes skyvekraft fortsatt tilstrekkelig til å bryte dem, og frigjøre kjøretøyet fra plattformen.

Tenningskommandoen sendes fra orbiterens datamaskiner gjennom Master Event Controllers til de pyrotekniske initiatorkontrollerne på den mobile plattformen som aktiverer eksplosivene.

Elektrisitetsdistribusjon

Fordelingen av elektrisk energi til RBS skjer gjennom en forbindelse (i likestrøm ) med systemene til orbiteren. Hver SRB har tre busser kalt A , B og C , samt de tre bussene på orbiteren. Hver buss leverer energi til korrespondenten, med redundansmekanismer for å garantere tilførsel av energi til boosterne selv om en av orbiterbussene svikter.

Den nominelle driftsspenningen er28 ± 4V . _ 

Hydrauliske enheter

Det er to uavhengige Hydraulic Power Units (HPUer ), som hver består av en hjelpekraftenhet, en påfyllingsmodul, en hydraulisk pumpe, en hydraulikktank. APU-ene ( Auxiliary Power Units ) drives av hydrazin og genererer den mekaniske kraften til en hydraulisk pumpe som leverer trykk til det hydrauliske systemet til boosterne. De to HPU-ene og de to hydrauliske systemene forsyner frontenden av hver booster, mellom kjeglen og forkanten. HPU-ene går i aksjon 28 sekunder fra lansering (T -28s) til boosterne er skilt fra orbiteren og den eksterne tanken.

HPU-ene og deres strømsystem er isolert fra hverandre. Hver drivstofftank inneholder 10 kg hydrazin, og er trykksatt med nitrogengass ved et trykk på2,8  MPa , som gir kraften til å støte ut drivstoff fra tanken til drivstofffordelingslinjen, og dermed opprettholde en trykksatt drivstofftilførsel til APU.

Drivstoffisolasjonsventilen åpnes når APU-en slås på for å la drivstoff strømme til pumpen, kontrollventilene og gassgeneratoren. Den katalytiske virkningen til sistnevnte bryter ned drivstoffet og skaper en varm gass. Den sendes til APUs totrinns gassturbin. Drivstoff sendes hovedsakelig gjennom startbypass-ledningen inntil APU-hastigheten er slik at pumpens utgangstrykk er høyere enn bypass-ledningen. På dette tidspunktet sendes alt drivstoffet til drivstoffpumpen.

APU-turbinen leverer mekanisk kraft til en transmisjon som driver drivstoffpumpen, hydraulikkpumpen og oljepumpen. Sistnevnte smører selve girkassen. Turbineksosen til hver APU strømmer til utsiden av gassgeneratoren, kjøler den, og blir deretter rettet utover gjennom en ledning.

Når APU-hastigheten når 100 %, lukkes den primære reguleringsventilen, og hastigheten styres av elektronikken. Hvis ventilen ikke stenger, er det en sekundær reguleringsventil som overtar styringen av APU når den når 112 % hastighet.

Hver HPU på en booster er koblet til servoaktuatorene. En HPU fungerer som den primære hydrauliske kraftkilden for servoaktuatoren, mens den andre er overflødig. Faktisk har hver servoaktuator en ventil som lar den andre HPU-en levere strøm hvis trykket i hovedsystemet faller under14  MPa . APU-er og HPU-er kan gjenbrukes for 20 oppdrag.

Hydraulikkpumpen går med 3600 rpm og gir et hydraulisk trykk på21  MPa ; det er en avlastningsventil som unngår overtrykk av hydraulikksystemet og åpner hvis jeg nås26  MPa .

Thrust control

De to servoaktuatorene i hver booster lar deg kontrollere dysen. Den delen av Shuttle's flykontrollsystem som kontrollerer løftekraften, dirigerer skyvekraften fra orbiterens tre hovedmotorer og de to boosterdysene for å kontrollere holdning og klatrebane. Kommandoene til drivsystemet overføres til ATVC-driverne, som sender signaler til servoaktuatorene til boosterne og hovedmotorene. Systemene har fire flykommandooverføringskanaler og fire ATVC-kanaler som kontrollerer seks ATVC-drivere for de tre hovedmotorene og fire drivere for boosterne.

Drivmiddel

Drivmidlet består av en forbindelse av ammoniumperklorat ( oksidant , 69,6 vekt%), aluminium ( drivstoff , 16%) , jernoksyd ( katalysator , 0,4%), en polymer (et bindemiddel som også virker fra sekundært drivstoff, 12,04%) og et epoksymiddel (1,96%).

Funksjoner

Slå på

Tenning kan bare finne sted når en sikkerhetslås på armen og sikkerhetsanordningen til hver barnesikring er manuelt fjernet, en oppgave som er betrodd bakkemannskapet under aktiviteter før utskyting. AT - 5 minutter sikker og armanordning bringes til armposisjon . Tenningskommandoer for fastbrenselmotorer sendes når skyttelens tre hovedmotorer har minst 90 % skyvekraft, hvis ingen hovedmotor har feil og/eller den pyrotekniske initiatorkontrolleren ( PIC ) er satt til lav spenning og det ikke er noe startbehandlingssystem ( LPS ) blokker.

Kommandoene sendes fra orbiter-datamaskinene gjennom Master Events Controllers ( MEC ) til safe og arm-enheten , som aktiverer de pyrotekniske ladningene. Tenningen av pyrotekniske enheter styres av utladningen av en kondensator . PIC oppstartskommandoen sendes hvis tre signaler er tilstede samtidig. De er arm , fire1 og fire2 og genereres av datamaskinene til orbiteren mot MEC, som igjen lader kondensatorene til PIC.

Når den pyrotekniske tenningsladningen, inneholdt i armen og sikkerhetsanordningen , startes, tenner den drivmidlet i tenningsinitiatoren, og forbrenningsproduktene til dette drivstoffet tenner initiatoren til fastbrenselmotorer, som tenner drivstoffet.

MPS-kommandoene sendes fra datamaskinene ombord på T-6,6 sekunder. Alle de tre hovedthrusterne må nå 90 % skyvekraft på tre sekunder, ellers utføres avstengningen og sikkerhetsprosedyrene starter. Ved T-3 sekunder sendes fire1- kommandoen . Ved T-0 sekunder slås de to boosterne på, etter styring av de fire omborddatamaskinene. Skyveprofilen til boosterne er designet for å redusere skyvekraften i området med maksimalt aerodynamisk trykk for å redusere den mekaniske belastningen til flyet.

Sikkerhetssystem

Et sikkerhetssystem, kalt Range Safety System , lar deg ødelegge boosterne eller en del av den ved hjelp av eksplosiver dersom raketten er ute av kontroll, for å begrense faren for personer på bakken fra fallende fragmenter, eksplosjoner eller farlige materialer. Systemet ble aktivert 37 sekunder etter ødeleggelsen av Challenger orbiter i 1986 , etter ulykken .

I hver booster er det et RSS-system, som mottar to kommandosignaler (kalt arm og brann ) sendt fra bakkestasjonen. Systemet består av to antenner, kommandomottakere/dekodere, en arm- og sikkerhetsanordning og to detonatorer. Kommandoene mottas av antennene og videresendes til dekoderne som validerer kommandoene og aktiverer de pyrotekniske ladningene.

De to systemene som finnes i hver booster er koblet sammen slik at hvis en booster mottar det gyldige signalet, sendes det også til det andre systemet.

Nedstigning og restitusjon

Gjenopprettingssekvensen begynner med aktivering av en høydesensor som igjen fører til at frontdekselet skytes ut og pilotfallskjermen utløses. Dette skjer i en høyde på 4787 m, omtrent 218 sekunder etter atskillelse fra Skyttelen. Pilotfallskjermen trekker ut en annen stabiliseringsfallskjerm, som reorienterer og stabiliserer boosteren for å bruke hovedfallskjermene.

Slaget med vannet skjer etter 279 sekunder fra separasjonen med en hastighet på 23 m / s, i en avstand på 241 km fra kysten av Florida. Slaget skjer med boosteren opp ned, som berører vannet først med fronten. På denne måten forblir luft fanget inne i boosteren som lar raketten flyte, og unnslipper omtrent 10 m fra vannet.

To bergingsskip , spesialutstyrt for denne oppgaven, Freedom Star og Liberty Star , henter boosterne og frakter dem til land. For å gjøre dette pumpes luft og vannet tømmes inn i boosteren slik at den inntar horisontal posisjon og lett kan transporteres.

Challenger -katastrofe

En av rakettene med fast brensel forårsaket Space Shuttle Challenger-krasjen, som resulterte i ødeleggelsen av Shuttle og astronautenes død i 1986 under klatringen.

Som et resultat av undersøkelsene ble det identifisert kritiske elementer i utformingen av boosterne. Spesielt brakk en pakning på en booster -O-ring 73 sekunder etter oppskyting, noe som førte til at de brennende gassene slapp ut. Modifikasjonene implementert av NASA for returen til romfergene har utbedret disse designfeilene.

Fremtidig bruk og modifikasjoner

Advanced Solid Rocket Booster

Advanced Solid Rocket Boosters skulle være nye fastbrenselraketter for romfergen etter Challenger-katastrofen. De burde ha produsert mer skyvekraft for å øke nyttelasten Shuttle kan bære i bane. Prosjektet ble kansellert til fordel for bruken av "Super Light-weight Tank" (SLWT), en veldig lett ekstern tank .

Polare baner

For å gi kraften som trengs for å skyte opp en romferge i polar bane fra Launch Pad 6 ved Vandenberg i California , har modifiserte SRB-er blitt designet som veier mindre enn vanlige. Etter stengingen av Vandenberg lanseringskomplekset for Shuttle ble imidlertid disse endringene inkludert i boosterne som ble brukt i dag, sammen med de som ble implementert etter Challenger-krasjen.

Constellation Program

I 2005 kunngjorde NASA starten på utviklingen av en vektor for oppskyting av et bemannet letekjøretøy ("Crew Exploration Vehicle", senere utviklet seg til Orion-romfartøyet ) i lav jordbane og senere på Månen . Denne vektoren skulle ha brukt 5-segments Solid Rocket Boosters, avledet fra de som ble brukt for romfergen. Påfølgende endringer i programmet introduserte to transportører, Ares I og Ares V. Førstnevnte vil bli brukt til å transportere Orion inn i lav jordbane, mens sistnevnte vil bære Earth Departure Stage og Lunar Module Altair . Ares V vil bruke et par fem-segment boostere sammen med fem RS-68 thrustere .

Merknader

Hentet fra NASA, Solid Rocket Boosters , på science.ksc.nasa.gov . Hentet 2008-06-29 .

Relaterte elementer

Andre prosjekter