Az űrsikló - frissítési lehetőségek - Bernd Leitenberger blogja
Az űrsikló nemcsak abban különbözik az amerikai egyesült államokbeli hordozórendszerektől, hogy személyzettel rendelkezik, hanem hogy ez az egyetlen, amelyet 30 évig nagyrészt változatlanul építettek, amit egyébként csak az európai, kínai és más versenyeken találna meg mindent tud Oroszországról. Természetesen ez összefügg. A biztonsági követelmények nem akadályozzák meg a változásokat, de unalmassá és drágává teszik őket. Ma szeretnék rávilágítani arra, hogy milyen lehetőségek voltak és mit hoztak, amelyeket megvalósítottak.
A keringő
A keringő két dolog volt: újrafelhasználható jármű és hasznos teher. Az egész rendszer alapvető problémája az volt, hogy hogyan került pályára. Optimális esetben a keringő a teljes tömeg 70% -át tette ki. Ebből egyértelmű volt, hogy még kissé magasabb követelmények, például magasabb pálya és nagyobb hajlás esetén is, a hasznos teher jelentősen csökkent. De keveset lehetett tenni ellene. Sok apró változtatás történt egy új pilótafülkében, csökkent a hővédő burkolólapok száma. De a súlymérlegben nem sokat változtattak. Az alapprobléma már a leányrepülésnél fennállt. A tervek szerint a kompok súlya körülbelül 68 tonna volt üres. A valóságban 78-82 t volt. Tehát még 10–14 t. Ez azt jelentette, hogy a hasznos tehernek ugyanolyan mértékben, azaz legfeljebb 16-20 tonnáig kellett csökkennie. A Columbia körülbelül 4 tonnával nehezebb volt, mint a következők. A Challenger 3 t. A következő pályakezdők javításokat kaptak és könnyebbek voltak.
Tehát a fejlesztéssel kezdte a fejlesztési fázistól kezdve. Az egyetlen rendszer, amely erre képes volt, a fő motorok voltak. Ez az égéstér nyomása és ezáltal a tolóerő révén történt. Az első öt járat az eredeti motorokkal történt. Ezt követte az első generáció, csökkentett karbantartási igény mellett. A NASA egy olyan frissítési programot tervezett, amely vészhelyzetekben 109% -ra, 112% -ra növeli a tolóerőt. Az LWT-vel együtt ez a két könnyebb pálya, a Discovery és az Atlantis hasznos terhelését 28,7 tonnára növelte, közel a 29,5 tonnás célhoz. A Challenger elvesztése után a biztonságnak volt elsőbbsége, és az erőfeszítéseket a nagyobb megbízhatóság felé irányították, így a nagyobb tolóerő mellőzve volt. Az SLS-nél azonban a motorokat 109% -os szinten működtetik. Az űrsiklóval csak 104,5% volt. Minden százalékkal nagyobb a teher 600 kg-mal.
A szilárd tüzelőanyag-erősítő
A szilárd emlékeztető a Titan 3 emlékeztető technológiáján alapult. Ezekhez hasonlóan acél szegmensekből álltak, amelyeket dugaszoló csatlakozásokkal csatlakoztattak az emlékeztető házhoz. Az egyetlen újdonság a hidraulikusan elfordítható fúvóka volt a másodlagos befecskendezés helyett. Az erősítők a régi PBAN-alapú üzemanyag-keveréket is használták.
A Titan 4B Booster technológiáján alapuló új motorokkal való cserét tervezték. CFRP anyagokat használtak a házhoz, és alumíniumban gazdag keveréket használtak a HTPB kötőanyaggal. A Titan 4 boosterek könnyebbek voltak, mint elődeik, nagyobb volt az égéstér nyomása, és a keveréknek nagyobb volt a fajlagos impulzusa is. Nem jutottak túl a projekt szakaszán, bár a tervezés konzervatív feltételezéseken alapult (a tömeg 11,3 tonnával történő csökkentése, ami 15% -nak felel meg - amikor hasonló tervek voltak az Ariane 5 esetében, a CFRP emlékeztetőnek 30% -kal csökkentenie kellene az üres tömeget) a terveket 1993-ban elvetették. Még a későbbiekben is csak a korábbi erősítők újratervezését tervezik a szegmensek számának felére csökkentésével és hegesztésével, hasonlóan ahhoz, ahogyan az Ariane 5-tel az Evolution Boosters változattal történt, és az üzemanyag-keveréket HTPB-re váltották. Ezek az erősítők 5,4 tonnával növelték a hasznos terhet.
Az ISS és az utolsó járatok ellátása érdekében végül az volt az ötlet, hogy a boostereket egy szegmenssel, azaz négyről ötre meghosszabbítsák. Ez kritikátlanul lehetséges volt, alig befolyásolta a rendszer többi részét, és mindenekelőtt technikailag könnyen kivitelezhető. Az ISS hasznos terhelése 9,1 tonnával nőtt volna, elsősorban az alacsonyabb emelkedési veszteségek miatt. A Columbia elvesztése után az egész programot megszüntették, és ezzel együtt az SLS-nél használt 5 szegmenses erősítőket.
A külső tartály
A kompok több mint 25 éve repültek az SWLT-vel. Csak az ISS kiépítésével nem volt elegendő. A hidrogéntartályt, amely a tartály tömegének körülbelül a felét teszi ki, átállították a 2195-es lítium-alumínium ötvözetre, és így további 2,7 t könnyebbé tették. A köztes tartályszakasz tömegét is új hegesztési eljárással csökkentették. A tartály tehát az egyetlen olyan rendszer, amelyet működési története során jelentősen fejlesztettek. Minden intézkedés együttesen 7,2 tonnával csökkentette tömegét, ami 6,7 tonnával több hasznos tehernek felel meg. Enélkül az ISS hasznos terhelése 12 tonnára csökkent volna.
Felső évfolyamok
Az űrsikló mint rendszer csak arra volt képes, hogy ne érje el az alacsony földi pályát. A pálya nagy üres tömege miatt a hasznos teher mind a nagyobb dőlésnél, mind a magasabb pályamagasságnál nagyot zuhant. 15 t körüli napszinkron pályákkal és a Hubble űrteleszkóp 611 km pályamagasságával 13 t-val. Tehát felsőbb osztályokra volt szükséged. Amikor a transzfert kiírták, kiértékelték a lehetőségeket. Javaslatok érkeztek a meglévő felső szintek - például az Agena, a Transtage és a Centaur - kiigazítására, valamint az új felsőbb szintekre. Még tovább gondolkodtak, és egy olyan rendszert terveztek, amely műholdakat (földkutatási és időjárási műholdakat) egy magasabb pályán rögzít karbantartás vagy helyreállítás céljából egy alacsonyabb pályán, majd visszaszállítja őket oda. A rendszer akkor került a címoldalra, amikor a Skylab űrállomás megmentésére használták. De ugyanaz a problémája volt, mint a felsőbb osztályoknak - a NASA-nak már volt problémája a transzfer finanszírozásával. Minden fejleményt felfüggesztett. Az egyetlen fejlett szint, amelyet a katonaság fejlesztett ki, az IUS volt.
Papíron az IUS ideális középiskola volt az űrsikló számára. Ez egy kétlépcsős, szilárd felső fokozat volt, így kompakt és sok helyet hagyott a hasznos tehernek. Ezenkívül a szilárd tüzelőanyagok biztonságosak voltak, és nem gyulladhattak fel. A fajlagos impulzus viszonylag magas volt, és kissé kisebb, mint a tárolható folyékony üzemanyagok szakaszaiban. De ez az ön papírján volt. Az IUS-nak azt kellett volna tennie, amit egyetlen szilárd felső szakasznak sem kellett volna megtennie - a LEO-ból a GEO-ba történő szállítást nagy pontossággal. Háromtengelyes is stabilizálódott, és saját RCS-sel és vezérléssel rendelkezett. Ez egyrészt drágává tette őket, másrészt magas volt az üres súly. Még a fejlesztés is drága volt, és a felső iskola is.
A második felső szint a Kentaur volt. A NASA úgy döntött, hogy alkalmazza a Centaur D-t, amelyben a hidrogéntartályt a hasznos teherhordó átmérőjére növelték. Két változat volt különböző hosszúságú tankokkal. A kisebb a nehéz légierő hasznos teheréhez, a nagyobb pedig a NASA űrszondáihoz. Bár az értékelés során a Centaurot alacsony kockázatú tanúsítvánnyal igazolták, a Challenge balesete után eltiltották. A probléma nem a színpadon volt. Egyetlen kentaur sem robbant fel, még akkor sem, amikor idő előtt leállították egy olyan hiba miatt, mint amikor a Mariner 8-at elindították. A probléma az összeomlási forgatókönyv volt. Mert akkor a Centaur és a hasznos teher sokkal nehezebb volt, mint a maximálisan leszállható 14,5 t. Akkor sürgősségi leszálláskor részben le kellett volna ürítenie az üzemanyagot, és ez kockázatos.
Valójában nem volt megfelelő felső tagozat. Véleményem szerint a vizsgált fogalmak közül az Agena volt a legjobb megoldás. Az Agena száraz tömege alacsonyabb volt, mint a Transtage, az aktív promóció miatt. Átalakultak volna a modern NTO/UDMH keverékre, és meghosszabbodott volna a motor sugara. Két verziót szántak, a másodiknak további csepptartályai voltak. Ez a koncepció megkönnyítette volna a színpad újrafelhasználását, egyszerűen új tankok hozzáadásával. Transzfer szolgáltatást terveztek a GTO/LEO és a GEO/LEO között. Akkor is csaknem 1800 kg-ot (IUS: 2270 kg) lehetett volna szállítani a GTO-ban. Ha nem használták volna fel újra, akkor akár 6 t is lett volna. Az egyetlen hátránya ennek az Agena-nak további tankokkal az volt, hogy 1,2 m-rel hosszabb volt, mint egy Transtage, mint versenytárs modell. Nem szállíthatott volna több Agenát egy járattal.
Az első kereskedelmi járatokat azonban a PAM-D uralta. A PAM-D felső szintként került kifejlesztésre, amely csak egy Delta osztályú műholdat szállít egy LEO-ból egy GTO-ba. Ott a műhold meggyújtotta saját meghajtóját. Terveztek egy Atlas hasznos teherrel rendelkező PAM-A-t is. A GTO pálya teljesen elegendő volt az integrált meghajtású kereskedelmi műholdak számára. Elméletileg egy transzfer legfeljebb négy ilyen műholdat képes szállítani. Legfeljebb hármat vittek. A Challenger balesete után ez a szállítás is megszűnt. A néhány hátralévő indítás ezután az IUS-t használta.