Postępy w pracach nad rakietą SLS oraz elementami nowej architektury

0

Projekt głównego stopnia nowej, amerykańskiej rakiety SLS (Space Launch System), przeszedł pomyślnie wstępny przegląd techniczny, co oznacza, iż można rozpocząć jego budowę. Zapraszamy do podsumowania prac związanych z nowym programem amerykańskiej agencji kosmicznej NASA.

Wstępny przegląd projektu PDR (Preliminary Design Review) odbył się w ostatni czwartek, 20 grudnia 2012 roku, w ośrodku Marshall Space Flight Center, które zarządza rozwojem Programu SLS. Głównym wykonawcą pierwszego (podstawowego) stopnia rakiety oraz jego awioniki jest znana firma The Boeing Company.

Dzięki pozytywnemu przejściu etapu PDR możliwe jest teraz rozpoczęcie wytwarzania elementów pierwszego stopnia rakiety oraz podjęcie przygotowań do krytycznego przeglądu projektu CDR (Critical Design Review), który będzie miał miejsce za 2-3 lata. Na 2017 rok zaplanowane jest przeprowadzenie testowej, bezzałogowej misji EM-1 (Exploration Mission 1) wokół Księżyca, która zakłada wykorzystanie rakiety SLS w konfiguracji Block 1 – o nośności 70 ton. Kolejne wersje rakiety będą w stanie wynieść na niską orbitę wokółziemską już do 130 ton, co pozwoli na realizacji dużych misji eksploracyjnych poza Ziemię.

Celem przeprowadzonego parę dni temu przeglądu CDR było upewnienie się, że projekt rakiety spotyka się ze wszystkimi założeniami, związanymi m.in. z ryzykiem (projekt wykorzystuje nowe elementy oraz technologie wyrobu podzespołów), harmonogramem prac oraz ograniczeniami budżetowymi. Wykazano także, że główny stopień rakiety SLS może zostać bezpiecznie zintegrowany z pozostałymi elementami – m.in. silnikami czy rakietami pomocniczymi.

Przykładem wykorzystania nowej technologii w produkcji skomplikowanych elementów dla układów napędowych rakiety SLS może być metoda selektywnego spiekania laserowego SLM (Selective Laser Melting). Dzięki zastosowaniu metody SLM agencja NASA może zaoszczędzić wiele milionów dolarów na kosztach produkcji.

W metodzie SLM za pomocą lasera dużej mocy wytapiany jest z materiału proszkowego pożądany element, którego stworzenie przy wykorzystaniu tradycyjnych metod wymagałoby wielokrotnie więcej czasu. Dzięki metodzie SLM możliwe jest stworzenie na podstawie wirtualnego, trójwymiarowego modelu, elementu o skomplikowanej geometrii i dokładnie określonych wymiarach. Metoda ta może rodzić właściwe skojarzenia z technologią drukowania w 3D.

Dzięki zastosowaniu technologii SLM części są dostępne szybciej, a z uwagi na brak spawów, są one także wytrzymalsze konstrukcyjnie. Elementy wytworzone za pomocą technologii SLM są obecnie testowane w czasie próbnych odpaleń silników J-2X. Docelowo planuje się wykorzystać SLM do wytworzenia skomplikowanych elementów dla rakiety SLS, która poleci w locie testowym w 2017 roku.

{youtube}QmRJr-IC6qI{/youtube}
Materiał filmowy przedstawiający technologię SLM / Credits: youtube.com, SpaceFellowship

Testy w tunelu aerodynamicznym

Przed pierwszym lotem rakiety SLS niezbędne jest przetestowanie modelu konstrukcji w tunelu aerodynamicznym, co pozwala określić wytrzymałość projektowanej jednostki w momencie przelotu przez gęste warstwy atmosfery Ziemi. W tunelu aerodynamicznym (Transonic Dynamics Tunnel) w ośrodku badawczym Langley Research Center przetestowany został liczący 3 metry długości model rakiety SLS.

Symulacja lotu w tunelu aerodynamicznym umożliwiła zebranie spore ilości danych nt. interakcji otoczenia rakiety z jej strukturą. Dzięki zebranym informacjom możliwe jest także określenie bezpiecznych limitów odkształceń, jakich doświadczać będzie rakieta w czasie lotu.

Prace nad silnikami J-2X

Testy przeprowadzane latem tego roku opisane zostały w tym artykule. We wrześniu inżynierowie zdemontowali układ J-2X ze stanowiska testowego w celu zainstalowania dodatkowych czujników tensometrycznych, które dostarczyły danych dot. naprężeń w czasie działania turbopompy (obracającej się w tempie 25-30 tys. obrotów na minutę).

{youtube}Cz4RsAzDX_Y{/youtube}
Test systemu napędowego silnika J-2X przeprowadzony 27 listopada / Credits: youtube.com, SpaceFellowship

{youtube}OoOPUmT3yQQ{/youtube}
Test systemu napędowego silnika J-2X przeprowadzony 5 grudnia. Po raz pierwszy przy tej okazji do uczestnictwa w relacjonowaniu testu zaproszeni zostali użytkownicy Twittera / Credits: youtube.com, SpaceFellowship

13 grudnia przeprowadzony został ostatni w 2012 roku test systemu napędowego (tzw. powerpack) silnika J-2X, który docelowo napędzać będzie górny stopień nowej rakiety nośnej SLS. Na system napędowy składa się wiele współdziałających ze sobą komponentów, umieszczonych na szczycie silnika J-2X, jak np.: generator gazu, turbopompy utleniacza i paliwa, przewody i zawory. „Powerpack” zapewnia działanie komory spalania, która z kolei generuje ciąg. Poprzez usunięcie m.in. komory spalania, iniektora oraz dyszy, inżynierowie są w stanie lepiej przetestować serce systemu napędowego.

{youtube}tpkqfl1U1Nk{/youtube}
Test systemu napędowego silnika J-2X przeprowadzony 13 grudnia / Credits: youtube.com, SpaceFellowship

W 2012 roku przeprowadzona została seria 13 testów systemu napędowego silnika J-2X o łącznej długości ponad 90 minut. W przyszłym roku przeprowadzane będą już testy kompletnego silnika. Wszystkie uzbierane w czasie próbnych odpaleń dane służą do weryfikacji analitycznych prognoz dot. niezawodności poszczególnych elementów silnika.

Prace nad silnikami RS-25

W momencie przeprowadzania intensywnych testów silnika J-2X, które napędzać będą górne stopnie rakiet SLS, prace trwają także nad jednostkami napędowymi dla pierwszego, głównego stopnia nowej amerykańskiej rakiety. Te silniki – RS-25, są bardzo dobrze znane z uwagi na ich wykorzystywanie przez ostatnie 30 lat do wynoszenia promów kosmicznych.

Pomimo generalnie gotowej konstrukcji samego silnika, wymagane jest jednak wprowadzenie kilku modyfikacji, które pozwolą wykorzystać zasilane ciekłym wodorem i tlenem jednostki w lotach rakiet SLS. Zmiany dotyczyć mają przede wszystkim „mózgu” silników, czyli układów kontrolujących. Oryginalne rozwiązania zaprojektowane zostały we wczesnych latach 80-tych ubiegłego wieku, toteż niektóre elementy są już przestarzałe. Rolą układu kontrolującego jest umożliwienie komunikacji pomiędzy rakietą a silnikiem, monitorowanie statusu jednostki napędowej oraz regulacja ciągu i składu mieszanki paliwowej.

Technicy NASA postanowili wykorzystać nowy układ kontrolujący, który powstał na potrzeby rozwoju silnika J-2X. Takie rozwiązanie zapewni wprowadzenie oszczędności i doprowadzi do powstania podzespołu nadającego się do zastosowania w kilku systemach. Układ kontrolujący dla RS-25 z niewielkimi modyfikacjami, przechodzi obecnie testy laboratoryjne. W 2014 roku może dojść do próbnych odpaleń RS-25 z nowym “mózgiem” na hamowni w ośrodku Stennis Space Center (NASA).

Prace nad infrastrukturą naziemną w KSC

W związku z okresowym wstrzymaniem lotów z kompleksu startowego LC-39 w ośrodku Kennedy Space Center w wyniku zamknięcia programu promów kosmicznych, przeprowadzane są prace modernizacyjne hali montażowej VAB (Vehicle Assembly Building), która jest jednym z największych budynków na świecie. Hala VAB jest niczym wielki „garaż” o wymiarach podstawy 218×158 metrów oraz wysokości ponad 160 metrów, co umożliwiło zaraz po jej zbudowaniu w latach 60-tych XX wieku, konstrukcję księżycowych rakiet Saturn 5. Pod koniec lat 70-tych VAB przystosowany został do obsługi promów kosmicznych.

Teraz ten wyjątkowy budynek przechodzi modyfikacje, w celu przystosowania do obsługi projektowanej rakiety SLS oraz wielu innych, komercyjnych jednostek. Prace wymagały przede wszystkim usunięcia 7 platform roboczych, wykorzystywanych w czasie montażu zbiorników ET, rakiet SRB oraz wahadłowców.

Każdą z tych platform trzeba było przed zdemontowaniem odłączyć od elektryki, układów wodociągowych, pneumatycznych, itd. Następnie za pomocą dźwigów platformy, posiadające masę nawet ponad 160 ton, zostały opuszczone na ziemię. Działanie to wymagało m.in. dokładnego zlokalizowania środka ciężkości platform. Pod koniec zdemontowane sekcje zostały zabrane i zutylizowane.

Obecnie wewnątrz hali montażowej VAB trwają prace związane z ułożeniem nowych instalacji gaśniczych, poprawą bezpieczeństwa oraz zdemontowaniem ponad 240 km okablowania, wykorzystywanego w czasie trwania programów Apollo i STS. W 2014 roku rozstrzygnięty zostanie kontrakt na konstrukcję i montaż nowych platform roboczych.

Zamknięcie programu promów kosmicznych oznaczało także zajęcie się trzema platformami startowymi MLP (Mobile Launch Platform), z których dwie zostaną przystosowane do obsługi startów amerykańskich rakiet. Platformy MLP to duże, stalowe konstrukcje, dzięki którym możliwe jest przemieszczanie rakiet z hali montażowej na docelowe stanowisko startowe. Samo przemieszczenie realizowane jest przy wykorzystaniu niezależnych, mobilnych jednostek na gąsienicach, nazywanych „crawlerami”.

Platformy MLP ukierunkowują gazy wylotowe startujących rakiet poprzez dedykowane otwory. Wewnątrz tych konstrukcji znajdują się przede wszystkim linie paliwowe, poprzez które tankowane są materiały pędne do zbiorników rakiet przed startem.

Technicy w przeciągu ostatnich kilku miesięcy zdemontowali wiele elementów różnych systemów platform – kriogenicznych, pneumatycznych, mechanicznych, elektrycznych, itd., w celu wykorzystania ich w budowanej platformie dla rakiet SLS. Dwie z trzech starych platform zachowane zostaną we względnej gotowości do użytku przez komercyjnych operatorów innych rakiet. W platformie MLP nr 2 zachowane zostały elementy wymagane do obsługi rakiet zasilanych paliwami ciekłymi. Podobnie uczyniono z platformą MLP nr 3, z tymże pozostawiono w niej komponenty wymagane do obsługi rakiet na paliwo stałe. Najstarsza platforma – MLP nr 1, nie będzie już nigdy wykorzystana. Zostały z niej wyciągnięte elementy uznane za przydatne, a cała reszta zostanie najprawdopodobniej poddana utylizacji.

(NASA)Dwa silniki J-2X oraz system napędowy (powerpack), rozwijane przez firmę Pratt & Whitney Rocketdyne, spoczywają na stanowiskach roboczych w ośrodku Stennis Space Center, w momencie przerwy w testach / Credits: NASA/SSCTest silnika J-2X 27 listopada 2012 roku / Credits: NASA/SSCPierwszy element stworzony za pomocą technologii SLM przy wykorzystaniu aparatury M2 Cusing Machine firmy Concept Laser w ośrodku MSFC / Credits: NASA/MSFC/Andy HardinProces demontażu jednej z platform roboczych, wykorzystywanych w czasie montażu zestawu startowego promów kosmicznych / Credits: NASA/Jim GrossmannSiedem platform roboczych, wykorzystywanych w czasie trwania programu STS / Credits: NASA/Jim GrossmannPlatforma MLP oraz rakieta Saturn 5 transportowane z widocznej w oddali hali montażowej VAB na stanowisko startowe LC-39B w przygotowaniu do startu misji Apollo 10 w marcu 1969 roku / Credits: NASAMobilna platforma startowa MLP nr 3 powraca do hali montażowej VAB po starcie ostatniego promu kosmicznego (Atlantis) w ramach misji STS-135 / Credits: NASA/Kim Shiftlett

Share.

Comments are closed.