Naveta spațială - Opțiuni de upgrade

Naveta spațială diferă de alte sisteme de transport din SUA nu numai prin faptul că este echipată, ci și ca este singura construită în mare parte neschimbată de 30 de ani, lucru pe care altfel l-ați găsi doar din concurența din Europa, China și înainte știe totul despre Rusia. Desigur, asta este legat. Cerințele de securitate nu împiedică modificările, dar le fac plictisitoare și costisitoare. Astăzi vreau să arunc o lumină cu privire la ce posibilități au existat și ce au adus acestea care au fost implementate.

spațială

Orbitatorul

Orbiterul era două lucruri: un vehicul reutilizabil și un pont de sarcină utilă. Problema de bază a întregului sistem a fost modul în care a ajuns pe orbită. În cazul optim, orbitatorul a reprezentat 70% din masa totală. Din aceasta a fost clar că, chiar și cu cerințe ușor mai mari, cum ar fi orbita mai mare și înclinația mai mare, sarcina utilă a scăzut brusc. Dar se putea face puțin despre el. Au existat multe modificări mici la o nouă cabină de pilotaj, numărul plăcilor de protecție termică a fost redus. Dar nu s-au schimbat prea mult în raportul de greutate. Problema de bază exista deja pe zborul inițial. Feriboturile urmau să cântărească în jur de 68 de tone goale. În realitate, era de 78 până la 82 de tone. Deci încă 10-14 t. Acest lucru a însemnat că sarcina utilă a trebuit să scadă în aceeași măsură, adică la maximum 16-20 t. Columbia a fost cu aproximativ 4 tone mai grea decât următoarele. Challenger 3 t. Următorii orbitați au primit apoi îmbunătățiri și au fost mai ușori.

Așa că ați început cu upgrade-uri chiar din faza de dezvoltare. Singurul sistem care putea face asta era principalele motoare. Acest lucru s-a întâmplat prin presiunea camerei de ardere și astfel prin împingere. Primele cinci zboruri au fost cu motoarele originale. A urmat prima generație cu cerințe de întreținere reduse. NASA a planificat un program de actualizare care să crească impulsul la 109% cu 112% în situații de urgență. Împreună cu LWT, acest lucru ar fi mărit sarcina utilă a celor două orbite mai ușoare Discovery și Atlantis la 28,7 t, aproape de ținta de 29,5 t. După pierderea Challenger-ului, siguranța a avut prioritate, iar eforturile au fost îndreptate acum spre o fiabilitate mai mare, astfel încât forța mai mare a fost eliminată. Cu toate acestea, la SLS, motoarele funcționează la nivelul de 109%. Cu naveta spațială a fost doar 104,5%. Cu fiecare procent în plus crește sarcina utilă cu 600 kg.

Amplificatorul de combustibil solid

Boosterul solid a fost bazat pe tehnologia boosterului Titan 3. La fel ca acestea, acestea au fost formate din segmente de oțel care au fost conectate la carcasa de rapel cu conexiuni de priză. Singura caracteristică nouă a fost duza rotativă hidraulică în locul unei injecții secundare. Amplificatoarele au folosit, de asemenea, vechiul amestec de combustibil bazat pe PBAN.

A existat un plan pentru a le înlocui cu noi boostere bazate pe tehnologia Titan 4B Booster. Au folosit materiale CFRP pentru carcasă și un amestec bogat în aluminiu cu liantul HTPB. Amplificatoarele Titan 4 erau mai ușoare decât predecesorii lor, aveau o presiune mai mare a camerei de ardere și amestecul avea, de asemenea, un impuls specific mai mare. Ei nu au depășit stadiul proiectului, deși planificarea s-a bazat pe ipoteze conservatoare (reducerea masei cu 11,3 t corespunzând la 15% - atunci când existau planuri similare pentru Ariane 5, rapelul CFRP ar trebui să reducă masa goală cu 30%) planurile au fost renunțate în 1993. Chiar și planurile ulterioare de a reproiecta doar amplificatoarele anterioare prin înjumătățirea numărului de segmente și sudarea lor, analog cu modul în care s-a făcut cu Ariane 5 cu varianta Boosters of the Evolution și trecerea amestecului de combustibil la HTPB au fost abandonate. Aceste amplificatoare ar fi mărit sarcina utilă cu 5,4 t.

Pentru furnizarea ISS și a ultimelor zboruri, ideea a fost în cele din urmă să extindem amplificatoarele cu un segment, adică de la patru la cinci. Acest lucru a fost posibil necritic, a influențat cu greu restul sistemului și, mai presus de toate, a fost ușor de implementat din punct de vedere tehnic. Sarcina utilă ar fi crescut cu 9,1 t pentru ISS, în principal din cauza pierderilor mai mici de ascensiune. După ce Columbia s-a pierdut, întregul program a fost întrerupt și, odată cu acesta, amplificatoarele pe 5 segmente care sunt utilizate acum la SLS.

Rezervorul extern

Feriboturile au zburat cu SWLT timp de peste 25 de ani. Numai cu construcția ISS nu a mai fost suficient. Rezervorul de hidrogen, care reprezintă aproximativ jumătate din masa rezervorului, a fost trecut acum la aliajul de litiu-aluminiu 2195 și l-a făcut cu încă 2,7 t mai ușor. Masa secțiunii rezervorului intermediar a fost, de asemenea, redusă printr-un nou proces de sudare. Rezervorul este, prin urmare, singurul sistem care a fost mult îmbunătățit pe parcursul istoriei sale operaționale. Toate măsurile luate împreună i-au redus masa cu 7,2 t, ceea ce corespunde cu 6,7 t mai multă sarcină utilă. Fără aceasta, sarcina utilă pentru ISS ar fi scăzut la 12 t.

Notele superioare

Naveta spațială ca sistem era capabilă doar să nu ajungă pe orbita pământului joasă. Datorită masei mari de bordură a orbitatorului, sarcina utilă a scăzut brusc atât la înclinație mai mare, cât și la înălțime orbitală mai mare. Cu orbite sincrone solare în jur de 15 t și cu înălțimea orbitei de 611 km a telescopului spațial Hubble cu 13 t. Deci ai avut nevoie de note superioare. Când naveta a fost scoasă la licitație, opțiunile au fost evaluate. Au existat propuneri de adaptare a nivelurilor superioare existente, cum ar fi Agena, Transtage și Centaur și pentru noi niveluri superioare. Ei s-au gândit și mai departe și au planificat un sistem care captează sateliții (explorarea pământului și sateliții meteo) pe o orbită superioară pentru întreținere sau recuperare pe o orbită inferioară și apoi îi transportă înapoi acolo. Sistemul a lovit titlurile când s-a încercat salvarea stației spațiale Skylab. Dar a avut aceeași problemă ca și clasele superioare - NASA avea deja problema finanțării navetei. Ea a pus toate evoluțiile în așteptare. Singurul nivel avansat care a fost dezvoltat a venit de la armată și a fost IUS.

Pe hârtie, IUS a fost un liceu ideal pentru naveta spațială. A fost o etapă superioară solidă în două etape și, astfel, compactă și a lăsat mult spațiu pentru sarcina utilă. În plus, combustibilii solizi erau siguri și nu ar exploda fără aprindere. Impulsul specific a fost relativ ridicat și ușor mai mic decât în ​​etapele cu combustibili lichizi stocabili. Dar asta era pe hârtia ta. IUS trebuia să facă ceva ce nici un stadiu superior solid nu ar trebui să facă - un transport de la LEO la GEO cu precizie ridicată. De asemenea, a fost stabilizat pe trei axe și avea propriul sistem RCS și control. Pe de o parte, acest lucru le-a scumpit și, pe de altă parte, greutatea goală a fost mare. Chiar și dezvoltarea a fost scumpă, la fel și școala superioară.

Al doilea nivel superior a fost Centaurul. NASA a decis să adapteze Centaur D, în care rezervorul de hidrogen a fost mărit la diametrul golfului de sarcină utilă. Existau două versiuni cu tancuri de lungimi diferite. Cea mai mică pentru sarcinile utile ale Forțelor Aeriene și cea mai mare pentru sondele spațiale NASA. Deși Centaurul a fost certificat ca având riscuri reduse în evaluare, a fost interzis să înceapă după accidentul Challenge. Problema nu era scena. Niciun centaur nu a explodat vreodată, nici măcar când a fost închis prematur din cauza unei erori ca atunci când a fost pornit Mariner 8. Problema a fost scenariile de terminare. Pentru că atunci Centaurul și sarcina utilă erau mult mai grele decât cele 14,5 tone maxime care puteau fi aterizate. Atunci ar fi trebuit să scurgeți parțial combustibilul în timpul unei aterizări de urgență și este riscant.

De fapt, nu exista un nivel superior adecvat. În opinia mea, dintre conceptele studiate, Agena a fost cea mai bună opțiune. Agena a avut o greutate uscată mai mică decât Transtage datorită promovării active. Acestea ar fi fost convertite în amestecul modern NTO/UDMH și jetul motorului ar fi fost prelungit. Au fost prevăzute două versiuni, a doua având rezervoare suplimentare. Acest concept ar fi facilitat refolosirea scenei prin simpla adăugare de tancuri suplimentare. A fost planificat un serviciu de transfer între GTO/LEO și GEO/LEO. Chiar și atunci, aproape 1.800 kg (IUS: 2270 kg) ar fi putut fi transportate în GTO. Dacă nu ar fi fost refolosită, ar fi ajuns la 6 t. Singurul dezavantaj al acestei Agena cu tancuri suplimentare a fost că era cu 1,2 m mai lung decât un Transtage ca model de concurent. Nu ai fi putut transporta mai multe Agene pe un singur zbor.

Cu toate acestea, primele zboruri comerciale au fost dominate de PAM-D. PAM-D a fost dezvoltat ca un nivel superior care transportă doar un satelit din clasa Delta de la un LEO la un GTO. Acolo, satelitul și-a aprins propria unitate. Au existat, de asemenea, planuri pentru un PAM-A cu sarcina utilă Atlas. Orbita GTO a fost complet suficientă pentru sateliții comerciali cu propulsie integrată. În teorie, o navetă ar putea transporta până la patru dintre acești sateliți. Au fost transportate maximum trei. După accidentul Challenger, acest transport a fost, de asemenea, întrerupt. Cele câteva lansări rămase au folosit apoi IUS.

40 de ani mai târziu - nimic învățat