Uzay Mekiği Dış Tankı
Dış deposu uzay mekiği ( İngilizce uzay mekiği Dış tank , aşağıda kısaltma: ET) ihtiva kriyojenik roket iticiler , sıvı hidrojen (yakıt) sıvı oksijen (oksitleme maddesi). Dış tankı tarafından yaptırılmıştır Lockheed Martin de MICHOUD Montaj Tesisi . ET ayrıca Constellations programının bir parçası olarak geliştirilen Ares roket ailesinin bir parçasıydı ve gelecekteki insanlı Amerikan uzay fırlatma sisteminin ana aşamasının temelini oluşturuyor .
Bir görev sırasında kullanın
Yörünge aracının kendisi , yerleşik güç kaynağı için yakıt hücreleri için yalnızca küçük miktarlarda manevra yakıtı ve sevk maddesi taşıyordu . Yörünge aracının kıç tarafında bulunan üç ana motor SSME , kalkış ve çıkış sırasında harici tanktan sağlandı. Ana motorlar yandıktan sonra, tank yörüngeden ayrıldı, dünyanın etrafını yaklaşık yarım tur attıktan sonra dünya atmosferine yeniden girdi, çoğu yandı ve geri kalanı okyanustaki fırlatma alanından yaklaşık 18.500 km uzağa düştü - genellikle bağlı yörünge eğimi içinde Indian veya Pasifik bilinen nakliye yolları uzak, Ocean. Sonuç olarak, harici tank, yeniden kullanılabilir katı yakıt güçlendiricilerin ve yörünge aracının aksine , her görevde kaybedilen ve her seferinde yeniden tedarik edilmesi gereken tek büyük bileşendi .
Tank yörüngeyi kıl payı kaçırdı; bir yörüngede kalabilmek için yaklaşık 100 m/s'lik bir hız eksikti. Artık dış tanktan ayrılan yörünge aracı, yörüngesel manevra sistemi , gemide taşınan yakıtlı yardımcı motorlar aracılığıyla sabit bir yörüngeye ulaşmak için hız eksikliğini telafi ederken , yörüngenin zirvesi kısa bir süre sonra yanma aşamasında yükseldi . tanktan ayrılma Dünyadan en uzak bu noktaya ulaşıldığında, yörünge ikinci bir yanma aşaması ile dairesel hale getirildi.
genel bakış
Dış tank, uzay mekiğinin en büyük ve (doldurulmuşsa) en ağır bireysel bileşeniydi. 46,88 m uzunluğunda, 8,4 m çapındaydı ve üç ana bileşenden oluşuyordu:
- Üst alanda sıvı oksijen deposu
- Elektrik bileşenlerinin çoğunun bulunduğu basınçsız alan
- Alt kısımdaki sıvı hidrojen deposu - bu en büyük kısımdır, ancak içeriği oksijen deposundan daha hafiftir.
Dış tankın önü , iki ayaklı ve arkada iki noktada bir çift payanda ile yörünge aracının tabanına sökülebilir bir şekilde bağlandı. İki arka payandada ayrıca yörünge aracının üç motoruna giden ana yakıt hatları için, tankın iç basıncını korumak için sıkıştırılmış gaz hatları için ve tank ile yörünge aracı arasındaki kontrol sinyalleri ve güç kaynağı için kablolar için boru bağlantıları vardı. ET'nin yanına yerleştirilen iki katı yakıtlı roket ile yörünge aracı arasındaki elektrik sinyalleri ve kontrol komutları da bu hatlar üzerinden iletildi.
Boyama
İlk iki mekik fırlatmada kullanılan tanklar - STS-1 ve STS-2 - titanyum dioksit ile beyaza boyanmıştı . NASA güneş radyasyonu, aksi takdirde çok tankı ısıtmak korkuyordu almıştı. Nisan 1981'deki ilk uçuş için yapılan hazırlıklar sırasında, pas-kahverengi yalıtım katmanının tamamen yeterli koruma sağladığı ortaya çıktı. STS-3'ten beri beyaz boyadan vazgeçilmesinin nedeni budur (karar verildiğinde STS-2 tankı zaten boyanmıştı). Bu, bir iş adımı ve 270 kg kütle tasarrufu sağladı.
Ağırlığa göre optimize edilmiş geliştirmeler
STS-6 görevinden başlayarak , daha hafif bir ET (NASA tarafından Hafif Tank (LWT) olarak adlandırılır) tanıtıldı. Bu tank, STS-107'nin başarısız uçuşuna kadar mekik uçuşlarının çoğunda kullanıldı . 1998'de NASA, Uluslararası Uzay İstasyonu'na (ISS) yapılan uçuşlar için Süper Hafif Tank (SLWT) olarak adlandırılan aracı kullanmaya başladı ve bu da farklı bir tasarımla ağırlığı daha da azalttı. Yeni tanklar biraz farklılık gösterse bile, yaklaşık 30 t (SLWT: 26,5 t) boş ağırlığı vardı. İlk serideki son tankın yaklaşık boş ağırlığı 35 t idi. Tank ağırlığındaki her azalma, faydalı yük ağırlığını yaklaşık olarak aynı sayıda artırır. Ağırlık azaltma, payandaların (tanklara uzunlamasına bağlanan yapısal payandalar) kısımlarının çıkarılmasıyla sağlandı. Ayrıca daha az takviye halkası kullanılmış ve hidrojen tankının yapısı değiştirilmiştir. Tankın bazı bölgeleri daha dar hale getirildi ve katı roket roketleri için arka süspansiyonun ağırlığı, daha güçlü, ancak daha hafif ve daha ucuz bir titanyum alaşımı kullanılarak azaltıldı .
Anti-şofben hattı inşaattan biraz daha erken kaldırıldı, bu da yine birkaç yüz kilo tasarruf sağladı. Anti-şofben hattı, sıvı oksijen hattıyla eşleşti ve fırlatma öncesi ön doldurma sırasında gaz halinde oksijen birikmesini azaltmak için bir sıvı oksijen devresi sağladı. Yerdeki testler ve ilk mekik görevleri sırasında yakıt yüküne ilişkin veriler değerlendirildikten sonra, anti-şofben hattı artık STS-5 görevinde ve sonraki görevlerde kullanılmadı. Ancak, dış tankın toplam uzunluğu ve çapı değişmedi.
Bileşenler
Sıvı oksijen tankı
Sıvı oksijen tankı, lazer kaynaklı, önceden şekillendirilmiş, haddelenmiş metal levhalardan yapılmış, iç kısmı halka çerçeveler ve uzunlamasına kirişlerle güçlendirilmiş, kendinden destekli bir alüminyum yapıydı. 240 ila 250 kPa (mutlak basınç) arasındaki basınç aralığında çalıştı. Tank, flanşı arka uçta olacak şekilde ara tank bölümüne cıvatalanmıştır. Tank, sallanmayı ve dönmeyi en aza indirmek için bölmeler içeriyordu . Sıvının mümkün olduğunca az hareket etmesini sağladılar ve üç KOBİ'nin turbo pompalarına giden besleme hattına yalnızca sıvı fazdaki oksijenin girmesini sağladılar .
Tank, sıvı oksijeni ara tanktan ve aynı boru dirseğinden ileten 43 cm çapındaki besleme hattına, daha sonra sağ taraftaki dış tankın dış duvarı boyunca bağlantıya geçti. dış tank ve yörünge aracı arasındaki nokta. Borunun çapı, oksijenin 1264 kg/s'lik bir kütle akışında akmasına izin verirken, KOBİ'ler nominal itme güçlerinin %104'ünde çalıştı ve maksimum 1.1099 m³/s akış hızına sahipti. Sıvı oksijen deposunun sivri, elips şekli, atmosferin alt katmanlarında uçarken hava sürtünmesinden kaynaklanan hava direncini ve ısı birikimini azalttı. Burun konisi, dokuz örnekte yükselen hava veri sistemini içeriyordu ve bir paratoner görevi gördü.
Servis binasındaki bir döner kol üzerine monte edilmiş bir kapak, ET'nin ucundaki havalandırma açıklığını ve dolayısıyla oksijen deposunu geri sayım aşamasında kapattı ve başlamadan sadece iki dakika önce döndürüldü. Bu kapak, kaçan oksijen buharını emdi, bu da tankın tepesinde buz birikintilerine yol açmış olabilir ve bu nedenle kalkış sırasında uzay aracı için tehlike oluşturmuştur.
Sıvı oksijen deposu , ön ucunda ayrı bir piroteknik olarak çalıştırılan havalandırma valfi içeriyordu . Yörüngeye ulaşmadan kısa bir süre önce yörünge aracı dış tanktan ayrıldığında, kaçan artık gazın geri tepmesi ile tankı yörüngeden uzaklaştırmak ve böylece ayırma manevrasını desteklemek ve geri dönüşün daha iyi kontrol edilmesini sağlamak için bu valf açıldı. harici tankın giriş aerodinamiği.
Sıvı oksijen tankının hacmi 554 m³ idi. 8.41 m çapında, 15 m yüksekliğinde ve boşken 5.4 t ağırlığındaydı.
Ara tank bölümü
Ara tank bölümü ( "Intertank" ), iki ayrı tank konteynerini birbirine bağlayan, her iki ucunda halka şeklinde bağlantı flanşları bulunan yarım kabuklu bir yapıda çelik ve alüminyumdan yapılmış silindir şeklindeki bağlantıydı. Aynı zamanda, SRB katı yakıt güçlendiriciler, bu yapısal parçadaki ön ataşmanları aracılığıyla itme kuvvetine dahil edildi . Bu bağlantı elemanları, bölümün dış duvarının karşılıklı kenarlarına yerleştirilmiştir. İtki, merkezi bir halka çerçeve aracılığıyla yapının geri kalanına dağıtıldı ve bağlantılar, SRB'nin radyal sıkıştırma kuvvetlerini emmek için kesit boyunca uzanan bir çelik payandaya doğrudan bağlandı. Kaplama, kirişle güçlendirilmiş hafif metal panellerden oluşuyordu.
Ara tank, harici tankın aletlerini ve aviyoniklerini ve bir bağlantı ünitesini içeriyordu. Başlamadan önce, fırlatma çerçevesine yerleştirilmiş bir kol, odayı inert nitrojen gazı ile yıkayan ve oksihidrojen patlamalarını önlemek için hidrojen gazlarını çıkaran bir kola yerleştirildi . Ara tank bölümü uçuş sırasında dış atmosfere bağlandı.
Ara tank bölümü 6,9 m uzunluğa, 8,4 m çapa ve 5,5 t ağırlığa sahipti.
Sıvı hidrojen tankı
Sıvı hidrojen tankı, dört lazer kaynaklı, fıçı biçimli parçadan, iç kısımda beş halka çerçeveden ve ön ve arkada iki kemerli tank tabanından oluşan alüminyum bir bileşendi .
Çalışma basıncı 220 ile 230 kPa arasındaydı. Sıvı hidrojen tankında ayrıca girdap oluşumunu önlemek için bir sistem ve sıvı hidrojeni 43 cm genişliğindeki bir besleme hattından sol dış bağlantı dikmesi üzerindeki hat bağlantısına orbiter'e ileten bir emme tertibatı da vardı. LH 2'nin kütle akışı , KOBİ'lerin %104'lük bir performansı veya maksimum 2,988 m³/s'lik bir akış hızı sırasında 211 kg/s idi. Tankın ön ucunda ön ET yörünge aracı bağlantı dikmesi, arka uçta iki arka ET yörünge aracı süspansiyonu ve arka SRB-ET dengeleyici destekler vardı. Sıvı hidrojen tankının çapı 8,4 m, uzunluğu 29,46 m, hacmi 1515,5 m³ ve boş ağırlığı 13 t idi.
Isı koruması
ET ısı koruması, ısı yayan malzemelerden ve üzerine püskürtülen köpük yalıtımından oluşuyordu . Sistem ayrıca hidrojen tankının metalik kısımlarında hava yoğuşmasını önlemek için fenolik termal yalıtkanlar kullandı . Isı yalıtkanları ayrıca sıvı hidrojenin ısınmasını da azaltmalıdır. Isı koruması 2,2 t ağırlığındadır.
Ancak, ısı koruması sorunluydu ve mekik görevlerinin ölümcül bir zayıf noktası olduğu ortaya çıktı. 1997 yılına kadar köpük izolasyonu ozon tabakasına zarar vermesiyle bilinen bir kimyasal olan freon ile yapılıyordu . NASA, freon kullanımının azaltılmasını gerektiren bir yasadan muaf tutulmuş ve tankta kullanılan freon miktarı az olsa da bunun sonucunda köpüğün bileşimi değişmiştir. Bununla birlikte, yeni köpük kalkışta çok daha kolay düştü ve mekiğin ısı karoları üzerindeki çarpma sayısını on kat arttırdı. Ek olarak, kriyojenik sıvılarla doldurulduktan sonra , genellikle tankın dışında, uçuş sırasında mekik için tehdit oluşturan buz oluşur.
STS-107'nin fırlatılması sırasında , bir parça köpük yalıtım koptu ve Columbia Uzay Mekiği'nin kanadının ön kenarına çok yüksek bir hızla çarptı . Çarpma , kanadın önündeki birkaç güçlendirilmiş karbon ısı karosunu yok etti , böylece dünya atmosferine yeniden girdiğinde, süper sıcak plazma kanadın iç kısmına nüfuz edebildi. Bu, kanat yapısının tahrip olmasına ve sonuç olarak Columbia'nın kırılmasına ve mürettebat üyelerinin ölümüne yol açtı. Köpük parçalarının düşmesi sorunu ilk başlarda tam olarak çözülememiştir. Mekiğe bağlı kameralar, STS-114'teki ET'den uçan bir köpük parçası kaydetti . Ancak bu kısım uzay mekiğine çarpmadı.
Sonuç olarak, NASA, sorun anlaşılıp çözülene kadar diğer tüm mekik fırlatmalarını askıya aldı. PAL eşikleri (Protuberance Air Loads) olarak adlandırılan değerler, yalıtımla ilgili sorunların olası bir nedeni olarak tanımlanmıştır. Bu eşikler, hava türbülansına karşı korumak için tankın dışında çalışan yörüngeye giden yakıt hatlarını köpükle kaplar. Rüzgar tünelinde yapılan testler, köpüğün ayrıca IFR buzlanma eşiklerinden (Buz / Don Rampaları) ayrıldığını gösterdi. Temmuz 2006'daki bir sonraki uçuş ( STS-121 ) için, PAL eşiklerinden vazgeçildi; IFR'ler değişmeden kaldı.
Basınç ve seviye ölçümü
Nihai irtifaya ulaşmadan kısa bir süre önce yakıt ve oksitleyicinin bittiğini tespit etmek ve ardından Uzay Mekiği Ana Motorlarını (SSME) düzenli bir şekilde kapatmak için sekiz sensör ( Motor Kesme Sensörleri, ECO ) vardı ; motor kesintisi ( MECO - Ana Motor Kesintisi ) fazla yakıtla gerçekleştirilmek zorundaydı; Yakıt eksikliği ve dolayısıyla oksitleyici açısından zengin bir karışım durumunda bir kapatma, motor bileşenlerinde yanıklara ve ciddi korozyona neden olabilir. SSME turbopompalarının da yalnızca sıvı fazda ortam emmesine izin verildi , aksi takdirde yük olmadan aşırı devir yapacakları ve patlayabilecekleri için. Her biri yakıt ve dört oksitleyici için dört sensör vardı. Hidrojenin sonu için sensörler yakıt deposunun altındaydı, yakıt hattında depodan çıkan oksitleyici için olanlar. Ana motorlar (SSME) çalışırken, orbiter bilgisayarları sürekli olarak aracın yakıt tüketimi sonucunda mevcut kütlesini hesapladı. Normalde motorlar belirli bir hedef hızda kapatılırdı. Ancak, yakıt veya oksitleyici sensörlerinden ikisi kuruluk algılasaydı, motorlar önceden kapatılmış olurdu.
Sıvı oksijen için seviye sensörleri, oksijen pompaları kuru çalışmadan, tanklarda mümkün olan en düşük, kullanılamayan artık miktarlarla ana tahrikin maksimum çalışma süresi mümkün kılınacak şekilde düzenlenmiştir. Ek olarak, sıvı hidrojen tankına, yanma için gerekli olan 6:1 (oksitleyici-yakıt) karışım oranının ötesinde 320 kg'lık bir rezerv ile yakıt ikmali yapılmıştır.
Sıvı oksijen ve sıvı hidrojen tanklarının her birinin tepesinde bulunan dört basınç sensörü, ilgili tanktaki gaz basıncını izledi.
Harici tank teknolojisi
Harici donanım, ET Orbiter konektörleri, şebeke bağlantıları, elektrik ve güvenlik sistemleri birlikte 4,1 t (9100 pound) ağırlığındadır. Her yakıt deposunun ön ucunda bir havalandırma ve basınç tahliye valfi bulunur. Bu çift işlevli valf, sıvı hidrojen deposundaki aşırı basınç 360 kPa'ya veya sıvı oksijen deposundaki 270 kPa'ya ulaştığında, ön çalıştırma aşamasında ve uçuş sırasında bir havalandırma olarak yerden açılabilir.
ET'nin iki arka bağlantı noktasının her biri, iki ünite arasında hizalama için de kullanılan, yörüngedeki ilgili bir üniteye bağlanır. Cıvatalarla fiziksel olarak güçlü bir bağlantı sağlanır. GPC, harici tankın ayrılmasını başlatırsa, cıvatalar piroteknik üniteler vasıtasıyla üflenir.
ET, ikisi sıvı oksijen deposu için, üçü sıvı hidrojen deposu için olmak üzere, yörünge aracının yakıt sistemine bağlantı sağlayan beş yakıt valfine sahiptir. Oksijen valflerinden biri sıvı, diğeri gaz oksijen için monte edilmiştir. Hidrojen tankının besleme hattında sıvı için iki valf ve gaz halinde hidrojen için bir valf bulunur. Hidrojen için başka bir yakıt hattı, yalnızca kalkıştan kısa bir süre önce gevşeme aşaması sırasında sıvı hidrojeni yeniden sirküle etmek için kullanılır.
İki elektronik bağlantı, yörünge aracından ET'ye güç sağlar ve ET'den ve iki SRB'den yörüngeye veriyi yönlendirir.
Uzay mekiğinden sonra kullanın
takımyıldız programı
2003'teki Columbia felaketinden sonra ET'nin bir parçası olarak, katı roket güçlendiricileri Başkan Bush , kargo için Ares V (eskiden Kargo Fırlatma Aracı (Calvados)) ve Ares I (önceden ) olan yeni nesil nakliye uçaklarında Constellation programını ilan etti. İnsanlı uzay aracı Orion (eski adıyla Mürettebat Keşif Aracı (CEV)) için Mürettebat Fırlatma Aracı (CLV )).
Uzay Mekiği'nin aksine, Ares V'in başlangıçta doğrudan ET'ye bağlı beş SSME motoruna sahip olması amaçlanmıştı, ancak motorların sayısı ve modeli, devam eden planlama süreci sırasında oksijen deposu Satürn V roketinin üzerine yerleştirildiğinde değişiklik gösterdi. altta olmalıdır. Beş parçadan oluşan yekpare roket, eskisi gibi yana takılmalıdır. Dünya yörüngesinden ayrılmak için üst aşama ( Dünyadan Ayrılma Aşaması ) ve faydalı yük (ay uçuşları için bu Altair ay modülü olmalıdır) tankın üzerine kurulmuş olmalıdır.
Ares I'in sıvı yakıtla çalışması gereken ikinci aşaması, Orion uzay gemisinin monte edileceği azaltılmış bir mekik tankından da oluşmalıdır. Sahnenin kendisi, uzay mekiği programından uyarlanmış bir katı yakıt güçlendiricisine monte edilmelidir. Bu ikinci aşamanın başlangıçta tek bir SSME'ye sahip olması gerekiyordu, ancak yalnızca uçuş sırasında başlatılması gereken bir SSME ile ilgili olası sorunlar, NASA'nın Orion'un boyutunu küçültmesine ve J-2 motorunun uyarlanmış bir versiyonuna geçmesine neden oldu . Ancak, sadece bir sonraki Augustine Komisyonu tarafından olumsuz raporuna suborbiter Ares I Test uçuşu ET hiçbir bileşenleri dahil edildiği 2009, program edildi tarafından 2010 ilkbaharında durdurulan Başkan Barack Obama , George W başardı .Bush .
Uzay Fırlatma Sistemi
Ancak 2010 yılında , Amerika Birleşik Devletleri Kongresi Constellation programı kavramlarının bazı kısımlarını alçak Dünya yörüngesinin ötesindeki gelecekteki insanlı misyonlara dahil etmeye karar verdi, bu nedenle yeni insanlı uzay fırlatma sisteminin (SLS) ana aşaması ET'den türetilecek. ve aynı çapa sahip olan ve şu an için uzay mekiğinin yan tarafına monte edilmiş iki adet katı hal yükselticiye sahip ve Constellation'dan devralınan Orion-MPCV uzay aracını, faydalı yük ve görev profiline göre boyutlandırılan bir üst aşamanın üzerinde taşıyor . Üst seviye ile Orion arasında veya Orion yerine uygun yük için boşluk vardır, örn. B. Apollo programının aya inişleri sırasında LEM'e gelince . Ana sahne, görev profiline bağlı olarak üç, dört veya beş RS-25D / E (SSME'den türetilmiş) motorlarla donatılmıştır. SLS'nin temel tasarımı, Constellation programından Ares IV ve Ares V kavramlarına dayanmaktadır.
İnternet linkleri
- Lockheed Martin: Harici Tank (İngilizce)
kabarma
- ↑ NASA: Dış Tank (İngilizce)
- ↑ NASA: ECO Sensor PowerPoint Slide (PowerPoint sunumu, İngilizce; 485 kB)
- ↑ Uzay Mekiği ECO Sonsors: derinlemesine bir görünüm ( içinde Memento orijinal halinde 12 Aralık 2007 tarihli Internet Archive ) Bilgi: arşiv bağlantısı otomatik olarak sokulmuş ve henüz kontrol edilmedi. Lütfen orijinal ve arşiv bağlantısını talimatlara göre kontrol edin ve ardından bu uyarıyı kaldırın. (İngilizce)
- ↑ STS-114 Motor Kesme Sensörü Anomalisi Teknik Danışma Raporu , NASA, 3 Kasım 2005 , PDF dosyası, İngilizce, erişim tarihi 19 Aralık 2015
