Rumfærge ekstern tank
Den ydre tank på rumfærgen ( engelsk rumfærge ekstern tank , forkortelse i følgende: ET) indeholdt de kryogene raketdrivmidler flydende brint (brændstof) og flydende ilt (oxidationsmiddel). Den eksterne tank blev bygget af Lockheed Martin i Michoud Assembly Facility . ET var også en del af Ares-raketfamilien udviklet som en del af Constellations-programmet og er grundlaget for hovedfasen i det fremtidige bemandede amerikanske rumskydningssystem .
Brug under en mission
Orbiteren selv bar kun små mængder manøvrerende drivmidler og drivmidler til brændselscellerne til den indbyggede strømforsyning. De tre hovedmotorer SSME, der befinder sig bagved orbiterens strøm, blev leveret fra den eksterne tank under start og opstigning. Efter at hovedmotorerne var udbrændt, blev tanken adskilt fra kredsløb, gik ind i jordens atmosfære efter omkring en halv omkreds rundt om jorden, det meste brændte op, og resten faldt omkring 18.500 km væk fra lanceringsstedet i havet - normalt afhængigt af banehældningen i Det Indiske Ocean eller Stillehavet , langt fra kendte skibsruter. Som et resultat var den eksterne tank den eneste store komponent - i modsætning til de genanvendelige faste brændstofforstærkere og kredsløb - der gik tabt ved hver mission og måtte anskaffes på ny hver gang.
Tanken gik glip af kredsløb; en hastighed på ca. 100 m / s manglede for at blive i en bane. Kredsløbet, der nu er adskilt fra den eksterne tank, udgjorde den manglende hastighed til at nå en stabil bane ved hjælp af kredsløbssystemet hjælpemotorer med brændstof transporteret om bord, mens banens apogee blev rejst i en brændende fase kort efter adskillelse fra tanken Da dette punkt længst væk fra jorden blev nået, blev kredsløbet cirkuleret af en anden brændende fase.
oversigt
Den ydre tank var den største og (hvis fyldt) tungeste individuelle komponent i rumfærgen. Den var 46,88 m lang, havde en diameter på 8,4 m og bestod af tre hovedkomponenter:
- Tank med flydende ilt i det øverste område
- Trykløst område, hvor de fleste af de elektriske komponenter var placeret
- Tank til det flydende brint i den nederste del - dette er den største del, men dens indhold var lettere end ilttanken.
Forsiden af den eksterne tank var aftageligt forbundet til bunden af orbiteren med en dobbelt stiver kaldet en bipod og to steder bagpå. På de to bageste stivere var der også rørkoblinger til de vigtigste brændstofledninger til orbiterens tre motorer, til de komprimerede gasledninger til opretholdelse af tankens indre tryk og kabler til styresignaler og strømforsyning mellem tanken og orbiteren. Elektriske signaler og kontrolkommandoer mellem orbiteren og de to raketter med fast brændsel, som var arrangeret ved siden af ET, blev også transmitteret gennem disse linjer.
Farvelægning
Tankene, der blev brugt ved de første to shuttle-lanceringer - STS-1 og STS-2 - blev malet hvidt med titandioxid . Den NASA havde frygtet, at solstrålingen ellers ville opvarme tanken også. Under forberedelserne til jomfruturen i april 1981 blev det imidlertid tydeligt, at det rustbrune isolationslag var fuldstændig tilstrækkelig beskyttelse. Dette er grunden til, at den hvide maling er blevet dispenseret siden STS-3 (STS-2-tanken var allerede malet, da beslutningen blev taget). Dette sparede et arbejdstrin og 270 kg masse.
Vægtoptimeret udvikling
Startende med STS-6- missionen blev der introduceret en lettere ET ( kaldet Lightweight Tank (LWT) af NASA ). Denne tank blev brugt til de fleste af shuttle-flyvningerne indtil den mislykkede flyvning med STS-107 . I 1998 begyndte NASA at bruge den såkaldte Super Lightweight Tank (SLWT) til flyvninger til den internationale rumstation (ISS) , som yderligere reducerede vægten gennem et andet design. Selvom nye tanke kunne afvige lidt, havde de en tilnærmet egenvægt på 30 t (SLWT: 26,5 t). Den sidste tank fra den første serie havde en tilnærmet egenvægt på 35 t. Hvert fald i tankvægt øger nyttelastvægten med omtrent det samme antal. Vægtreduktionen blev opnået ved at fjerne dele af stiverne (strukturelle stivere, der er fastgjort i længderetningen til tanken). Derudover blev der anvendt færre afstivningsringe, og brintankens struktur blev ændret. Nogle områder af tanken blev gjort smallere, og vægten af den bageste affjedring til de solide raketraketter blev reduceret ved hjælp af en stærkere, men alligevel lettere og billigere titaniumlegering .
Anti-geyserlinjen blev fjernet fra konstruktionen lidt tidligere , hvilket igen sparede nogle få hundrede kilo. Anti-geyserlinjen parret med den flydende iltledning og tilvejebragt et flydende iltkredsløb for at reducere ophobningen af gasformigt ilt under pre-launch-fyldning. Efter at data om brændstofbelastningen var blevet evalueret under test på jorden og de første shuttle-missioner, blev anti-geyserlinjen ikke længere brugt i STS-5- missionen og efterfølgende missioner. Den samlede længde og diameter på den eksterne tank er dog ikke ændret.
Komponenter
Tank med flydende ilt
Den flydende iltank var en selvbærende aluminiumskonstruktion lavet af lasersvejste, foruddannede, rullede metalplader, som blev forstærket indvendigt med ringrammer og langsgående strengere. Han arbejdede i trykområdet fra 240 til 250 kPa (absolut tryk). Tanken blev boltet til den mellemliggende tanksektion med sin flange i den bageste ende. Tanken indeholdt ledeplader for at minimere snurren og hvirvlingen . De sørgede for, at væsken bevægede sig så lidt som muligt og sørgede for, at kun ilt i væskefasen kommer ind i forsyningsledningen til turbopumperne fra de tre SSME'er .
Tanken førte ind i forsyningsledningen med en diameter på 43 cm, der førte det flydende ilt gennem den mellemliggende tank og gennem en rørbøjning i den samme, derefter langs den ydre væg af den eksterne tank på højre side til forbindelsen. punkt mellem den eksterne tank og kredsløb. Rørets diameter tillod iltet at strømme ved en massestrøm på 1264 kg / s, mens SSME'erne løb ved 104% af deres nominelle tryk og havde en maksimal gennemstrømningshastighed på 1.1099 m³ / s. Den spidse, elliptiske form af den flydende iltank reducerede luftmodstand og varmeopbygning på grund af luftfriktion, når de flyver gennem de nedre lag af atmosfæren. Næsen keglen indeholdt opstigning luft datasystem i ni prøver og fungerede som en lynstang.
En hætte monteret på en drejearm på servicebygningen dækkede udluftningsåbningen ved spidsen af ET og dermed ilttanken under nedtællingsfasen og blev kun drejet væk ca. to minutter før start. Denne hætte sugede ud rømmende iltdamp, hvilket kunne have ført til isaflejringer øverst i tanken og dermed udgjorde en fare for rumfartøjet under start.
Den flydende iltank indeholdt en separat pyroteknisk betjent udluftningsventil i forenden. Når kredsløb blev adskilt fra den eksterne tank kort før den nåede kredsløb, blev denne ventil åbnet for at vippe tanken væk fra kredsløb ved recoil af den resterende restgas og dermed understøtte separationsmanøvren og muliggøre bedre kontrol af indgang aerodynamik af den eksterne tank.
Volumenet af den flydende iltank var 554 m³. Den havde en diameter på 8,41 m, var 15 m høj og vejede 5,4 t, når den var tom.
Mellemliggende tanksektion
Mellemtanksektionen ( "Intertank" ) var den cylinderformede forbindelse lavet af stål og aluminium i en halvskalskonstruktion med ringformede forbindelsesflanger i hver ende, som forbandt de to individuelle tankcontainere med hinanden. Samtidig blev SRB- boostere med fast brændstof introduceret til fremdriften via deres forreste fastgørelse i denne strukturelle del. Disse forbindelsesbeslag blev arrangeret på modsatte sider af sektionens ydervæg. Stødkraften blev fordelt til resten af strukturen via en central ringramme, og forbindelserne blev direkte forbundet med en stålstiver, der løb over sektionen for at absorbere SRB's radiale kompressionskræfter. Plankingen bestod af stringerforstærket letmetalpaneler.
Mellemtanken indeholdt instrumenter og avionik i den eksterne tank og en forbindelsesenhed. Før starten blev en arm placeret på affyringsrammen dokket til den, som skyllede rummet med inaktiv nitrogengas og ekstraherede brintgasser for at forhindre oxyhydrogeneksplosioner . Den mellemliggende tanksektion var forbundet med den udvendige atmosfære under flyvningen.
Den mellemliggende tanksektion havde en længde på 6,9 m, en diameter på 8,4 m og vejede 5,5 t.
Flydende brintank
Den flydende brintank var en aluminiumskomponent bestående af fire lasersvejste, tøndeformede segmenter, fem ringrammer indeni og to buede tankbunde foran og bagpå .
Arbejdstrykket var mellem 220 og 230 kPa. Den flydende brintank indeholdt også et system for at forhindre hvirveldannelse og en sugefitting, der førte det flydende brint gennem en 43 cm bred forsyningsledning til ledningskoblingen på den venstre eksterne forbindelsesstiver til kredsløb. Massestrømmen af LH 2 var 211 kg / s under en udførelsen af SSMEs af 104% eller en maksimal strømningshastighed på 2.988 m³ / s. Ved tankens forende var den forreste ET-orbiter-forbindelsesstiver, i den bageste ende de to bageste ET-orbiter-ophæng og de bageste SRB-ET-stabiliserende understøtninger. Den flydende brintank havde en diameter på 8,4 m, en længde på 29,46 m, et volumen på 1515,5 m³ og en tom vægt på 13 t.
Varmebeskyttelse
ET-varmebeskyttelsen bestod af varmeafledende materialer og en påsprøjtet skumisolering . Systemet brugte også phenoliske varmeisolatorer til at forhindre luftkondensation på metaldele i brintanken. Varmeisolatorerne bør også reducere opvarmningen af det flydende brint. Varmebeskyttelsen vejer 2,2 t.
Varmebeskyttelsen var imidlertid problematisk og viste sig at være et fatalt svagt punkt for shuttle-missionerne. Indtil 1997 blev skumisolering lavet med freon , et kemikalie kendt for sin skadelige virkning på ozonlaget . Selvom NASA var undtaget fra en lov, der krævede, at brugen af freon skulle reduceres, og mængden af freon, der blev brugt på tanken, var lille, blev sammensætningen af skummet ændret som et resultat. Imidlertid faldt det nye skum meget lettere ved start og øgede antallet af hits på rumfærgens varmefliser ti gange. Derudover dannes der ofte efter udfyldning med de kryogene væsker på ydersiden af tanken, hvilket udgør en trussel mod rumfærgen under flyvningen.
Under lanceringen af STS-107 kom et stykke skumisolering af og ramte forkanten af Space Shuttle Columbia- vingen i meget høj hastighed. Virkningen ødelagde adskillige armerede kulstofvarmefliser på forsiden af vingen, så når super-varmt plasma var i stand til at trænge ind i vingen , da det kom ind i jordens atmosfære igen . Dette førte til ødelæggelse af vingestrukturen og følgelig brud på Columbia og besætningsmedlemmernes død. Problemet med, at skumstykkerne falder af, kunne først ikke løses fuldstændigt. Kameraer knyttet til rumfærgen indspillede et stykke skum, der flyver væk fra ET på STS-114 . Denne del ramte imidlertid ikke rumfærgen.
Som et resultat suspenderede NASA alle yderligere shuttle-lanceringer, indtil problemet blev forstået og løst. De såkaldte PAL-tærskler (Protuberance Air Loads) er blevet identificeret som en mulig årsag til problemerne med isoleringen. Disse tærskler dækker brændstofledningerne til kredsløb, der løber på ydersiden af tanken med skum for at beskytte dem mod luftturbulens. Test i vindtunnelen viste, at skum også løsnes fra IFR-isgrænseværdierne (Ice / Frost Ramps). For den næste flyvning ( STS-121 ) i juli 2006 blev PAL-tærsklerne udeladt; IFR'erne blev efterladt uændrede.
Måling af tryk og niveau
Der var otte sensorer ( Engine Cutoff Sensors, ECO ) til at opdage, at der løber tør for brændstof og oxidator kort før den når den endelige højde og derefter lukker Space Shuttle Main Engines (SSME) på en ordnet måde; motorafskæringen ( MECO - Main Engine Cut Off ) måtte finde sted med overskydende brændstof; En nedlukning i tilfælde af mangel på brændstof og derfor en blanding rig på oxidator kan have forårsaget forbrændinger og alvorlig korrosion af motorkomponenterne. SSME- turbopumperne fik også kun lov til at suge medier i væskefasen, da de ellers ville have overkørt uden belastning og kunne have eksploderet. Der var fire sensorer hver til brændstof og fire oxidationsmidler. Sensorerne til enden af brintet var i bunden af brændstoftanken, dem til oxidatoren i brændstofledningen, der fører fra tanken. Mens hovedmotorer (SSME) var i drift, beregnede kredsløbets computere kontinuerligt køretøjets aktuelle masse som et resultat af brændstofforbrug. Normalt blev motorerne slukket ved en given målhastighed. Men hvis to af brændstof- eller oxidationssensorerne havde opdaget tørhed, ville motorerne være blevet lukket på forhånd.
Niveausensorerne for det flydende ilt var arrangeret på en sådan måde, at en maksimal driftstid for hoveddrevet blev muliggjort med de lavest mulige, ikke-anvendelige restmængder i tanke, uden iltpumperne kørte tørre. Derudover blev den flydende brintank tanket op med en reserve på 320 kg ud over det blandingsforhold på 6: 1 (oxidationsmiddel til brændstof), der kræves til forbrænding.
Fire trykfølere hver på toppen af de flydende ilt- og flydende brintanke overvågede gastrykket i den respektive tank.
Teknologi til den eksterne tank
Den eksterne hardware, ET Orbiter-stik, hjælpeforbindelser, elektriske og sikkerhedssystemer vejer sammen 4,1 t (9100 pund). Hver brændstoftank har en udluftnings- og trykaflastningsventil i forenden. Denne dobbeltfunktionsventil kan åbnes fra jorden som en ventilation i før startfasen og under flyvningen, når overtrykket i tanken for flydende brint når 360 kPa eller i tanken for flydende ilt 270 kPa.
Hvert af de to bageste forbindelsespunkter på ET er forbundet til en tilsvarende enhed på kredsløb, som også bruges til justering mellem de to enheder. En fysisk stærk forbindelse sikres af bolte. Hvis GPC initierer adskillelsen af den eksterne tank, blæses boltene ved hjælp af pyrotekniske enheder.
ET har fem brændstofventiler, der muliggør forbindelse til kredsløbets brændstofsystem, to til den flydende iltank, tre til den flydende brintank. En af iltventilerne er installeret til væske og en til gasformigt ilt. Brintankens forsyningsledning har to ventiler til væske og en til gasformigt brint. En anden brændstofledning til brint bruges kun til at recirkulere flydende brint under afslapningsfasen kort før start.
To elektroniske links giver strøm til ET fra orbiter og rutedata fra ET og de to SRB'er til orbiter.
Brug efter rumfærgen
Konstellationsprogram
Som ET som en del af efter Columbia-katastrofen i 2003 af skulle de solide raketforstærkere præsident Bush proklamerede Constellation-programmet i den næste generation af transportfly, som Ares V (tidligere Cargo Launch Vehicle (Calvados)) for fragt og Ares I (tidligere Crew Launch Vehicle (CLV) til det bemandede rumfartøj Orion (tidligere Crew Exploration Vehicle (CEV)).
I modsætning til rumfærgen var Ares V oprindeligt beregnet til at have fem SSME-motorer knyttet direkte til ET, men antallet og modellen af motorerne varierede under den igangværende planlægningsproces, idet iltanken var placeret på Saturn V- raketten skal være i bunden. Den solide raket, der består af fem segmenter, skal fastgøres til siden som før. Den øverste fase ( Earth Departure Stage ) til at forlade jorden kredsløb og nyttelasten (for måneflyvning skal dette være Altair- månemodulet ) skulle have været installeret over tanken .
Den anden fase af Ares I, som skulle køre på flydende brændstof, skulle også bestå af en reduceret skytteltank, som Orion-rumskibet ville være monteret på. Selve scenen skal monteres på en tilpasset booster til fast brændsel fra rumfærge-programmet. Denne anden fase skulle oprindeligt have en enkelt SSME, men mulige problemer med en SSME, der kun måtte startes under flyvningen, fik NASA til at reducere størrelsen på Orion og skifte til en tilpasset version af J-2-motoren . På grund af den negative rapport fra Augustine-Kommissionen efter kun en suborbital testflyvning af Ares I i 2009, hvor ingen komponenter i ET var involveret, blev programmet afbrudt i foråret 2010 af præsident Barack Obama , der efterfulgte George W Bush .
Space Launch System
I 2010 besluttede den amerikanske kongres dog at indarbejde dele af koncepterne i Constellation-programmet i fremtidige bemandede missioner ud over den lave jordbane, så hovedfasen i det nye bemandede rumskydningssystem (SLS) skal afledes fra ET og har samme diameter har to solid-state boostere monteret på siden af rumfærgen indtil videre og bærer Orion-MPCV- rumfartøjet overtaget fra Constellation over et øverste trin, der er dimensioneret afhængigt af nyttelast og missionsprofil . Mellem det øverste niveau og Orion eller i stedet for Orion er der plads til den passende nyttelast, f.eks. B. som for LEM under månelandingerne i Apollo-programmet . Hovedtrinnet er udstyret med tre, fire eller fem RS-25D / E-motorer (afledt af SSME) afhængigt af missionens profil. Det grundlæggende design af SLS er baseret på koncepterne i Ares IV og Ares V fra Constellation-programmet.
Weblinks
- Lockheed Martin: External Tank (engelsk)
svulme
- ↑ NASA: The External Tank (engelsk)
- ↑ NASA: ECO-sensor PowerPoint-dias (PowerPoint-præsentation, engelsk; 485 kB)
- ↑ Space Shuttle ECO Sonsors: en dybtgående visning ( Memento af den oprindelige dateret December 12, 2007 i den Internet Archive ) Info: Den arkiv link blev indsat automatisk, og er endnu ikke blevet kontrolleret. Kontroller original- og arkivlinket i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. (Engelsk)
- ↑ STS-114 Motorafskæringssensor Anomali Teknisk konsultationsrapport , NASA, 3. november 2005 , PDF-fil på engelsk, tilgængelig 19. december 2015
