Rezervorul extern al navetei spațiale
Rezervorul extern , în inițiale ET , în rezervorul extern italian , este o componentă a navetei spațiale care conține hidrogen lichid și oxigen .
În timpul decolării și ascensiunii Shuttle-ului, rezervorul extern furnizează combustibilul și agentul de ardere sub presiune către cele trei propulsoare principale ( Space Shuttle Main Engine , în abrevierea SSME) situate pe orbitator și este evacuat la 10 secunde după propulsoarele sunt oprite ( Main Engine Cut Off , acronim MECO).
Spre deosebire de Solid Rocket Boosters , rezervorul extern nu este reutilizabil, distrugându-se la reintrarea în atmosfera Pământului înainte de impact cu Oceanul Indian sau Pacific , departe de rutele maritime.
Prezentare generală
Rezervorul este cel mai mare element al navetei spațiale și, atunci când este umplut, este și cel mai greu. Se compune din trei componente principale:
- rezervorul de oxigen înainte;
- un rezervor intermediar nepresurizat care conține majoritatea componentelor electrice;
- rezervorul de hidrogen din spate.
Pe lângă funcțiile de alimentare cu combustibil, rezervorul formează și coloana vertebrală a navetei. De fapt, asigură suportul structural pentru atașarea Booster-urilor pentru rachete solide și a orbitatorului. Cele două puncte de ancorare pentru sistemele de siguranță pentru copii sunt poziționate la pupa și la prova, în timp ce există un punct de atașare la prova și două la pupa pentru orbiter. În zona de pupă există și conexiuni care transportă fluide, gaze, semnale electrice și electricitate între rezervor și orbitator. Semnalele și comenzile dintre orbitator și cele două SRB-uri trec, de asemenea, prin aceste conexiuni.
Evoluţie
Rezervor de greutate standard
Rezervorul original a fost cunoscut informal sub numele de rezervor de greutate standard SWT . Primele două, utilizate în misiunile STS-1 și STS-2 , au fost vopsite în alb. Din a treia misiune STS-3 , Lockheed Martin a decis să nu picteze tancul, economisind aproximativ 272 kg de greutate. [1]
După misiunea STS-4 , greutatea a fost redusă prin eliminarea liniei anti-gheizer (paralelă cu linia de alimentare cu oxigen, oferă o cale alternativă pentru oxigenul lichid pentru a reduce acumularea de oxigen gazos în linia de alimentare în timp ce rezervorul este fiind umplut înainte de lansare). Lungimea și diametrul total au rămas neschimbate, în timp ce greutatea a atins i 35 000 kg (cifră pentru ultima misiune în care a fost utilizat acest tip de tanc extern, STS-7 ).
Rezervor ușor
Începând cu misiunea STS-6 , a fost introdus un tanc mai ușor, numit Lightweight Tank LWT . A fost folosit în majoritatea zborurilor Shuttle, până la accidentul Columbia în misiunea STS-107 . Greutatea acestui tanc a fost 30 000 kg . Unele porțiuni ale rezervorului au fost subțiate, iar greutatea brațelor de susținere ale Booster-urilor Solid Rocket a fost redusă prin utilizarea unui aliaj de titan mai puternic, mai ușor și mai ieftin.
Rezervor super ușor
Super Lightweight Tank SLW a fost folosit pentru prima dată în 1998 în misiunea STS-91 și a fost utilizat pentru toate misiunile ulterioare (cu excepția STS-99 și STS-107 ). Se bazează pe același design ca și LWT , dar folosește un aliaj de aluminiu / litiu (Al-Cu-Li) (Al 2195) pentru o mare parte din structura sa. Acest aliaj asigură o reducere semnificativă a masei de aprox 3 175 kg , cu dezavantajul creșterii timpilor de producție (aproximativ 4 luni) și a costurilor (aproximativ 5 milioane de dolari) în comparație cu LWT . Deși toate rezervoarele externe produse în prezent sunt de acest tip, un rezervor de tip LWT este încă disponibil pentru o posibilă utilizare viitoare.
Date tehnice
Specificații SLWT
- Lungime: 46,9 m [ lungimea este mai mică decât suma etapelor menționate mai jos ]
- Diametru: 8,4 m
- Greutate goală: 26 559 kg
- Greutatea la decolare: 762 136 kg
Tub de oxigen
- Lungime: 16,6 m
- Diametru: 8,4 m
- Volum (la 22 psig): 553 355 l
- Masă (la 22 psig): 629 340 kg
- Presiunea de lucru: 138–152 kPa
Rezervor intermediar
Rezervor de hidrogen
- Lungime: 29,5 m
- Diametru: 8,4 m
- Volum (la 29,3 psig): 1 497 440 l
- Masă (la 29,3 psig): 106 261 kg
- Presiunea de lucru: 221-235 kPa
Componente
Rezervorul extern este format din trei componente principale: rezervorul de oxigen, un rezervor intermediar și rezervorul de hidrogen. Rezervoarele de oxigen și hidrogen sunt construite dintr-un aliaj de litiu-aluminiu Al 2195 proiectat de Lockheed Martin , în timp ce rezervorul intermediar utilizează un aliaj de aluminiu comercial Al 2090.
Tub de oxigen
Rezervorul care conține oxigenul lichid este poziționat în partea de sus și are o formă ogivă pentru a reduce supraîncălzirea aerotermodinamică. Volumul acestui rezervor este 559 m³ la o presiune de 2,5 Bar și o temperatură de 90 K.
Rezervorul trimite oxigen lichid în rezervorul intermediar printr-o linie de alimentare cu un diametru de 430 mm și, ulterior, din rezervor prin brațul frontal drept conectat la orbitator. Această linie, cu un diametru de 430 mm, permite un debit de 1264 kg / s atunci când SSME funcționează la 104%. Toate încărcăturile, cu excepția celor aerodinamice, sunt transferate din rezervorul de oxigen printr-o interfață cu rezervorul intermediar.
Rezervor intermediar
Această componentă acționează ca o legătură structurală între rezervoarele de oxigen lichid și hidrogen. Funcția sa principală este de a recepționa și distribui toate încărcăturile derivate din forța impulsurilor de rachete solide și de a le transfera între tancuri. Cele două cârlige frontale ale SRB-urilor sunt poziționate la 180 de grade pe structura rezervorului intermediar. Un braț se extinde prin structură și este atașat mecanic la cârlige. Când SRB-urile pornesc, acest braț este îndoit de forță și aceste sarcini sunt transferate în cuplaje.
Adiacent cârligelor există o structură inelară. Sarcinile sunt transferate către această componentă care transferă sarcinile tangențiale pe suprafața rezervorului intermediar. Două panouri numite panouri de împingere distribuie sarcina forței axiale concentrate a SRB-urilor către rezervoarele de oxigen și hidrogen și către panourile adiacente.
Acest rezervor funcționează și ca un compartiment de protecție pentru instrumentație.
Rezervor de hidrogen
Rezervorul de hidrogen ocupă partea inferioară a rezervorului și este format din patru secțiuni cilindrice, un arc și o cupolă din spate. Compartimentele sunt conectate împreună prin patru structuri inelare care primesc și redistribuie sarcinile. Structura care leagă cupola de arc cu compartimentul adiacent distribuie sarcinile care sunt aplicate prin structura rezervorului intermediar și acționează, de asemenea, ca o legătură între acesta din urmă și rezervorul de hidrogen. Inelul de pupă primește sarcini induse de Orbiter prin brațul de sprijin spate al Orbiter și sarcini de siguranță pentru copii de pe brațele din spate. Celelalte trei inele distribuie aceste sarcini către orbitator și linia de alimentare cu oxigen. Volumul rezervorului este 1 514,6 m³ la 3,02 Bar e 20,3 K.
Linia de alimentare cu hidrogen, cu diametrul de 430 mm, permite un debit maxim de 211 kg / s.
Sistem de protecție termică
Sistemul de protecție termică constă din spumă izolatoare și materiale ablative, precum și izolatori termici fenolici pentru a reduce fluxul de căldură către rezervorul de hidrogen și pentru a preveni lichefierea aerului.
Dezvoltarea sistemului de protecție termică a tancurilor externe a fost problematică și a fost cauza unor slăbiciuni fatale pentru siguranța misiunilor Shuttle. NASA a avut dificultăți în prevenirea fragmentării spumei în timpul zborului după decizia (luată în 1995 ) de a îndepărta clorofluorocarburile -11 (CFC-14) din compoziția spumei, în conformitate cu interzicerea acestor compuși din motive ecologice. Prin urmare, sa decis să se utilizeze hidroclorofluorocarbonul HCFC 131b, care a fost certificat pentru utilizare și încorporat. Noua spumă care conține această substanță a fost folosită pentru prima dată în porțiunea cupolei frontale a ET-82 în timpul zborului STS-79 în 1996 și a fost utilizată în tot rezervorul începând cu ET-88, utilizată în misiunea STS . 86 din 1997 .
În timpul decolării misiunii STS-107, o bucată de spumă izolantă a rupt rezervorul și a lovit marginea principală a aripii Navetei Spațiale Columbia cu viteză mare. Impactul a afectat mai multe plăci armate carbon-carbon ale orbitatorului și în timpul reintrării gazul supraîncălzit a pătruns în structura aripii, provocând distrugerea navetei și pierderea întregului echipaj.
În 2005 , problema nu fusese încă rezolvată pe deplin: în timpul misiunii STS-114 , camerele montate la bordul rezervorului au înregistrat o bucată de spumă care se desprinde de la rampele de încărcare a aerului Protuberance , care au fost proiectate pentru a preveni curgerea aerului instabil în apropiere. tăvi de cablu. Această parte a rezervorului este alcătuită din straturi groase de spumă aplicată manual și a fost înlocuită în misiunile ulterioare. Pierderile sunt în prezent definite ca „acceptabile” de NASA în proiectarea actuală a tancurilor.
Sistemul de siguranță al gamei
Primele rezervoare conțineau un dispozitiv pentru dispersarea combustibilului în caz de nevoie. Sistemul, denumit Range Safety System , a inclus o baterie electrică, un receptor / decodor, antene și explozivi. Începând cu misiunea STS-88 , sistemul nu mai era montat pe tanc.
Utilizări viitoare
După încheierea programului Navetei Spațiale, care a avut loc în 2011, NASA ar fi folosit Rezervorul extern în Programul Constelației , care presupunea utilizarea celor doi vectori de lansare Ares I și Ares V, dar anulat după reducerile bugetare ale administrației Obama . Prima etapă a acestor operatori ar folosi o versiune modificată a 5 segmente a RBS. Tehnologia dezvoltată pentru rezervorul extern al Shuttle va fi utilizată pentru proiectarea de noi transportatori. În schimb, va fi dezvoltată o nouă versiune a tancului pentru SLS (Space Launch System), care este în prezent în proiectare și va intra în funcțiune în 2017.
Notă
- ^ Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu "NASA preia livrarea tancului exterior al navei spațiale 100". Arhivat la 11 martie 2007 la Internet Archive . Comunicat de presă 99-193. 16 august 1999.
- „Sistemul de protecție termică a tancurilor externe” Fapte NASA „ Revenirea la zona de focalizare a zborului ”, Administrația Națională pentru Aeronautică și Spațiu, Marshall Space Flight Center, Huntsville, Alabama (Pub 8-40392, FS2005-4-10-MSFC, aprilie 2005)
- Administratia Natională a Aeronauticii si Spatiului. Briefs pentru sisteme de rapel . Basic, Rev F, PCN 1. 27 aprilie 2005.
- Administratia Natională a Aeronauticii si Spatiului. Criterii de proiectare a sistemelor de navetă. Volumul I: Shuttle Performance Assessment Databook . NSTS 08209, Volumul I, Revizuirea B. 16 martie 1999.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe rezervorul extern al navei spațiale
linkuri externe
- Galerie foto de propulsie a navetei spațiale și tancuri externe , pe nasa.gov .
- STS-115 Lansați așa cum se vede din ET Camera Video
- Raportul Consiliului de investigare a accidentelor Columbia Vol. 1, cap. 3, „Analiza accidentelor” august 2003
