Motorul principal al navetei spațiale
| Rocket System-25 | |
|---|---|
 | |
| tara de origine | Statele Unite ale Americii |
| Primul zbor | STS-1 |
| Ultimul zbor | STS-135 |
| Constructor principal | Aerojet Rocketdyne |
| Vector asociat | Space Shuttle , Space Launch System |
| Predecesor | HG-3 |
| stare | Inactiv de la STS-135 Următorul zbor în EM-1 |
| Motor propulsor lichid | |
| Propulsor | oxigen lichid / hidrogen lichid |
| Raportul compus | 6.0 |
| Ciclu | ciclu de ardere etapizat |
| Configurare | |
| Raport de descărcare de gestiune | 69: 1 |
| Performanţă | |
| Împingere (goală) | 2279 kN |
| Tracțiune (nivelul mării) | 1860 kN |
| Presiunea camerei | 2094 MPa (2994 psi ) |
| Eu sp (gol) | 452,3 s (4,436 km / s ) |
| I sp (nivelul mării) | 366 s (3,59 km / s) |
| Timpul de aprindere | 480 s |
| Repornește | Nu |
| Dimensiuni | |
| Lungime | 4,3 m |
| Diametru | 2,4 m |
| Greutate goală | 3177 kg |
| Folosit in | |
| Naveta spatiala Sistem de lansare spațială | |
| Referințe | |
| Notă | Datele referitoare la RS-25D cu un impuls de 109% |
Motorul principal al navetei spațiale (denumit și acronimul SSME sau denumirea Aerojet Rocketdyne RS-25 ) este motorul principal al navetei spațiale , fabricat de divizia Rocketdyne a Pratt & Whitney . Motor cu propulsie lichidă, cu un ciclu de ardere etapizat și alimentat de două turbopompe , este elica principală a navetei spațiale , care, cuplată la cele două boostere de propulsor solid, asigură un raport adecvat forță- greutate pentru accesul la spațiu. Propulsorul utilizat este cuplul hidrogen lichid și oxigen lichid care permit obținerea unor performanțe ridicate în ceea ce privește impulsul specific de greutate (500 de ani).
Introducere
Motoarele SSME sunt surse de propulsie foarte sofisticate care ard oxigen lichid și hidrogen din rezervorul extern . Acestea sunt folosite pentru propulsie în timpul fazei de urcare, în plus față de puternicele navete spațiale Solid Rocket Boosters . Fiecare motor poate genera aprox 1,8 MN de forță la decolare și cele trei motoare pot genera un impuls specific ( I sp ) de 453 secunde în vid sau 363 secunde la nivelul mării, cu viteze de descărcare de 4440 m / s și respectiv 3560 m / s. În total, un motor cântărește în jur de 3,2 t. După fiecare misiune, motoarele sunt îndepărtate și transportate la instalația principală de procesare a navetei spațiale pentru inspecții și înlocuirea componentelor.
Aceste motoare pot funcționa la temperaturi extreme: hidrogenul lichid este stocat la -253 ° C, iar atunci când arde cu oxigen lichid temperatura din camera de ardere ajunge la 3300 ° C, o temperatură peste punctul de fierbere al fierului .
Combustibilul și oxidantul din rezervorul extern pătrund în orbitator și apoi în liniile de alimentare ale sistemului de propulsie. Ambele sunt împărțite în trei căi paralele direcționate către fiecare dintre cele trei motoare. În fiecare dintre căi există pre-valve care permit curgerea către turbopompa la presiune scăzută în raport cu oxidantul sau combustibilul.
Oxidant
Turbopompa oxidantă de joasă presiune (LPOTP) este o pompă axială acționată de o turbină cu șase trepte alimentată cu oxigen lichid. Creșteți presiunea oxigenului de la 0,7 la 2,9 MPa . Debitul este furnizat pompei turbopompei oxidante de înaltă presiune (HPOTP). În timpul funcționării, creșterea presiunii permite turbinei să funcționeze la presiune ridicată fără fenomene de cavitație . Turbina de joasă presiune funcționează la aproximativ 5150 rpm, are dimensiuni de aproximativ 450 mm x 450 mm și este conectată la conducta de combustibil.
Turbina de înaltă presiune este formată din două pompe centrifuge monostadio montate pe un arbore comun și acționate de o turbină în două trepte. Pompa inițială crește presiunea de oxigen de la 2,9 la 30 MPa , rotind la aproximativ 28120 rpm și descarcă debitul în mai multe căi, dintre care una este direcționată pentru a acționa turbina de joasă presiune. O a doua cale este trimisă prin supapa oxidantă principală și intră în camera de ardere principală. O altă cale duce la schimbătorul de căldură. Oxigenul lichid curge printr-o supapă de reținere care împiedică pătrunderea oxigenului dacă nu există suficientă căldură pentru a-l transforma din lichid în gazos. Schimbătorul de căldură folosește căldura conținută în gazele de evacuare ale turbinei de înaltă presiune și transformă oxigenul lichid în formă gazoasă. Gazul este trimis în rezervorul extern pentru a presuriza rezervorul de oxigen lichid. O altă cale intră în a doua etapă a pompei de înaltă presiune pentru a crește presiunea de oxigen de la 30 la 51 MPa . Pompa de înaltă presiune măsoară aproximativ 600mm x 900mm.
Combustibil
Combustibilul intră în orbitator prin linia de alimentare cu hidrogen lichid, curge în linia orbitatorului și este trimis pe trei căi paralele care duc la fiecare dintre propulsoare.
Turbopompa de combustibil de joasă presiune (LPFTP) este o pompă axială acționată de o turbină în două trepte alimentată cu hidrogen gazos. Crește presiunea hidrogenului lichid de la 0,2 la 1,9 MPa și îl trimite la turbopompa de combustibil de înaltă presiune (HPFTP). În timpul funcționării propulsoarelor, creșterea presiunii LPFTP permite pompei de înaltă presiune să funcționeze la viteze mari fără a genera cavitație. Pompa de joasă presiune se rotește la aproximativ 16 185 rpm și are dimensiuni de aproximativ 45 cm x 60 cm.
Pompa de înaltă presiune este o pompă centrifugă în trei trepte alimentată de o turbină cu gaz în două trepte. Crește presiunea hidrogenului lichid de la 1,9 la 45 MPa . Se rotește aproximativ 35 360 rpm. Debitul de evacuare din pompă este trimis prin supapa principală prin trei căi. Unul duce la peretele compartimentului principal de combustie, unde hidrogenul este utilizat pentru răcirea pereților camerei și apoi la pompa de joasă presiune pentru a alimenta turbina. O mică parte din acest flux este trimisă la rezervorul extern pentru a menține presurizarea rezervorului de hidrogen lichid. Restul hidrogenului este trimis în camera principală de ardere. O a doua cale trece prin supapa principală de combustibil și curge prin duza elicei pentru a o răci și apoi se alătură celei de-a treia căi prin supapa de răcire a camerei. Debitul combinat este direcționat către pre-arzătoare (pre-arzătoare). Turbina de înaltă presiune are dimensiuni de aproximativ 55 cm x 110 cm.
Pre-arzător
Oxidantul și combustibilul introduceți preburners și sunt amestecate pentru a asigura arderea eficientă. Sistemul de aprindere cu arc electric este poziționat în centrul injectorului fiecărui pre-arzător . Este redundant și este activat de controlerul motorului. Este utilizat în timpul secvenței de pornire pentru a iniția arderea în fiecare pre-arzător. Acestea se sting la aproximativ trei secunde după pornire, deoarece arderea se autosusține. Pre-arzătoarele produc un gaz fierbinte bogat în combustibil care trece prin turbine pentru a genera energie și pentru a rula turbopompe de înaltă presiune. Pre-arzătorul oxidant acționează turbina care este conectată la HPOTP, în timp ce pre-arzătorul de combustibil acționează turbina HPFTP.
Viteza turbinelor de înaltă presiune este reglată de poziția supapelor pre - arzător . Acestea sunt reglate de controlerul motorului, care le folosește pentru a crește sau micșora debitul către pre - arzătoare și, prin urmare, forța propulsorului.
Principalele supape de combustibil și oxidant controlează fluxul de hidrogen și oxigen lichid către propulsor și sunt controlate de controlerele fiecărui propulsor. Când sunt în funcțiune, supapele principale sunt în general complet deschise.
Camera de ardere și duza
Camera de ardere a fiecărui motor primește un flux de gaz fierbinte bogat în combustibil din circuitul colectorului. Hidrogenul gazos și oxigenul lichid pătrund în cameră prin injectorul care amestecă combustibilii. Dispozitivul de aprindere este situat în centrul injectorului.
Suprafața interioară a fiecărei camere de ardere și a fiecărei duze este răcită de hidrogen lichid care curge prin tuburi din oțel inoxidabil. Duza este o extensie în formă de clopot a camerei principale de ardere, lungă de 2,9 m, cu un diametru maxim (la capăt) de 2,4 m. Inelul de susținere care este sudat la capătul frontal al duzei formează punctul de atașare al propulsoarului la scutul termic. Este necesară protecție termică, deoarece unele părți ale duzei sunt expuse la căldură în timpul lansării, fazei de ridicare și a intrării atmosferice.
Specificații de împingere
Impulsul poate fi variat de la 67% la 109%. În prezent este utilizat 104,5%, în timp ce poate fi mărit la 106% sau 109% dacă lansarea este anulată.
- 100% : 1 670 kN (nivelul mării) - 2 090 kN (gol)
- 104,5% : 1 750 kN (nivelul mării) - 2 170 kN (gol)
- 109% : 1 860 kN (nivelul mării) - 2 280 kN (gol)
Nivelul de tracțiune de 100% nu reprezintă puterea maximă disponibilă, dar este o valoare decisă în timpul dezvoltării grupului de propulsie care corespunde nivelului de tracțiune normal. Studiile ulterioare au indicat faptul că propulsoarele pot funcționa în siguranță la valori mai mari. Cu toate acestea, s-a demonstrat că utilizarea unui nivel de tracțiune mai mare de 104,5% crește probabilitatea de avarie, compromitând astfel fiabilitatea motoarelor. Din acest motiv, nivelurile mai mari de împingere sunt utilizate numai în caz de urgență.
Evoluții viitoare
Motoarele RS-25 au început testarea pentru programul Space Launch System (SLS) în ianuarie 2015 [1] . Patru motoare de acest tip vor oferi forța inițială a primei etape, cu ajutorul a două boostere.
Prima revenire la funcționarea acestor motoare după anularea programului Space Shuttle este programată pentru noiembrie 2021.
Notă
- NASA Shuttle Press Kit SSME Reference ( PDF ), pe shuttlepresskit.com (arhivat din original la 4 februarie 2012) .
- Boeing, Space Shuttle Main Engine , pe boeing.com (arhivat din original la 3 iunie 2007) .
- NASA, îmbunătățirea motorului principal al navetei spațiale , la nasa.gov .
- NASA, The Roar of Innovation , pe science.nasa.gov (arhivat din original la 8 noiembrie 2002) .
- Motorul principal al navetei spațiale - fapte incredibile , pe users.ipfw.edu . Adus la 30 iunie 2008 (arhivat din original la 30 martie 2012) .
- Motorul principal al navetei spațiale Primii zece ani ( PDF ), pe enginehistory.org (arhivat din original la 30 martie 2012) .
- NSTS 1988 News Reference Manual , la science.ksc.nasa.gov .
- "Sisteme de rachete cu propulsie lichidă Boeing", Propulsie și putere Rocketdyne, Pub. 573-A-100 9/99, pagina 26. (SSME a fost desemnat RS-24, nu RS-25 așa cum se crede în mod obișnuit. RS-25 a fost un nume greșit pentru versiunea de consum a SSME care a fost adoptată la începutul programului Ares , înlocuit ulterior de RS-68 și J-2X.)
- Enciclopedia Astronautix, referință SSME / RS-24 , la astronautix.com .
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe motorul principal al navei spațiale
