SLS wagi ciężkiej. Amerykańscy astronauci lecą na Marsa. Część 2
Wygląda na to, że NASA zdecydowała się stworzyć „marsjańską” superrakietę dla całego świata: w tym celu zaangażowane były jednocześnie trzy działy agencji. Są to Centrum Lotów Kosmicznych George'a Marshalla, Centrum Kosmiczne Lyndona Johnsona i ponownie Centrum Kosmiczne im. Johna F. Kennedy'ego, które zapewnia wszystkie historia z ich kompleksami startowymi.
Makieta SLS w badawczym tunelu aerodynamicznym NASA
Ale to nie cała firma programistów. Centrum badawcze Amesa odpowiada za podstawową fizykę projektu, Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda jest odpowiedzialne za charakter ładunków, a Centrum Glenna pracuje nad nowymi materiałami i rozwojem owiewek ładunku. Programy badawcze w tunelu aerodynamicznym są przypisane do Centrum Langey, a testy silników RS-25 i J-2X przypisane są do Centrum Kosmicznego Stennis. Finalnie w zakładzie w Michoud odbywa się montaż bloku centralnego z głównym układem napędowym.
Cały program SLS podzielony jest na trzy etapy, które łączy kilka punktów: ciekły tlen i wodór w silnikach napędowych oraz wielosekcyjny wzmacniacz na paliwo stałe. Pierwszy stopień bloku centralnego (Core Stage) o długości 64,7 m i średnicy 8,4 m również będzie taki sam dla wszystkich modyfikacji. Tak więc pierworodny SLS Block I ma równoważną masę ładunku 70 ton - ciąg niezbędny dla takiej masy zapewniają cztery silniki RS-25D. Właściwie ta pierwsza wersja SLS ma za zadanie certyfikować jednostkę centralną i przeprowadzać misje eksperymentalne. Stopień górny reprezentuje „tymczasowy stopień kriogeniczny” ICPS (ang. Interim Cryogenic Propulsion Stage), zbudowany na bazie drugiego stopnia lotniskowca Delta IV Heavy. ICPS ma jeden silnik - RL-10B-2 o ciągu próżniowym 11,21 tf. Nawet w tej „najsłabszej” wersji Block I rakieta wytworzy ciąg startowy o 10% większy niż legendarny Saturn V. Nośnik drugiego typu otrzymał nazwę SLS Block IA i równoważna ładowność tego giganta powinna już poniżej 105 ton. Przewiduje się dwie wersje – towarową i załogową, która powinna zwrócić Amerykanom ponad czterdzieści lat temu i ostatecznie wysłać ludzi z powrotem poza niską orbitę okołoziemską. NASA ma najskromniejsze plany wobec tych urządzeń: w ramach misji EM-2 gdzieś w połowie 2022 roku poleci z załogą wokół Księżyca. Nieco wcześniej (w połowie 2020 r.) planowane jest wysłanie astronautów na orbitę księżycową na statku kosmicznym Orion. Ale ta informacja pochodzi z lata 2018 roku i była wcześniej kilkukrotnie poprawiana – na przykład według jednego z projektów SLS miał wystartować w przestworza jesienią tego roku.
SLS Block II – lotniskowiec o równoważnej ładowności 130 ton, jest już wyposażony w pięć silników RS-25D na bloku centralnym, a także „górny stopień eksploracyjny” EUS (Exploration Upper Stage), który z kolei posiada jeden lub dwa silniki J-2X o ciągu 133,4 tf każdy. „Ciężarówka” oparta na Bloku II wyróżnia się ponadkalibrową owiewką czołową o średnicy 10 metrów. Będą to, jeśli wszystko pójdzie dobrze dla Stanów Zjednoczonych, prawdziwi giganci: w ostatecznej wersji rakiety ciąg startowy rakiet będzie o 1/5 większy niż ciąg Saturna V. A plany bloku II serii są także niezwykle ambitne – w 2033 roku wyślemy na orbitę Marsa 11 załogową misję EM-2, która będzie podróżować w przestrzeni kosmicznej przez co najmniej 7 lata. Ale przed tą znaczącą datą Amerykanie planują polecieć na orbitę księżycową 8-XNUMX razy. Nikt nie wie, czy NASA poważnie planuje wylądować astronautów na Marsie.
Badania doświadczalnego kriogenicznego silnika na paliwo ciekłe o regulowanym ciągu CECE (Common Extensible Cryogenic Engine), który był stosowany w ramach programu udoskonaleń RL-10, eksploatowanego od 1962 roku na rakietach Atlas, Delta iV, Titan i Saturn I. Górny stopień w SLS planuje się zastosować zmodernizowany RL-10C -3.
Historia silników serii SLS jako głównych podzespołów rakiety rozpoczęła się w 2015 roku w Stennis Center, kiedy pierwsze pomyślne testy ogniowe trwały 500 sekund. Od tego czasu wszystko szło gładko dla Amerykanów - seria pełnoprawnych testów zapewniających pełną żywotność lotu budzi pewność co do wydajności i niezawodności silników. William Hill, pierwszy zastępca szefa Dyrekcji ds. Systemów Załogowych Eksploracji NASA, powiedział:
W trakcie prac nad silnikiem wprowadzono zmiany – nośniki pierwszego i drugiego stopnia wyposażono w dopalacze (akceleratory) na paliwo stałe, dlatego model otrzymał nazwę Block IB. Górny stopień EUS otrzymał silnik tlenowo-wodorowy J-2X, z którego w kwietniu 2016 roku trzeba było zrezygnować ze względu na duży udział nowych elementów, które nie były wcześniej testowane. Dlatego powróciliśmy do starego, dobrego RL-10, który był produkowany masowo i latał już od ponad pięćdziesięciu lat.
Niezawodność jest zawsze najwyższym priorytetem w misjach załogowych, i to nie tylko w NASA. Oficjalne dokumenty NASA wspominają: „Połączenie czterech silników klasy RL-10 najlepiej spełnia wymagania. Ustalono, że jest optymalny pod względem niezawodności.” Pięciosekcyjny wzmacniacz został przetestowany pod koniec czerwca 2016 r. i stał się największym silnikiem na paliwo stałe, jaki kiedykolwiek zbudowano dla prawdziwych rakiet nośnych. Jeśli porównamy go z wahadłowcem, ma on masę startową 725 ton w porównaniu do 590 ton, a ciąg jest zwiększony w porównaniu do swojego przodka z 1250 tf do 1633 tf. Ale SLS Block II powinien otrzymać nowe supermocne i superwydajne akceleratory. Istnieją trzy opcje. To projekt Pyrios firmy Aerojet Rocketdyne (dawniej Pratt & Whitney Rocketdyne), wyposażony w dwa silniki rakietowe na tlen i naftę o ciągu 800 tf każdy. Nie jest to też absolutna innowacja – „silniki” bazują na F-1, opracowanym na potrzeby pierwszego stopnia tego samego Saturna V. Pyrios pochodzi z 2012 roku, a 12 miesięcy później Aerojet wraz z Teledyne Brown jest twardy przy pracy nad płynnym boosterem z ośmioma naftą tlenowo-tlenową AJ-26-500. Siła ciągu każdego z nich może osiągnąć 225 tf, ale są one montowane na bazie rosyjskiego NK-33.
Testy silnika tlenowo-wodorowego RS-25 w Stennis Center, Bay St. Louis, Mississippi, sierpień 2015
I wreszcie trzecia opcja silnika dla SLS została zaprezentowana przez Orbital ATK i jest wykonana w postaci potężnego czterosekcyjnego wzmacniacza Dark Knight na paliwo stałe o ciągu 2000 tf. Ale nie można powiedzieć, że w tej historii wszystko poszło gładko dla amerykańskich inżynierów: wiele kompetencji i technologii zostało utraconych wraz z zamknięciem projektów Apollo i promów kosmicznych. Musieliśmy wymyślić nowe sposoby pracy. W związku z tym wprowadzono zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem w celu montażu zbiorników paliwa do przyszłych rakiet. Mówią, że zakład w Michoud dysponuje największą maszyną do tak wyjątkowego spawania. Również w 2016 roku wystąpiły problemy z powstawaniem pęknięć podczas produkcji jednostki centralnej, a dokładniej w zbiorniku ciekłego tlenu. Ale większość trudności udało się pokonać.
Amerykanie stopniowo przywracają swoich astronautów na orbitę Ziemi i dalej. Powstaje naturalne pytanie: po co to robić, skoro roboty robi świetne? Spróbujemy odpowiedzieć na to pytanie nieco później.
To be continued ...
Według publikacji „Rise”.
Makieta SLS w badawczym tunelu aerodynamicznym NASA
Ale to nie cała firma programistów. Centrum badawcze Amesa odpowiada za podstawową fizykę projektu, Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda jest odpowiedzialne za charakter ładunków, a Centrum Glenna pracuje nad nowymi materiałami i rozwojem owiewek ładunku. Programy badawcze w tunelu aerodynamicznym są przypisane do Centrum Langey, a testy silników RS-25 i J-2X przypisane są do Centrum Kosmicznego Stennis. Finalnie w zakładzie w Michoud odbywa się montaż bloku centralnego z głównym układem napędowym.
Cały program SLS podzielony jest na trzy etapy, które łączy kilka punktów: ciekły tlen i wodór w silnikach napędowych oraz wielosekcyjny wzmacniacz na paliwo stałe. Pierwszy stopień bloku centralnego (Core Stage) o długości 64,7 m i średnicy 8,4 m również będzie taki sam dla wszystkich modyfikacji. Tak więc pierworodny SLS Block I ma równoważną masę ładunku 70 ton - ciąg niezbędny dla takiej masy zapewniają cztery silniki RS-25D. Właściwie ta pierwsza wersja SLS ma za zadanie certyfikować jednostkę centralną i przeprowadzać misje eksperymentalne. Stopień górny reprezentuje „tymczasowy stopień kriogeniczny” ICPS (ang. Interim Cryogenic Propulsion Stage), zbudowany na bazie drugiego stopnia lotniskowca Delta IV Heavy. ICPS ma jeden silnik - RL-10B-2 o ciągu próżniowym 11,21 tf. Nawet w tej „najsłabszej” wersji Block I rakieta wytworzy ciąg startowy o 10% większy niż legendarny Saturn V. Nośnik drugiego typu otrzymał nazwę SLS Block IA i równoważna ładowność tego giganta powinna już poniżej 105 ton. Przewiduje się dwie wersje – towarową i załogową, która powinna zwrócić Amerykanom ponad czterdzieści lat temu i ostatecznie wysłać ludzi z powrotem poza niską orbitę okołoziemską. NASA ma najskromniejsze plany wobec tych urządzeń: w ramach misji EM-2 gdzieś w połowie 2022 roku poleci z załogą wokół Księżyca. Nieco wcześniej (w połowie 2020 r.) planowane jest wysłanie astronautów na orbitę księżycową na statku kosmicznym Orion. Ale ta informacja pochodzi z lata 2018 roku i była wcześniej kilkukrotnie poprawiana – na przykład według jednego z projektów SLS miał wystartować w przestworza jesienią tego roku.
SLS Block II – lotniskowiec o równoważnej ładowności 130 ton, jest już wyposażony w pięć silników RS-25D na bloku centralnym, a także „górny stopień eksploracyjny” EUS (Exploration Upper Stage), który z kolei posiada jeden lub dwa silniki J-2X o ciągu 133,4 tf każdy. „Ciężarówka” oparta na Bloku II wyróżnia się ponadkalibrową owiewką czołową o średnicy 10 metrów. Będą to, jeśli wszystko pójdzie dobrze dla Stanów Zjednoczonych, prawdziwi giganci: w ostatecznej wersji rakiety ciąg startowy rakiet będzie o 1/5 większy niż ciąg Saturna V. A plany bloku II serii są także niezwykle ambitne – w 2033 roku wyślemy na orbitę Marsa 11 załogową misję EM-2, która będzie podróżować w przestrzeni kosmicznej przez co najmniej 7 lata. Ale przed tą znaczącą datą Amerykanie planują polecieć na orbitę księżycową 8-XNUMX razy. Nikt nie wie, czy NASA poważnie planuje wylądować astronautów na Marsie.
Badania doświadczalnego kriogenicznego silnika na paliwo ciekłe o regulowanym ciągu CECE (Common Extensible Cryogenic Engine), który był stosowany w ramach programu udoskonaleń RL-10, eksploatowanego od 1962 roku na rakietach Atlas, Delta iV, Titan i Saturn I. Górny stopień w SLS planuje się zastosować zmodernizowany RL-10C -3.
Historia silników serii SLS jako głównych podzespołów rakiety rozpoczęła się w 2015 roku w Stennis Center, kiedy pierwsze pomyślne testy ogniowe trwały 500 sekund. Od tego czasu wszystko szło gładko dla Amerykanów - seria pełnoprawnych testów zapewniających pełną żywotność lotu budzi pewność co do wydajności i niezawodności silników. William Hill, pierwszy zastępca szefa Dyrekcji ds. Systemów Załogowych Eksploracji NASA, powiedział:
„Zatwierdziliśmy projekt SLS, pomyślnie przeszliśmy pierwszą rundę testów silników i wspomagaczy rakiety, a wszystkie główne elementy systemu przeznaczone na pierwszy lot weszły już do produkcji. Pomimo napotkanych trudności analiza wyników prac pokazuje, że jesteśmy na dobrej drodze do pierwszego lotu SLS i wykorzystania go do rozszerzenia stałej obecności ludzi w przestrzeni kosmicznej.”
W trakcie prac nad silnikiem wprowadzono zmiany – nośniki pierwszego i drugiego stopnia wyposażono w dopalacze (akceleratory) na paliwo stałe, dlatego model otrzymał nazwę Block IB. Górny stopień EUS otrzymał silnik tlenowo-wodorowy J-2X, z którego w kwietniu 2016 roku trzeba było zrezygnować ze względu na duży udział nowych elementów, które nie były wcześniej testowane. Dlatego powróciliśmy do starego, dobrego RL-10, który był produkowany masowo i latał już od ponad pięćdziesięciu lat.
Niezawodność jest zawsze najwyższym priorytetem w misjach załogowych, i to nie tylko w NASA. Oficjalne dokumenty NASA wspominają: „Połączenie czterech silników klasy RL-10 najlepiej spełnia wymagania. Ustalono, że jest optymalny pod względem niezawodności.” Pięciosekcyjny wzmacniacz został przetestowany pod koniec czerwca 2016 r. i stał się największym silnikiem na paliwo stałe, jaki kiedykolwiek zbudowano dla prawdziwych rakiet nośnych. Jeśli porównamy go z wahadłowcem, ma on masę startową 725 ton w porównaniu do 590 ton, a ciąg jest zwiększony w porównaniu do swojego przodka z 1250 tf do 1633 tf. Ale SLS Block II powinien otrzymać nowe supermocne i superwydajne akceleratory. Istnieją trzy opcje. To projekt Pyrios firmy Aerojet Rocketdyne (dawniej Pratt & Whitney Rocketdyne), wyposażony w dwa silniki rakietowe na tlen i naftę o ciągu 800 tf każdy. Nie jest to też absolutna innowacja – „silniki” bazują na F-1, opracowanym na potrzeby pierwszego stopnia tego samego Saturna V. Pyrios pochodzi z 2012 roku, a 12 miesięcy później Aerojet wraz z Teledyne Brown jest twardy przy pracy nad płynnym boosterem z ośmioma naftą tlenowo-tlenową AJ-26-500. Siła ciągu każdego z nich może osiągnąć 225 tf, ale są one montowane na bazie rosyjskiego NK-33.
Testy silnika tlenowo-wodorowego RS-25 w Stennis Center, Bay St. Louis, Mississippi, sierpień 2015
I wreszcie trzecia opcja silnika dla SLS została zaprezentowana przez Orbital ATK i jest wykonana w postaci potężnego czterosekcyjnego wzmacniacza Dark Knight na paliwo stałe o ciągu 2000 tf. Ale nie można powiedzieć, że w tej historii wszystko poszło gładko dla amerykańskich inżynierów: wiele kompetencji i technologii zostało utraconych wraz z zamknięciem projektów Apollo i promów kosmicznych. Musieliśmy wymyślić nowe sposoby pracy. W związku z tym wprowadzono zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem w celu montażu zbiorników paliwa do przyszłych rakiet. Mówią, że zakład w Michoud dysponuje największą maszyną do tak wyjątkowego spawania. Również w 2016 roku wystąpiły problemy z powstawaniem pęknięć podczas produkcji jednostki centralnej, a dokładniej w zbiorniku ciekłego tlenu. Ale większość trudności udało się pokonać.
Amerykanie stopniowo przywracają swoich astronautów na orbitę Ziemi i dalej. Powstaje naturalne pytanie: po co to robić, skoro roboty robi świetne? Spróbujemy odpowiedzieć na to pytanie nieco później.
To be continued ...
Według publikacji „Rise”.
informacja