Космическата совалка - Опции за надстройка

Космическата совалка се различава от другите американски превозвачи системи не само по това, че е пилотирана, но и че е единствената, която е построена до голяма степен непроменена в продължение на 30 години, нещо, което иначе бихте открили само от конкуренцията в Европа, Китай и преди знае всичко за Русия. Разбира се, това е свързано. Изискванията за сигурност не предотвратяват промените, но ги правят досадни и скъпи. Днес искам да хвърля светлина върху възможностите, които имаше и какво донесоха, които бяха приложени.

надграждане

Орбитърът

Орбиталът беше две неща: превозно средство за многократна употреба и полезен товар. Основният проблем на цялата система беше как тя стигна до орбитата. В оптималния случай орбиталът съставлява 70% от общата маса. От това стана ясно, че дори при малко по-високи изисквания, като по-висока орбита и по-голям наклон, полезният товар рязко спадна. Но малко можеше да се направи за него. Имаше много малки промени в нов кокпит, броят на плочките за топлинна защита беше намален. Но те не се промениха много в баланса на теглото. Основният проблем вече съществуваше при първия полет. Планира се, че фериботите ще тежат около 68 тона празни. Реално това беше 78 до 82 тона. Така че 10 до 14 т повече. Това означава, че полезният товар трябва да намалее в същата степен, т.е.до максимум 16 до 20 t. Колумбия беше с около 4 тона по-тежка от следващата. Предизвикателят 3 t. Следващите орбитални машини получиха подобрения и бяха по-леки.

Така че започнахте с надстройки още от фазата на разработка. Единствената система, която можеше да направи това, бяха основните двигатели. Това се случи чрез налягането в горивната камера и по този начин тягата. Първите пет полета бяха с оригиналните двигатели. Това беше последвано от първото поколение с намалени изисквания за поддръжка. НАСА планира програма за ъпгрейд, която ще увеличи тягата до 109% със 112% при извънредни ситуации. Заедно с LWT, това би увеличило полезния товар на двата по-леки орбита Discovery и Atlantis до 28,7 t, близо до целта от 29,5 t. След загубата на Challenger безопасността имаше приоритет и сега усилията бяха насочени към по-висока надеждност, така че по-високата тяга беше отхвърлена. При SLS обаче двигателите работят на ниво 109%. С космическата совалка това беше само 104,5%. Всеки процент повече увеличава полезния товар с 600 кг.

Усилвател на твърдо гориво

Твърдият бустер е базиран на технологията на бустер Titan 3. Подобно на това, те се състоеха от стоманени сегменти, които бяха свързани към корпуса на усилвателя с тапи. Единствената нова функция беше хидравлично въртящата се дюза вместо вторична инжекция. Усилвателите също използваха старата горивна смес на базата на PBAN.

Имаше план да бъдат заменени с нови бустери, базирани на технологията на Titan 4B Booster. Те използваха CFRP материали за корпуса и богата на алуминий смес със свързващото вещество HTPB. Усилвателите Titan 4 са по-леки от своите предшественици, имат по-високо налягане в горивната камера и сместа има и по-висок специфичен импулс. Те не стигнаха след етапа на проекта, въпреки че планирането се основаваше на консервативни предположения (намаляване на масата с 11,3 t, съответстващо на 15% - когато имаше подобни планове за Ariane 5, усилвателят CFRP трябва да намали празната маса с 30%) плановете отпаднаха през 1993г. Още по-късно плановете за препроектиране само на предишните бустери чрез намаляване на броя на сегментите наполовина и заваряването им, аналогично на това, как беше направено с Ariane 5 с бустерите на варианта Evolution и преминаването на горивната смес към HTPB бяха отпаднали. Тези ускорители биха увеличили полезния товар с 5,4 тона.

За доставката на МКС и последните полети, идеята беше най-накрая да се удължат бустерите с един сегмент, т.е. от четири на пет. Това беше некритично възможно, едва ли повлия на останалата част от системата и преди всичко беше технически лесно за изпълнение. Полезният товар би се увеличил с 9,1 т за МКС, главно поради по-ниските загуби при изкачване. След загубата на Колумбия, цялата програма беше прекратена и заедно с нея 5-сегментните бустери, които сега се използват в SLS.

Външният резервоар

Фериботите летяха с SWLT повече от 25 години. Само с изграждането на МКС вече не беше достатъчно. Резервоарът за водород, който съставлява около половината от масата на резервоара, сега беше превключен към литиево-алуминиева сплав 2195 и го направи с още 2.7 т по-лек. Масата на междинния участък на резервоара също беше намалена с помощта на нов процес на заваряване. Следователно резервоарът е единствената система, която е значително подобрена в хода на своята експлоатационна история. Всички взети заедно мерки намаляват масата му със 7,2 t, което съответства на 6,7 t повече полезен товар. Без него полезният товар за МКС би спаднал до 12 т.

Висши класове

Космическата совалка като система беше способна само да не достигне ниска земна орбита. Поради високата празна маса на орбитата полезният товар рязко потъна както при по-висок наклон, така и при по-висока орбитална височина. Със слънчеви синхронни орбити около 15 т и с височина на орбитата 611 км на космическия телескоп Хъбъл с 13 т. Значи имате нужда от по-високи оценки. Когато совалката беше обявена за търг, бяха оценени възможностите. Имаше предложения за адаптиране на съществуващите горни нива като Agena, Transtage и Centaur и за нови горни нива. Те помислиха още по-нататък и планираха система, която улавя спътници (сателити за проучване на Земята и времето) на по-висока орбита за поддръжка или възстановяване на по-ниска орбита и след това ги транспортира обратно там. Системата попадна в заглавията, когато беше използвана за спасяване на космическата станция Skylab. Но имаше същия проблем като висшите класи - НАСА вече имаше проблем с финансирането на совалката. Тя отложи всички събития. Единственото напреднало ниво, което беше разработено, идва от военните и беше IUS.

На хартия IUS беше идеална гимназия за космическата совалка. Това беше двустепенен твърд горен етап и по този начин компактен и остави много място за полезния товар. Освен това твърдите горива бяха безопасни и не можеха да експлодират без запалване. Специфичният импулс е сравнително висок и малко по-малък, отколкото на етапи със съхранявани течни горива. Но това беше във вашата хартия. IUS трябва да направи нещо, което не трябва да прави нито един солиден горен етап - транспорт от LEO до GEO с висока точност. Той също беше триосен стабилизиран и имаше свой собствен RCS и контрол. От една страна, това ги оскъпяваше, а от друга, празното тегло беше голямо. Дори разработването беше скъпо и горното училище също.

Второто горно ниво беше Кентавърът. НАСА реши да адаптира Centaur D, в който резервоарът за водород беше увеличен до диаметъра на полето за полезен товар. Имаше две версии с резервоари с различна дължина. По-малката за тежки полезни товари на ВВС и по-голямата за космическите сонди на НАСА. Въпреки че Кентавърът беше сертифициран като с ниски рискове в оценката, му беше забранено да стартира след инцидента с предизвикателството. Проблемът не беше сцената. Нито един Кентавър никога не беше експлодирал, дори когато беше изключен преждевременно поради грешка, както когато беше стартиран Mariner 8. Проблемът беше в сценариите за катастрофата. Защото тогава Кентавърът и полезният товар бяха много по-тежки от 14,5 тона, които можеха да бъдат кацнати максимално. Тогава би трябвало да източите частично горивото по време на аварийно кацане и това е рисковано.

Всъщност нямаше адекватно горно училище. Според мен от изследваните концепции Agena беше най-добрият вариант. Благодарение на активната промоция, Agena имаше по-ниско сухо тегло от Transtage. Те щяха да бъдат преобразувани в съвременната смес NTO/UDMH и дюзата на двигателя да бъде удължена. Бяха предвидени две версии, като втората имаше допълнителни резервоари. Тази концепция щеше да улесни повторното използване на сцената, като просто добави нови допълнителни резервоари. Беше предвидено трансфер между GTO/LEO и GEO/LEO. Дори тогава в GTO можеше да се транспортират почти 1800 кг (IUS: 2270 кг). Ако не беше повторно използван, щеше да е цели 6 т. Единственият недостатък на тази Agena с допълнителни резервоари е, че е с 1,2 м по-дълъг от Transtage като конкурент. Не бихте могли да транспортирате няколко Agena с един полет.

Първите търговски полети обаче бяха доминирани от PAM-D. PAM-D е разработен като горно ниво, което транспортира само сателит клас Delta от LEO до GTO. Там сателитът запали собственото си задвижване. Имаше и планове за PAM-A с полезен товар Atlas. Орбитата GTO беше напълно достатъчна за търговски сателити с интегрирано задвижване. На теория совалката може да превозва до четири от тези сателити. Носени бяха максимум три. След инцидента с Challenger този транспорт също е спрян. След това малкото останали стартове използваха IUS.

40 години по-късно - нищо не се научи