| RS-25/SSME (RS-25) | |
|---|---|
| Teste pe standul motorului principal al navetei spațiale . | |
| Tip de | LRE |
| Combustibil | hidrogen lichid |
| Oxidant | oxigen lichid |
| camere de ardere | unu |
| Țară | STATELE UNITE ALE AMERICII |
| Utilizare | |
| Timp de funcționare | 12 aprilie 1981 - în uz |
| Aplicație | Navetă spațială (navetă spațială), SLS |
| Productie | |
| Constructor | Rocketdyne , SUA |
| Timpul creației | 1972 - 1977 |
| Produs | din 18 februarie 1977 |
Caracteristici de greutate și dimensiune |
|
| Greutate | 3390 kg |
| Înălţime | 4240 mm |
| Diametru | 2400 mm |
| Caracteristici de operare | |
| împingere |
222,6 tf în vid (104,5% împingere) 181,4 tf la nivelul mării |
| Impulsul specific |
452,5 s în vid 363 s la nivelul mării |
| Ore de lucru | 520 c |
| Presiunea în camera de ardere | 18,9 MPa (192,7 at ) |
| Gradul de expansiune | 77,50 |
| raportul tracțiune-greutate | 73.12 |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
RS-25 (Rocket system 25, ing. Rocket System 25, RS-25 ) sau SSME ( ing. Space Shuttle Main Engine - motorul principal al navetei spațiale) este un motor de rachetă cu propulsie lichidă (LRE) din Rocketdine , SUA . A fost folosit pe planorul sistemului de transport spațial al navetei spațiale , fiecare dintre acestea fiind echipat cu trei astfel de motoare. Principalele componente ale combustibilului unui motor sunt oxigenul lichid ( oxidant ) și hidrogenul ( combustibil ). RS-25 utilizează o schemă cu ciclu închis (cu arderea ulterioară a gazului generatorului).
RS-25, în aplicarea sa pe naveta spațială , arde oxigenul lichid și hidrogenul, care provin din rezervorul central al sistemului de transport. Naveta spațială MTKK a folosit trei dintre aceste motoare la lansarea în spațiu, în plus față de forța furnizată de propulsoare solide (pe lângă cele trei motoare principale, naveta avea 44 de motoare de rachetă mai mici în jurul suprafeței sale, care făceau parte din sistemul de manevră orbitală. și sistemul de control al avioanelor (RCS), oferind posibilitatea de manevră pe orbită). Uneori, la lansare a fost folosit și sistemul de manevră orbitală (OMS).
Fiecare astfel de motor oferă până la 181,4 tf (1,8 MN ) de tracțiune la lansare. Impulsul specific al RS-25 este de 453 s în vid și 363 s la nivelul mării (4440 și, respectiv, 3560 m/s). Masa motorului este de 3,2 tone.
Caracteristicile implementării acestui motor sunt:
LRE RS-25 funcționează la temperaturi extreme. Hidrogenul lichid folosit drept combustibil este stocat la -253°C, în timp ce temperatura din camera de ardere atinge 3300°C, care este peste punctul de fierbere al fierului . În timpul funcționării, RS-25-urile consumă 3917 litri de combustibil pe secundă. Debitul masic al componentelor în acest caz:
Oprirea motorului are loc astfel: combustibilul și oxidantul pompat prin conductele din rezervorul central încetează să curgă din cauza blocării accesului reziduurilor de combustibil în sistem; sistemul de combustibil, inclusiv joncțiunea cu cele trei IMM-uri, rămâne deschis pentru evacuarea combustibilului rezidual din conducte.
Motoarele au fost scoase după fiecare zbor și mutate la centrul de inspecție SSME ( SSME Processing Facility , SSMEPF ) pentru inspecția și înlocuirea tuturor componentelor necesare.
Oxidantul din rezervorul extern de combustibil intră în orbitator la conexiunea de andocare a navetei cu rezervorul extern și apoi în sistemul principal de alimentare cu oxigen lichid al navetei. Acolo se ramifică în trei canale, câte unul pentru fiecare motor. În fiecare ramură, pre-valva de oxigen lichid trebuie să fie deschisă pentru a permite curgerea către oxidatorul THA de rapel (de exemplu, Turbopompa de oxidare de joasă presiune, LPOTP ) .
Booster THA al oxidantului constă dintr-o pompă axială rotită de o turbină în șase trepte, care este alimentată cu oxigen lichid preluat de la ieșirea pompei principale de oxigen. Pompa acestui TNA crește presiunea oxigenului lichid de la 100 la 422 psi (0,7 la 2,9 MPa ; 6,8 la 29,6 atm ). Arborele LPOTP se rotește la aproximativ 5150 rpm (85,8 rpm ). Boosterul THA oxidant are aproximativ 457 x 457 mm (18 x 18 inchi) și este conectat la linia de alimentare cu oxigen lichid și atașat la structura navetei. Debitul de la oxidatorul de rapel THA este alimentat în pompa principală de oxidare a oxidantului principal de HHA (denumit în continuare oxidant THA - în engleză High-Pressure Oxidizer Turbopump, HPOTP ). HPOTP este alcătuit din două pompe centrifuge cu o singură treaptă — pompa principală de oxidare și pompa de oxidare a gazeificatorului — care sunt montate pe același arbore și sunt antrenate de o turbină în două trepte, care la rândul său este antrenată de gazul generator de la oxidant GG. THA. În timp ce motorul funcționează, presurizarea oxidantului de prepompa permite pompei principale de oxidare HPOTP să funcționeze la viteze mari fără cavitație .
Pompa principală a oxidantului crește presiunea oxidantului de la 422 psi la ieșirea pompei de amplificare a oxidantului la 4300 psi (2,9 până la 30 MPa; 29,6 până la 306 atm) și se rotește la 28120 rpm (468,7 rpm). Fluxul de oxigen lichid după pompa principală de oxidare este împărțit în patru părți:
Deoarece turbina și pompele HPOTP sunt montate pe un arbore comun, iar turbina este antrenată de fluxul de gaz reductor cald al generatorului, această zonă creează o apropiere periculoasă a gazului reducător din turbină și a oxigenului lichid în pompa principală. Din acest motiv, turbina THA a oxidantului și pompa principală a oxidantului sunt separate una de cealaltă printr-o cavitate cu etanșări, în care, în timpul funcționării motorului, heliul este alimentat la o presiune care depășește presiunea oxidantului la ieșirea pompei. Reducerea presiunii heliului duce la o oprire automată a motorului.
Dimensiunea oxidantului THA este de aproximativ 610 pe 914 mm (24 pe 36 inchi). Este flanșată la galeria de gaz a generatorului.
Combustibilul ( hidrogen lichid ) intră în navetă printr-o supapă divizată a conductei de alimentare și în galerie se ramifică în trei ramuri de alimentare identice pentru fiecare motor. În fiecare ramură de alimentare cu hidrogen lichid, o pre-valvă permite hidrogenului lichid să intre în turbopompa cu combustibil de joasă presiune (LPFTP ) atunci când pre-valva este deschisă.
Boosterul de combustibil HP constă dintr-o pompă axială antrenată de o turbină în două trepte, care este rotită de hidrogenul gazos provenit din mantaua de răcire a părții critice a duzei și a camerei de ardere. Pompa acestui HP crește presiunea hidrogenului lichid de la 30 la 276 psi (de la 0,2 la 1,9 MPa ; de la 2,0 la 19,4 atm ) și o furnizează pompei de combustibil a combustibilului principal HP (denumită în continuare HP de combustibil ) Turbopompa cu combustibil de înaltă presiune, HPFTP ). În timp ce motorul funcționează, presurizarea pompei de combustibil de rapel permite pompei principale de combustibil să funcționeze la viteze mari fără cavitație. Rapelul de combustibil THA se rotește la o frecvență de 16185 rpm (aproximativ 270 rpm). Dimensiunea rapelului de combustibil THA este de 18 pe 24 inchi (aproximativ 457 pe 610 mm). Este conectat la conducta de alimentare cu hidrogen lichid și este atașat la structura navetei de pe partea opusă a oxidantului de rapel TNA. Conducta de hidrogen lichid de la LPFTP la HPFTP este izolată termic pentru a evita lichefierea aerului pe suprafața sa.
HPP de combustibil constă dintr-o pompă de combustibil centrifugă în trei trepte, antrenată de o turbină în două trepte, care este rotită de gazul fierbinte reducător din gazul combustibil. Pompa acestui TNA crește presiunea hidrogenului lichid de la 276 - la ieșirea pompei de amplificare a combustibilului - la 6515 psi (de la 1,9 la 45 MPa ; de la 19,4 la 458,9 atm ). Pompa de combustibil se rotește la 35.360 rpm (aproximativ 589 rpm). Fluxul de lichid la ieșirea pompei este direcționat către supapa principală de combustibil și apoi este împărțit în trei ramuri:
Dimensiunea combustibilului THA este de 22 pe 44 inchi (aproximativ 559 pe 1117 mm). Este flanșată la galeria de gaz a generatorului.
Generatoarele de oxidant și gaz combustibil sunt sudate la colectoarele de gaz fierbinte. Combustibilul și oxidantul intră în ambele GG și se amestecă astfel încât să poată avea loc arderea. Aprindetoarele sunt situate în centrul capului de amestec al fiecărui GG și reprezintă o mică precamera. Fiecare aprindere conține două aprinderi cu scânteie (în scopuri de redundanță) care sunt controlate de controlerul motorului și sunt utilizate în timpul procesului de pornire a motorului pentru a aprinde fiecare GG. Acestea se opresc după aproximativ trei secunde, deoarece procesul de ardere în GG devine auto-susținut. Generatorul de combustibil generează un gaz generator reducător (gaz cu un exces de combustibil incomplet ars), care trece prin turbina de combustibil HP și o rotește, rotind pompa HP. Oxidantul HG generează, de asemenea, un generator de gaz de reducere care trece prin turbina THA a oxidantului și o învârte, rotind pompele THA oxidante.
Tracțiunea motorului este controlată de cinci supape pe fiecare motor (Oxidator GG Oxidizer, GG Fuel Oxidizer, Supapă principală de oxidare, Supapă principală de combustibil, Supapă de control al răcirii duzei critice), care sunt acționate hidraulic și controlate de semnalele electrice de la controlerul motorului. Ele pot fi complet închise folosind un sistem de alimentare cu heliu ca sistem de acționare de rezervă.
Vitezele de rotație ale arborilor THA ale oxidantului și ale THA ale combustibilului depind de presiunea gazului fierbinte generat în GG corespunzător. Aceste supape sunt controlate de unitatea de comandă a motorului, care le folosește pentru a crește sau scădea debitul de oxigen lichid prin GG corespunzător, crescând sau scăzând presiunile din generatoarele de gaz, crescând sau scăzând astfel vitezele de rotație ale ambelor turbine ale principalului. HP, crescând sau micșorând debitul ambelor componente pompate de pompele corespunzătoare de înaltă presiune, ceea ce crește sau scade tracțiunea motorului. Supapele de oxidare ale ambelor GG lucrează împreună pentru a controla forța motorului și pentru a menține un raport constant al debitului componentelor de 6:1.
Supapa principală de oxidare și supapa principală de combustibil controlează fluxul de oxigen lichid și respectiv hidrogen lichid către motor și sunt controlate de controlerele fiecărui motor. Când motorul funcționează, supapele principale ale ambelor componente sunt complet deschise.
Controlul oxidantului și al combustibilului THA este efectuat de controlerul motorului prin reglarea debitelor componentelor cu supape pentru a menține raportul de masă al componentelor combustibilului egal cu 6:1.
Camera de ardere (CC) primește gaz fierbinte îmbogățit cu combustibil de la colectorul mantalei de răcire. Hidrogenul gazos și oxigenul lichid intră în camera de ardere printr-un injector care amestecă componentele combustibilului. În centrul injectorului este amplasat un mic post-arzător de aprindere electrică. Aprindetorul dublu standby este utilizat în timpul operațiunilor de pornire a motorului pentru a iniția procesul de ardere. Injectorul principal și conul CC sunt sudate la galeria de gaz fierbinte. În plus, CS este conectat la colectorul de gaz fierbinte folosind conexiuni cu șuruburi.
Suprafața interioară a OCS și a duzei este răcită cu hidrogen lichid , care curge prin canalele din oțel inoxidabil sudate în perete. Duza este o extensie în formă de clopot a corpului CS, care este conectată la acesta cu șuruburi . Lungimea este de 2,9 m, diametrul exterior la bază este de 2,4 m. Inelul de sprijin, care este sudat la capătul superior al duzei, este punctul de atașare pentru scutul termic exterior al orbiterului. Protecția termică este necesară pentru părțile motorului care sunt expuse la încălzire externă în timpul lansării, ascensiunii pe orbită, în timpul zborului orbital și în timpul întoarcerii de pe orbită. Izolația este formată din patru straturi de vată metalică acoperite cu folie metalică .
Coeficientul de dilatare al duzei în LRE RS-25 egal cu 77 este prea mare pentru ca motorul să funcționeze la nivelul mării la o presiune în OCS egală cu 192,7 atm . Într-o duză de această dimensiune, trebuie să existe un blocaj în fluxul jetului, care poate cauza probleme de control și chiar deteriorarea mecanică a navei. Pentru a preveni o astfel de dezvoltare a evenimentelor, inginerii Rocketdyne au modificat unghiul de expansiune al duzei, reducându-l în apropierea ieșirii, ceea ce a crescut presiunea din apropierea inelului exterior la 0,3-0,4 atm și a rezolvat în general problema. [unu]
Cele cinci supape de combustibil de pe RS-25 sunt acționate hidraulic și controlate electric de controler. Ele pot fi complet închise folosind un sistem de alimentare cu heliu ca sistem de acționare de rezervă.
Supapa principală de oxidare și supapa de control al presiunii combustibilului sunt utilizate după oprire. Acestea rămân deschise pentru a arunca combustibilul și oxidantul rămas în sistemul de alimentare peste partea laterală a navetei. După ce resetarea este finalizată, supapele se închid și rămân închise până la sfârșitul zborului.
Rulmentul sferic al rulmentului este prins cu șuruburi de ansamblul injector principal și asigură o conexiune între motor și navetă. Pompele de joasă presiune sunt instalate la un unghi de 180° față de spatele fuzelajului navetei, care este proiectat să primească sarcina de la motoare la lansare. Conductele de conducte de la pompele cu înălțime scăzută până la pompele cu înălțime mare oferă spațiu și spațiu pentru repoziționarea motorului în scopuri de vectorizare a tracțiunii .
Supapa de control al răcirii este situată în linia de bypass de răcire a părții critice a duzei fiecărui motor. Controlerul motorului reglează cantitatea de hidrogen ocolită de mantaua de răcire a duzei, controlând astfel temperatura acestuia. Supapa de control al răcirii este complet deschisă înainte de a porni motorul. În timpul funcționării motorului, supapa este complet deschisă la o forță de 100 până la 109% pentru o răcire minimă. Pentru o gamă de împingeri de la 65 la 100%, poziția sa se va schimba de la 66,4 la 100% din alezaj pentru o răcire maximă.
Reglarea forței SSME poate fi efectuată în intervalul de la 67 la 109% din puterea de proiectare. În timpul lansărilor în curs, se utilizează un nivel de 104,5%, iar nivelurile de 106-109% pot fi utilizate în situații de urgență. Impingerea este specificată pentru nivelul mării și vid, în care LRE funcționează cel mai bine datorită absenței efectelor atmosferice:
Specificarea nivelurilor de tracțiune peste 100% înseamnă că motorul funcționează peste nivelul normal stabilit de dezvoltatori. Studiile au arătat că probabilitatea defecțiunii SSME crește atunci când se folosește tracțiune peste 104,5%, astfel încât accelerarea peste nivelul specificat este lăsată în caz de urgențe în zborul navetei spațiale MTKK . [2]
Motorul a fost inițial destinat să fie utilizat ca motoare principale pe vehiculul de lansare de marfă Ares-5 și ca motor pentru a doua etapă a vehiculului de lansare Ares-1 cu echipaj . Deși utilizarea RS-25 în acest caz arăta ca o evoluție a tehnologiei MTRC după presupusa sa plecare în 2010, au existat câteva dezavantaje la această soluție:
După ce au fost aduse unele modificări în proiectarea lui Ares-1 și Ares-5, s-a decis să se utilizeze o modificare a motorului rachetă J-2X în a doua etapă Ares-1 și șase motoare rachetă RS-68 B modificate în Ares. -5 prima etapă.
SLSMotorul va fi folosit ca motor principal în vehiculul de lansare super-greu SLS (Space Launch System) pentru a trimite expediții cu echipaj uman pe Marte și Lună (de exemplu, pe 29 iulie 2016 au fost efectuate teste de incendiu ale RS-25). , actualizat la parametrii SLS [3] ).
| Programul navetei spațiale | ||
|---|---|---|
| Componente |
| |
| Orbitare | ||
| complexe de lansare | ||
| Dezvoltare | ||
| Aspecte | ||
| Alte | ||