211service.com
O co chodzi z wibracjami rakiet?
W mojej relacji o następcy NASA promu kosmicznego, rakiecie Ares i następnej kapsułce załogi, Orionie, natknąłem się na wspólny temat: wibracje.
Choć może się to wydawać prostą koncepcją, wibracje lub wstrząsy mogą mieć bardzo silny wpływ na awionikę, sprzęt i ludzi na pokładzie rakiety. Pochodzą one z takich źródeł, jak ciąg silników rakietowych na paliwo stałe lub dopalacze podczas startu, a nawet podczas lotu, spalanie paliwa rakietowego oraz sama prędkość, z jaką porusza się rakieta – ponad czterokrotnie większa od prędkości dźwięku.
Dan Kanigan z NASA wykonuje świetną robotę wyjaśniając wibracje i ich wpływ na testową rakietę Ares I-X w ten wpis na blogu . Ponadto opowiada o rozwiązaniu problemu przez NASA.
Wibracje, które powstają w wyniku spalania stałego paliwa rakietowego w urządzeniu wspomagającym pierwszego stopnia, nazywane są oscylacjami ciągu. Te wibracje – lub oscylacje – mają postać fal, które przemieszczają się w górę iw dół wzdłuż rakiety jak nuta w piszczałce organowej. Jednym z największych wyzwań w projektowaniu każdej rakiety jest opracowanie awioniki (elektroniki lotniczej), która może funkcjonować w tym wibrującym środowisku.
Wibracje to jednak nie tylko kwestia rakiet. Cały sprzęt elektroniczny jest testowany pod kątem odporności na wstrząsy i wibracje. Na przykład odtwarzacz MP3 musi zostać przetestowany pod kątem jego zdolności do radzenia sobie z wibracjami powodowanymi przez kogoś idącego lub biegającego podczas trzymania go, umieszczania na blacie lub przypadkowego upuszczania na podłogę. Jednak w porównaniu do treningu, który otrzymuje awionika Ares I-X, Twój odtwarzacz MP3 jest łatwy. Wyobraź sobie, że potrząsasz odtwarzaczem MP3 w automatycznej farbie przez dwie minuty, kontynuując odtwarzanie ulubionych utworów. Z tym właśnie mierzy się elektronika I-X.
Jon Cowart, zastępca kierownika projektu Ares IX w Kennedy Space Center, powiedział w wywiadzie na początku tego roku, że gromadzenie danych, takich jak dane aerodynamiczne, naprężenia, naprężenia, ciśnienia, temperatury i wibracje, jest najważniejszą częścią misji rakiety , dzięki czemu Ares I będzie jeszcze lepszy.
Jednak Ares I-X to tylko jeden przykład. NASA walczy z problemem wibracji od czasów Apollo. Wówczas takie podłużne drgania spowodowane wypaleniem się wzmacniacza pierwszego stopnia określane były mianem efektu Pogo i były szczególnie dokuczliwe dla Saturna V. Podczas lotu bezzałogowego Apollo 6, krytycznego testu przed zatwierdzeniem lotów załogowych, drgania faktycznie powodowały główny silnik do wyłączenia.
Nowe systemy przerywania startu, budowane dla pojazdu eksploracyjnego załogi Orion NASA, stoją przed tymi samymi wyzwaniami. Kiedy kapsuła i wystrzeliwana wieża aborcyjna, która znajduje się na górze kapsuły, oddzielają się, silnik rakietowy na paliwo stałe, zwany silnikiem abortowym, odpala się, spalając bardzo szybko paliwo, aby odepchnąć pojazd od rakiety. Pióropusz gorących gazów emitowanych przez silnik jest największym źródłem hałasu i wibracji, jakich doświadcza pojazd podczas lotu, mówi Henri Fuhrmann, kierownik programu nowego systemu przerywania startu w Nauki o orbitach , firma lotnicza, która nawiązała współpracę z NASA w celu zaprojektowania i opracowania systemu ewakuacyjnego. W ten sposób inżynierowie opracowali dysze z odwróconym przepływem, które odwracają strumień gazów o 155 stopni w kierunku od kapsuły. Zmniejszy to akustykę, wibracje i obciążenia kapsuły, które mogą uszkodzić elektronikę i sprzęt. To pierwszy raz, kiedy technologia została opracowana na taką skalę, mówi Fuhrmann. System ewakuacji startowej w Apollo miał silniki z bezpośrednim przepływem i dlatego musiał dodać dodatkowe konstrukcje stalowe, aby zwiększyć odległość między silnikiem a kapsułą załogi. Rosyjski system ewakuacji startowej na statku kosmicznym Sojuz również wykorzystuje dysze z bezpośrednim przepływem.
Kanigan mówi, że następnym wyzwaniem jest upewnienie się, że możesz kontrolować rakietę przy takich wibracjach. Na potrzeby nowego startu NASA inżynierowie systemu zbudowali unikalny silnik zwany silnikiem kontroli orientacji, który steruje i kontroluje kapsułę. Jest również pierwszym w swoim rodzaju i może latać pojazdem do przodu i do tyłu, a także odwrócić kapsułę, aby zmienić jej orientację tak, aby osłona termiczna była skierowana do przodu.
Zarówno Ares I-X, jak i pojazd eksploracyjny załogi Oriona są częścią Program konstelacji , plan wysłania ludzi na Księżyc, a następnie na Marsa. Norm Augustine, przewodniczący panelu odpowiedzialnego za przegląd tego planu, powiedział podczas briefingu prasowego po pierwszym spotkaniu komisji, na którym usłyszała pomysły na alternatywne projekty dla rakiet Ares, że najbardziej interesująca była rozmowa o tym, jak wibracje wpływają na konstrukcję rakiet.