Четыре двигателя, оставшиеся после закрытия программы Space Shuttle, будут установлены на первой ступени ракеты-носителя SLS для проведения двух последних этапов испытаний в рамках тестовой программы подготовки носителя Green Run. Будут проведены заправка первой ступени топливом и симуляция обратного отсчета для проверки готовности двигателей к заключительным испытаниям, в частности, к запуску, запланированному на конец октября.
Четыре двигателя Aerojet Rocketdyne RS-25, не использовавшиеся почти 10 лет, сейчас проходят последние предпусковые проверки в рамках подготовки к использованию на SLS. После паузы, вызванной изменчивой тропической погодой, тестирование Green Run возобновилось на этой неделе. Выполняется пятый этап. В частности, проверяется совместная работа гидравлической системы первой ступени вместе с ранее протестированной авионикой и силовыми установками чтобы убедиться, что все готово к заправке ступени топливом и прожигу.
Заслуженные двигатели готовы к работе
Четыре двигателя RS-25 выполнили несколько запусков космических челноков. Первая ступень SLS - это новая четырехмоторная ракетная ступень, разработанная с учетом возможностей RS-25. Одной из основных целей кампании Green Run является эксплуатационная проверка конструкции ступени. Последним, восьмым этапом проверок будет прожиг, который, как планируется, продлится чуть более восьми минут, полностью опустошив баки и имитируя полет.
Половина из восьми этапов тестов завершены. Эти четыре двигателя Shuttle впервые проходят стандартную предпусковую подготовку, но уже по для SLS. Двигатели, установленные на основной ступени, не запускались с момента завершения запусков Shuttle в 2011 году. Теперь двигатели проходят инспекцию, чтобы убедиться, что они готовы выдержать два больших испытания.
«С точки зрения двигателей, мы не делаем ничего, чем не делали на Shuttle»,
- сказал Билл Маддл, ведущий инженер по интеграции RS-25 в Aerojet Rocketdyne.
«Мы занимаемся тем, что мы называем электрическими проверками, там есть три категории. Это проверка и калибровка датчиков, проверка воспламенителя, а затем есть проверка DCU (цифровой компьютерный блок)".
«Как только мы закончим эту часть, мы подключим пневматику к двигателю, а затем проведем пневматическую проверку, которая тестирует все пневматические элементы управления двигателем. Затем, когда это будет завершено, мы подключим гидравлику, затем проведем калибровку привода, а затем перейдем к тесту на готовность к полету».
Эти процедуры являются частью пятого тестового этапа Green Run, который выполняется в настоящее время, а системы, которые были активированы во время предыдущих тестовых этапов, теперь используются для проверки гидравлики основной ступени ракеты и двигателей RS-25. Гидравлическая система ступени обеспечивает управление двигателем и рулевое управление.
Клапаны в двигателе приводятся в действие гидравлически, пневматический привод является резервным и нужен для отключения. Новые блоки управления двигателем (ЭБУ) являются частью нового набора авионики, используемой на SLS. Каждый двигатель имеет специальный дублирующегося ЭБУ, контролирующего его работу, состояние и обменивается данными с бортовыми компьютерами ракеты-носителя. В рамках программы сертификации, завершенной в 2017 году, новые ЭБУ прошли десятки испытаний на стенде.
Хотя эти летные двигатели использовались для запусков Shuttle, теперь они будут выводить в космос SLS. Программа сертификации двигателей подтвердила, что конструкция двигателей может быть адаптирована к требованиям SLS по рабочим температурам, давлению и настройкам мощности.
Как и в случае со старыми контроллерами, новые контроллеры двигателя имеют два резервных цифровых вычислительных блока, каждый со своим собственным каналом управления. И канал A, и канал B по-отдельности проверяются во время испытаний на готовность к полету, вместе с основной гидравликой и резервной пневматической системой для остановки двигателя.
«По сути, это имитация прожига»,
- объяснил Маддл.
«Фактически, мы выполняем последовательность продувки двигателя, не продолжительность, а именно последовательность очистки».
Пока баки с жидким водородом и жидким кислородом заполняются топливом, двигатель охлаждается до аналогичных криогенных температур; двигатель также продувается, чтобы предотвратить загрязнение уплотнителей и других механизмов перед воспламенением. Затем выполняется прожиг, сначала с использование канала B контроллера.
«Мы запустим последовательность запуска, а затем перейдем к основному этапу [где] мы пройдем через несколько уровней мощности, чтобы убедиться, что клапаны реагируют на команду изменения мощности. Потом мы сделаем пневматическое отключение в первый раз»,
- отметил Маддл.
«Мы повторим ту же самую операцию последовательности продувки, но уже с использованием канала А контроллера, и вновь сделаем гидравлический останов».
Следующий этап поверок состоит из пяти процедур. Будут испытаны системы гидравлического управления вектором тяги (TVC) ступени для стабилизации двигателей. Эти процедуры помогут убедиться, что гидросистема готова к активной работе во время прожига.
В дополнение к тестированию и проверке приводов TVC, которые управляют двигателями со специализированными контроллерами авионики, гидравлические системы ступени также будут настроены для предстоящего огневого испытания. После заполнения гидравлических баков в каждом из четырех двигателей, они будут переведены в автономный режим, и гидравлика ступени будет работать так же, как и при прожиге и запуске.
Вспомогательные блоки питания (CAPU) ступени запускаются газообразным гелием, подаваемым через один из шлангокабелей.
Пятый этап тестирований возобновлен после задержки из-за ураганов
Первая ступень находится на испытательном стенде в Космическом центре Стеннис в Миссисипи с января. В середине августа прогнозы погоды предсказывали приход друг за другом двух тропических ураганов в течение нескольких дней. Поэтому НАСА и главный подрядчик Boeing отложили проведение пятого этапа тестовой программы Green Run.
«Мы начали работу по подготовке оборудования к Green Run Test 5, гидравлическому тестированию и тестированию управления вектором тяги, и мы планировали начать тестирование 23 августа»,
- говорится в заявлении NASA SLS Stages Office.
«В связи с предсказанием двух ураганов в Мексиканском заливе, которые могут затронуть космический центр Стеннис, НАСА приняло разумное решение обезопасить ценное летное оборудование основной ступени Artemis I и испытательный стенд B-2».
Ураганы Marco и Laura в конечном итоге не повлияли напрямую на космический центр Миссисипи, но несколько дней были потеряны. Тропический шторм Cristobal также вызвал остановку работы в июне, но возможные задержки испытаний были предусмотрены и несколько дней в графике были «зарезервированы» именно для таких ситуаций.
Это позволило более или менее соответствовать графику испытаний чтобы успеть все закончить к запланированному на конец октября огневому испытанию. Работы возобновились рано утром 27 августа.
После пятого тестового этапа приступит к окончательной сборке ступени и проведению двух последних важных тестов с полной заправкой ступени топливом.
Седьмой тестовый этап (Wet Dress Rehearsal) - это стендовое испытание полностью заправленной ракеты без запуска двигателей.
Восьмой тестовый этап - это огневое испытание, в котором повторяется обратный отсчет, загрузка ракетного топлива WDR с последующим восьмиминутным запуском четырех двигателей ступени, имитирующий полет.
Прежде, чем перейти к этапам с использованием топлива, шестой тестовый этап - это имитация обратного отсчета, которую планируется выполнить с обновлениями программного обеспечения как для ступени ракеты, так и для наземных управляющих компьютеров. Симуляция будет «сухой» генеральной репетицией для испытательной группы и руководства программы перед тем, как приступить к заправке ракеты для последних двух тестов.
Время на ремонт после прожига уменьшено, чтобы ускорить транспортировку на космодром
После проведения огневых испытаний ступень будет готова к погрузке на баржу NASA «Пегас» для буксировки через Мексиканский залив, а затем вокруг полуострова Флорида в Космический центр Кеннеди (KSC) для подготовки к запуску. Во время ремонта после огневого испытания ступень и ее двигатели будут проверены и отремонтированы на испытательном стенде. Часть работ необходимо выполнить до морской перевозки, остальные будут проведены в KSC параллельно с подготовкой к запуску.
После прожига оборудование двигателя будет очищаться и проверяться, а детали заменяться или ремонтироваться по мере необходимости, чтобы подготовить двигатели к их следующему запуску. Чтобы сократить время между огневым испытанием и отправкой ступени в KSC, некоторые работы по ремонту двигателя будут отложены до прибытия во Флориду. Поскольку запуск Artemis 1 отстает от графика, НАСА хочет как можно скорее доставить Core Stage в KSC.
Параллельное выполнение работ по ремонту и подготовке к запуску на стартовой площадке должно обеспечить более эффективное использование времени и быстрее подготовить ракету к запуску.
Кроме того, большая часть работ над SLS в KSC будет проводиться в помещении внутри большого здания сборки на стартовом комплексе 39. В отличие от этого, в космический центр Стеннис ступень находится снаружи, и погодные условия могут чаще мешать работе
Главный подрядчик RS-25 Aerojet Rocketdyne сократил график ремонта двигателей с Shuttle до SLS, основываясь на опыте, полученном в период длительной истории полетов и испытаний программы Shuttle.
«Количество проверок в программах Shuttle и SLS разное, - сказал Маддл. «Сейчас инспекций меньше».
«Мы провели большие исследования, чтобы попытаться сократить время ремонта, потому что изначально мы начинали в 90 дней. Сейчас мы укладываемся в 42».
«Мы взяли за основу работу по программе Shuttle, выполняли все итерации и дошли до меньшего количества инспекций. Это позволило нам уложиться в 42-дневный график ремонта.»
В дополнение к сокращению общих сроков ремонта, Aerojet Rocketdyne также определила, какие работы после прожига необходимо выполнить на Стеннисе, а какие - в KSC.
Вернувшись в Стеннис, после завершения огневого испытания, будет обеспечен непосредственный доступ к ступени, включая такие узлы, как передняя юбка, отсек двигателя и т. п., которые продуваются азотом, когда ступень заправляется топливом, а затем воздухом, когда заправка окончена.
«Сушка - это одна из четырех важных вещей, которые мы должны сделать, прежде чем мы скажем, что двигатели готовы [для] снятия ступени с испытательного стенда»,
- пояснил Маддл.
«Первое, что вы должны сделать в течение 48 часов, - это начать просушку двигателей, чтобы удалить влагу из критически важных областей двигателя».
Во-вторых, необходимо проверить и задокументировать текущее состояние оборудования двигателя после запуска.
«Мы хотим узнать, есть ли в двигателе какие-либо повреждения, которых мы не обнаружили с помощью датчиков», - сказал он. «Мы хотим увидеть состояние двигателя, прежде чем приступить к работе с ним».
В-третьих, проверка герметичности всех 1080 трубок охлаждающей жидкости в каждом сопле двигателя. По этим трубкам циркулирует жидкий водород для охлаждения внутренней части сопла во время работы двигателя. Если будут обнаружены какие-либо утечки, проверка герметичности сопловой трубки на стенде в Стеннисе даст больше времени, чтобы решить, какие варианты ремонта у нее есть, чтобы внести исправления после прибытия в KSC.
«Есть участки, на устранение которых может потребоваться много времени, - пояснил Маддл. «Поэтому, вы хотите знать заранее, прежде ступень отправится в KSC, можно ли устранить утечку, которую обнаружили, или повреждения незначительны и использование». Если же это невозможно, то необходимо решить, нужно ли удалять двигатель».
Четвертая область - это внутренний осмотр нижней части сопла двигателя. Задний коллектор распределяет жидкий водород от силовой головки двигателя по трубкам охлаждающей жидкости сопла.
«Мы должны попасть внутрь и провести бороскоп вокруг нижней части сопла, чтобы найти любое возможное загрязнение, так что это будет четвертое, что мы хотели бы сделать до отправки в KSC»,
- сказал Маддл. Он отметил, что в Aerojet Rocketdyne приняли решение, чтобы его команда, обслуживающая двигатели RS-25, работала круглосуточно, чтобы успеть выполнить все работы после огневого испытания в космическом центре на Стеннис.
https://www.nasaspaceflight.com/2020/09/shuttle-engines-read...
