Chrysler SERV - Chrysler SERV - Wikipedia

Pro další použití „SERV“ viz Sloužit (disambiguation).
Vlevo nahoře je SERV s MURP. Ve srovnání s designem DC-3, s rovnými křídly napravo od SERV, byl SERV dlouhý něco přes 100 stop, zatímco DC-3 byl těsně pod 300.

SERV, zkratka pro Jednostupňové opakovaně použitelné pozemské orbitální vozidlo, bylo navrženo systém vypuštění vesmíru navrhl Chrysler vesmírná divize pro Raketoplán projekt. SERV se tak radikálně lišil od dvoustupňových vesmírných letadel, do kterých vstoupil téměř každý jiný konkurent Proces vývoje raketoplánu že pro raketoplánový program to nebylo nikdy vážně zvažováno.

SERV měl být jednostupňový na oběžnou dráhu kosmická loď, která by vzlétla ze stávajících Saturn V komplexy a vertikálně přistát u Kennedyho k opětovnému použití. SERV vypadal jako značně rozšířený Kapsle Apollo, s prázdným středovým jádrem schopným přepravit 125 000 lb (57 000 kg) nákladu. SERV mohl být spuštěn bez posádky pro nákladní mise, vysunutí nákladního pouzdra a návrat na Zemi. Pro mise s posádkou samostatná kosmická loď, MURP (Opakovaně použitelné užitečné zatížení horního stupně s posádkou), lze přepravovat na palubě vozidla.

Název „SERV“ používal také zcela nesouvisející NASA projekt „Space Emergency Re-entry Vehicle“.

Dějiny

Pozadí

V roce 1966 Americké letectvo zahájil studijní úsilí, které prozkoumalo řadu kosmických lodí s posádkou a souvisejících odpalovacích zařízení. Jak byly návrhy studovány, rozdělily je do jedné ze tří tříd na základě úrovně opětovného použití. Na jednodušším konci vývojové škály byla vozidla „třídy I“, která umístila a kosmická loď nad existující nebo upravenou ICBM - spouštěč na bázi. Vozidla „třídy II“ přidala částečnou opětovnou použitelnost pro některé součásti odpalovacího zařízení, zatímco vozidla „třídy III“ byla plně znovu použitelná. USAF již ve svých projektech zahájily práce na designu třídy I. X-20 Dyna Soar program, který byl zrušen v prosinci 1963, ale zajímal se o Zastřihovač hvězd Lockheed Návrh třídy II jako možný budoucí vývoj. Ze studijního úsilí nikdy nic nepřišlo, protože USAF oslabilo jejich zájem o vesmírné programy s posádkou.

V té době byla NASA uprostřed likvidace Projekt Apollo jak vozidla postupovala k letu. Při pohledu do budoucnosti zahájila řada kanceláří NASA programy zkoumání misí s posádkou v 70. a dalších letech. Mezi mnoha návrhy stálá posádka vesmírná stanice byl oblíbený. Tyto plány obecně předpokládaly použití stávajících raket Saturn k vypuštění stanic, a dokonce i posádek, ale systémy Saturn nebyly nastaveny pro druh neustálého zásobování a obměny posádky, jak se předpokládá. Myšlenka jednoduchého a levného odpalovacího zařízení s posádkou, „trajektového a logistického vozidla“, se vyvinula ze studií vesmírných stanic téměř jako nápad, první zmínka o tom, že to bylo v rozpočtech fiskálního roku 1967.[1]

Návrh s nízkou cenou, opakovaně použitelný Systém kosmické dopravy (STS) začal vážně v prosinci 1967, kdy George Mueller uspořádal jednodenní brainstorming na toto téma. Zahájil diskusi tím, že vyzval USAF k účasti, dokonce si ponechal původní zkratku USAF pro projekt „ILRV“. Stejně jako původní studie USAF bylo představeno malé vozidlo přepravující náhradní posádky a základní zásoby, s důrazem na nízké provozní náklady a rychlé obraty. Na rozdíl od USAF se však kosmická pracovní skupina NASA rychle rozhodla přejít přímo k návrhům třídy III.

Fáze A

NASA představila čtyřfázový program vývoje STS. „Fáze A“ byla série počátečních studií, které měly vybrat celkovou technologickou cestu, a vývojové smlouvy na návrhy byly uvolněny v roce 1968, přičemž návrhy se očekávaly na podzim roku 1969. Řada návrhů byla představena od různých průmyslových partnerů. Téměř univerzálně byly designy malé, plně opakovaně použitelné a založené na různých místech delta křídlo nebo zvedací tělo kosmická letadla.

Společnost Chrysler Aerospace získala kontrakt NAS8-26341 pro jejich vstup do série Fáze A a vytvořila tým pod vedením Charlese Tharratta. Jejich zpráva z roku 1969, NASA-CR-148948, nastínila design SERV, předběžná opatření k výkonu a základní profily misí. Tato zpráva popisovala 23 stop (7,0 m) široký nákladní prostor[A] Tharratt byl přesvědčen, že SERV nabízí lepší flexibilitu než kterákoli z okřídlených platforem, což mu umožňuje zahájit jak posádky, tak posádky bez posádky, a je celkově mnohem menší.[2]

Jelikož většina center NASA podporovala jedno z okřídlených vozidel a byla dramaticky odlišná od kteréhokoli z nich, SERV nenašel v byrokracii žádné příznivce a pro STS nebyl nikdy vážně zvažován.[3] Astronautský sbor byl navíc přesvědčen, že každá budoucí kosmická loď NASA bude muset být posádkou,[4] takže ani tam potenciálně neosazený SERV nevyhrál žádné převody.

Smlouva o prodloužení byla přesto nabídnuta a byla vypracována závěrečná zpráva NASA-CR-150241 o designu SERV, která byla vydána 1. července 1971. To se lišilo hlavně v drobných detailech, hlavní změnou bylo zmenšení nákladového prostoru z 23 stop na 15 stop (4,6 m) v souladu se zbytkem návrhů raketoplánu.

Popis

Konstrukce vozidla

SERV sestával z velkého kuželového tělesa se zaoblenou základnou, které Chrysler označoval jako „upravený design Apolla“. Podobnost je způsobena skutečností, že obě vozidla používala tupé profily pro opětovné zadání těla, které snižují tepelnou zátěž při opětovném vstupu vytvořením velmi velkého rázová vlna před zaobleným povrchem. Naklonění vozidla ve vztahu ke směru pohybu mění vzor rázových vln a vytváří vztlak, který lze použít k manévrování kosmické lodi - v případě SERV až asi 100 NM na obou stranách své balistické cesty.[5] Aby se napomohlo generování výtahu, byl „vystoupán“ SERV, přičemž spodní část kužele byla nakloněna přibližně o 30 stupňů a horní část blíže k 45 stupňům. SERV měl v nejširším místě průměr 29 stop (29 stop) a vysoký byl 25 stop (83 stop).[6] Hrubá zvedací hmotnost byl jen něco málo přes 2 700 000 kg,[7] přibližně stejný jako Saturn V 6 200 000 lb (2 800 000 kg)[8] ale více než 2 000 000 kg raketoplánu.[9]

Většina draku SERV sestávala z oceli složený plástev. Základna byla zakryta přišroubováním ablativní panely tepelného štítu, což umožňovalo snadnou výměnu mezi misemi. Horní části draku, které dostávaly dramaticky nižší tepelná zatížení, byly pokryty kovovými šindele zakrývajícími níže křemennou izolaci.[10] Čtyři přistávací nohy vyčnívající ze spodní části a jejich „noha“ po zatažení tvořila část povrchu tepelného štítu.[11]

Dvanáct modulů LH2 / LOX letecký motor byl uspořádán kolem okraje základny, zakrytý pohyblivými kovovými štíty.[12] Během výstupu se štíty pohybovaly ven z těla, aby se přizpůsobily snižování tlak vzduchu, tvořící velkou tryska pro kompenzaci nadmořské výšky. Modul byl napájen ze sady čtyř zesítěných turbočerpadla které byly navrženy tak, aby fungovaly až na 120% jejich jmenovitého výkonu, což umožnilo orbitální vložení, i když jedno čerpadlo selhalo bezprostředně po vzletu. Motor jako celek by poskytoval tah 7 454 000 lbf (25,8 MN),[7] přibližně stejný jako S-IC, první fáze Saturn V.

Kolem základny byly také uspořádány čtyřicet proudových motorů o výkonu 20 000 lbf (89 kN), které byly vypáleny těsně před přistáním, aby se zpomalil sestup. Pro přívod vzduchu se otevřely pohyblivé dveře nad motory.[13] Dva RL-10 Poskytl tah na oběžné dráze, takže hlavní motor nemusel být ve vesmíru restartován. Dokonce i manévrování na oběžné dráze, které nebylo pro SERV rozsáhlé (viz níže), poskytovaly malé motory LOX / LH2 místo trysek využívajících různá paliva.[14]

Série kuželovitých nádrží kolem vnějšího okraje plavidla, těsně nad motory, skladovala LOX. LH2 byl uložen v mnohem větších nádržích blíže ke středu plavidla. Mnohem menší kulové tanky, umístěné v mezerách pod zaobleným koncem tanků LOX, držely JP-4 slouží k napájení proudových motorů. Orbitální manévrovací a de-oběžné motory byly seskupeny kolem horní části kosmické lodi, napájené vlastními tanky rozptýlenými mezi LH2.[13] Toto uspořádání tanků zanechalo uprostřed plavidla velký otevřený prostor, 18 x 15 stop, který sloužil jako nákladový prostor.[b]

Provozní režimy

Byly představeny dvě základní konfigurace kosmických lodí a profily misí. Mise „režimu A“ létaly SERV na parkovací oběžnou dráhu ve vysokých nadmořských výškách 260 km / min, sklon 55 stupňů, těsně pod oběžnou dráhu vesmírné stanice 270 km / min. Mise „módu B“ letěly na 200 km nízká oběžná dráha Země (LEO) se naklonila na 28,5 stupně, což je start na východ od východního východu Kennedyho vesmírné středisko. V obou případech byl SERV spárován s dlouhým nákladním kontejnerem v jeho zátoce a volitelně kombinován s posádkovou kosmickou lodí nahoře.

Původní návrhy používaly na podporu misí s posádkou vesmírný letoun se zvedacím tělesem známý jako MURP. MURP byl založen na HL-10 návrh již studuje Severoamerický Rockwell jako součást jejich úsilí o STS. MURP byl namontován na horní část nákladního kontejneru a kapotáže, která byla celkově 114 stop (35 m) dlouhá.[15] Ve druhé verzi studie Chrysler také přidal možnost, která nahradila MURP „personálním modulem“, založeným na Apollo CSM, který byl dlouhý 74 stop (23 m) v kombinaci se stejným nákladním kontejnerem. Původní „SERV-MURP“ byl v kombinaci se SERVem 42 metrů dlouhý, zatímco nová konfigurace „SERV-PM“ byla vysoká 101 stop (31 m).[7] Oba systémy zahrnovaly celoplošné přerušení posádky během celého výstupu.[16]

Po zvážení všech čtyř kombinací režimu a modulu byly jako nejúčinnější vybrány dva základní profily misí. S SERV-PM by byla použita oběžná dráha vysoké Země a PM by manévroval jen krátkou vzdálenost k dosažení stanice. S SERV-MURP by se využila nízká oběžná dráha Země a MURP by zbytek cesty manévroval sám. V obou případech by se SERV mohl okamžitě vrátit na Zemi a nechat PM nebo MURP přistát samostatně nebo častěji počkat na parkovací oběžné dráze, než se s ní setká nákladní modul z dřívější mise, aby se vrátil na Zemi.[17] Hmotnost a rovnováha úvahy omezily návratnost užitečného zatížení.

Obě konfigurace dopravily na vesmírnou stanici 25 000 lb (11 000 kg) nákladu, i když v konfiguraci PM byly celkové vrhané hmotnosti mnohem nižší.[15] Pokud by byla konfigurace PM použita s kapotáží místo kapsle, mohl SERV dodat LEO 51 000 kg (51 000 kg) nebo až 57 000 kg (125 000 lb) s „prodlouženým nosem“.[18] Prodloužený nos byl dlouhý hrot s vysokým poměr jemnosti který snížil atmosférický odpor vytvořením rázových vln, které během výstupu vyčistily karoserii vozidla.[11]

Kromě toho Chrysler také nastínil způsoby, jak podpořit zátěž o šířce 33 stop (10 m) na přední straně SERV. To byl průměr S-IC a S-II, dolní stupně Saturn V. NASA navrhla pro USA širokou škálu užitečných zatížení Aplikační program Apollo které byly založeny na tomto průměru a měly být vypuštěny na Saturn INT-21. Chrysler prokázal, že by mohly být také spuštěny na SERV, pokud je zohledněna váha. Tyto plány však byly založeny na dřívějších designech SERV s větším nákladním prostorem 23 ft (7,0 m).[11] Když byly zátěže NASA upraveny tak, aby se vešly do menšího prostoru 4,6 m společného pro všechny návrhy STS, byla tato možnost zrušena.

Neočekávalo se, že SERV zůstane na oběžné dráze po delší dobu, přičemž nejdelší mise jsou ve zprávě popsány za necelých 48 hodin.[19] Typicky by se to vrátilo poté, co přinesl malý počet oběžných drah pozemní dráha dost blízko Kennedyho a uvažovalo se o misích, které byly zrušeny. Vůz byl navržen tak, aby se vrátil na místo do šesti mil (6 km) od bodu dotyku pomocí zpětného manévrování, zbytek by byl dohnán během sestupu tryskovým pohonem.[20]

Stavba a provoz

NASA uzavřela partnerství se společností Chrysler při stavbě navržené NASA Saturn IB, na Michoud Assembly Facility mimo New Orleans. Chrysler také navrhl stavět SERVS na Michoudu a dodávat je KSC na lodích třídy Bay používaných k dodávce Boeingů S-IC ze stejné továrny. Vzhledem k tomu, že SERV byl širší než lodě, musel být nesen mírně nakloněný, aby se zmenšila jeho celková šířka. Poté byly na stranu lodí přidány pontony, aby byla kosmická loď chráněna před postřikem.[21]

SERVy by byly vybaveny v Budova montáže vozidel (VAB) High Bay, spojeno s PM nebo MURP, které byly připraveny v Low Bay, a poté transportovány do LC39 podložky na stávající pásové transportéry.[22] Podložky LC39 vyžadovaly pouze drobné úpravy pro použití SERV, podobné těm, které byly potřebné ke spuštění Saturn IB.[23] Chrysler navrhl vybudovat několik přistávacích plošin SERV mezi LC39 a VAB a přistávací dráhu pro MURP poblíž stávající přistávací dráhy raketoplánu.[24] SERVy by byly vráceny VAB na obrovském valníku. Jedinou další novou infrastrukturou byla sada zkušebních stanovišť v Mississippi testovací operace komplex pro testování motorů poblíž Michoudu.

Opětovné použití velké části stávající infrastruktury snížilo celkové náklady programu; celkové náklady byly odhadnuty na 3,565 miliardy USD, přičemž každá služba SERVICE stála 350 milionů USD ve FY1971 dolarů a byla hodnocena na 100 letů po dobu 10leté životnosti.[25] To bylo mnohem levnější než dvoustupňové návrhy zpětného letu zadané většinou společností, které měly špičkové náklady na vývoj řádově 10 miliard dolarů.

Podobné vzory

SERV byl podobný pozdějšímu McDonnell Douglas DC-X design. Hlavní rozdíl mezi nimi spočíval v tom, že DC-X byl postaven pro vojenskou misi a vyžadoval mnohem větší schopnost manévrování při opětovném vstupu. Z tohoto důvodu byl drak dlouhý a hubený a kosmická loď vstoupila do nosu jako první. Naklonění tohoto tvaru vzhledem k dráze pohybu generuje podstatně větší vztlak než tupá základna SERV, ale také vystavuje drak mnohem vyššímu tepelnému zatížení.

Více nedávno bylo v Modrý původ Goddard kosmická loď. Stejně jako SERV nepotřeboval Goddard rozšířené možnosti křížení vojenského odpalovacího zařízení a vrátil se k jednoduššímu profilu opětovného vstupu na tupou základnu. Podobně Kankoh-maru studie také použila stejný profil VTOL s tupým tělem.

Viz také

Poznámky

  1. ^ Průměr je podobný stupni Saturn IV, což umožňuje snadnou přepravu nákladu na obou platformách.
  2. ^ Některé zdroje založené na původní verzi designu SERV z roku 1969 uvádějí nákladový prostor o šířce 23 stop, ale konečný výběr vozidla to v souladu s ostatními návrhy raketoplánů snížil na 15 o 60 stop.

Reference

Citace

  1. ^ Helen Wells, Susan Whiteley a Carrie Karegeannes, „Počátky názvů NASA“, NASA SP-4402, 1976
  2. ^ NASA-CR-148948, str. 9
  3. ^ Andrew Butrica, „Single Stage to Orbit“, Johns Hopkins University Press, 2003, ISBN  0-8018-7338-X, str. 84
  4. ^ Gregg Easterbrook, „Přeneste nás z této smrtící pasti, Scotty“ Archivováno 04.03.2016 na Wayback Machine, Washington měsíčně, Duben 1980
  5. ^ CR-150241, snímek 3-33
  6. ^ CR-150241, snímek 2-3
  7. ^ A b C CR-150241, snímek 2-9
  8. ^ „Co byl Saturn V?“. NASA.
  9. ^ „Shuttle Technical Facts“. ESA.
  10. ^ NASA-CR-148948, str. 111
  11. ^ A b C NASA-CR-148948, str. 35
  12. ^ CR-150241, snímek 4-3
  13. ^ A b Viz obecné schéma uspořádání, CR-150241, snímek 2-13
  14. ^ NASA-CR-148948, str. 117
  15. ^ A b CR-150241, snímek 2-5
  16. ^ CR-150241, snímek 3-17
  17. ^ CR-150241, snímek 2-7
  18. ^ CR-150241, snímek 3-19
  19. ^ CR-150241, snímek 3-5
  20. ^ NASA-CR-148948, str. 119
  21. ^ CR-150241, snímek 9-11
  22. ^ CR-150241, snímek 9-15
  23. ^ CR-150241, snímek 9-21
  24. ^ NASA-CR-148948, str. 145
  25. ^ CR-150241, str. 5

Bibliografie