AKTUALIZOVÁNO: Zážeh gigantického motoru na tuhá paliva

m15-040

Dnes v 16:30 našeho času by mělo na základně Promontory v americkém státě Utah dojít ke zkušebnímu zážehu největšího motoru na tuhá paliva na světě. Tento pětisegmentový motor bude jednou vynášet k obloze nové americké rakety SLS, je proto potřeba technologii důkladně otestovat. Jak jsme informovali už včera v tomto článku, dnešní zkouška má ověřit upravenou izolaci motoru, jeho avioniku, nebo zvětšenou trysku. Před zážehem bude motor zahřán na 32°C, což bude simulovat start v letních měsících. V dnešním článku jste mohli celou zkoušku sledovat živě. Nyní jsme okno s živým přenosem nahradili kompletním záznamem.

Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/m15-040.jpg

Pin It
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

GD Star Rating
loading...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


49 komentářů ke článku “AKTUALIZOVÁNO: Zážeh gigantického motoru na tuhá paliva”

  1. Steve napsal:

    Dobrý den, prosím vás co si mám představit pod pojmem „na tuhá paliva“ ? Měl jsem představu, že raketové motory pohání buďto plynná nebo tekutá hořlavá směs. Pokud tuhá paliva nejsou tekutá, jak se dopravují k motoru k hoření nebo tvoří jednolitý pevný celek ? Tuhé palivo je, když to přeženu, dřevěný špalek nebo uhlí 🙂

    • Dušan Majer napsal:

      Dobrý den,
      na podobnou otázku se dnes zeptal u jiného článku jeden náš čtenář. S dovolením Vám zkopíruji odpověď, kterou jsem mu napsal:

      Ono je to celé trochu složitější. Zkusím to k něčemu přirovnat. Představte si ruličky toaletních papírů postavené na sebe, aby tvořily válec – uprostřed bude dutina. A stejné je to i u motorů na tuhá paliva. Jen s tím rozdílem, že tento středový kanál nemusí mít kruhový průřez jako u toaletních papírů, ale může mít tvar několikacípé hvězdy, aby mohlo hoření probíhat na větší ploše. Motor na tuhá paliva hoří v celé výšce a palivo odhořívá od středu ke stěnám.
      Tvorba jednotlivých segmentů probíhá tak, že na plnící linku přijedou prázdné válce, do kterých se usadí speciálně tvarovaná žebra. Jejich tvar udává tvar budoucího kanálu. Do válců (s vloženými žebry) se nalije směs paliva, která má konzistenci relativně hustého těsta. Následně se nechá palivo vytvrdit a poté se ze zatvrdlé směsi vyjmou žebra, čímž vznikne středový kanál. Pak už jen stačí válce po železnici přepravit na kosmodrom, tady je spojit dohromady mnoha silnými šrouby a těsnícími kroužky a máme hotovo.

      • Pavel napsal:

        A jak je zařízeno, že se za všech směrů uplatní jen tlak dolů, do „motoru“?Že to ten motor neutrhne?Pevnost konstrukce lodi musí být ohromná, jinak by se to roztrhlo.Je to jako náboj v pistoli, který je ovšem navíc ještě v pevné hlavni. Efekt jde všechen v podstatě otvorem hlavně ven…

        • Dušan Majer napsal:

          Pokud se ptáte na konstrukci samotného motoru, tak základem je velmi pevná konstrukce vnějšího pláště. Ruku do ohně za to nedám, ale četl jsem, že stěny jsou tvořeny 5 cm silnou speciální ocelí. Spaliny pak vytváří tlak na okolní stěny a jediné místo, kudy mohou unikat je tryskou na spodní části.
          Pokud se ptáte na konstrukci, která držela během testu motor na místě, tak tam se všechno důkladně propočítávalo, aby se motor nemohl utrhnout. Navíc už dříve se tu testovaly čtyřsegmentové motory pro raketoplány. Základní konstrukce testovacího stanoviště tedy byla ověřena a stačilo jen propočítat vlivy, které způsobí přidání pátého segmentu.

        • gg napsal:

          „ale četl jsem, že stěny jsou tvořeny 5 cm silnou speciální ocelí.“

          To je trošku přehnané. Třeba motory SRB použité u raketoplánu měly ocelový plášť o tloušťce pouze (nebo „pouze“?) půl palce. Později se snad uvažovalo o náhradě kompozitním pláštěm, ale už na to nedošlo.

      • Jaro Pudelka napsal:

        Mňa zaujíma, prečo je tento motor zostavený z piatich segmentov? Sú to technologické dôvody – plnenie palivom alebo logistické dôvody – preprava. Ide mi o to, že považujem spoje jednotlivých segmentov za rizikovú časť konštrukcie a očakával by som snahu o redukciu počtu takýchto miest. Tým skôr, že práve tesniace krúžky spôsobili haváriu Challengera.

        • Dušan Majer napsal:

          Ten důvod je čistě logistický a jeho původ musíme hledat už v době, kdy se rodily plány raketoplánů. Snahou tehdejšího vedení bylo, aby tento program přinesl nová pracovní místa v co největším počtu federálních států. Na základě tohoto politického rozhodnutí se jednotlivé díly vyráběly v různých částech USA a pak se složitě přepravovaly na Floridu. Externí nádrž po vodě, motory SRB po železnici. Výpočty ale ukázaly, že nebude možné převézt tyto motory z montážní haly na Floridu v jednom kuse a proto byly rozděleny na menší segmenty, které se složí až na kosmodromu.

    • Asdf napsal:

      Silvestrovská rachejtle je v podstatě taky rakety na tuhé palivo 😉

  2. Adam napsal:

    Dobrý den.
    Děkuji za tento a další články na tomto webu 🙂

    K tomu testu jsem se chtěl zeptat jestli víte jak je řešeno uchycení motoru? Podle videa vypadá, že je vepředu zapřený o nějaký betonový blok.

    • Dušan Majer napsal:

      Dobrý den,
      nemáte zač děkovat. Těší nás, že se Vám naše¨práce líbí. 😉

      Hlavní roli při ukotvení tohoto motoru sehrály kovové „obruče“, které motor přikotvily k zemi – ta největší (dvojitá) je v cca. prostřední části motoru, menší pak najdeme v horní části motoru.

    • asija napsal:

      Treba si predstaviť, ako bude tento motor pripojený na skutočnú raketu pri štarte. Má slúžiť ako booster, pracujúci paralelne s motormi prvého stupňa, takže na prvý stupeň rakety bude pripojený zboku. Tomu zodpovedá hlavné silové uchytenie v strede (zhruba v ťažisku motoru, prenáša predovšetkým osové sily) a pomocné na hornom konci motoru (prenáša osové aj stranové sily). V oblasti trysky (konca motoru) bude ďalšie uchytenie, ktoré bude prenášať hlavne stranové sily vznikajúce pri vychylovaní trysky (na dlhom videu je to dosť dobre vidieť zhruba v čase 1:02:xx – 1:05:xx)

  3. Thelvyn napsal:

    Zdravim,
    neviete co pouzili na konci na uhasenie ? Voda to asi nebude 🙂

  4. vedator napsal:

    dik za zaujimavy clanok a super video. cesta k tejto skuske bola dost strastiplna, kedze pripravy na zapalenie zacali uz pred 2.5 rokmi a od vtedy sa firma stretavala s mnohymi prekazkami, z ktorych niektore boli fatalne. nastastie sa im ich podarilo vyriesit. aj ked som fanusik, osobne by som si do rakety, ktora je odvodena od boosterov z raketoplanov nikdy nesadol. raketky na tuhe paliva patria do minulosti…

  5. kopapaka napsal:

    Hmmm, hezká ekologická katastrofa…
    Třeba takový Proton sice používá toxické palivo, ale na konci už to tak hrozné není, ale tohle…
    Nevíte někdo cenu? Kolega na http://www.palba.cz nadhodil, že původní STS SRB stál kolem roku 1989 cca 23 mil. dolarů…

    • Dušan Majer napsal:

      Cenu jsem bohužel nikde nenašel.

      Co se týče těch ekologických dopadů, tak ono to sice z videa vypadá strašlivě, ale v globálu to zase až tak špatné není.

      • kopapaka napsal:

        Citace: alchy – http://www.palba.cz/viewtopic.php?f=375&t=6420&p=214172#p214136
        „- v spalinách je voda, CO2, ale tiež chlorovodík, oxid hliníku, chlorové zlúčeniny hliníku, oxidy dusíku, ale i zložitejšie organické molekuly s vysokým obsahom dusíku – napríklad amonium dinitramin (NH4-N3O4) a podobné látky. Hliníku je v TPH asi 16%, tj asi 80 ton ( jednom SRB).
        V spalinách RP-LOX je voda a CO2, plus minimálne množstvá nejakej organiky, v spalinách UDMH-NOX (Proton) je voda, CO2, oxidy dusíku… v spalinách LH-LOX je skoro čistá voda, sekundárne ešte vnikajú nejaké oxidy dusíku.
        Takže motory na TPH vytvárajú najväčší bordel – chlórovodík a zlúčeniny hliníku, hlavne oxidy, ktoré majú formu jemných tuhých častíc, pôsobia na rozklad ozónu podstatne účinnejšie – chlórovodík priamo a jemné tuhé častice zlúčenín hliníku hlavne kataliticky.“

        • Dušan Majer napsal:

          Ano, máte pravdu ve všem, co jste napsal, ale musíte počítat také s tím, jak často se motory na tuhé pohonné látky používají. Je to velmi, velmi zřídka. Takže ano, při zážehu uvolní poměrně velké množství spalin s ne úplně ideálním složením, ale pokud se podíváme na celou věc globálně, za delší časové období, tak těch emisí není tolik.

        • kopapaka napsal:

          Právě tápu nad tím proč v tomto případě používat právě tyto motory – chápu navěšování menších motorů na TPH pro optimalizaci nosnosti, ale pro získání největší složky tahu…
          Hlavně pokud je nevýhod ještě víc – viz opět citace:
          „Pri Ck 6,7 Isp 2450 a zásobe paliva 502 ton je prázdna hmotnosť 88 ton a charakteristická rýchlosť 4.66km/s (original SRB)
          Pri Ck 11 Isp 3080 a zásobe paliva 502 ton vychádza prázdna hmotnosť 50,2 tony a charakteristická rýchlosť 7.385km/s (kvapalinový stupeň s parametrami Sojuzu – beriem ako slušný priemer kvapalinových prvých stupňov)
          Pri Ck 13 Isp 2920 a zásobe paliva 502 ton vychádza prázdna hmotnosť 41 ton a charakteristická rýchlosť 7.54km/s (kvapalinový stupeň s parametrami Falcon 9 – beriem ako veľmi ľahkú modernú konštrukciu, ale s mizerným motorom)
          Pri Ck 12,5 Isp 3200 a zásobe paliva 502 ton vychádza prázdna hmotnosť 43,7 ton a charakteristická rýchlosť 8.08km/s (kvapalinový stupeň s parametrami Zenit – moderná ľahká konštrukcia a moderný kvalitný motor)“

        • Dušan Majer napsal:

          Kromě argumentu, který tu uvedl uživatel Vojta je tu ještě jeden parametr, na který by se nemělo zapomínat – peníze. Postavit motor na pevné palivo o stejném tahu a dalších parametrech je levnější, než konstruovat stejně výkonný motor na paliva kapalná.

        • Vojta napsal:

          Kdyby použili něco jiného existujícího, tak se SLS ani nezvedne z rampy. Ze stejného důvodu tuto technologii používaly raketoplány a používá Ariane 5. Na vývoj ekologičtějšího boosteru asi nebyl čas.

          Po pravdě nevím, jak to do budoucna chtějí nahradit kapalinovým motorem – nástupcem F1, který měl méně než poloviční tah. Saturn 5 jich musel mít 5, dohromady s tahem srovnatelným se dvěma modernizovanými SRB. Pokud se povede, tak klobouk dolů.

        • Dušan Majer napsal:

          Co jsem zatím viděl vizualizace (do realizace se to ještě může změnit), tak by každý ze dvou urychlovacích bloků měl mít na spodní straně dva motory. Nechme se překvapit.

        • Asdf napsal:

          Předpokládám, že ale zvýší tah, protože F-1 měl ani ne poloviční tah oproti tomuto SRB, takže ani dva motory ho nemůžou nahradit.

        • Asdf napsal:

          kopapaka: Jak jste přišel na to, že Merlin 1D je mizerný motor?

        • kopapaka napsal:

          Asdf: citoval jsem kolegu z http://www.palba.cz, takže to není můj názor – ostatně úspěch Falconu není postavený na nějakých super výkonech motoru…

        • Dušan Majer napsal:

          Dovolím si oponovat – Merlin 1D má nejlepší poměr tahu vůči váze (thrust to weight ratio) ze všech motorů na světě.

        • kopapaka napsal:

          Dušan Majer: TWR je samozřejmě důležité, ale zrovna u raket je Isp důležitější…
          Mimochodem, u TWR Merlinu počítáte jen samotné motory (Americký přístup) nebo i další vybavení jak se to počítá v Rusku?
          Zrovna u Falconu s devíti motory to s výpočty může pěkně zamávat.

        • Dušan Majer napsal:

          Schválně jsme si to kontroloval a na wikipedii (http://en.wikipedia.org/wiki/Thrust-to-weight_ratio) je u Merlinu uvedena hmotnost 440 kg a TWR vychází při tahu 690 kN na 159,9.

  6. kopapaka napsal:

    Vojta: však se zatím nezvedla…
    Jinak spíš uvažuju, jestli má něco až tak „obludného“ smysl, jestli by nebylo výhodnější vynést jednotlivé díly raketami s menší nosností a složit ji z celků až na orbitě a dotankovat před startem. Technologie montáže už je vyřešená z Miru a ISS. Orbitální stanice by šla navíc využít jako dočasné kotviště prvního (prvních) dílů – třeba při současném prověření funkčnosti.

    Prostě vyvinout to co nemáme – kosmickou loď a vynést ji v dílech zavedenými nosiči – včetně třeba pomocí připravovaného FH. Kromě jiného by to snížilo rizika – nejen ty finanční.

    • Dušan Majer napsal:

      Montáž na oběžné dráze je sice fajn, ale výpočty ukazují, že při použití modulární konstrukce se hmotnost zvýší o 25 – 50% právě kvůli spojovacím prvkům a dalším technologiím, které u sólového vynesení řešit nemusíme.

  7. kopapaka napsal:

    Řekl bych, že v tomhle by hodně záleželo na dobrém návrhu – co když se jako spojovací body využijí místa kde se to stejně rozdělí? Mám na mysli lander, velitelský modul a nádrže… Další věc je, že loď může být skoro celá, jen nenatankovaná – při delších letech budou tyhle doplnitelné položky většinu hmotnosti…

    • Dušan Majer napsal:

      Je potřeba počítat s tím, že sestava pro let k Marsu bude zcela určitě větší, než moduly používané v programu Apollo. Mechanické namáhání při chodu motorů bude větší a jako nejslabší vychází právě místa různých spojovacích průlezů. Navíc při postupném budování se celý proces docela komplikuje – čím častěji musíte něco spojovat, dokovat, zaměřovat, tak roste riziko, že se něco pokazí. Ano, dnes jsme už technologicky mnohem dál, ale přesto je potřeba s tímto rizikem počítat a neopomíjet ho.

      • kopapaka napsal:

        Tohle je sice pravda, ale namáhání se dá omezit delším zážehem se slabším tahem – na ISS se něco podobného praktikuje víceméně pravidelně. Když nad tím tak přemýšlím, dokonce včetně bezpečného připojení motoru v podobě ATV…

  8. kopapaka napsal:

    Pro zjednodušení – Apolo letělo k Měsíci ve třech kusech – poslední stupeň Saturnu, přistávací a velitelský modul. Vzhledem k způsobu, jakým to bylo propojené by montáž jen těžko zvýšila hmotnost sestavy při rozběhu k Měsíci…

  9. asija napsal:

    Dušan Majer napsal:
    Dovolím si oponovat – Merlin 1D má nejlepší poměr tahu vůči váze (thrust to weight ratio) ze všech motorů na světě.

    Prepáčte, ale to je skoro rovnaký argument ako „je najkrajšie pomaľovaný“. TWR je parameter pre výkon raketového stupňa celkom nepodstatný. Dovod je jednoduchý – hmotnosť motoru tvorí len menšiu časť hmotnosti konštrukcie raketového stupňa. Takže aj výrazným odľahčením motorov sa výsledné konštrukčné číslo raketového stupňa Ck zmení len málo. Navyše, rovnica pre charakterisktickú rýchlosť má tvar
    Vchar = Isp . ln (Ck)
    takže vplyv výborného TWR na Vchar je nízky – ovplyvní len malú časť Ck a samotné Ck vystupuje v prirodzenom logaritme, takže vpylv TWR je ďalej znížený.
    Omnoho podstanejší je vplyv dobrého Isp. Zlepšenie Isp len o 3% už plne vykompenzuje pokles TWR na polovicu (čiže dvojnásobnú hmotnosť motorov).
    Celkom názorne si to možno overiť na stránke http://mek.kosmo.cz/zaklady/vypocty.htm dole, kde je pripravený systém počítajúci parametre nosných rakiet (niektoré rakety sú pripravené).

    • Dušan Majer napsal:

      To je pravda, ale jelikož Falcon používá 9 těchto motorů, tak je každý kilogram na motoru znát, protože se násobí devíti. 😉

      • asija napsal:

        bezpredmetné – lepšie Isp hravo prebije ľubovolné TWR
        TWR je totiž len a iba šidítko – samotný motor nelieta, lieta len kompletný raketový stupeň, teda motory + potrubia + nádrže + silová štruktúra. A ten je popísaný štartovacou hmotnosťou (s palivom) a konečnou hmotnosťou (po spotrebovaní paliva), ktorých podielom je konštrukčné číslo Ck = Mš/Mk.

        Navyše v USA obľúbený trik je nezapočítavať do hmotnosti motoru palivovú inštaláciu a silovú štruktúru prenášajúcu ťah motoru na drak raketového stupňa.

        Všimnite si tiež, že SpaceX neuvádza prázdnu hmotnosť stupňov a uvádza len štartovaciu hmotnosť celej zostavy a nosnosť.
        Takže koľko je nosnosť Falcon 9? Presne 2,5996% štartovacej hmotnosti pri štarte z Floridy (28°N).
        Proton dosahuje 2,95-3,05%, Sojuz-FG a Sojuz-2.1 2,55% pri štarte z Bajkonuru (46°N). Angara-A5 by mala dosahovať okolo 3,15%.

        Takže TWR to rozhodne nezachráni, výborná technológia zvárania tenkostenných nádrží už skôr – ale Falcon 9 s slušnými motoromi RD-171 a RD-120 zo Zenit 3SL by napriek tomu, že sú to motory viac ako dvakrát ťažšie než Merliny získal okolo jeden a pol tony nosnosti. Lebo Isp rozhoduje.

      • asija napsal:

        Len pre uplnosť – Atlas V s motormi RD-180 dosahuje nosnosť 2,9-3,4% štartovacej hmotnosti. RD-180 má TWR okolo 78-79, proti Merlinu „nič moc“, na vyšších stupňoch sú vodíkové RL-10 s TWR 35-39…

        • Dušan Majer napsal:

          To nepopírám.. Jen jsem chtěl říct, že Merliny rozhodně nejsou motory nějaké druhé kategorie, což mohlo vyznít z příspěvku, na který jsem původně reagoval. 😉

        • asija napsal:

          Ale ano, Merliny sú ľahké a relatívne lacné, pretože sú maximálne zjednodušené – Merlin je motor s otvoreným pracovným cyklom, teda výstup spalín z turbočerpadla ide priamo mimo motor. Preto tiež majú na pomery súčasných kvapalinových motorov na RP/LOX veľmi nízke Isp – palivo použité na pohon turbočerpadla už nevytvára prakticky žiadny ďalší užitočný ťah a hľadiska využitia zásoby paliva na vytváranie ťahu tak tvorí „čistú stratu“.
          Druhá vec – Merlin je, hlavne v porovnaní s ruskými RP/LOX motormi, motor „nízkotlaký“ až „stredotlaký“ – tlak v spaľovacej komore dosahuje zhruba polovicu z toho, čo využívajú vo svojich RP/LOX motoroch rusi. To síce umožní vyrobiť motor relatívne ľahší (a zrejme i lacnejší), ale opäť sa to podpíše na nižšom Isp.

        • Asdf napsal:

          Nejsem sice odborník na raketové motory, ale řekl bych, že to byl právě záměr Muska, aby měl co nejlevnější a nejjednodušší motor i za cenu toho, že parametricky nebude zrovna zářit (kromě toho relativně bezvýznamného TWR). Hlavně aby byl spolehlivý a mohl se vyrábět ve velkých sériích. Prostě ne vždy co největší Isp (které stejně keroloxy nikdy nebudou mít nijak oslnivé) musí být hlavní faktor pro konstrukci motorů.

        • kopapaka napsal:

          Asdf: záměr to samozřejmě byl, vždyť i Falcon je tak jednoduchý, jak to jen jde. Vlastně celý vývoj – od Falconu 1 se zrušením pětky a s výhledem na FH…
          Máme se na co těšit 🙂

        • gg napsal:

          Pokud úkolem Merlinu je sloužit jako znovupoužitelný motor na znovupoužitelném prvním stupni, pak extrémní Isp pomáhá znatelněji méně než zaručená životnost méně extrémního motoru (který se dá víceméně bez obav použít na několikrát více startů), a v malé míře možná pomáhá i to, že výrazně lepší TWR (výrazně nižší suchá hmotnost) snižuje spotřebu paliva při přistání více (odhadem tak o šest-sedm tun) než třebas i o deset procent lepší Isp (odhadem tak o tři tuny).

Zanechte komentář