Zrození pomocných motorů pro SLS

Když se mluví po pohonu nové americké rakety SLS, většinou je řeč o motorech RS-25, které létaly na raketoplánech a na SLS budou umístěny na spodní části centrálního stupně. Ovšem pokud bychom nechali SLS spoléhat pouze na tyto motory, neodlepila by se od startovní rampy. Raketa potřebuje v první fázi trochu „pošťouchnout“ a právě k tomu slouží dva urychlovací bloky na tuhá paliva, které známe již z doby raketoplánů. Do prvního startu rakety SLS sice zbývají více než dva roky, ale to neznamená, že se na letových exemplářích už nepracuje.

Pomocný urychlovací blok na tuhá paliva pro raketu SLS

Pomocný urychlovací blok na tuhá paliva pro raketu SLS
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

Jak je vidět z každé animace rakety SLS a jak jsme zvyklí z éry raketoplánů, pomocné urychlovací bloky budou dva. Každý z těchto štíhlých válců se bude skládat z celkem pěti segmentů. Aby bylo jasné, o kterém z nich je zrovna řeč, má každý své označení. Jednotlivé bloky se směrem od země vzhůru označují takto: Aft – Aft Center – Center – Forward Center – Forward.

Tyto segmenty jsou na sebe posazené tak, že připomínají ruličky toaletního papíru tvořící komín. Samotné segmenty jsou vyrobeny ze silnostěnné oceli, která vytváří válec. Do jeho útrob technici nalijí palivo,jehož hustota se dá přirovnat k těstu. Tady možná někteří z našich čtenářů zpozorněli – jde přece o motory na tuhá paliva, jak se tam tedy může palivo nalít?

Nalévání „tuhého“ paliva pro letový exemplář segmentu motoru SRB.

Nalévání „tuhého“ paliva pro letový exemplář segmentu motoru SRB.
Zdroj: http://www.orbitalatk.com/

Poznámka je to správná – při plnění má palivo opravdu polotekutou konzistenci, což je vidět na přiloženém snímku. Teprve až po naplnění se nastartuje chemická reakce, která během několika dní vytvrdí palivovou směs do požadované tvrdosti. Pomalu se dostáváme ke složení palivové směsi. Ta je velmi podobná té, která poháněly i pomocné bloky na raketoplánech.

Jelikož každý raketový motor musí pracovat i ve větších nadmořských výškách, kde je nižší koncentrace kyslíku, vozí si všechny raketové motory kyslík s sebou. V případě motorů na tuhá paliva plní roli okysličovadla chloristan amonný. Vlastním palivem je složitá makromolekula označovaná zkratkou PBAN (Polybutadien-akrylonitril) a práškový hliník. Aby všechno reagovalo tak, jak má, přidává se do směsi i katalyzátor v podobě oxidu železitého. O ztuhnutí směsi se pak postará vytvrzovač na bázi epoxidové pryskyřice.

Forma, která vytvoří centrální otvor

Forma, která vytvoří centrální otvor
Zdroj: http://www.orbitalatk.com/

Jak jste si asi všimli, na začátku jsme tento motor na tuhá paliva přirovnali ke komínu, či k několika na sebe postaveným toaletním papírům. Náš dosavadní popis ale skončil ve chvíli, kdy máme odolný ocelový válec naplněný palivem v polotuhé konzistenci, ale po středovém otvoru, ve kterém bude palivo odhořívat zatím není ani stopy. O to se postará forma, která se před litím vloží do středu segmentu a svým tvarem určí, jak má vypadat středový kanál. Po několika dnech pryskyřice ve směsi zaschne a segmenty jsou prakticky hotové.

Hotové, naplněné a vytvrzené segmenty se po železnici přepraví na Floridu do montážní haly VAB, kde z nich technici sestaví již zmiňovaný „komín“ a důkladně sešroubují segmenty dohromady, přičemž se mezi jednotlivé válce vkládají těsnící kroužky. Jednotlivé segmenty s palivem se ještě pochopitelně doplní dalšími díly jako jsou třeba kuželovitá špička na vrcholu, nebo naopak výstupní tryska ve spodní části.

Nyní se ale budeme věnovat segmentům, které jsou určeny pro premiérový let rakety SLS. Technici firmy Orbital ATK v montážní hale v Promontory (stát Utah) dokončili první letový exemplář motoru na tuhá paliva pro misi EM-1. Konkrétně se jedná o nejspodnější válec označovaný jako Aft segment. Válec je již naplněn palivem a nyní se čeká na vytvrzení pryskyřice.

Spouštění Aft segmentu do licí jámy

Spouštění Aft segmentu do licí jámy
Zdroj: https://scontent-fra3-1.xx.fbcdn.net

Než ale bude moci SLS konečně vzlétnout, musí se ještě udělat mnoho zkoušek. Jedna z nich se označuje jako QM-2 a jedná se o statický zážeh urychlovacího motoru na tuhá paliva. Téměř dokončený testovací exemplář je umístěný na testovacím stanovišti nedaleko Promontory. NASA nyní oznámila termín tohoto velmi vizuálně atraktivního testu. K zážehu by mělo dojít 28. června, přičemž přesný čas bude ještě upřesněný. NASA TV bude jistě tuto zkoušku vysílat a o česky komentovaném přenosu uvažuje i naše redakce.

Motor na tuhá paliva pro zkoušku QM-2

Motor na tuhá paliva pro zkoušku QM-2
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Aktuálně připravovaný test QM-2 navazuje na statický zážeh QM-1, který proběhl 11. března loňského roku – tehdy se motor před zážehem zahřál na 32°C, což mělo simulovat start v letních měsících. Při červnové zkoušce má mít motor teplotu jen 4°C a cílem bude ověřit jeho fungování při startu v chladnějším počasí.

Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/
https://en.wikipedia.org/
https://en.wikipedia.org/

Zdroje obrázků:
https://scontent-vie1-1.xx.fbcdn.net/…923252037790614_7000845369244111000_o.jpg
https://pbs.twimg.com/media/CdCa3ubUkAIk4KP.jpg
http://www.orbitalatk.com/…/EM1_Casting/Images/EM-1AftCast_MixBowl.jpg
http://www.orbitalatk.com/…/EM1_Casting/Images/EM-1-Aft-Cast_CoreInstall_1.jpg
https://scontent-fra3-1.xx.fbcdn.net/…2cda9c98b1ebb7d5c4dc95dcf99f4168&oe=57754EDB
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/qm2_family_day.jpg

Zrození pomocných motorů pro SLS, 2.7 out of 5 based on 23 ratings
Pin It
(Visited 2 579 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.7/5 (23 votes cast)
(Visited 2 579 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

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


46 komentářů ke článku “Zrození pomocných motorů pro SLS”

  1. Steve napsal:

    SLS rakety, které se připravují jsou technicky nádherné a impozantní, bohužel oproti Muskovým Falconům to bude velmi drahý podnik tyto budoucí lety. Chápu, že potřebují mohutný nosič na větší budoucí náklady a na dálkové lety, třeba na ten Mars, kdy velmi silná raketa je asi nezbytná, aby kosmickou loď dostatečně rychle urychlila bez nutnosti časově náročných gravitačních manévrů a obletů. Lepší budoucnost kosmonautiky vidím ale v odvážných inovacích a v revolučnních novinkách v podání SpaceX (popř. i někoho dalšího). SLS je pořád klasika, akorát v moderním hávu, já teda fandím novým věcem, novým postupům a technologiím, aby se cesty do vesmíru zrychlovaly, zlevňopvaly a přinášely nové možnosti, vyšší výkony a postupně se dostaly na vyšší level.

    • roman.hronza napsal:

      Přesně tak. Dokud to bude 1-rázová taktika financovaná státem, bude to předražené a málo efektivní. Toto plýtvání penězi kosmonautice v dlouhodobém horizontu převážně škodí.

      • maiden napsal:

        Přesně tak. Když člověk vidi spacex, tak teprva člověk vidi, jak je vesmirnej program ždímanej… Když se to tak vezme, tak většina sond je založená na technice ještě z dob von Brauna a přitom to stoji naprostej ranec. Napadlo nekdy nekoho za ty ceny nakoupit Bugati Veyron a postavit je do řady? A pak vedle tý řady postavit nějakou aktuální sondu. To i samotnej motor je drazsi.
        Kdyby Veyrona stavela NASA, tak na to nemaji ani arabský šejkové.

        Jakmile zacne turisticky prumysl ve vesmiru, tak cekaji NASA, ESA apod. hubeny leta. Vetšina vedcu, ktery potrebujou skutecne vedecky pracovat se domluvi se soukromyma agenturama a ty miliardy, co ted litaji bezne vzduchem Kongres prestane schvalovat. K cemu taky.

    • Adam Trhoň napsal:

      Moje řeč. Fandím jim, přeju ať se to podaří, ale nějak mě ta raketa za srdce nechytila. Připadne mi, že jak se jim „nepovedl“ raketoplán, tak se přestali snažit o jakoukoliv revoluci.

      Jinak na Mars, aspoň teoreticky, silná raketa potřeba není, viz. TROY: https://www.youtube.com/watch?v=Uj45Au3KCRg

  2. Řešení se mně nelíbí, je to dlouhá konstrukce a i náplň je zastaralá. Orientace na vojenský výzkum raketového paliva by mohl napomoci.

  3. zvejkal napsal:

    No, povedzme ze by sa im EM1 podaril…. Aku kapacitu vyroby budu mat? Jednu SLS za rok? Ten stroj je strasne zlozity. Rovnako ako Orion.

  4. Jarda napsal:

    Jsem si celkem jisty, Dugi, ze je to polybuTadien.

    Jinak SRB jsou fantasticke boostery, puvodni verze Shuttlu davaly tusim kolem 70% startovaciho tahu, u SLS nevim, ale bude to taky zatracene hodne…

    Mozna by bylo zajimave take rozvest technologii rizeni tahu motoru na tuha paliva tvarovanim spalovaciho kanalu, to je vymakana vec.

    • Dušan Majer napsal:

      Ano, to „T“ tam pochopitelně patří, však jsem také maturoval z chemie 🙂

      Dobrý nápad, někdy se do toho možná pustíme. 😉

      • PH napsal:

        Od té maturity z chemie už musela odtéct velká spousta vody… Princip fungování raketového motoru má s vysokou nadmořskou výškou (natož se snižující se koncentrací kyslíku) pramálo společného. Raketové motory se liší od všech ostatních právě tím, že součástí jejich paliva je okysličovadlo – mnohem lépe oxidační činidlo. To v žádném případě neznamená, že raketa si vozí kyslík. V chloristanu amonném sice kyslík je, ale při hoření se neoxiduje (už je zoxidovaný). Existují raketová paliva v nichž kyslík není obsažen vůbec:

        https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_rocket_propellant
        https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-fuel_rocket

        • B.Boruvka napsal:

          Pro PH-Samozrejme ze nadmorska vyska ma vliv na raketove motory -viz.nepovedene oddeleni 1 stupne pri tusim 2 letu Falconu1 kde doslo ke kolizi obou stupnu prave proto ze vypocty pri testovani byli delany na uroven more
          Bohous

        • Dušan Majer napsal:

          Samozřejmě, ale tohle mělo být pouze jakési zjednodušení. Nemusíme snad jít u všeho jak se říká až na dřeň 🙂

  5. Jiří Hošek napsal:

    Přesný čas testu QM-2 je taky známý
    http://www.orbitalatk.com/rocket-test/

  6. RiMr napsal:

    „pryskyřice ve směsi ZASCHNE“
    Zasychají možná slzy na Rogozinově tváři, ale pryskyřice (pomíjím už že jde o směs s tvrdidlem/tužidlem) spíše vytvrdne/ztuhne…

    Dále je, myslím, trochu matoucí v popisu to, že se chvíli mluví o seskládaném boosteru, pak o vylévání, až pak o vkládání středové formy před vyléváním (jejíž vytahování ze zatvrzené směsi by mě teda fakt zajímalo, to musí být pořádné síly, není třeba vyhřívaná?) a pak z textu mimoděk vyplyne, že se vlastně vylévají jednotlivé segmenty a až z nich, už vyplněných, se pak sestaví celý booster.
    Nefrflám, jen jako détépák dělám „korekturu“ 🙂
    Tak jako tak bezvadný článek, díky za něj!

  7. Adam Trhoň napsal:

    Dobrý den, nevíte zda, a případně jak, (vy)řešili joint rotation problem?

    • Jiří Hošek napsal:

      Tím myslíte překonstruování spojů mezi jednotlivými segmenty motorů SRB po letu STS-51L? Těsnost byla zaručena před letem STS-26.

  8. Adam napsal:

    Zde je krásně vidět jak se sají $ ze státního… Ten zkušební stand v Utahu je v 1500 m n. m., takže QM-1 se dal dělat v létě a QM-2 v zimě. No co už.
    Orbital ATK je podobně přisátá na státní cecík jako Lockheed, Northrop apod. S celou SLS se nikam neposunou o krok, možná o slepičí. Orion je Apollo po updatu, RS-25 stará technologie (zde dokonce bez záchrany), o SRB ani nemluvím. Vždyť i Ares I-X se dělal jen proto, že ATK měla již nepotřebný SRB. Celé jako podpora umělé zaměstnanosti a od STS v podstatě nic nového.
    Myslím že jde úplně v klidu vsadit na to, že Musk bude na Marsu dřív.

    A avizované 2 nebo dokonce 3! SLS ročně – nenechme se vysmát – to už tady bylo v případě STS. A) takové tempo nedají, b) co by se 3 SLS jako dělali? Vždyť doteď pořádně neví co s SLS dělat.
    Kdyby $ raději dali na planetární výzkum, udělali lepší službu.

  9. Mallard napsal:

    Skvelý a pútavý článok ako vždy.

    Ďakujem.

    Vždy keď čítam o SRBéčku spomeniem si Challenger. A na po..né tesniace krúžky. Existujú pán Majer niekde podrobnejšie detaily o tom, ako je vyriešené tesnenie v prípade týchto boosterov? Kto ich vyrába, z čoho sú vyrobené, ako boli testované a podobne?

    Ďakujem a krásny deň želám:-)

  10. B.Boruvka napsal:

    Opet dekuji panove za super clanek!!!
    Bohous

  11. MRR napsal:

    „Aby všechno reagovalo tak, jak má, přidává se do směsi i katalyzátor v podobě oxidu železitého“

    Fe2O3 je v skutočnosti balistickým katalyzátorom rozkladu AP (chloristanu amónneho )
    Stabilizuje odhrievanie a závislosť na tlaku.

  12. Štěpán napsal:

    Je zajímavé jak někteří lidé nafávají, jak je projekt předražený, a těm stejným vadí, že je projekt „okopírovaný“-tj používá podobné komponenty jako Space Shutle apod. Přitom Rusové používají Sojuzy přes 50 let a nikomu to nevadí! A tak vás prosím, neurážejte NASA, Roskosmos ani ESA. Ano, v každé je korupce ale to co dělají je skvělé (např. James Webb,…).
    A navíc u Orionu se zkouší svařování třením 😉 😀

    • vedator napsal:

      Ono je to skor zufalstvo nad tym ako sa desiatky miliard pouziju na vyskum a testovanie niecoho, co uz existuje. Tomu sa nepovie investicia do vyvoja, ale premrhanie. Ono, kazdy fanusik kozmonautiky si povie, SLS/orion je super vec, no hned nasleduje otazka za kolko by za to urobili sukromnici?

      Keby sa pred X rokmi vyhlasila sutaz na nosic (SLS) a kabinu (orion) a zapojili by sa do nej dve-tri firmy a jedna z nich to vyhraje, je to pochopitelnejsie ako ked sa zada priamo zakazka ‚vyvolenemu‘.

      SLS ako koncept je ok, az na to, ze sukromnici by to iste zvladli za polovicu, skor menej ako polovicu nakladov (co sa tyka casoveho horizontu, skor asi nie).

      Kontinuita v NASA zrejme musi byt a myslim, ze rozdelenie rizika medzi dve firmy na tu istu zakazku zo strany statu (NASA) nie je zle.

      • Jiří Hošek napsal:

        Ono je to zřejmě spíš o filosofii než o finanční racionalitě a úvahách o tom, že SLS je zlatý důl pro výrobce. Kongres je k sestavě SLS/Orion štědrý právě proto (resp. ospravedlňuje rozpočet tím), že se jedná o národní kosmický systém nosič/loď, který umožní lidem, aby zkoumali prostor za současnými možnostmi. Patrně považují tuto budoucí národní vlajkovou loď za symbol hrdosti národa, a možná by její náhradu v podobě koupě letenek od soukromého dopravce neskousli.
        viz citace ze senátního návrhu rozpočtu NASA na fiskální rok 2017: „The Committee believes the Nation deserves a safe and robust human spaceflight program to explore beyond low-Earth orbit.“

    • gg napsal:

      Kopírování komponent někdy smysl má, někdy nemá. Udržovat Sojuz znamená mít spolehlivou a celkem univerzální raketu za málo peněz – navíc pořád ještě s potenciálem pro zlepšení parametrů, viz např. nedávný lepší řídicí systém a motory na horních stupních.

      Naproti tomu udržovat segmentované SRB a RS-25 znamená komplikovat nosič náhodnými zeměpisnými fakty (doprava segmentů z Utahu!) a návrhovými specifiky již neexistujícího systému. SLS by třeba klidně mohla mít více menších boosterů, jako Delta II nebo Atlas V, protože na žádné straně nepřekáží křídlatý bazmeg (navíc ovlivňující polohu těžiště), a ty by klidně mohly být sdílené s jinou raketou (Vulcan?) pro úsporu nákladů, no a návrh RS-25 byl dán nutností použití znovupoužitelného sustaineru s vysokým Isp a po celou dobu startu.

      (Třeba Sojuz-2 – když už mluvíme o Sojuzech – naopak odstranil stará návrhová specifika přechodem na digitální řízení a zavržením konceptu (drahé) otočné rampy, takže Rusové zachovat dobré věci a časem zahodit ty špatné prokazatelně dokáží.)

  13. kolemjdoucí napsal:

    tady je něco z výroby
    https://www.youtube.com/watch?v=H0BgLPq6PkE
    tady je vlastní kvalifikační test QM1
    https://www.youtube.com/watch?v=Qn6OvHofcoo
    tady stejný test, ale z jiného pohledu (trochu je vidět i naklápění trysky) a použitá kamera (ve finále poněkud spečená)
    https://www.youtube.com/watch?v=XybLjSUYgII#t=126.0293894
    a tady je trocha povídání s pár ukázkami simulace (včetně zapálení shora a postupného šíření plamene) i reálu

  14. kolemjdoucí napsal:

    tady jsou pak ještě zpomalené záběry (8x) i s dohoříváním (hořící vnitřní izolace produkuje hezké čmoudíky i když se již do motoru vstřikuje voda…)

  15. evzen napsal:

    Tusim jak funguji motory na kapalna paliva (nadrze, turbocepadla, spalovaci komora, orevreny/uzavreny cyklus atd..).
    Ale stale nechapu jak probiha proces horeni u motoru na pevna palivo, je to podobne? Jak je zarucena dodavka paliva – je to samospadem gravitace+zrychleni?
    Diky za vysvetleni.

    • Dušan Majer napsal:

      Je to jednoduché. Začneme u toho středového kanálku z přirovnání ke komínu z toaletních papírů. Po zážehu začne tuhé palivo hořet na povrchu tohoto středového otvoru a jak hoří, tak postupně v celé výšce motoru spaluje materiál od středu ke stěnám.

      • evzen napsal:

        Diky za podrobnosti, stale si moc nedokazi predstavit jak je veskery tah je odvaden stredovym kanalem. Tedy vsech 5 segmentu hori najednou ?
        Existuje tam neco jako regulace tahu? Laickym pohledem, pokud hori na pocatku pouze u stredoveho kanalu tak je tah mnohem mensi nez na konci, kdy hori palivo u obvodovych sten.

        • Dušan Majer napsal:

          Přesně tak, hoří všech pět segmentů najednou a plyny vytvořené při hoření unikají tryskou na spodní straně. Regulace tahu se dá docílit tvarem průřezu středového otvoru – viz tahle pěkná grafika, která ukazuje, jaké tvary mají jaký profil hoření. http://i.stack.imgur.com/PzDnY.gif

        • evzen napsal:

          wow, diky za velmi zajimavy clanek a informace.
          Nektere profily sredovych kanalku maji jasnou logiku, u jinych si regulaci tahu nepredstavim.
          Ale super clanek i diskuze.

        • Honza napsal:

          Tvarem centrálního kanálu jde ovlivnit plocha, na které palivo odhořívá, a tím i tah motoru v čase.

          Není to ale tak úplně jednoduché. Čím členitější kanál, tím hůř se rovnoměrně zapaluje. A tím víc hrozí popraskání nebo eroze paliva vlivem rychle proudících žhavých spalin, což je pro motor konečná, většinou velmi efektní. 🙂

          SRB raketoplánu měly jako základ jedenácticípou hvězdu ještě nějak upravenou.(https://en.wikipedia.org/wiki/File:Srbthrust2.svg)
          Předpokládám, že u SLS to bude podobně.

          Každopádně rozřezat raketový motor na pevné palivo na několik částí a pak ho šroubovat přes O-kroužky zase k sobě je nápad hodný politika z Utahu. Zabili tím sedm lidí a asi jim to ještě nestačí.

        • kolemjdoucí napsal:

          v tomto videu (od 0:57 do 1:23) je vidět simulace od zapálení z pohledu od trysky i z boku
          https://www.youtube.com/watch?v=juJhOC_ByQk
          a v tomto videu (od 0:24 do 0:28) pak forma pro vytvoření středového kanálu mající 12 žeber (její vyjímaní po segmentech je pak od 1:02 do 1:08)

    • Dan napsal:

      Ošklivě řečeno se jedná o pouhou rachejtli, zespoda zapálíš a odhořívá to samo. Není to samozřejmě takhle triviální, ale oproti motoru na KPL je to mnohem jednodušší konstrukce.

      • Honza napsal:

        To není ošklivě řečeno, je to pouhá megapřerostlá rachejtle. Úžasně neuvěřitelně přerostlá. 🙂
        Ale s centrálním kanálem, takže se musí vždycky zapalovat odshora, ne zespoda… 🙂

        • Dan napsal:

          Jo, to je pravda s tím zapalováním v kanálu, nikoli zespoda. Ale nechtěl jsem to rozepisovat šířeji, na telefonu nerad píšu traktáty 🙂

          Jinak, co se tvaru kanálku týče – na http://aerospacengineering.net/?p=1255 jsou grafy závislosti tahu na čase hoření (ale teda nevidím variantu bez kanálku, která by teoreticky mohla mít relativně stabilní, ale také poměrně slabý tah, tudíž by ale asi příliš ke konci práce boosteru příliš rostl TWR a v praxi u STS používali myslím kanál ve tvaru devíticípé hvězdy).

          Zajímalo by mě, pokud bych to tedy zapaloval zespoda, za jak dlouho prohoří kanálek v celé své délce? Přeci jenom to palivo hoří o překot.

Zanechte komentář