Jak se bude SLS ohřívat?

img_7214

Nově připravovaná americká raketa SLS dosáhne za osm a půl minuty rychlosti 27 000 km/h. Na raketu bude hlavně v první fázi startu, kdy letí hustšími vrstvami atmosféry, působit kromě jiných sil i teplo. Inženýři proto chtějí tento jev důkladně prozkoumat ještě před prvním letem tohoto nosiče. Odpověď na tuto otázku mohou získat i ve speciálním větrném tunelu. Specialisté z NASA spojili síly se společností CUBRC Inc., která sídlí v Buffalu, aby mohli lépe pochopit a analyzovat, jak se bude SLS při cestě na oběžnou dráhu ohřívat.

Použili k tomu zmenšenou verzi rakety, která dosahuje pouhých 3% reálné velikosti. I tak se jedná o kus, jehož výška je 290 centimetrů. Model kopíruje tvar první verze rakety SLS, jejíž start by měl přijít už za dva roky. Zmenšená SLS, která se k těmto testům používá, vznikla původně k jinému účelu – ve větrném tunelu Large Energy National Shock Tunnel (LENS-II) se na ní prováděla první fáze aerodynamických zkoušek. Model se po nich nevyhodil a nyní nachází uplatnění znovu.

Šlírová metoda ukazuje proudění vzduchu kolem věžičky záchranného systému při úhlu náběhu 15°.

Šlírová metoda ukazuje proudění vzduchu kolem věžičky záchranného systému při úhlu náběhu 15°.
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Aerodynamický ohřev je způsoben třením mezi částicemi atmosféry a povrchem rakety, která se stále rychleji prodírá přes plynný obal naší planety. Počítačové modely ukazují, že aerodynamický ohřev bude pro SLS představovat největší problém ve druhé minutě letu, kdy raketa bude zrychlovat z Mach 1 na Mach 4,5. Aktuální zkoušky neprobíhají v klasickém větrném tunelu. Odborníci hovoří spíše o rázovém tunelu, který vytváří proud vzduchu jak pro supersonické (Mach 1,2 – 5,0) tak i pro hypersonické rychlosti (Mach 5,0 – 10,0). Napodobuje tak podmínky, kterým bude vystaven letový hardware – včetně teploty, tlaku a rychlosti.

Při zkouškách, která trvají sotva 40 milisekund, je raketa vystavena rychlostem Mach 3,5 – 5,0. Data se sbírají třemi různými způsoby. První typ představuje více než 200 citlivých senzorů, rozmístěných po celém modelu, které měří tlak a aerodynamický ohřev. Druhým typem je tzv. šlírová metoda. Jedná se o optickou techniku pro zviditelnění a zobrazení supersonických proudů kolem tělesa. Třetí metodou, která se při těchto zkouškách používá, je na první pohled docela obyčejný nátěr, který se aplikuje přímo na model – přesněji řečeno na některá konkrétní místa. Vtip je v tom, že nátěr je citlivý na teplo – může proto poskytnout dodatečné informace o tom, jak se teplo v modelu šíří.

Šlírová metoda ukazuje vzdušné proudění kolem špičky urychlovacího motoru na tuhá paliva

Šlírová metoda ukazuje vzdušné proudění kolem špičky urychlovacího motoru na tuhá paliva
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Model celé rakety, tedy i s připojenými urychlovacími bloky je testován ve dvou úhlech náběhu – jednak při přímém proudění, kdy vzduch probíhá přesně v ose modelu, tedy při úhlu 0°, tak i při úhlu 5°. Když pak inženýři od modelu odpojí urychlovací blok, přichází další fáze testů, kdy je centrální stupeň vystaven náporům ve větších úhlech – 15°- 20°.

Údaje ze zkoušek se použijí především k porovnání s již existujícími počítačovými modely. V první řadě tedy mají ověřit, zda dosavadní simulace odpovídají reálným podmínkám. Znalost toho, jak se raketa při startu ohřívá, je velmi důležitá. Tyto údaje jsou nezbytné k tomu, aby mohla SLS certifikovat svůj systém tepelné ochrany, který musí být dostatečně odolný, aby ochránil jak samotnou strukturu rakety, tak i citlivé systémy uvnitř.

Od začátku září proběhlo celkem 21 zkoušek, při kterých inženýři dosáhli překvapivě vysokého rozlišení – na některých místech dokonce jen 0,7 milimetru. „Tato úroveň rozlišení je nezbytná pro správnou simulaci aerodynamického ohřevu na mnoha malých částech rakety,“ popisuje Jason Mishtawy, který v Marshallově středisku zodpovídá za testování.

Ve druhé polovině podzimu začne druhá fáze zkoušek. Při ní se použije model vysoký 3,2 metru, který bude představovat příští vývojovou variantu rakety SLS. Inženýři už nyní slibují, že vyzkouší jak pilotovanou tak nákladní konfiguraci nosiče, který by se mohl poprvé představit možná už v roce 2023. Zatímco model používaný pro současné zkoušky zastupuje první verzi SLS s nosností 70 tun na nízkou oběžnou dráhu, nový model už bude reprezentovat variantu s nosností 105 tun. Urychlovací bloky i centrální stupeň zůstanou stejné, ale pokročilá verze rakety dostane vylepšený horní stupeň. Má jít o mezistupeň, který povede k finální verzi s nosností 130 tun na nízkou oběžnou dráhu.

Vývojové verze rakety SLS

Vývojové verze rakety SLS
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/img_7214.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ata_003_run01_schlieren.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ata_003_run21_schlieren.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/SLS_configurations_-_style2.png

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)


10 komentářů ke článku “Jak se bude SLS ohřívat?”

  1. Jiří Hošek napsal:

    Souběžně probíhá v budově MAF (kde se svařuje centrální stupeň SLS) vývoj procesu aplikace systému tepelné ochrany – izolační pěny pomocí pěnových sprejů na ověřovací exemplář (confidence article) nádrže na kapalný kyslík. Nádrž je již opatřena vrstvou základního nátěru.
    Fotografie z 19.10.2016
    http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?action=dlattach;topic=31740.0;attach=1387128;image
    http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?action=dlattach;topic=31740.0;attach=1387133;image

  2. Peter P napsal:

    Podla mojho nazoru je zbytocne na SLS davat kapsule s ludskou posadkou. Mam na mysli Block II Crew. V priebehu par rokov budu schopne komercne spolocnosti za velmi nizkych financnych nakladov posielat kapsule do vesmiru. SLS by sa mala predovsetkych vyuzivat na vysielanie obrovskych nakladov na obeznu drahu. Napriklad 4 starty po 130t to je v podstate hmotnost celej ISS. Dokonca i Orion + Service module + propellant je cca. 26t to zvladne Falcon Heavy na LEO.

    • Dušan Majer napsal:

      Jenže ke skládání nemá docházet na LEO,ale v cislunárním prostoru, kam raketa zvládne dopravit menší náklad, než na LEO. Ostatně hezky je to vidět v tomhle článku, kde rozebíráme jeden z teoretických návrhů letu na Mars.

      • Peter P napsal:

        Dik za odpoved a hlavne za link k tomu clanku. Ohladne cislunárního prostoru. Kde presne to je a je schopna tam Falcon Heavy dopravit 26t nakladu pri svojej maximalnej nosnosti 53t? Cisto teoreticky som chcel vedel ci sa da zkombinovat SLS misia + Falcon heavy napriklad na mesiac. Povodny plan Constalasion predpokladal start SLS + Ares. Pokial cena startu Falcon heavy ma byt niekde do 160 mil dolarov tak takato kombinacia by mohla byt pre NASA zaujimava. Nemuseli by vyuzivat Dragon Crew, ale svoj Orion pokial uz do jeho vyvoja investovali take mnoztvo financii a energie.

        • Dušan Majer napsal:

          Cislunární prostor je prostor mezi Zemí a Měsícem – má zde vyrůst nástupce ISS.
          FH by do cislunárního prostoru mohl dopravit jen asi 10 tun nákladu – přesná čísla nosnosti této rakety do této oblasti nikde nejsou, pouze odhaduju.
          Plán Constellation vůbec se SLS nepočítal – ta se objevila až po jeho zrušení jakožto reinkarnace původně chystané rakety Ares V. Program Constellation chtěl využívat rakety Ares I a Ares V.

        • Jiří Hošek napsal:

          Momentálně to vypadá tak, že pojem cislunární prostor můžeme zúžit na dráhu kolem Měsíce. Tady je dráha, po které má za dva roky letět Orion při misi EM-1:
          http://www.coloradospacenews.com/wp-content/uploads/2015/11/smallorion_infographic.jpg
          Podle současných představ mají být díly nástupce ISS vynášeny raketami SLS Block 1B. Tato raketa má mít díky novému hornímu stupni EUS nosnost na dráhu kolem Měsíce až o 10 tun vyšší než verze SLS Block 1 (která bude použita při misi EM-1). Zvýšená nosnost umožní vynést při jediném startu Orion + až 10-tunový modul stanice. Asi tedy lze dovodit závěr, že nosnost rakety SLS Block 1 + nosnost Falcon Heavy na dráhu kolem Měsíce = nosnost rakety SLS Block 1B na tutéž dráhu.

  3. Pavel Richter napsal:

    Dobrý článek!
    Jenom, nechybí tu kus věty?
    „Počítačové modely ukazují, že aerodynamický ohřev bude pro SLS představovat ve druhé minutě letu, kdy raketa bude zrychlovat z Mach 1 na Mach 4,5.“

Zanechte komentář