Evropská Vega dostane nové nádrže

Horní stupeň AVUM

Kosmické rakety jednoho typu většinou vypadají na první pohled při každém startu prakticky stejně. Málo se však ví o tom, že jejich útroby, tedy technické vybavení, prochází postupným vývojem, modernizací a úpravami. I když raketa létá spolehlivě, pracují inženýři na stovkách drobných vylepšení, které se postupně zavádí do provozu. Jedna taková na první pohled nenápadná změna se připravuje i pro evropskou raketu Vega, jejíž horní stupeň vidíte na náhledové fotce tohoto článku.

V současné době používané titanové nádrže pro horní stupeň rakety Vega.

V současné době používané titanové nádrže pro horní stupeň rakety Vega.
Foto: Ondřej Šamárek

Vega je nejslabší evropská raketa, která se používá k vynášení lehkých nákladů. O její pohon se starají tři stupně na tuhé palivo, nad kterými sedí horní stupeň AVUM. Zatímco motory na tuhé palivo se nedají během letu řídit, stupeň AVUM spaluje směs kapalného paliva (nesymetrický dimetylhydrazin a oxid dusičitý). Díky tomu je schopen přesně korigovat generovaný tah, takže se využívá k dosažení finální oběžné dráhy.

Palivo pro stupeň AVUM se skladuje ve čtyřech válcovitých nádržích zakončený kupolemi, přičemž každá z nich má objem 142 litrů. Tyto nádrže jsou vyrobeny z titanu, což je kov, který se kromě nízké hustoty vyznačuje i velkou pevností a odolností vůči vnějším vlivům. Jenže právě to může být někdy na škodu – to, že je tento kov velmi odolný, znamená, že nádrže z něj vyrobené při vstupu do atmosféry neshoří.

Reálný letový hardware - Nádrž horního stupně rakety Vega po dopadu do Indie

Reálný letový hardware – Nádrž horního stupně rakety Vega po dopadu do Indie
Foto: Ondřej Šamárek

To se na první pohled nemusí zdát jako velký problém, ovšem před několika týdny dopadla neshořelá nádrž rakety Vega do Indie. Sice se nikomu nic nestalo, ale je to opravdu velké varování, že tento design není úplně ideální. Odborníci z ESA naštěstí už delší dobu pracují na nových nádržích.

Pro někoho bude znít paradoxně, že nový typ má být méně odolný, ale je potřeba dodat, že tato nižší odolnost se týká teploty. Zatímco současné nádrže vznikají z titanu, nově se má používat hliník. Rozdíl mezi teplotou tání těchto dvou prvků je téměř 1000°C (1667,85°C u titanu oproti 660,32°C u hliníku). Hliníkové nádrže tak při vstupu do atmosféry shoří mnohem rychleji.

Při návrzích jednotlivých dílů se samozřejmě musí stanovit i jejich výrobní proces. Ten je závislý na mnoha faktorech, mezi kterými je i použitý materiál. Různé kovy mají jiné mechanické vlastnosti a vyhovují jim jiné výrobní procesy. To samé se týká i nádrží pro raketu Vega.

Nová hliníková nádrž na palivo pro horní stupeň rakety Vega.

Nová hliníková nádrž na palivo pro horní stupeň rakety Vega.
Foto: Ondřej Šamárek

Zatímco současné nádrže se vyrábí běžným obloukovým svařováním netavící se elektrodou v ochranné atmosféře inertního plynu (metoda TIG), nové hliníkové nádrže využijí inovativní postup označovaní jako třecí svařování s promíšením (friction stir welding). Pravidelným čtenářům našeho webu není potřeba tuto metodu dlouze představovat, jelikož se používá třeba i při výrobě nádrží pro americkou raketu SLS, nebo pro přetlakovou kabinu lodi Orion.

Při tomto procesu (který byl patentován v roce 1991) jsou dva spojované díly pevně upnuté, aby se při svařování nepohnuly. O vlastní spojení se stará rotační nástroj s kolíkem, který se zanoří do spáry mezi oběma díly. Teplo vzniklé tímto třením se postará o změknutí okolního materiálu, který je následně rotačním pohybem promíšen s materiálem z druhého svařovaného dílu. Jak se kolík posouvá spárou mezi oběma díly, zanechává za sebou již hotový svar.

Výhodou metody, jejíž animaci najdete pod tímto odstavcem je perfektní propojení obou svařovaných povrchů, přičemž svar je tvořen stejným materiálem, z jakého jsou vyrobeny svařované díly. To má pochopitelně pozitivní vliv na kvalitu svaru a mechanickou odolnost celého dílu.

Informace o přípravě nového typu nádrží jsme získali v Technologickém středisku Evropské kosmické agentury (ESTEC) na dni otevřených dveří. Součástí akce jsou totiž i stánky, na kterých odborníci z jednotlivých oborů prezentují to, na čem pracují. I nás zajímala odpověď na otázku, kdy by mohlo dojít k nasazení této nové technologie do reálného procesu – první část odpovědi byla diplomatická – až budou hotové všechny testy a všichni si budou jistí, že je nový návrh bezpečný ve všech směrech. Nakonec však přišel i konkrétní časový horizont – hliníkové nádrže by mohly začít na raketách Vega létat zhruba za tři až pět let. Velice nás proto těší, že můžeme našim čtenářům zprostředkovat informace o tomto zajímavém pokroku.

Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/…/vega_s_upper_stage/9261315-5-eng-GB/Vega_s_upper_stage.jpg
Fotografie Ondřeje Šamárka

Evropská Vega dostane nové nádrže, 5.0 out of 5 based on 21 ratings
Pin It
(Visited 1 968 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: 5.0/5 (21 votes cast)
(Visited 1 968 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)


23 komentářů ke článku “Evropská Vega dostane nové nádrže”

  1. RiMr napsal:

    Hmmm. 3 – let zavedení nové nádrže? Ten nepoměr k tempu vývoje a aplikace u SpaceX (a nejen u nich) je neskutečný… je to socialismem, nebo tím, že je nic netlačí (takže vlastně taky tím prvním), ultraopatrností, nebo čím?

      • Mirek S. napsal:

        Třeba to je z části i tím, že Vega toho moc nenalétá a mají ty “staré” nádrže nadělané. Spíš teda doufám, že je to tím, protože jinak bude tímhle tempem pokroku Ariane 6 tak v roce 2040 🙂

    • 3,14ranha napsal:

      Tak ono to bude dáno spíš výrobním cyklem rakety. Nebylo řečeno kolik těch původních nádrží mají dodavatelé skladem. Nejde o žádnou opravu kritické chyby, neomezuje to funkci rakety.

  2. Jirka Hadač napsal:

    A ve finálne by to mohlo I trošku slevnit raketu. Přeci jen, cenově je titan jinde než hliník. Neříkám že o moc, ale zkrátka, troška ke trošce a našetřili sme si na Národní divadlo.

    • Racek napsal:

      Jo, korunka ke korunce – a máme dvě korunky. Asi tak. Národ se skládal a skládal, po korunce až… většinu doplatil sám císař Franz Josef II.

  3. BlackSheepOI2 napsal:

    Takže, cena za kg: Titan – 3,77USD; hlinik 2,14USD. Predpokladám, že nejde o čiste hlinikovú nádrž ale skôr o nejakú zliatinu. Rozdiel cien nie je až tak veľký, ale na druhej strane, možno že práve opracovanie hliníka a titánu je rozdielne a to prinesie rozdiel vo výslednej cene a zjednodušení procesu výroby.

    Skôr ma zaujal rozdiel hmotností: ak hustota titanu je 4540kg/m3 a hliník 2700kg/m3.
    Vie sa odhadnúť nárast nosnosti rakety?

    Otázka, prečo sa nepokúsia nahradiť to kompozitným materiálom?

    • Dan napsal:

      To, že má hliník nižší hustotu neznamená, že ty nádrže budou nutně lehčí. (to by letadla měla dodnes dřevěný drak) Co se týká jiných materiálových vlastností, tak titan vede. Ale na obrábění je mnohem jednodušší ten hliník.

    • maro napsal:

      Ta cena za titan 3,77 USD asi nebude pravda. Vždyť tolik vám dají ve sběrně za kilo měděných drátů.

      • Vojta napsal:

        Titan jako materiál je opravdu celkem levný. Drahé je z něj vyrobit něco podle svých představ.

      • Dan napsal:

        Maro> nevím, do tohoto skutečně nedělám, ale mám za to, že jednotková cena suroviny bude nižší, než polotovaru. BlackSheepOI2 uvedl cenu suroviny, proto to vypadá tak levně.

        • BlackSheepOI2 napsal:

          Vďaka, tak nejako to vychádza aj mne, ale snáď to vie niekto lepšie popísať.
          V minulosti sa nahrádzali titanové časti na lietadlách oceľou resp. hliníkom a objavom boli kompozity. Ak dobre pamätám články v L+K, dôvodom bola náročnosť výroby, obtiažnosť spracovania a teda v konečnom dôsledku cena použitia titanu.

  4. Honza napsal:

    Nevíte někdo, jak se zadělává ta díra po kolíku na konci svařování? A jak se to dělá při uzavírání nádrže, když by na zadní straně svaru měl být protikus, aby byl svar rovný (na videu Backing bar)?

  5. BlackSheepOI2 napsal:

    ak niekto hľadá informácie ako ja:
    http://www.spaceflight101.net/vega-info.html

Zanechte komentář