Как тестируют космические ракетные двигатели?

9 Авг
2013

Своим первым полетом 12 апреля 1981 года многоразовый космический корабль НАСА произвел революцию в покорении космоса. Одноразовые корабли, такие, как «Аполлон-11», были забыты. Шаттл можно сравнить в автобусом: опоздал к вылету — через 5 минут запускается другой.

Однако, после трагической потери шаттла «Дискавери» обслуживание и тестирование шаттлов для обеспечения безопасности полетов стали основной задачей инженеров НАСА.

Успех полета в космос зависит от множества обстоятельств, поэтому перед каждым следующим полетом каждый винтик шаттла проверяют в специальном гараже. Как же происходит проверка основного двигателя шаттла?

Космический центр «Стеннис», штат Миссисипи, организация по проверке изделий НАСА. Здесь и находится этот специальный гараж. На первый взгляд – ничего особенного: мужчина в джинсах, коробки с замасленными инструментами, постер с Памелой Андерсен на стене. Но у этих механиков совершенно особые задачи. В частности, связанные с размером машины.

Основной двигатель шаттла – один из самых мощных механизмов на земле. Мощность такого двигателя больше, чем в 4 раза превышает мощность плотины Гувера. При запуске шаттла каждая металлическая деталь, каждый винтик этого двигателя должен выдержать химическую реакцию невообразимой силы, при которой возникает температура в камере сгорания, достаточная для кипения железа.

Многоразовый космический корабль – очень удобная вещь для людей их штаба НАСА и головная боль для людей из здания 3202. После каждого полета они должны полностью разобрать корабль и проверить каждую деталь, а потом снова собрать и снова проверить.

Здесь закручивают все болты с одинаковой силой, так что на каждый болт воздействует одинаковое давление. Наконец, после сборки корабля предстоит проверочный запуск.

Огромные установки для проверки двигателя шаттлов были построены в космическом центре «Стеннис» в 60-х годах для испытаний гигантский кораблей «Аполлон», на которых люди летали на Луну. На протяжении последних 20 лет эти установки используются для тестирования двигателей шаттлов.

Проверка двигателя космического корабля – не только чрезвычайно опасное, но и очень дорогое удовольствие, поэтому ошибки недопустимы.

Одна из основных задач при тестировании ракеты – не дать ей взлететь, ведь для этого ракеты и предназначены. При запуске ракеты возникает невообразимая мощность 12 миллионов лошадиных сил.

Огромные металлические камеры отражают плазму, выходящую из сопла, и направляют ее в стороны.

Другая проблема – безопасность. Если при тестировании двигателя шаттла возникают проблемы – это очень большие проблемы. Во время тестирования НАСА объявляет запретную зону в радиусе 60 км вокруг центра «Стеннис». Команда, выполняющая тестирование, укрывается в бункере.

На протяжении 30 лет конструкция двигателей шаттла продолжает улучшаться во многом благодаря этой процедуре. Одна из основных проблем для инженеров – топливо. Сгорание начинает происходить при соединении жидкого водорода с жидким кислородом. Эти вещества обладают высокой летучестью и хранятся в специальных баржах вдалеке от центра тестирования.

Еще одна проблема – чрезвычайно высокие температуры. Температура жидкого водорода – минус 253 °С, это вторая самая холодная жидкость на Земле. Однако, при реагировании с жидким кислородом водород горит с температурой 3300 °С. Если не умные инженерные решения, сопло двигателя сразу бы расплавилось.

Сопло состоит из сотен тонких трубок, через которые сначала подается холодный жидкий водород. Благодаря этому сопло охлаждается и может выдержать высокую температуру горящего топлива.

Последние проверки окончены, начинается последняя процедура перед тестированием, в двигатель загружается топливо. Топливо закачивается в емкости, расположенные прямо над двигателем, а потом из этих емкостей – в сам двигатель.

Чрезвычайно летучий жидкий водород начинает поступать в систему, а двигатель замерзает. Малейшая утечка в системе подачи топлива была бы фатальной.

После того, как все системы тщательно проверены, команда должна покинуть двигатель. Запретная зона вступает в действие, когда до проверочного запуска осталось меньше часа. Команда перемещается в центр управления.

В центре управления в бункере инженеры с волнением выполняют последние тесты на безопасность. Наблюдение за двигателем ведется с помощью нескольких камер. Несколько тысяч датчиков передают информацию на компьютеры в центре управления.

До запуска остается меньше 20 минут, обстановка накаляется. При тестировании ракетных двигателей очень большие проблемы могут возникнуть очень быстро.

Водометы установки для тестирования – наготове. Они предназначены для охлаждения плазмы факела. Все идет по плану, и вдруг возникает большая проблема: тысячи литров летучего топлива загружаются в двигатель, а датчики показывают возгорание в установке. Обратный отсчет немедленно прекращается. Если пламя в установке не удастся погасить, проверочный запуск придется отменить.

Инженеры изо всех сил пытаются определить причину возгорания. Пламя потушено очень быстро, но для продолжения тестирования они должны определить, насколько это безопасно. Если отменить тестирование, будут потеряны тысячи долларов.

В авральном режиме команда выполняет серию дополнительных проверок, но они не могут определить, что вызвало возгорание. Через час им приходится принимать непростое решение: будет ли выполнен проверочный запуск? Показатели датчиков говорят о безопасности ситуации, и они решают продолжить.

Трубы, подающие топливо в двигатель, замерзают, при этом криогенное топливо, находящееся в них, начинает закипать. Избыток жидкого кислорода начинает испаряться и образует плотное облако, на противоположном конце устройства избыток водорода сжигается.

До проверочного запуска остается 30 секунд. Сотрясая землю, сопла двигателя выпускают факелы 170 тысяч литров плазмы. Каждая деталь испытывает невероятную нагрузку, двигатель работает на грани механической устойчивости.

Жидкий водород соединился с жидким кислородом, что вызвало взрывную реакцию. От отражателя пламени поднимается огромное облако испарившейся воды, которая вскоре вернется в виде ливня.

Тем временем на компьютеры центра управления обрушивается поток данных с датчиков, которые тщательно просматриваются работниками центра. Ровно через 480 секунд двигатель останавливается. Очередная успешная акция НАСА завершена, инженеры, наконец, смогут расслабиться.

Благодаря галактическим автомеханикам из здания номер 3202 выполнено более 100 успешных полетов шаттлов. Это настоящие умельцы, которые могут отправить нас в неизведанные миры и через несколько месяцев забрать нас оттуда на той же ракете.


 

Комментарии:

наверх