Propulsia navetei spațiale (1)

Voi extinde în continuare articolul dedicat propulsiei navetei spațiale, publicat nu cu mult timp în urmă, detaliind câteva aspecte legate de motoarele principale ale navetei.

Sistemul principal de propulsie (Main Propulsion System – MPS) asigură forța necesară decolării până (aproape de) inserția orbitală (plasarea navetei pe o orbită stabilă în jurul Pământului), moment în care motoarele principale sunt oprite definitiv (eveniemnt denumit MECO – Main Engine Cut-Off), la aproximativ 5 minute după lansare. Pentru succesul lansării, cea mai mare contribuție (80%) o au cele două rachete (boostere) plasate lateral, care funcționează cu combustibil solid, motiv pentru care sunt denumite SRB (solid rocket boosters). După aproximativ două minute de la aprindere, SRB-urile se consumă și se desprind automat, căzând în ocean, de unde sunt recuperate și folosite ulterior, la alte misiuni. Puterea SRB-urilor este fixă, nu poate fi modificată şi o dată pornire, acestea nu mai pot fi oprite decât la terminarea combstibilului. După desprinderea SRB-urilor, naveta se folosește doar de motoarele proprii (în număr de trei, denumite SSME – Space Shuttle Main Engines) pentru a continua drumul spre orbită, motoare alimentate de combustibil lichid din rezervorul principal (External Tank, ET). Acestea pot fi ajutate de către un alt set de motoare, denumite OMS (Orbital Maneuvring System), folosite în principal pentru manevre orbitale, ajustarea orbitei și reintrarea în atmosferă la finalul misiunii, despre care vom detalia mai mult data viitoare.

În timpul lansării, motoarele principale sunt aprinse cu 5 secunde înainte de părăsirea rampei, adică înante de pornirea SRB-urilor. Puterea acestora nu este suficientă pentru a ridica naveta, care rămâne fixată pe rampa de lansare până la pornirea rachetelor SRB suplimentare. Abia atunci ansamblul format din naveta, rezervor exter şi SRB-uri se ridică de la sol.

Când combustibilul lichid se termină, rezervorul extern se desprinde de navetă, cade în ocean și nu mai este recuperat. Dacă parametrii orbitali nu au fost încă atinși, se folsește OMS. La reintrarea în atmosferă, conductele folosite pentru curgerea combustibilului din ET spre motoare sunt purjate și apoi presurizate cu heliu, pentru a împiedica pătrunderea contaminanților în aceste zone.

Naveta spațială are trei motoare principale care folosesc hidrogen lichid pe post de combustibil și oxigen lichid pe post de oxidant. Hidrogenul este folosit și ca agent de răcire. Puterea motoarelor poate fi reglată între 67% – 106%, cu pași de 1%, 100% reprezentând puterea nominală de funcționare. Acestea pot fi deplasate în jurul axei centrale cu până la 10 grade, făcând astfel posibilă schimbarea direcției navetei în timpul zborului. Inițial, combustibilul este parțial ars la presiune ridicată și temperaturi joase într-o antecameră după care este ars complet la presiuni și temperaturi înalte în camera principală de combustie. Rezervorul extern este încărcat cu combustibil înainte de lansare, din două rezervoare aflate în vecinătatea rampei. La câteva secunde după lansare (aproximativ 20), motoarele sunt aduse într-un regim de funcţionare de sub 100%, pentru a minimiza presiunea undelor de şoc asupra fuselajului, formate când naveta trece într-un regim supersonic al vitezei (Max-q, maximum dynamic pressure). După acest moment (aproximativ 1 minut), motoarele sunt din nou împinse la capacitate maximă, pentru a asigura viteza necesară ajungerii pe orbită.

Sistemul de propulsie este în strânsă legătură cu sistemul electric sau computerul de bord. Valvele motorului sunt acționate de sistemul hidraulic iar computerul de bord dă comanda unor dispozitive pirotehnice să separe prin mici explozii controlate cele două SRB-uri și rezervorul extern. Software-ul pentru zbor este încărcat pe patru computere redundante, un al cincilea computer fiind folosit pentru backup, care la nevoie este pornit manual. Software-ul este împărțit în secțiuni, fiecare secțiune (OPS) e corespunzând unei etape a misiunii, după cum urmează: OPS 1 – decolare, OPS 2 – orbitare, OPS 3 – reintrare în atmosferă, aterizare, OPS 6 –  aterizare de urgență.

Începând cu pornirea motoarelor, până la oprirea lor, toţi paşii sunt automatizaţi şi deciziile sunt luate de calculatorul de bord. Practic, echipajul atinge panoul de bord după MECO sau eventual după operaţiunile OMS suplimentare, o dată ce naveta se află pe orbită stabilă. În 1994, în timpul lansării navetei Endeavour în cadrul misiunii STS-68, după pornirea motoarelor principale, computerul de bord a ordonat oprirea acestora înainte de pornirea SRB-urilor, datorită unei defecţtiuni a unei pompe din cadrul rezervorului extern. Decizia calcualtorului a evitat practic o catastrofă, deoarece o întârziere de câteva secunde ar fi putut fi fatală echipajului.

În episodul următor vom detalia funcţionarea OMS, pentru a înţelege mai bine manevrele orbitale şi revenirea pe pista de aterizare a unei navete spaţiale.

Lasă un comentariu