Какая миссия STS подняла нормальный дроссель двигателя выше 100%, и какое изменение в SSME сделало это возможным?

тл;др

Первая миссия по нормальной работе двигателей с тягой выше 100% от номинальной максимальной: STS-6 .

Изменения в двигателе сделали возможным это увеличение тяги: 147 конструктивных изменений, реализованных между версиями FMOF и FPL SSME .

Подробности

За время существования программы у SSME было пять основных версий. Определение 100% номинального уровня мощности (RPL) менялось с каждым из них. Самое важное определение того, что означает 100% RPL, и единственное, последовательное во всей программе, заключается в том, что это уровень мощности/точка динамического баланса, достигаемая в конце стартовой фазы, когда двигатель входит в основную ступень и готов к полету.

Таксономия SSME

Существовало пять основных версий SSME.

1. Первый пилотируемый орбитальный полет (FMOF)

   Первый полет: СТС-1 (апрель 1981 г.)

   Давление в главной камере сгорания (MCC) при 100% RPL: ​​2960 фунтов на кв. дюйм

FMOF SSME был версией со сниженными характеристиками, которая не была сертифицирована для работы выше 100% RPL, за исключением аварийных ситуаций (т.е. когда это могло предотвратить потерю экипажа). (Для первой миссии даже уровень аварийной мощности составлял 100%, но он был повышен до 107% для второго и последующих полетов.) Многие компоненты приходилось заменять после каждого полета. Используется только в первых 5 миссиях Колумбии.

2. Уровень полной мощности (FPL), также известный как Фаза I

   Первый полет: STS-6 (апрель 1983 г.) (первый полет с номинальной мощностью 104%) (Первый полет Orbiter Challenger)

   Давление MCC при 100% RPL: ​​3006 фунтов на кв. дюйм

FPL SSME был сертифицирован для работы на 104% номинально. Тем не менее, турбонасосы по-прежнему не были достаточно надежными, чтобы обеспечить номинальную работу при 109% RPL (что тогда считалось желательным для некоторых запланированных полезных нагрузок), поэтому этот уровень мощности допускался только в аварийных ситуациях (хотя последний все еще очень нервировал людей и был снижен). до 107% в некоторых миссиях). Основные изменения по сравнению с FMOF включали изменение конструкции силовой головки, главного инжектора и турбонасосов.

3. Стадия II SSME

   Первый полет: СТС-26 (сентябрь 1988 г.) (возврат в полет после аварии 51-Л)

   Давление MCC при 100% RPL: ​​3006 фунтов на кв. дюйм

Улучшения двигателя фазы II включали как элементы, вытекающие из основных обзоров безопасности, проведенных после аварии 51-L, так и элементы, предназначенные для увеличения срока службы турбонасоса - дальнейшая модернизация силовой головки, новые лопасти и подшипники турбонасоса высокого давления, а также новый контроллер главного двигателя. Однако срок службы турбонасоса по-прежнему был неудовлетворительным, а запас прочности при работе на высоких уровнях мощности был очень мал.

4. Блок I/IA SSME

   Первый полет: STS-73 (октябрь 1995 г.)

   Давление MCC при 100% RPL: ​​3032 фунта на кв. дюйм

Основное изменение для Блока I заключалось в том, что НАСА было достаточно недовольно турбонасосами, чтобы заставить конкурента Rocketdyne Пратта и Уитни разработать новый набор турбонасосов высокого давления. Блок I SSME включал недавно разработанный Pratt турбонасос окислителя высокого давления, а также ряд других значительных улучшений. В SSME Block IA была внесена дополнительная модификация основной форсунки для повышения производительности.

5. Блок II/IIA ССМЕ

   Первый полет: STS-104 (июль 2001 г.)

   Давление MCC при 100% RPL: ​​2760 фунтов на кв. дюйм

SSME Block II добавили модернизированный топливный турбонасос Pratt высокого давления и включили основную камеру сгорания с большим горлом (MCC). Блок IIA был только ЦУП «Большое горло». Новый MCC позволил значительно снизить давление MCC (и, следовательно, давление во всей системе), чтобы обеспечить те же характеристики двигателя.

(источник — раздаточный материал, который я взял на пиар-мероприятии Boeing)

Нормальная работа дроссельной заслонки

Примерно за шесть секунд до старта двигатели должны были запуститься в шахматном порядке. Фаза запуска всегда приводила двигатели к 100%. Для большей части программы через несколько секунд после старта им давали команду на 104%. По прошествии примерно 30 секунд миссии они снижали скорость примерно до 67%, а примерно через 30 секунд снова увеличивали скорость до 104%. (Это упорный ковш, о котором идет речь в этом вопросе .) В некоторых миссиях были двухступенчатые ковши тяги, в которых дросселирование производилось в два этапа. В конце полета с двигателем аппарат достиг своего предела в 3g из-за истощения топлива, и двигатели начали снижать дроссельную заслонку, чтобы поддерживать 3g. Когда характеристики вывода на орбиту будут достигнуты, двигатели будут переведены на 67% (если они еще не достигли этого уровня мощности), а затем будут отключены.

Приложение

Несмотря на все изменения и доработки, нормальная рабочая точка оставалась на уровне 104% RPL до эпохи космической станции, когда она была изменена до 104,5% RPL, чтобы немного повысить производительность. За всю историю программы «Шаттл» ни один SSME никогда не работал в полете на уровне мощности выше 104,5%.

Использованная литература:

Краткое изложение миссий космического корабля "Шаттл"

Главный двигатель космического челнока, неустанное стремление к совершенствованию

Главный двигатель космического корабля "Шаттл", 30 лет инноваций

Ориентация главного двигателя космического корабля "Шаттл"

Личные заметки

Из статьи в Википедии

Первые 5 вылетов с двигателями "FMOF" сертифицированы только на 100%. От СТС-5 какое-то время номинальным максимумом было 104%. Со временем этот показатель был увеличен до 109%. Это произошло с блоком II в 2001 году и стало результатом новых турбонасосов высокого давления .