Az űrrepülőgép sarokpontja, a visszatérés

Az űrrepülőgépet bemutató sorozat utolsó részéhez értünk, amelyben az űrrepülőgép farokrészét, hajtóműveit illetve a hővédő pajzsot vesszük górcső alá.

- I. rész - | - II. rész - | - III. rész - | - IV. rész - | - V. rész - | - VI. rész - | - VII. rész - | - VIII. rész

Farokrész

Az utolsó nagyobb szerkezeti eleme a gépnek a farokrész, ami öt komponensre bontható le. A törzs farokrésze tartja a három főhajtóművet, itt kaptak helyet azok üzemanyagrendszerei, a hidraulika, illetve részben a hőháztartásért felelős rendszerek. Ehhez csatlakozik a farokrész többi alkotórésze, nevezetesen a függőleges vezérsík, a két OMS (Orbitális Manőverező Rendszer) gondolája és a törzslap, ami egy hatalmas vezérsík, amely a magassági kormány feladatát is részben ellátja, illetve hőpajzsként védi a hajtóművet visszatéréskor.


Az űrsikló farokrésze a három főhajtóművel, az OMS gondoláival, a törzslappal és a függőleges vezérsíkkal - klikk a nagyobb képért
Maga a farokrész aluminium tartókból és aluminium illetve titán merevítőkből épül fel, hozzá csatlakozik a törzs-középrész illetve a két félszárny hátsó rögzítési pontja. Itt csatlakoznak a külső üzemanyag-tartályhoz a folyékony hidrogént és oxigént szállító vezetékek, amelyeknek a csatlakozója a tartály leoldása után visszahúzódik a gép hasába, és egy-egy hővédő ajtó fedi le őket a repülés hátralévő idejére. A farokrész két oldalán hasonló ajtók mögött helyezkedik el az üzemanyag feltöltésére és kiszivattyúzására szolgáló csatlakozópanel, illetve a különféle egyéb folyadékok, illetve elektromos csatlakozók.

A három SSME hajtómű mintegy 520 másodpercig működik a felszálláskor, ezalatt az adott küldetéstől függően 603-623 tonna folyékony oxigént és 99-106 tonna folyékony hidrogént éget el. Az űrrepülőgépen magán nincs üzemanyag a főhajtóművek számára, így azok csak addig működhetnek, amíg a külső üzemanyagtartályban van üzemanyag. A hajtóművek tolóereje az eredeti elvárások szerint vákumban 2090 kN és 1670 kN tengerszinten, ám a tesztelés fázisában megállapították, hogy e felett is működhetnek, de viszonyítási alapnak ezeket az értékeket tekintették 100%-os teljesítménynek.


Az SSME hajtómű földi teszten, teljes tolóerő közben - klikk a nagyobb képért
A tolóerő e felett két fázisban növelhető, a "biztonságos" szint a 104,5%, ami 2170 illetve 1750 kN tolóerőt jelent vákumban illetve tengerszinten, továbbá 109%, ami pedig 2280 kN és 1860 kN tolóerőt. A 104,5%-os tolóerő a felszállás folyamán normálisan használt maximális teljesítmény, míg a 109% a vészhelyzetekben, a felszállás megszakításakor elérhető maximális tolóerőt takarja. A SSME azon képessége, hogy a tolóereje dinamikusan változtatható a maga idejében rendkívülinek számított, az pedig, hogy nagy tartományban változtatható (forrásfüggően 50, 65 vagy 67%-tól 109%-ig) még inkább figyelemre méltó.

A repülés alatt is kihasználják ezt a képességét: a felszállás negyvenedik másodpercében a tolóerőt 72%-ra veszik vissza mindhárom hajtóműnél, ekkor az űrsikló a hangsebesség 0,9-szeresével halad. Ha teljes tolóerővel gyorsítana tovább, akkor a hangsebesség átlépése sokkal nagyobb légnyomással terhelné a gép szerkezetét, ezért van erre szükség. A felszállás utáni 53-dik másodpercben - miután a hangfalat maguk mögött hagyták - a tolóerőt 104,5 százalékra növelik ismét, és folytatják az emelkedést.


Az egyik SSME karbantartás után beépítésre várakozva - klikk a nagyobb képért
Az SSME hajtóművek másik nagy újdonsága az újrafelhasználás volt, igaz, csak azért, mert az űrsikló végig magával cipelte őket és visszahozta azokat a földre, míg a korábbi hordozórakéták esetében a rakétahajtóművek megsemmisültek ahogy a fokozatokat levállasztották. Az Apollo-Saturn érában a J-2 hajtóművet is többször indították újra a teszteken, tehát az újrahasználhatóság a "hagyományos" rakétahajtóművek esetében is fennáll. Az eredeti elvárás az volt, hogy 10 repülésenként kelljen a hajtóműveket ellenőrzésre kiszerelni az űrsiklóból, ám ez nem valósult meg; gyakorlatilag minden repülés után mindhárom hajtóművet kiszerelik, darabokra szedik, ellenőrzik, összeszerelik, és ez után helyezték vissza (valamelyik) űrsiklóba.

A bonyolult és logisztikailag is megterhelő eljárás végeredményeként az SSME noha egyedülálló hajtómű, a legfontosabb célját, a költségek csökkentését nem sikerült elérnie. Igazság szerint feltételezhető, hogy minden repüléshez három - három egyszer használatos hajtóművet használni olcsóbb lett volna. Az SSME-k karbantartása és felújítása hajtóművenként mai áron nagyságrendileg 12-16 millió dollárba fájt a NASA-nak!

A három hajtómű gömbcsuklószerűen van felfüggesztve, két hidraulikus (egy a függőleges, egy pedig a vízszintes tengelyen való kitérítésért felel) munkahengerrel 10,5°-ig bármelyik irányba ki lehet téríteni, és ezzel a felszálláskor kormányozni az űrsiklót. A hajtóművek "életjeleit", a különféle érzékelők adatait két HDC-601 számítógép elemzi, ezeket később egy-egy, egyenként két Motorola 68 000 szériás chip-ekre épülő számítógépek váltották fel.


Az egyik SSME beépítése - klikk a nagyobb képért
Az űrsikló hőháztartásának fő elemei a már korábban említett radiátorok, ám azok csak a világűrben használhatóak, amikor a raktérajtók nyitva vannak. Hogy a fel- és leszállás időtartama alatt a hulladékhőtől megszabaduljanak, két külön rendszert helyeztek el a farokrészben. Az első 42 kilométeres magasságtól (addig a rendszer kellően előhűtött állapotban van) a radiátorok kinyitásáig működik, illetve a visszatéréskor a radiátorok becsukásától 30,5 kilométeres magasságig. Ez a vízpárologtatás elvén működő rendszer (FES - Flash Evaporator Subsystem), amely a freon-hűtőrendszerből egy - pontosabban a biztosítás miatt két - hőcserélővel vonja ki a hőt, amellyel vizet forral fel, amit a farokrészen kiengednek a légkörbe illetve a világűrbe.

A második rendszer visszatéréskor 30,5 kilométeres magasság alatt lép működésbe. Ez ammóniát forral fel a hőcserélővel, és így von el meleget a hűtőrendszertől. Miután az űrsikló földet ért, egy mobil gáz hőcserélő-rendszert kötnek a freon rendszerre, és onnantól az vonja el a hőt a fedélzeti rendszerektől.


A leszállás végső szakasza, jól látható a törzslap
A függőleges vezérsík elsődleges feladata a gép stabilitásának biztosítása a visszatéréskor, de egyben kombinált oldalkormányként (csak a leszállás legvégső szakaszában) illetve kétfelé nyílva aerodinamikai féklapként is működik, amellyel a visszatéréskor a sebességet befolyásolhatják vitorlázás közben. A törzslap kettős feladatot lát el, egyfelől a visszatéréskor a hajtóművek hátranyúló fúvókáját óvja a légáramtól és ezzel együtt a fellépő hőhatástól, másfelől magassági kormányfelületként használható kitérítéskor. A borítása minkét oldalán hővédő csempékből áll éppen amiatt, mert a felső részen a működő főhajtóművek hőhatásának kell ellenállnia, visszatéréskor pedig az alsó felének kell a légköri súrlódás által termelt hőt kibirnia.


Az OMS gondola illetve az OMS rendszer főbb elemei. A két nagyobb tartály az OMS-hez, az előtte lévő kettő kisebb az RCS-hez tartozik
A hátsó törzsrésznek mindössze két része maradt, ez pedig annak a felső részén, kétoldalt elhelyezett gondolák, amelyek aluminium keretekből, tartókból illetve szénszál erősítésű kompozit műanyagból készültek. A gondolák két részre oszlanak, a hátsó részük az OMS (Orbital orbital Maneuvering Subsystem ~ Orbitális Manőverező Alrendszer) egy-egy hajtóművét és az azt kiszolgáló rendszereket rejti.


Az OMS gondola beépítés előtt, láthatóak az üzemanyagtartályok - klikk a nagyobb képért
Az OMS hajtóművek egyenként 27 kN tolóerőt adnak le, amit dinitrogén-tetroxid (N2O4) oxidálószert illetve monometil-hidrazin (MMH) üzemanyag elégetésével hoznak létre. Az N2O4 illetve a hidrazin népszerű páros az űrhajókban, mivel ez a két anyag összekeveredve spontán önggyuladásra képes, így nincs szükség egy külön begyújtást elősegítő berendezésre. Hátránya viszont, hogy erősen mérgezőek és agresszív, maró anyagok. Emiatt szükséges az, hogy az űrrepülőgép földet érése után először védőruhás szakemberek rohannak oda, akik megfelelő eszközökkel kiszivattyúzzák a maradék üzemanyagot az űrhajóból. A legénység csak ez után hagyja el a kabint.


Az OMS gondola a világűrben - klikk a nagyobb képért
Az OMS feladata az űrsikló végső pályára állítása, miután leoldották a külső üzemanyag-tartályt illetve leállt a főhajtómű, továbbá a pályaváltoztató manőverek végrehajtása, például űrrandevúk esetén, illetve visszatéréskor az orbitális sebesség csökkentése. A két gömbcsuklószerűen beépített OMS-t elektromechanikus motorokkal lehet kitéríteni, így azok működése közben a manőverezést is lehetővé teszik. Érdekesség, hogy az OMS megvalósította azt, amire az SSME nem volt képes: gyakorlatilag minimális karbantartást igényel, és az élettartama azonos (mintegy 100 repülés) magának az űrrepülőgépnek a tervezett élettartamával.

A két gondola elülső részében, illetve az űrrepülőgép orrában foglalnak helyet az RCS (Reaction Control System ~ Reakciós Kormányhajtómű Rendszer) apró rakétahajtóművei. Ezek felelnek az űrrepülőgép finom irányításáért, a megfelelő helyzetben tartásáért illetve a kormányzásért a világűrben. Az RCS kétféle hajtóműből áll. A hagyományos hajtóművekből az orrban 14 darab foglal helyet, a két hátsó gondolában pedig 12-12 darab. Ezeken kívül az orrban kettő, hátul a gondolákban pedig további 2-2 folyamatos működésre képes un. 'vernier' hajtómű is van. A hagyományos hajtóművek 387 N, a folyamatos működésűek 107 N tolóerőt adnak le. A RCS ugyanazt az N2O4 illetve MMH üzemanyagot használja, mint az OMS, sőt, a hátsó RCS egységet az OMS tartályaiból is lehet táplálni.

Lapozz!