Ohlédnutí za 3. čtvrtletím a výhled na 4. čtvrtletí 2016

V předchozím příspěvku z 1. července byly popsány problémy s potenciálem negativně ovlivnit platné datum zahájení připravenosti EM-1 ke startu. Při zachování stejné struktury článku si i dnes popíšeme aktuální a nejbližší práce a pokusíme se o rozbor kritických cest.

Vzletové stupně (Solid Rocket Booster – SRB)

Ve společnosti Orbital ATK v Promontory ve státě Utah je k 30. září naplněno palivem pět z deseti palivových segmentů letových motorů SRB, určených pro první exemplář rakety SLS. Konkrétně jsou to: z levého SRB - Aft Segment, Forward Center Segment a Forward Segment, z pravého SRB - Aft Segment a Forward Center Segment. Momentálně jsou licí operace zastaveny do výsledku vyšetřování praskání tenké vrstvy lepidla v izolaci, které bylo objeveno během rutinního testování vzorků nesouvisejících se segmenty pro EM-1, ale u vzorků dlouhodobě skladovaných. Předpokládá se, že licí práce budou obnoveny počátkem listopadu na pravém Forward Segmentu. Poté mají následovat Center Segmenty a nakonec Aft Center Segmenty. Nakonec projdou segmenty standardními kontrolami. Převoz palivových segmentů SRB po železnici na Kennedyho vesmírné středisko (KSC) se předpokládá na září příštího roku. Sestavování stupňů SRB v montážní budově VAB má být zahájeno v březnu 2018.

Motory centrálního stupně RS-25

Na zkušebním standu A-1 ve Stennisově vesmírném středisku (SSC) ve státě Mississippi probíhají od července zážehové testy neletového motoru č. 0528. Jde o poslední sérii vývojových testů vztahující se k misi EM-1. Poslední tři testy motoru č. 0528, při nichž budou poprvé testovány i letové řídicí jednotky, jsou plánovány na 9. listopadu (řídicí jednotka FM2 pro letový motor č. 2045), 30. listopadu (FM3 pro č. 2056) a 21. prosince (FM4 pro č. 2058). Pouze jednotka FM5 pro motor č. 2060 nebude testována nyní, ale až koncem příštího roku společně s ostatními při zkušebním zážehu letového centrálního stupně na standu B-2.

Letové motory č. 2045, 2056, 2058 a 2060 pro EM-1 mají být přepraveny z místa dočasného uskladnění v SSC do budovy Michoud Assembly Facility na jaře příštího roku.

Centrální stupeň (Core Stage)

“Mám obavy o SLS, protože neděláme práce v pořadí. Ještě budeme testovat, zatímco letový hardware je již ve výrobě. Co když něco najdeme?“ Bill Gerstenmaier, přidružený administrátor NASA pro Human Exploration and Operations Directorate, 28.7.2016

Jednotlivé díly centrálního stupně jsou vyráběny v budově Michoud Assembly Facility v New Orleans. Oba válce motorové sekce, neletový kvalifikační i letový pro EM-1, byly svařeny v dubnu. Motorová sekce nebude mít izolační pěnu jako ostatní části centrálního stupně. Oba exempláře jsou natřeny základním nátěrem, a místo pěny probíhá instalace vrstvy korku, který má mnohem vyšší toleranci k výrazně vyššímu okolnímu teplotnímu prostředí než pěna. Korek se následně natře vrstvou bílé barvy. Důvodem svrchního nátěru jsou vlastnosti korku, který má na rozdíl od pěny tendenci absorbovat vodu. Kvalifikační motorová sekce by mohla být už na podzim odeslána do Marshallova střediska vesmírných letů (MSFC) v alabamském Huntsville k testům strukturální pevnosti.

V minulém článku byla informace o více než tříměsíčním skluzu ve svařování neletové kvalifikační nádrže na kapalný vodík, určené ke strukturálním zkouškám. Nádrž o délce 39,6 metru byla vyjmuta ze svářečky Vertical Assembly Center (VAC) teprve 14. července a nyní je vybavována vnitřními strukturami a klempířskými prvky, sérií tenzometrů k měření mechanického napětí na povrchu prostřednictvím měření jeho deformace, různými druhy teplotních čidel, tlakových senzorů a souvisejícími kabelovými svazky pro potřeby shromažďování dat.

Kvůli napjatému časovému plánu bylo rozhodnuto o jeho optimalizaci změnou pořadí ve sváření dalších dílů. Jak je vidět v použitém zdroji č. 1 na str. 33, měla následovat výroba kvalifikační nádrže na kapalný kyslík, a teprve po ní obě letové nádrže. Skutečnost je však jiná. Ve VAC se v červenci začala svařovat letová nádrž na kapalný vodík. Její svařování bylo dokončeno 15. září. Po ní přijdou na řadu letová kyslíková nádrž a nakonec kvalifikační kyslíková nádrž. Sestavení letových dílů do raketového stupně o hmotnosti přibližně 94 tun v prázdném stavu si totiž v příštím roce vyžádá určitý čas, zatímco kvalifikační díly budou testovány jednotlivě. Současně bylo rozhodnuto, že kvalifikační kyslíková nádrž na rozdíl od všech ostatních dílů centrálního stupně nemusí mít v MSFC dokončenou strukturální kvalifikaci před zážehem letového stupně na standu B-2 ve Stennisově vesmírném středisku (SSC). Podmínka mít data z testů ostatních dílů pro pochopení chování prvků při namáhání simulujícím nejen vzlet z rampy 39B, ale i budoucí zážeh centrálního stupně na standu B-2 v SSC, zůstává. Kyslíková nádrž však takovou prioritu nemá, protože její letové dvojče nebude v SSC tolik namáháno – zde bude umístěna nad úchyty v intertanku, které budou sloužit pro sešroubování se zkušebním zařízením, a na rampě 39B pro spojení s SRB.

Svařená letová nádrž na kapalný vodík, 26. září (nezaměňovat s kvalifikační nádrží, která byla svařena v červenci)

Všechny strukturální testovací díly budou mít stejný systém tepelné ochrany jako jejich letové protějšky, tedy základní nátěr pro ochranu proti korozi a na většině prvků nástřik pěny. Tyto exempláře budou totiž v MSFC také ochlazovány na kryogenní teploty. Místo vodíku však bude z důvodu jeho hořlavosti použit tomto konkrétním případě jako náplň dusík. Dosažená teplota sice nebude tak nízká jako u vodíku, ale bude dostatečná pro dokončení analýz. Podle plánu měl být zahájen proces stříkacího nátěru kvalifikační nádrže LH2 na konci září po provedení vývojových nástřiků na ověřovací kyslíkovou nádrž a po nakonfigurování a přípravě kvalifikační nádrže LH2. Celý proces přípravy, nátěru, nástřiku a vyčištění okolí má trvat řádově dva měsíce vzhledem k délce nádrže, která sama o sobě zabírá téměř dvě třetiny délky centrálního stupně.

Panely kvalifikačního intertanku i jeho letového protějšku, který bude spojovat obě kryogenní nádrže, se již šroubují dohromady.

V létě byly do MAF dopraveny čtyři kolové dopravníky určené pro transport centrálního stupně. Jejich prvním úkolem bude ve spojení s člunem Pegasus přeprava výše popsaných kvalifikačních dílů k testům do MSFC. Nádrže budou plně vybavené a připravené na jaře příštího roku. Včetně podpůrného vybavení pro testy se však společně do člunu Pegasus nevejdou, a proto se uskuteční dvě samostatné cesty. Na jaře příštího roku opustí továrnu vodíková nádrž, a po návratu člunu Pegasus zamíří na stejné lodi do MSFC i kyslíková nádrž.

Mezitím bude v MAF pokračovat aplikace tepelné ochrany na letové prvky. Z nich se potom v budově 110 ve svislé poloze smontují dvě podsestavy. Protože je však centrální stupeň SLS příliš vysoký i na ty nejvyšší budovy v MAF, proběhne jejich konečné spojení ve vodorovné poloze v budově 103. To už mluvíme o časovém horizontu květen – červen příštího roku. Nakonec budou připojeny i poslední prvky, například čtyři motory RS-25 a dvě vnější přívodní potrubí o průměru 40 centimetrů pro okysličovadlo. Dokončení plně integrovaného letového centrálního stupně a odeslání lodí Pegasus do SSC je cíleno na konec září 2017.

Ještě před tím, než bude na zkušebním standu B-2 v SSC testován letový centrální stupeň, bude sem v červenci 2017 dopraven neletový Pathfinder. Jde o nízkonákladovou ocelovou hmotnostní a rozměrovou maketu centrálního stupně bez motorů a avioniky, vyráběnou v zařízeních firmy Dynetics v Huntsville a ocelárny G&G Steel v Russellville (obě Alabama) a svařovanou v závodě G&G Steel v Cordově na břehu řeky Black Warrior. Společnost Barnhart Crane & Rigging zajistí lodní přepravu do MAF ke zkouškám pozemních zařízení. Poté bude dopraven na SSC k dvoutýdenním zkouškám zvedacích procedur, usazování na standu, ověřování konstrukční vůle a podobně. Nakonec bude Pathfinder odeslán na KSC ke zkouškám tamních pozemních zařízení.

Letový centrální stupeň stráví v SSC od konce září 2017 přibližně šest až osm měsíců, ve kterých bude provedena celá řada testů, například simulované odpočítávání, demonstrační simulace zážehu včetně softwarových simulací poruch, zkoušky tankování a vypouštění pohonných látek a hydrauliky, a poté bude proveden první osmiminutový zážeh čtyř motorů RS-25 v historii. Stupeň pak vyčká na standu na dokončení analýzy dat ze zážehu, a mezitím proběhne standardní servis motorů a opravy systému tepelné ochrany. Bude-li rozhodnuto o nutnosti dodatečných dat, uskuteční se ještě druhý zážeh. Pokud se operace v SSC stihnou za šest měsíců, bude stupeň odeslán lodí Pegasus na KSC na konci března 2018. Sice jde o dvouměsíční skluz (původní termín byl leden), nicméně při zavedení opatření, kterým se budeme věnovat v závěru článku, je to stále postačující pro dodržení současného termínu startu.

Adaptér pro spojení centrálního stupně a horního stupně (Launch Vehicle Stage Adapter – LVSA)

V Marshallově vesmírném středisku (MSFC) probíhá výroba letového exempláře LVSA. Dokončení je plánováno na první čtvrtletí příštího roku, přeprava na KSC na únor 2018.

Horní stupeň (Interim Cryogenic Propulsion Stage – ICPS)

V září začala v Marshallově vesmírném středisku instalací simulátoru části centrálního stupně (díl Forward Skirt) na testovací stojan montáž tzv. "Integrated Upper Stage STA". V nejbližší době bude připojeno dalších pět prvků tohoto testovacího exempláře horní části rakety SLS – například adaptér LVSA, horní stupeň ICPS a adaptér OSA. Od prosince 2016 do února 2017 zde mají proběhnout integrované strukturální testy zátěže, jaká nastane během skutečného letu. Testovací data se následně porovnají s počítačovými modely integrity hardwaru této sestavy.

Ve výrobním závodě společnosti ULA v Decatur v Alabamě pokračuje stavba letového exempláře ICPS. Termín jeho dokončení sklouzl z ledna příštího roku na únor. Doručení na KSC se předpokládá na leden 2018.

Adaptér pro spojení stupně ICPS a Orionu (Orion Stage Adapter – OSA)

V MSFC pokračují práce na letovém adaptéru OSA. Adaptér má být dokončen v srpnu 2017 a přepraven na KSC v lednu 2018.

Evropský servisní modul (Service Module – SM)

Na stanici Plum Brook v Sandusky ve státě Ohio probíhají na stole Mechanical Vibration Facility vibrační testy neletového testovacího exempláře eSTA evropského servisního modulu Orionu. Po nich mají následovat šokové testy při odhazování ochranných krytů, šokové testy adaptéru, a nakonec testy solárních panelů na plně poskládaném servisním modulu.

OHB Sweden a Airbus Defence and Space staví ve švédském Stockholmu kvalifikační exemplář servisního modulu, nazvaný Propulsion Qualification Model (PQM). Na 15. listopad je plánována přeprava PQM do NASA. Ve White Sands Test Facility (WSTF) v Novém Mexiku v USA bude do PQM zabudován hlavní motor OMS z raketoplánu. Zážehový test pro prokázání funkce integrovaného pohonného systému na stanovišti 301 WSTF je plánován na 11. dubna 2017.

Kostra letového exempláře byla koncem dubna dopravena do montážní haly společnosti Airbus Defence and Space v německých Brémách. V montážní hale byly ve spodní části modulu nainstalovány vzpěry a po obvodu centrální části některé nosné prvky. Servisní modul dělá plánovačům největší vrásky. Teprve po čtvrt roce, koncem srpna, byl převezen do čisté místnosti k instalaci vnitřních systémů. Některé řídicí systémy, nutné k fungování modulu, ovšem nebudou dodány subdodavatelem společnosti Airbus v dohodnutém listopadovém termínu, ale až na přelomu února a března příštího roku. Termín dodání SM na Kennedyho vesmírné středisko tak sklouzl z ledna příštího roku na 30. dubna. Přitom už v létě 2017 má být spojením CM a SM vytvořena kompletní loď CSM. Ta by měla být na podzim odeslána do stanice Plum Brook k testům, z nichž by se měla vrátit na KSC na přelomu dubna a května 2018. Evropský servisní modul je tak aktuálně nejkritičtějším rizikovým prvkem v dodržení termínu startu.

Letový servisní modul, 24. srpna

Modul pro posádku (Crew Module – CM)

Kabina letového Orionu, kterou se podařilo vyrobit s hmotnostní úsporou 450 kg oproti EFT-1, se nachází v budově Neil Armstrong Operations and Checkout Building v Kennedyho vesmírném středisku. Ve třetím čtvrtletí byla vybavována různými systémy včetně prvního vedení palivového systému na vnější straně tlakové kabiny. Toto vedení je určeno pro dopravu hydrazinu z nádrží do trysek modulu. Nyní probíhá montáž dalších palivových vedení. Poté, co se tlakovou zkouškou ověří jejich těsnost, se začnou instalovat elektrické systémy. Jejich oživení se předpokládá na leden.

Dne 26. srpna byl na KSC letecky přepraven tepelný štít Orionu. Štít je nyní umístěn ve stejné budově jako Orion. Zatímco pro EFT-1 byl na titanovou kostru tepelného štítu připojen celistvý kus monolitické konstrukce voštinové struktury ručně vyplněné ablativním materiálem Avcoat, štít pro EM-1 je vylehčený, a voštinová struktura s Avcoatem se bude lepit ve 180 blocích. Tato změna umožnila při splnění všech požadavků na pevnost a úspoře nákladů zkrátit výrobní časovou osu o dva měsíce. Na KSC nyní technici stráví příštích šest měsíců instalací bloků z Avcoatu, senzorů a vícevrstvé izolace tepelného štítu. Jakmile budou práce hotové, bude tepelný štít připojen na Orion. Tepelný štít pro EFT-1 byl při návratu z vesmíru rychlostí 8941 m/s vystaven teplotě 2200 °C. Návratová rychlost EM-1 bude 11000 m/s a očekávaná teplota 2482 °C.

Letový Orion, 20. září

Letový tepelný štít, 26. srpna

Lepení dlaždic tepelné ochrany na backshell panely Orionu, 8. července

Záchranná věžička (Launch Abort System – LAS)

Testovací Jettison Motor uskutečnil v létě v Sacramentu v Kalifornii několik krátkých zkušebních zážehů.

V říjnu má být dokončena výroba hmotnostních simulátorů motorů Abort Motor (AM) a Attitude Control Motor (ACM) pro letový exemplář záchranné věžičky LAS. Jediný funkční motor, Jettison Motor, určený pro standardní odhození věžičky, má být přepraven na KSC v květnu 2017, simulátory AM a ACM v lednu 2018.

Pozemní vybavení

V průběhu uplynulého čtvrtletí byly v sekci High Bay 3 montážní budovy VAB v Kennedyho vesmírném středisku pomocí těžkotonážního jeřábu nainstalovány další tři úrovně ocelových pracovních plošin, určených pro přístup k raketě SLS. Celkem bude instalováno deset úrovní plošin, značených zdola nahoru K až A, přičemž v tomto pořadí se plošiny instalují. Plošiny jsou připojeny k systému kolejnic, které jim poskytují strukturální podporu, podobně jako například kuchyňské zásuvky. Každá úroveň se skládá ze dvou plošin, severní a jižní, přičemž každá polovina plošiny má rozměry 19 x 11,5 metru a hmotnost od 136 do 147 tun. Samotný proces instalace trvá asi čtyři hodiny. Instalace plošin je za plánem v důsledku počátečních problémů s instalací první plošiny úrovně K. Data instalací jednotlivých plošin jsou rekapitulována v této tabulce (úroveň - první polovina / druhá polovina).

A – ve výrobě v nedalekém Oak Hill (výrobce Sauer Corp.)
B – ve výrobě v nedalekém Oak Hill (výrobce Sauer Corp.)
C – ----- (přivezena k VAB 04.08.2016) / ----- (přivezena 30.08.2016)
D – 29.08.2016 / 09.09.2016
E – 26.08.2016 / 06.09.2016
F – 15.07.2016 / 19.07.2016
Data instalací spodních plošin G, H, J, K lze nalézt v minulém článku.

Uvnitř VAB, 9. září

Na věži mobilní vypouštěcí plošiny Mobile Launcher (ML) byly obnoveny práce, dosud však nebylo instalováno žádné obslužné rameno, takže zpoždění dosáhlo již půl roku. Přitom v testovacím zařízení Launch Equipment Test Facility (LETF), kde se pracuje na dvě směny, se v různých fázích testování nachází již devět obslužných zařízení. Testování ramen je závislé na dokončení prvního z nich, ramene Orion Service Module Umbilical (OSMU), kde probíhaly práce na odstranění zjištěných závažných rizik při odpojování plnicí hadice. Už v srpnu 2017 musí být kompletní ML v hale VAB pro manipulační práce s Pathfinderem.

Mobile Launcher (vpravo), 31. srpna

Zástupce přidruženého administrátora NASA pro Exploration Systems Development Bill Hill věří, že za předpokladu dodávky centrálního stupně nosné rakety SLS na KSC na konci března 2018 a kompletní kosmické lodi Orion včetně servisního modulu na přelomu dubna a května 2018 dokáže jeho tým připravit veškerou techniku ke startu včas. Jedním dechem ale dodává, že bude nutné zavést v montážní hale VAB dvou- nebo dokonce třísměnný provoz šest dnů v týdnu místo původně uvažovaného jednosměnného provozu pět dnů v týdnu, případně provést generální zkoušku nosiče na rampě 39B bez nákladu, a ten instalovat později. Tím budou všechny rezervy v plánu vyčerpány a pro dodržení záměru NASA vyslat Apollo dnešní generace na svoji první cestu k Měsíci a zpět v říjnu 2018 již nesmí nastat žádný významný dílčí skluz.

Použité zdroje
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2-hill_status_of_esd.pdf http://gao.gov/assets/680/678694.pdf https://oig.nasa.gov/audits/reports/FY16/IG-16-029.pdf https://www.nasaspaceflight.com/2016/09/educating-sls-engines-brains-rs-25s-certification/ https://www.nasaspaceflight.com/2016/09/orbital-atk-final-casting-sls-em-1-flight-srbs/ https://www.nasaspaceflight.com/2016/08/sls-roadmap-first-core-stages-testing-flight/ https://www.nasaspaceflight.com/2016/09/the-green-run-sls-milestone-static-fire/ http://blogs.esa.int/orion/2016/09/21/gearing-up-for-orion-propulsion-subsystem-tests/ https://www.nasaspaceflight.com/2016/08/orions-heat-shield-kennedy-em-1/ http://www.spaceflightinsider.com/missions/human-spaceflight/installation-heat-shielding-tiles-marks-new-phase-orion-spacecraft/ http://phys.org/news/2016-08-major-overhaul-vab-nasa-sls.html https://www.nasaspaceflight.com/2016/08/pad-changes-new-era-space-coast/ https://www.nasaspaceflight.com/2016/08/sls-program-working-overtime-2018-debut/>