Kosmonautika (úvodní strana)
Kosmonautika@kosmo.cz
  Nepřihlášen (přihlásit)
  Hledat:   
Aktuality Základy Rakety Kosmodromy Tělesa Sondy Pilotované lety V Česku Zájmy Diskuse Odkazy

Obsah > Pilotované lety > STS > Technický popis STS
tisk 
     Vývojový program raketoplánu byl schválen ještě v roce 1972.
Po řadě ekonomických studií,  na  nichž  pracovaly  přední  aero-
kosmické společnosti Spojených států, byla přijata k rozpracování
verze dvoustupňového,  částečně  znovu  použitelného  prostředku,
která dovolovala splnit nejen technické požadavky, ale i  termíny
vývojového programu při  dodržení přidělených finančních  dotací.
První stupeň tvoří dva paralelně uložené raketové motory s  tuhou
pohonnou látkou a  zaručenou desetinásobnou použitelností.  Druhý
tzv. družicový stupeň pozůstává ze dvou částí - z vlastního rake-
toplánu s pohonným systémem a  z vnější nádrže se zásobami  kryo-
genních pohonných látek (kapalný kyslík a vodík) pro hlavní moto-
ry druhého stupně. Vnější nádrž se odděluje ještě před  dosažením
oběžné rychlosti a  při návratu zpět  v atmosféře zaniká.  Motory
prvého stupně SRB (Solid  Rocket Booster)  jsou dosud  největšími
raketovými motory s tuhou  pohonnou  látkou  prakticky  použitými
v kosmické technice, při pilotovaných letech je tento typ raketo-
vého  pohonu  uplatněn  poprvé.   Motory  mají  průměr  3.7 m   a
v kompletním stavu včetně krytu návratného systému a trysky délku
45.5 m. Každý z nich obsahuje v pěti segmentech 502 659 kg  hete-
rogenní tuhé pohonné látky, která se plní litím s následující po-
lymerizací. Jednotlivé  segmenty  spalovací  komory  se  odlévají
z ocelolitiny D6AC, po odlití  se válcují a tepelně  zpracovávají
pro získání požadovaných mechanických vlastností. Tryska má  smí-
šenou konstrukci, na kovové části je nanesena vrstva  fenoplasto-
vého laminátu,  vyztuženého  skelnými,  uhlíkovými  a  křemennými
vlákny. Chlazení  je ablativní  (odtavováním vrstvy  fenoplastu).
Pro požadované ovládání vektoru tahu  k řízení za letu je  tryska
pohyblivá všemi směry v úhlu  ˝8°. Pohyb zabezpečují dva  pneuma-
tické válce. Tvarem vnitřního kanálu zrna TPL se dosahuje požado-
vané regulace tahu. Po  maximu na začátku  funkce tah klesá  tak,
aby v místě největšího  aerodynamického odporu a při  překonávání
zvukové bariéry za žádných okolností nevzrostlo působící přetíže-
ní nad hodnotu 3g.  Motory končí funkci  po 122 - 123 s chodu  ve
výšce asi 43 km,  v  tom  okamžiku  má  letící  komplet  rychlost
1460 m/s. Prázdné motory  prvního stupně se  uvolňují a osmi  po-
mocnými raketovými motory  o celkovém  tahu 712 kN  se vzdálí  od
družicového stupně. Při letu  stoupají vyhořelé SRB  setrvačností
do výšky 63 km, pak se vracejí zpět a na třech padácích o průměru
40 m se snášejí na  mořskou hladinu asi  250 km od místa  startu.
Motory se po dopadu naplní vodou jen ze tří čtvrtin, takže plavou
na hladině a mohou být  záchrannými loděmi vyloveny. Po  přepravě
na břeh se čistí, případně opravují a rozebrané odesílají k nové-
mu plnění pohonnou látkou. Mohutná jednorázově použitelná  vnější
nádrž o rozměrech + 8.38 x 47 m  a hmotnosti  33.5 t uchovává  ve
svých  prostorech  705 800 kg  kapalného  kyslíku  a  vodíku.  Po
ukončení funkce hlavních motorů raketoplánu zůstává v nádržích  a
rozvodech asi 2500 kg nespotřebovaných  KPL. K zajištění  plynulé
dodávky paliva i okysličovadla  se  v  nádržích  udržuje  přetlak
složkami KPL odpařenými v tepelných výměnících raketových motorů.
Vnější nádrž se odděluje těsně před dosažením oběžné rychlosti.
     Orbitální (družicová) část - vlastní raketoplán - má  podobu
supersonického letadla  s delta  křídly o  rozpětí 23.34 m.  Přes
37 m dlouhý  trup je  rozčleněn na  několik částí.  Ve špičce  je
přední  modul  reaktivního  subsystému  orientace  a  stabilizace
s nádržemi hypergolických  (samozážehových)  kapalných  pohonných
látek. V dalším hermetizovaném  úseku je  kombinovaný pracovní  a
obytný prostor osádky (3 osoby) a letových specialistů (4 až  ma-
ximálně 7 osob).  Ve  třech  podlažích  je  k  dispozici  71.5 m3
prostoru. Horní podlaží tvoří letovou palubu, v prostřední obytné
palubě je pak soustředěna  většina elektronického vybavení  rake-
toplánu a část nákladu včetně  vstupního  průlezu  a  průlezu  do
nákladového prostoru se vzduchovou  propustí. Ve spodním  podlaží
jsou umístěny  systémy zabezpečení  životního prostředí.  Energe-
tické zdroje - tři palivové články s životností 5000 hodin - jsou
jako značný zdroj tepla  uloženy v  nákladovém prostoru.  Celková
zásoba 126 kg kapalného vodíku a 1062 kg kyslíku vystačí na  tři-
cetidenní let.
     Řízení a navigace se zabezpečuje čtyřmi synchronně  pracují-
cími počítači IBM AP-101, pátý počítač je záložní a má se  použí-
vat zejména pro vědecké experimenty. Programy jsou zpracovány pro
všechny letové situace, pouze  závěrečná  fáze  spojení  s  jiným
kosmickým tělesem je  řízena  výhradně  ručně.  Osádka  má  ovšem
možnost kdykoliv přejít na ruční řízení přes počítač nebo se zce-
la  vypojenou  automatikou.   Manévry  se  většinou   uskutečňují
reaktivním subsystémem  RCS, aerodynamické  ovládací orgány  jsou
účinné teprve při rychlostech menších než M=5.
     V   nehermetizovaném   nákladovém   prostoru   o   rozměrech
4.5 x 18 m je možno uložit až 29.5 t užitečného nákladu. K  mani-
pulaci s ním slouží  tříčlánkový dálkový manipulátor  (mechanická
ruka) o délce 15.25 m. Při návratu je možno v raketoplánu přepra-
vovat jen asi  14.5 t  nákladu,  jinak  by  nepřípustně  vzrostla
přistávací rychlost (normálně kolem 350 km/h).
     V zadní části trupu má  své místo pohonný systém.  Nalezneme
tu dva další moduly subsystému  orientace a stabilizace RCS,  dva
manévrovací motory OMS  se zásobou  21 700 kg samozážehových  ka-
palných pohonných látek (oxid  dusičitý  +  monometylhydrazin)  a
posléze tři výkyvně  uložené hlavní  kyslíkovodíkové motory  SSME
(Space Shuttle Main Engine). Každý z těchto motorů spotřebuje  za
jedinou sekundu 467 kg kyslíku a vodíku a je schopen vyvinout tah
2.277 MN ve vakuu, respektive  1.819 MN na  zemském povrchu.  Tah
lze  regulovat  v  rozmezí  65 - 110%  nominální  hodnoty.   Díky
neobvykle  velkému  pracovnímu  tlaku  20.3 MPa  a  velkému  geo-
metrickému expanznímu poměru trysky  77.5 : 1 se dosahuje  značně
velké hodnoty specifického impulsu  (4465 Ns/kg  ve  vakuu).  Při
jednom startu pracují  motory nepřetržitě  520 s, celková  záloha
životnosti je nejméně 28 600 s, to je 7 1/2 hodiny provozu do ge-
nerální prohlídky.
     Vzhledem k finančním i některým technickým potížím se  nepo-
dařilo dodržet vývojový harmonogram  (ani rozpočet)  a k  prvnímu
startu došlo o 29 měsíců později, než předpokládal původní  plán.
I tak byly první lety  značně riskantní, protože raketoplán  není
schopen letu v bezpilotním režimu a k letovým zkouškám se přistu-
povalo bez předchozího ověření. Velké obavy vzbuzoval zejména ce-
lý systém tepelné ochrany družicového stupně, při jehož instalaci
- lepení keramických destiček docházelo k četným závadám.


    Hlavní technická data kosmického dopravního systému STS.
-----------------------------------------------------------------
Vývoj                                                1972-1981
Použití                    kvalifikační lety         1981-1982
                           operační lety             1982-
Max. celková hmotnost                       t        2041
Rozměry sestaveného        délka            m          56.144
prostředku
                           výška            m          23.348
                           rozpětí          m          23.793
Posádka-počet osob (max.)                          3 až 7 (10)
Největší přepravovaný      do kosmu         t          29.5
náklad                     při návratu      t          14.5
Maximální rozměry nákladu                   m  průměr 4.5x18.3
Tah rak. motorů při startu                 MN          30.810
Vytrvalost na oběžné dráze                dny          30
-----------------------------------------------------------------



      Parametry systému životního prostředí a klimatizace.
-----------------------------------------------------------------
Kapacita             normální                           42
(osobodní)           nouzová rezerva                    16
-----------------------------------------------------------------
Posádka              projektová                    3 až 10
osob                 normální                      3 až  7
                     záchranný provoz              6 až 10
-----------------------------------------------------------------
Tlak v kabině        celkový                           102
raketoplánu [kPa]    parciální kyslíku                  22+2
                     parciální dusíku                   80+2
-----------------------------------------------------------------
Tlak v zásobních     kyslíku                          20.7
nádržích [MPa]       dusíku                           20.7
-----------------------------------------------------------------
Chladící výkon       start-přistání                    1.8
[kW]                 normální                          6.3
                     špičkový                          8.5
-----------------------------------------------------------------


                Parametry energetického systému.
-----------------------------------------------------------------
Počet palivových článků                                  3
-----------------------------------------------------------------
Celkový příkon          trvalý                          14
[kW]                    špičkový                        24
-----------------------------------------------------------------
Příkon pro palubní      minimální                        2
experimenty [kW]        trvalý                           7
                        špičkový                        12
-----------------------------------------------------------------
Napětí v rozvodu [V]                                27.5-32.5
-----------------------------------------------------------------
Základní kapacita       využitelná                    1530
[kWh] nouzová rezerva                                  264
-----------------------------------------------------------------
Zásoba prac. hmot pro   kapalný vodík                   42
pro 1.pal.článek [kg]   kapalný kyslík                 354
-----------------------------------------------------------------
Pozn. : Špičkový příkon max. 15 minut každé 3 hodiny.



             Pohonný systém družicového stupně STS.
-----------------------------------------------------------------
Systém (subsystém)      Hnací    Manévrovací    Orientace a stab.
                                                      (RCS)
-----------------------------------------------------------------
Typ raket. mot.         SSME          OMS        R-40A       R-1A
Výrobce                Rockwell     Aerojet          Marquardt
                       Int. Roc-    Liquid
                       ketdyne      Rocket Co.
Počet r.mot.              3            2            38         6
Hmotnost       [kg]     2900          118          9.5        3.7
Délka          [mm]     4240         2000          472        279
Max. průměr    [mm]     2390         1000          267        147
Nominální tah  [kN]     2277         26.7         3.87        0.1
Pracovní tlak [MPa]     20.3        0.862         1.05      0.745
Expanzní poměr  -       77.5           55           26         26
Spec.impuls [Ns/kg]     4465         3071         2835       2237
Druh KPL              kryogenní               hypergolické
                       O2 + H2    oxid dusičitý+monometylhydrazin
Spotřeba KPL [kg/s]      467           8.7      1.364      0.0416
Směšovací poměr O/P      5.5          1.65       1.60        1.60
-----------------------------------------------------------------
Pozn. : Hodnoty tahu a spec. impulsu ve vakuu.



           Přehled kvalifikačních startů systému STS.
-----------------------------------------------------------------
Datum    Druž. Posádka        Parametry prac.dráhy    Datum,
startu   stup.                Výška    Per. Sklon     místo př.
z ESMC                         [km]   [min]  [o]
-----------------------------------------------------------------
12. 4.81  Co.  Young,Crippen  106-244  88.00  40.30   14. 4.81
                                                      Edwards AFB
12.11.81  Co.  Engle, Truly   256-256  89.60  38.03   14.11.81
                                                      Edwards AFB
22. 3.82  Co.  Lousma,        242-254  89.30  38.00   30. 3.82
               Fullerton                              White Sands
27. 6.82  Co.  Mattingly,     295-302  90.30  28.50    4. 7.82
               Hartsfield                             Edwards AFB
-----------------------------------------------------------------

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.


(originál je na https://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts_tech.htm)

Stránka byla vygenerována za 0.144521 vteřiny.