211service.com
Vad är grejen med raketvibrationer?
I min bevakning av NASA:s efterträdare till rymdfärjan, Ares-raketen och nästa besättningskapsel, Orion, har jag stött på ett gemensamt tema: vibrationer.
Även om det kan verka som ett enkelt koncept, kan vibrationer eller skakningar ha en mycket kraftfull effekt på en rakets flygelektronik, hårdvara och alla människor ombord. De kommer från sådana källor som dragkraften från de fasta raketmotorerna eller boosters vid lyft och till och med under flygning, förbränning av raketdrivmedel och den rena hastigheten med vilken raketen färdas – över fyra gånger ljudets hastighet.
NASA:s Dan Kanigan gör ett bra jobb med att förklara vibrationer och deras effekt på Ares I-X testflygraketen i detta blogginlägg . Dessutom pratar han om NASA:s lösning på problemet.
Vibrationen som produceras av förbränning av det fasta raketdrivmedlet i det första stegets booster kallas dragkraftsvängning. Dessa vibrationer – eller svängningar – kommer i form av vågor, som färdas upp och ner längs raketen som en musikton genom en orgelpipa. En av de största utmaningarna i någon raketdesign är att utveckla flygelektronik (flygelektronik) som kan fungera i denna vibrerande miljö.
Vibration är dock inte bara ett raketproblem. All elektronisk hårdvara är testad för sin förmåga att hantera stötar och vibrationer. En MP3-spelare måste till exempel testas för sin förmåga att hantera vibrationerna från någon som går eller joggar medan man håller den, placerar den på en bänkskiva eller råkar tappa den i golvet. Men jämfört med träningen som Ares I-X:s flygelektronik får, har din MP3-spelare det lätt. Föreställ dig att skaka den där MP3-spelaren inuti en automatisk färg kan skaka i två minuter medan du fortsätter att spela dina favoritlåtar. Det är ungefär vad elektroniken i I-X står emot.
Jon Cowart, biträdande projektledare för Ares IX vid Kennedy Space Center, sa i en intervju tidigare i år att insamling av data som aerodynamiska data, spänningar, töjningar, tryck, temperaturer och vibrationer är den viktigaste delen av raketens uppdrag , och det kommer att användas för att göra Ares I ännu bättre.
Ändå är Ares I-X bara ett exempel. NASA har kämpat mot vibrationsfrågan sedan Apollo. Sedan kallades sådana longitudinella svängningar orsakade av utbränningen av det första stegets booster som Pogo-effekten och var särskilt besvärande för Saturn V. Under en obemannad Apollo 6-flygning, ett kritiskt test innan bemannade flygningar kunde godkännas, orsakade vibrationer faktiskt huvudmotorn att stängas av.
De nya lanseringsavbrottssystem som byggs för NASA:s Orion-besättningsutforskningsfordon står inför samma utmaningar. När kapseln och avfyrningsavbrottstornet, som sitter ovanpå kapseln, separeras, avfyras en solid raketmotor som kallas abortmotorn och bränner drivmedlet mycket snabbt för att stöta bort fordonet från raketen. Plymen av heta gaser som släpps ut av motorn är den största källan till buller och vibrationer som fordonet kommer att uppleva under flygning, säger Henri Fuhrmann, programledare för det nya lanseringsavbrottssystemet kl. Orbital vetenskaper , ett flygbolag som har samarbetat med NASA för att designa och utveckla flyktsystemet. Således har ingenjörerna utvecklat munstycken med omvänt flöde som vänder flödet av gaserna 155 grader bort från kapseln. Detta kommer att minska akustiken, vibrationerna och belastningen på kapseln som kan skada elektroniken och hårdvaran. Det är första gången tekniken utvecklas i den här skalan, säger Fuhrmann. Utrymningssystemet på Apollo hade direktflödesmotorer och var därför tvungen att lägga till extra stålkonstruktioner för att öka avståndet mellan motorn och besättningskapseln. Ryssens uppskjutningssystem på rymdfarkosten Soyuz använder också direktflödesmunstycken.
Kanigan säger att nästa utmaning är att se till att du kan kontrollera raketen vid sådana vibrationer. För NASA:s nya uppskjutning av avbrottssystem byggde ingenjörer en unik motor som kallas attitydkontrollmotorn som styr och styr kapseln. Den är också den första i sitt slag och kan flyga fordonet framåt och bakåt och vända kapseln för att omorientera den så att värmeskölden är vänd framåt.
Både Ares I-X och Orion-besättningens utforskningsfordon är en del av Konstellationsprogram , en plan för att skicka människor till månen och sedan till Mars. Norm Augustine, ordföranden för en panel som har till uppgift att granska denna plan, sa i en pressträff efter kommitténs första möte där den hörde idéer om alternativa konstruktioner till Ares-raketerna att det mest intressanta var samtalet om hur vibrationer påverkar raketdesign.