美SLS火箭(2):芯一级发动机尾段结构测试和芯级结构地面运输设备

  1. 先来了解一下SLS火箭:这是款美国历史上可用于载人深空飞行任务的最大最重的火箭,目前正处在建造阶段,为EM-1首飞任务准备的SLS火箭。
  2. 芯一级结构主要包括五个部件,发动机尾段、液氢贮箱、箱间段、液氧贮箱及前裙;SLS火箭芯一级的长度是212英尺(1英尺=12英寸=0.3048m,约64.6176m)、直径是27.6英尺(约8.41248m),它将加注230万磅的推进剂;
  3. 发动机尾段:推进剂将从液氢液氧贮箱输送到4台RS-25发动机,安装有控制发动机的电子设备、安装有用于助推器捆绑连接的后支点;
  4. 液氢贮箱:共有537000加仑(1加仑=0.00379立方米,约2035.23立方米)的液氢,温度约-423℉(1C=5/9(F-32),约-217℃);
  5. 箱间段:连接液氢液氧贮箱,安装有火箭的部分电子设备,安装有用于助推器捆绑连接的前支点;
  6. 液氧贮箱:共有196000加仑(约742.84立方米)的液氢,温度约-279℉(约-137℃);
  7. 前裙:安装有火箭飞行控制的大脑,如飞行控制的计算机、照相机及电子设备等;
  8. 共需要63辆大型推进剂运输车,总共提供733000加仑(约2778.07立方米)的推进剂。

  1. 在SLS芯一级结构中,发动机尾段的作用是在发射和飞行过程中保护4台RS-25发动机及发动机控制系统的电子设备,同时它还负责2台固体助推器与芯级结构的刚性连接功能。在飞行过程中,2台固体助推器可提供6.8 百万磅的推力;4台RS-25发动机可提供2百万磅的推力。为了确保可靠的结构连接,发动机的尾段必须制造的坚固无比。
  2. SLS芯一级发动机尾段的结构试验的主要目的是什么呢?第一,校正发动机尾段设计的模型;第二,验证发动机尾段能承受的极限载荷;第三,验证SLS Block 1和Block1B 两款火箭的芯一级外形。
  3. 如上图右侧所示,在结构测试时,需在发动机尾段的外围安装一圈看起来象“蜘蛛腿”一样的设备,它的目的主要是给发动机尾段加测试力(图中白色箭头所示),模拟飞行中尾段有可能承受的极限载荷,例如compression(纵向压力)、tension(纵向拉力)、bending(弯曲力)、torsion(扭转力)、shear(剪切力)。
  4. 试验设备中共用了55台液压缸,提供450万磅的垂直力和90万磅的侧向力,共做59个测试项目,模拟飞行过程中的载荷加载情况。
  5. 做为有史以来最大火箭SLS的发动机尾段,它的高是30英尺,自重7万磅;测试设备的高度相当于50英尺,自重1.5百万磅;整个结构测试用了约3200个传感器,用于监测压力、温度、噪声、位移、拉紧力等。

  1. SLS 火箭芯一级的主要结构件,发动机尾段、液氢贮箱、液氧贮箱和箱间段,这4个结构件都要运输到位于MARSHALL的NASA 飞行测试中心进行一系列的结构极端载荷测试,模拟在发射和飞行过程中芯一级结构所承受的极端载荷状况;
  2. SLS火箭芯一级的长度是212英尺、直径是27.6英尺,这么巨大的箭体结构该如何地面运输呢?火箭的总装厂房位于新奥尔良( New Orleans ),NASA 的飞行测试中心位于 MARSHALL,相距大约710海里,采用货运驳船Pegasus进行水上运输,如上图所示,好处是避免了陆地运输对箭体直径、转弯半径、桥梁涵洞直径等限制,充分利用水上运输的优势。用于运输的货船是310英尺长、50英尺宽。
  3. 货运驳船Pegasus理论上是自维持式货船,但不包括推进系统,事实上它还需要两条船配合使用,一条船在前面拉,另一条船在后面推。(这到底是条什么水平的船?是为了省钱吗?)
  4. 货运驳船Pegasus最终将用来运输首发飞行结构件到位于Stennis的空间中心,靠近圣路易斯的密西西比河的港湾;进行测试后再运输到位于Florida 州的肯尼迪发射中心,在发射场火箭厂房内组装成SLS火箭,准备发射。
  5. 怎么样,震撼了吗?没有点儿航天工业的真实力和厚家底,怎敢挑战大国重器之百吨级重型运载火箭呢?

(未完待续)

(本文来源:星际航行  作者:果然伶俐)

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