Двигательная установка спуска - Descent propulsion system

Спуск двигательной системы (DPS - произносится «провалов») или лунного спускаемого двигателя (LMDE) является с переменной дроссельной самовоспламеняющейся ракетный двигатель изобретен Gerard W. Elverum младший и разработанный Space Technology Laboratories (TRW) для использования в Apollo Этап спуска лунного модуля . Он использовал топливо Aerozine 50 и тетроксид диазота ( N
₂О
₄) окислитель. В этом двигателе использовался цилиндрический инжектор , который проложил путь для других двигателей, использующих аналогичные конструкции.

Требования

Двигательная установка для спускаемой ступени лунного модуля была разработана для перевода корабля с двумя членами экипажа с круговой лунной стоянки длиной 60 морских миль (110 км) на эллиптическую спускаемую орбиту с перицинтионом 50 000 футов (15 000 футов). м), затем обеспечить спуск на поверхность Луны с указанием времени зависания над поверхностью Луны для выбора точного места посадки. Для выполнения этих маневров была разработана силовая установка, в которой использовались гиперголовые пропелленты, и двигатель с абляционным охлаждением, работающий под давлением, с шарнирным приводом, который можно было дросселировать . Также использовалась легкая криогенная система наддува гелия. Удлинитель выхлопного сопла был спроектирован так, чтобы раздавить LM без повреждения, если он ударится о поверхность, что и произошло на Apollo 15.

Разработка

Согласно историческому изданию НАСА « Колесницы для Аполлона» , «спускаемый аппарат лунного модуля, вероятно, был самой большой проблемой и самой выдающейся технической разработкой Аполлона». Потребность в дроссельном двигателе была новой для космических кораблей с экипажем. До этого момента в области ракетных двигателей с переменной тягой было проведено очень мало передовых исследований. Компания Rocketdyne предложила двигатель с питанием от давления, использующий впрыск инертного газообразного гелия в поток топлива для достижения снижения тяги при постоянном расходе топлива. Хотя Центр пилотируемых космических аппаратов НАСА (MSC) счел такой подход правдоподобным, он представляет собой значительный прогресс в современном уровне техники. (Фактически, случайное проглатывание гелиевого агента оказалось проблемой на AS-201 , первом полете двигателя служебного модуля Apollo в феврале 1966 года.) Поэтому MSC поручил Грумману провести параллельную программу разработки конкурирующих конструкций.

14 марта 1963 года Грумман провел конференцию участников торгов, на которой присутствовали Aerojet General , подразделение Reaction Motors компании Thiokol , подразделение Объединенного технологического центра United Aircraft и Space Technology Laboratories, Inc. (STL). В мае STL был выбран в качестве конкурента концепции Rocketdyne. STL предложила двигатель, который был кардановым, а также дроссельной заслонкой, с использованием клапанов управления потоком и форсунки с регулируемой площадью сечения , во многом так же, как и насадка для душа, для регулирования давления, скорости потока топлива и структуры топливной смеси. в камере сгорания.

Первый запуск спускаемого двигателя LM Лаборатории космических технологий был произведен в начале 1964 года. Планировщики НАСА ожидали, что один из двух совершенно разных проектов станет явным победителем, но этого не произошло в течение 1964 года. Менеджер программного офиса Apollo Spacecraft. В ноябре 1964 года Джозеф Ши сформировал комитет из НАСА, Груммана и экспертов ВВС по двигательным установкам под председательством американского конструктора космических кораблей Максима Фэджета , чтобы рекомендовать выбор, но их результаты были неубедительными. Grumman выбрал Rocketdyne 5 января 1965 года. Все еще не удовлетворенный, директор MSC Роберт Р. Гилрут созвал свой собственный совет из пяти членов, также под председательством Фэджета, который 18 января отменил решение Grumman и заключил контракт с STL.

Чтобы DPS оставался как можно более простым, легким и надежным, топливо подавалось под давлением с помощью газообразного гелия вместо использования тяжелых, сложных и склонных к сбоям турбонасосов . Криогенный сверхкритический гелий загружали и хранили при давлении 3500 фунтов на квадратный дюйм. Давление гелия в топливных баках было отрегулировано до 246 фунтов на квадратный дюйм. Давление гелия будет постепенно повышаться по мере его нагрева и в конечном итоге будет сброшено. Система также была оснащена резиновой диафрагмой, которая лопалась, когда давление гелия достигало определенного уровня, и позволяла газу безвредно выходить в космос. Однако, как только гелий уйдет, DPS перестанет работать. Это не рассматривалось как проблема, поскольку обычно выброс гелия не происходил до тех пор, пока лунный модуль не был на Луне, к тому времени, когда DPS завершил свой рабочий срок и никогда не будет запущен снова.

Разработкой и разработкой инновационной камеры тяги и конструкции цапфы приписывают аэрокосмический инженер TRW Джерард У. Элверум-младший. Двигатель мог дросселировать от 1050 фунтов силы (4,7 кН) до 10 125 фунтов силы (45,04 кН), но работал в диапазоне 65 % и 92,5% осевого усилия было предотвращено для предотвращения чрезмерной эрозии сопла. Он весил 394 фунта (179 кг), длину 90,5 дюйма (230 см) и диаметр 59,0 дюйма (150 см).

Выступление в ЛМ «Спасательная шлюпка»

LMDE сыграл заметную роль в миссии Apollo 13 , выступая в качестве основного силового двигателя после взрыва кислородного бака в служебном модуле Apollo . После этого события наземные диспетчеры решили, что служебная двигательная установка больше не может безопасно эксплуатироваться, оставив двигатель DPS в Водолее в качестве единственного средства маневрирования Аполлона-13.

Однако «Аполлон-13» покинул свою первоначальную траекторию свободного возвращения ранее в миссии, как это требовалось для запланированной посадки на Луну у Фра Мауро. Поэтому первой задачей было восстановить траекторию свободного возврата с 30,7-секундным прогоном LMDE. Спускаемый двигатель был снова использован через два часа после перицинтиона , наиболее близкого приближения к Луне («ПК + 2 ожога»), чтобы ускорить возвращение на Землю на 10 часов и переместить точку приземления из Индийского океана в Тихий океан. Более агрессивный ожог мог быть произведен на ПК + 2, если сначала был сброшен служебный модуль, что привело к возвращению экипажа примерно за то же время, что и при прямом прерывании, ^{стр. III-20,} но этот план был отклонен, так как он потребовал бы оставить тепловой экран командного модуля открытым для экстремальных температур космоса, это фактически истощило бы запас топлива DPS (не оставив ничего для коррекционных ожогов на полпути), и это привело бы к Apollo 13 высадка в Атлантическом океане, где у ВМС США не было аварийно-спасательных кораблей. 4-минутный 24-секундный прожиг был настолько точным, что потребовалось всего две небольшие корректировки курса перед возвращением на Землю.

Модификация для расширенного лунного модуля

Уменьшение зазора привело к короблению сопла выдвинутого спускаемого аппарата при посадке Аполлона 15 (вверху справа).

Чтобы увеличить массу посадочной полезной нагрузки и время пребывания на поверхности Луны, последние три лунных модуля Apollo были модернизированы путем добавления к двигателю 10-дюймового (25 см) удлинителя сопла для увеличения тяги. Выхлопной колпак сопла, как и оригинал, был спроектирован так, чтобы раздавить его при ударе о поверхность. У него никогда не было на первых трех посадках, но он сломался на первой расширенной посадке, Apollo 15 .

TR-201 на второй ступени Delta

После программы Apollo двигатель DPS получил дальнейшее развитие в двигателе TRW TR-201 . Этот двигатель использовался на второй ступени, называемой Delta-P , ракеты-носителя Delta ( серии Delta 1000 , Delta 2000 , Delta 3000 ) для 77 успешных запусков в период с 1972 по 1988 год.

использованная литература

внешние ссылки

• Техническое примечание НАСА: Отчет об опыте Аполлона - Спускаемая двигательная установка. Март 1973 г. 31 страница, много подробностей как по дизайну, так и по тестированию.
• Обзор силовых установок лунного модуля Apollo, НАСА
• Ракетный двигатель - Миссия Аполлона, Дон Харви. Г-н Харви работал в STL над разработкой LMDE.