Модернизация твердотопливного ракетного двигателя

Модернизация твердотопливного ракетного двигателя (СРМУ)
	Титан IV-B с двумя ускорителями SRMU
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Дизайнер	Геркулес
Производитель	Аллиант Техсистемс
Приложение	Твердотопливный ракетный ускоритель
Предшественник	UA1207
Статус	Ушедший на пенсию
Твердотопливный двигатель
Порох	ПВТПБ
Корпус	Композитный
Конфигурация
Соотношение сопел	15.7
Производительность
Толкать	6,41 МН (1 440 502 фунта) в среднем
в камере Давление	859,5 фунтов на квадратный дюйм (5926 кПа)
Удельный импульс , вакуум	285,6 с (2,801 км/с)
Удельный импульс , на уровне моря	251,4 с (2,465 км/с)
Время горения	135,7 с
Векторизация тяги	6 градусов
Размеры
Длина	34,26 м (1349 дюймов)
Диаметр	3,2 м (126 дюймов)
Пустая масса	80 611 фунтов (36 565 кг)

Solid Rocket Motor Upgrade (SRMU) — твердотопливный ракетный двигатель , который использовался в качестве ускорителя на Titan IV ракете-носителе B. Разработанный компанией Hercules (позже ATK ), он должен был стать высокопроизводительной и недорогой модернизацией ускорителей UA1207 , ранее использовавшихся на Титане IV. Изготовленный из армированного углеродным волокном полимера и сжигающий с полибутадиен-связанными гидроксильными группами , композитное топливо на основе перхлората аммония это была амбициозная модернизация, основанная на опыте Hercules в разработке корпуса с намоткой накаливания для космического корабля "Шаттл SRB" . Первоначально предполагалось, что он полетит в 1990 году, но впервые совершил полет в 1997 году из-за длительной разработки и отсутствия спроса. SRMU успешно выполнил все свои полеты.

Дизайн

СРМУ представляет собой трехсегментный твердотопливный ракетный двигатель. Каждый сегмент имеет корпус, намотанный из графитового волокнистого композита, и изоляционную систему из каучука EPDM и кевлара . ^{[ 1 ]} Корпус заполнен топливным зерном, состоящим в основном из перхлората аммония и алюминия, соединенных связующим веществом HTPB. ^{[ 2 ]} На момент запуска ракета-носитель весит примерно 776 000 фунтов (352 000 кг). ^{[ 3 ]} СРМУ участвует в управлении машиной с помощью сопла вектора тяги с гидравлическим приводом , которое может перемещаться на угол до 6 градусов. ^{[ 4 ]} Гидравлическая система оснащена резервными насосами, которые поддерживают давление в контуре жидкости 3150 фунтов на квадратный дюйм (21,7 МПа). ^{[ 5 ]} Эти характеристики были выбраны из соображений большей производительности и большей надежности по сравнению со своим предшественником UA1207, который был изготовлен из 7 сегментов и использовал впрыск жидкого топлива для рулевого управления. ^{[ 6 ]} Имеется шесть двигателей разделения ступеней, три носовых и три кормовых, которые отталкивают пустой корпус от активной зоны ракеты-носителя после выгорания ракеты-носителя. ^{[ 6 ]}

Электрооборудование и приборы SRMU расположены в носовой части в передней части ракеты-носителя. ^{[ 4 ]} космического корабля «Шаттл» Как и в RSRM , рабочее напряжение электрической системы составляло 28 В постоянного тока . ^{[ 7 ]} Электродетонатор используется для активации пиротехники для зажигания и ступенчатого запуска ракеты-носителя, а также для системы прекращения полета, состоящей из кумулятивного взрывчатого вещества, предназначенного для уничтожения ракеты-носителя в полете. ^{[ 7 ]} Ускоритель крепится к корпусу машины посредством усиленной кормовой юбки возле основания двигателя, которая также передает осевые нагрузки между двумя конструкциями. ^{[ 6 ]} В этой юбке также находится узел системы управления вектором тяги (TVC). ^{[ 2 ]} Сама форсунка изготовлена из стали, обернута эпоксидным композитом, аналогичным тому, что используется на сегментах двигателя. ^{[ 3 ]} Дополнительные элементы конструкции включают стальные ленты на стыках сегментов. Каждый сегмент изготавливается отдельно, а затем интегрируется на стартовой площадке. ^{[ 3 ]}

Как это типично для твердотопливных ракетных двигателей, тяга меняется на протяжении всего процесса горения. SRMU Топливная геометрия рассчитана на создание максимальной тяги до 40 секунд и на быстрое снижение тяги после 120 секунд. ^{[ 3 ]} Два SRMU обеспечивают всю тягу Титана IV-B при взлете и функционируют как «ступень 0»; LR87 -AJ-11 на активной зоне воспламеняется в момент Т+131 секунды, за 15 секунд до отделения ракеты-носителя. ^{[ 6 ]}

Разработка

После катастрофы космического корабля "Челленджер" в 1986 году , когда уплотнение, соединяющее два сегмента твердотопливного двигателя, вышло из строя, что привело к разрушению корабля и гибели всех семи членов экипажа, ВВС США были обеспокоены United Technologies построенными ускорителями UA120, используемыми на "Титан" авианосце . ракеты. ^{[ 5 ]} Совершившие первый полет в 1965 году, самолеты UA120 состояли из множества сегментов и имели тяжелую систему управления вектором тяги, которая распыляла тетраоксид диазота в поток сопла для отклонения тяги. Поэтому в 1987 году ВВС и производитель Титана Мартин Мариетта опубликовали запрос предложений на новый ускоритель для использования на Титане. ^{[ 5 ]} Контракт с фиксированной ценой был заключен с Hercules Inc. на новый двигатель. ^{[ 8 ]}

Во время разработки имели место многочисленные задержки. Мартин Мариетта изменил большинство своих требований к проектированию SRMU в период с 1988 по 1990 год, что замедлило прогресс. ^{[ 9 ]} SRMU был самым большим двигателем, который когда-либо создавал Hercules, а также впервые использовал связующее вещество HTPB. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} На ранних этапах разработки тестовый сегмент был потерян из-за неправильной заливки топлива. ^{[ 12 ]} В 1990 году, перед первой укладкой двигателя, кран, собиравший ускоритель, уронил сегмент, в результате чего он откатился за пределы испытательной площадки и взорвался. Один рабочий погиб и девять получили ранения. ^{[ 13 ]} Несчастный случай также стал причиной задержки первого запуска Titan IV с ускорителями SRMU; Первоначально предполагалось, что новая ракета-носитель будет запущена в 1991 году. ^{[ 14 ]} Год спустя во время первых испытательных стрельб SRMU двигатель взорвался при зажигании. ^{[ 15 ]} Мотор пришлось основательно перепроектировать. Тем временем Мартин Мариетта разместил заказ на дополнительные двигатели UA120, поскольку SRMU не был готов вовремя. В то же время затраты «Геркулеса» значительно превысили стоимость заключенного с ним контракта. ^{[ 16 ]} Конгресс США в 1993 году поручил ВВС выделить дополнительно 350 миллионов долларов, чтобы позволить «Геркулесу» завершить работу над SRMU. ^{[ 17 ]} К концу 1994 года ракета-носитель наконец была допущена к полету. ^{[ 18 ]}

К 1994 году стало очевидно, что дополнительный заказ Мартина Мариетты на ускорители UA1207 в сочетании со снижением спроса на запуски привел к избытку завершенных ракет-носителей Titan IV. ^{[ 16 ]} В результате необходимость в SRMU отпала до 1997 года. Всего было заказано 17 летных комплектов ускорителей; ^{[ 16 ]} последние использовались во время последнего полета Титана в 2005 году. ^{[ 19 ]}

В 2000 году была модернизирована конструкция сопла СРМУ с углеродно-фенольным покрытием. В новой насадке использовались новые материалы, которые были чище, чем те, которые использовались ранее, и не соответствовали новым экологическим нормам. ^{[ 20 ]}

Галерея

СРМУ поднят в Музее ВВС США
Интегрированный СРМУ в Музее ВВС США
Рабочие толкают SRMU на место
Носовые обтекатели и сегменты SRMU
SRMU на стенде Музея ВВС США.
СРМУ на выставке
2 чердака SRMU Titan IV-B с зондом Кассини-Гюйгенс
Зажигание СРМУ по боевому заданию ( НРОЛ-19 )

См. также

Сравнение орбитальных ракетных двигателей
Castor (ракетная ступень) - аналог Castor 600
Графит-эпоксидный мотор - современная разработка Hercules с использованием аналогичной технологии.

Ссылки

^ Чанг, И-Ши; Патель, Северная Каролина; Ян, С. (1995). «Отказ двигателя Titan IV и анализ модернизации» . Журнал космических кораблей и ракет . 32 (4): 612–618. Бибкод : 1995JSpRo..32..612C . дои : 10.2514/3.26661 . ISSN 0022-4650 .
^ Jump up to: ^а ^б Уилсон, В.; Андерсон, Дж.; Мейден, М. (06 июля 1992 г.), «Обзор Titan IV SRMU PQM-1» , 28-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1992-3819 , получено в 2022 г. -05-10
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Каталог продукции АТК» (PDF) . АТК . Архивировано из оригинала (PDF) 30 июля 2018 года . Проверено 24 июля 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б Фут, Джеффри; Фут, Джеффри (06 июля 1997 г.), «Программа модернизации твердотопливного ракетного двигателя Titan IV в Alliant Techsystems Inc» , 33-я совместная конференция и выставка по двигательным установкам , Совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1997-2991 , получено 11 мая 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Отчет быстрого реагирования по управлению субподрядом на модернизацию твердотопливного ракетного двигателя Titan IV (Отчет). 2 сентября 1992 г. Архивировано из оригинала 10 мая 2022 года.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Рудман, Томас; Де, Дуэйн; Эрл, Стив (13 июля 1998 г.), «Титан IVB, SRMU и двигательные системы Кентавр» , 34-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам , совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, doi : 10.2514 /6.1998-3194 , получено 2022-05-10
^ Jump up to: ^а ^б Сэмиш, Майкл; Джексон, Дональд; Сэмиш, Майкл; Джексон, Дональд (06 июля 1997 г.), «Уроки, извлеченные из программ боеприпасов Titan IV SRMU» , 33-я совместная конференция и выставка по двигательным установкам , Совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1997-2957 , получено в 2022 г. -05-10
^ Ап (21 октября 1987 г.). «НОВОСТИ КОМПАНИИ; ГЕРКУЛЕС ВЫИГРЫВАЕТ КОНТРАКТ МАРИЕТТЫ» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 11 мая 2022 г.
^ «ДАННЫЕ СКРЫТЫ, ГОВОРИТ ГЕРКУЛЕС» . Новости Дезерета . 8 февраля 1992 г. Проверено 11 мая 2022 г.
^ «ГЕРКУЛЕС ТОПЛИВО НАЧАЛЬНЫЙ СЕГМЕНТ ТИТАН IV» . Новости Дезерета . 07.12.1989 . Проверено 11 мая 2022 г.
^ «ГЕРКУЛЕС: РАЗВИВАЮЩАЯСЯ КОМПАНИЯ ОТМЕЧАЕТ 75-ЛЕТИЕ» . Новости Дезерета . 16 октября 1988 г. Проверено 11 мая 2022 г.
^ «ГЕРКУЛЕС ИССЛЕДУЕТ НАРУШЕНИЕ АДГЕЗИИ В ТВЕРДОТЕЛЬНО-РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ ТИТАН IV. ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ЛИЦА ГОВОРЯТ, что «АНОМАЛИЯ» НЕ ВЫЗВЕТ ОТКАЗ» . Новости Дезерета . 21 января 1990 г. Проверено 10 мая 2022 г.
^ Чендлер, Джон (29 мая 1991 г.). «Во взрыве двигателя Titan 4 виноваты недостатки конструкции» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 10 мая 2022 г.
^ «АВАРИЯ НА МОТОРЕ ТИТАН НАНЕСЛА ЕЩЕ ОДИН УДАР ПО ГЕРКУЛЕСУ» . Новости Дезерета . 14 сентября 1990 г. Проверено 03 мая 2023 г.
^ «ГЕРКУЛЕС ГОВОРИТ, что РАКЕТНЫЙ ВЗРЫВ НЕ ОСТАНОВИТ ПРОЕКТ ТИТАН IV» . Новости Дезерета . 10 апреля 1991 г. Проверено 11 мая 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Требования к Титану IV» . Канцелярия генерального инспектора Министерства обороны . 21 апреля 1994 г. Проверено 11 мая 2022 г.
^ Мурта, Джон П. (6 октября 1992 г.). «HR5504 — 102-й Конгресс (1991–1992 гг.): Закон об ассигнованиях Министерства обороны, 1993 г.» . www.congress.gov . Проверено 11 мая 2022 г.
^ Чемберлен, Роджер, «Бумажная сессия II-C - Эволюция системы космического запуска тяжелой техники Титан IV» (1994). Труды Космического Конгресса®. 3. https://commons.erau.edu/space-congress-proceedings/proceedings-1994-31st/april-27-1994/3 .
^ «Космический полет сейчас | Отчет о запуске Титана | Прощай, Титан» . www.spaceflightnow.com . Проверено 11 мая 2022 г.
^ «Космический полет сейчас | Последние новости | Испытание твердотопливного ракетного двигателя Титан 4 прошло успешно» . spaceflightnow.com . Проверено 11 мая 2022 г.

[1] Чанг, И-Ши; Патель, Северная Каролина; Ян, С. (1995). «Отказ двигателя Titan IV и анализ модернизации» . Журнал космических кораблей и ракет . 32 (4): 612–618. Бибкод : 1995JSpRo..32..612C . дои : 10.2514/3.26661 . ISSN 0022-4650 .

[:0-2] Jump up to: ^а ^б Уилсон, В.; Андерсон, Дж.; Мейден, М. (06 июля 1992 г.), «Обзор Titan IV SRMU PQM-1» , 28-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1992-3819 , получено в 2022 г. -05-10

[atkp-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Каталог продукции АТК» (PDF) . АТК . Архивировано из оригинала (PDF) 30 июля 2018 года . Проверено 24 июля 2014 г.

[:5-4] Jump up to: ^а ^б Фут, Джеффри; Фут, Джеффри (06 июля 1997 г.), «Программа модернизации твердотопливного ракетного двигателя Titan IV в Alliant Techsystems Inc» , 33-я совместная конференция и выставка по двигательным установкам , Совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1997-2991 , получено 11 мая 2022 г.

[:2-5] Jump up to: ^а ^б ^с Отчет быстрого реагирования по управлению субподрядом на модернизацию твердотопливного ракетного двигателя Titan IV (Отчет). 2 сентября 1992 г. Архивировано из оригинала 10 мая 2022 года.

[:1-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Рудман, Томас; Де, Дуэйн; Эрл, Стив (13 июля 1998 г.), «Титан IVB, SRMU и двигательные системы Кентавр» , 34-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам , совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, doi : 10.2514 /6.1998-3194 , получено 2022-05-10

[:4-7] Jump up to: ^а ^б Сэмиш, Майкл; Джексон, Дональд; Сэмиш, Майкл; Джексон, Дональд (06 июля 1997 г.), «Уроки, извлеченные из программ боеприпасов Titan IV SRMU» , 33-я совместная конференция и выставка по двигательным установкам , Совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1997-2957 , получено в 2022 г. -05-10

[8] Ап (21 октября 1987 г.). «НОВОСТИ КОМПАНИИ; ГЕРКУЛЕС ВЫИГРЫВАЕТ КОНТРАКТ МАРИЕТТЫ» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 11 мая 2022 г.

[9] «ДАННЫЕ СКРЫТЫ, ГОВОРИТ ГЕРКУЛЕС» . Новости Дезерета . 8 февраля 1992 г. Проверено 11 мая 2022 г.

[10] «ГЕРКУЛЕС ТОПЛИВО НАЧАЛЬНЫЙ СЕГМЕНТ ТИТАН IV» . Новости Дезерета . 07.12.1989 . Проверено 11 мая 2022 г.

[11] «ГЕРКУЛЕС: РАЗВИВАЮЩАЯСЯ КОМПАНИЯ ОТМЕЧАЕТ 75-ЛЕТИЕ» . Новости Дезерета . 16 октября 1988 г. Проверено 11 мая 2022 г.

[12] «ГЕРКУЛЕС ИССЛЕДУЕТ НАРУШЕНИЕ АДГЕЗИИ В ТВЕРДОТЕЛЬНО-РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ ТИТАН IV. ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ЛИЦА ГОВОРЯТ, что «АНОМАЛИЯ» НЕ ВЫЗВЕТ ОТКАЗ» . Новости Дезерета . 21 января 1990 г. Проверено 10 мая 2022 г.

[13] Чендлер, Джон (29 мая 1991 г.). «Во взрыве двигателя Titan 4 виноваты недостатки конструкции» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 10 мая 2022 г.

[14] «АВАРИЯ НА МОТОРЕ ТИТАН НАНЕСЛА ЕЩЕ ОДИН УДАР ПО ГЕРКУЛЕСУ» . Новости Дезерета . 14 сентября 1990 г. Проверено 03 мая 2023 г.

[15] «ГЕРКУЛЕС ГОВОРИТ, что РАКЕТНЫЙ ВЗРЫВ НЕ ОСТАНОВИТ ПРОЕКТ ТИТАН IV» . Новости Дезерета . 10 апреля 1991 г. Проверено 11 мая 2022 г.

[:3-16] Jump up to: ^а ^б ^с «Требования к Титану IV» . Канцелярия генерального инспектора Министерства обороны . 21 апреля 1994 г. Проверено 11 мая 2022 г.

[17] Мурта, Джон П. (6 октября 1992 г.). «HR5504 — 102-й Конгресс (1991–1992 гг.): Закон об ассигнованиях Министерства обороны, 1993 г.» . www.congress.gov . Проверено 11 мая 2022 г.

[18] Чемберлен, Роджер, «Бумажная сессия II-C - Эволюция системы космического запуска тяжелой техники Титан IV» (1994). Труды Космического Конгресса®. 3. https://commons.erau.edu/space-congress-proceedings/proceedings-1994-31st/april-27-1994/3 .

[19] «Космический полет сейчас | Отчет о запуске Титана | Прощай, Титан» . www.spaceflightnow.com . Проверено 11 мая 2022 г.

[20] «Космический полет сейчас | Последние новости | Испытание твердотопливного ракетного двигателя Титан 4 прошло успешно» . spaceflightnow.com . Проверено 11 мая 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]