¿Qué misión STS elevó el acelerador normal del motor por encima del 100 % y qué cambio en el SSME lo hizo posible?

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La primera misión en hacer funcionar los motores normalmente por encima del 100% del empuje máximo nominal: STS-6

Los cambios en el motor hicieron posible ese aumento de empuje: los 147 cambios de diseño implementados entre las versiones FMOF y FPL del SSME .

Detalles

El SSME tuvo cinco versiones principales durante la vida del programa. La definición de Nivel de potencia nominal (RPL) del 100% cambió con cada uno de ellos. La definición más importante de lo que significa 100% RPL, y la única constante a lo largo del programa, es que es el nivel de potencia/punto de equilibrio dinámico alcanzado al final de la fase de inicio cuando el motor ingresa al escenario principal y está listo para volar.

Taxonomía de la SSME

Había cinco versiones principales del SSME

1. Primer vuelo orbital tripulado (FMOF)

   Primer vuelo: STS-1 (abril de 1981)

   Presión de la cámara de combustión principal (MCC) al 100 % RPL: ​​2960 psi

El FMOF SSME era una versión reducida que no estaba certificada para operar por encima del 100% RPL excepto en situaciones de emergencia (es decir, cuando hacerlo podría evitar la pérdida de la tripulación). (Para la primera misión, incluso el nivel de energía de emergencia fue del 100 %, pero se elevó al 107 % para el segundo vuelo y los siguientes). Muchos componentes tuvieron que ser reemplazados después de cada vuelo. Usado solo en las primeras 5 misiones de Columbia.

2. Nivel de potencia total (FPL), también conocido como Fase I

   Primer vuelo: STS-6 (abril de 1983) (primer vuelo en utilizar nominalmente un nivel de potencia del 104 %) (primer vuelo del Orbiter Challenger)

   Presión del MCC al 100 % RPL: ​​3006 psi

El FPL SSME fue certificado para operar al 104% nominalmente. Sin embargo, las turbobombas aún no eran lo suficientemente confiables para permitir la operación nominal al 109 % de RPL (que luego se consideró deseable para algunas cargas útiles planificadas), por lo que este nivel de potencia solo se permitió para emergencias (aunque esto último todavía ponía muy nerviosa a la gente y se redujo). al 107% en algunas misiones). Los principales cambios del FMOF incluyeron el rediseño del cabezal motor, el inyector principal y las turbobombas.

3. SSME Fase II

   Primer vuelo: STS-26 (septiembre de 1988) (regreso al vuelo tras el accidente del 51-L)

   Presión del MCC al 100 % RPL: ​​3006 psi

Las mejoras del motor de la Fase II incluyeron elementos que surgieron de las principales revisiones de seguridad realizadas después del accidente del 51-L y elementos destinados a mejorar la vida útil de la turbobomba: más rediseño del cabezal motor, nuevos álabes y cojinetes de la turbobomba de alta presión y un nuevo controlador principal del motor. Sin embargo, la vida útil de la turbobomba seguía siendo insatisfactoria y los márgenes de seguridad cuando se operaba a niveles de potencia elevados eran muy reducidos.

4. Bloque I/IA SSME

   Primer vuelo: STS-73 (octubre de 1995)

   Presión del MCC al 100 % RPL: ​​3032 psi

El principal cambio para el Bloque I fue que la NASA estaba lo suficientemente descontenta con las turbobombas como para que el competidor de Rocketdyne, Pratt and Whitney, diseñara un nuevo conjunto de turbobombas de alta presión. Los SSME del bloque I incluían la turbobomba oxidante de alta presión recientemente diseñada por Pratt junto con una serie de otras mejoras significativas. Los SSME del bloque IA tuvieron una modificación adicional del inyector principal para mejorar el rendimiento.

5. Bloque II/IIA SSME

   Primer vuelo: STS-104 (julio de 2001)

   Presión del MCC al 100 % RPL: ​​2760 psi

Los SSME del bloque II agregaron la turbobomba de combustible de alta presión Pratt rediseñada e incorporaron la cámara de combustión principal (MCC) de garganta grande. El bloque IIA era solo el MCC de garganta grande. El nuevo MCC permitió una caída significativa de la presión del MCC (y, por lo tanto, de las presiones en todo el sistema) para proporcionar el mismo rendimiento del motor.

(fuente: folleto que recogí en un evento de relaciones públicas de Boeing)

Operaciones normales del acelerador

Unos seis segundos antes del despegue, se ordenaría a los motores que arrancaran en una secuencia escalonada. La fase de inicio siempre llevó los motores al 100%. Durante la mayor parte del programa, unos segundos después del despegue, se les ordenó al 104%. Alrededor de 30 segundos de tiempo transcurrido de la misión, se reducirían a alrededor del 67%, y alrededor de 30 segundos más tarde, volverían a acelerar hasta el 104%. (Este es el cucharón de empuje al que se hace referencia en esta pregunta) Algunas misiones tenían cubos de empuje de dos pasos en los que la desaceleración se realizaba en dos incrementos. Al final del vuelo propulsado, el vehículo alcanzaría su límite de 3 g debido al agotamiento del propulsor y los motores comenzarían a reducir la velocidad para mantener los 3 g. Cuando se alcanzaba el rendimiento de inserción orbital, los motores se comandaban al 67% (si aún no habían alcanzado este nivel de potencia) y luego se apagaban.

Apéndice

A pesar de todos los cambios y rediseños, el punto de operación normal permanecería en 104 % RPL hasta la era de la Estación Espacial, cuando se ajustó a 104,5 % RPL para aumentar ligeramente el rendimiento. Ningún SSME funcionó nunca a un nivel de potencia superior al 104,5 % en vuelo durante la historia del programa Shuttle.

Referencias:

Resumen de las misiones del transbordador espacial

El motor principal del transbordador espacial, la búsqueda incesante de la mejora

Motor principal del transbordador espacial, 30 años de innovación

Orientación del motor principal del transbordador espacial

Notas personales

Del artículo de Wikipedia

Las primeras 5 misiones, utilizando los motores "FMOF", fueron certificadas solo al 100%. Desde STS-5 durante algún tiempo, 104% fue el máximo nominal. Esto se incrementó con el tiempo a 109%. Esto sucedió con Block II en 2001, y fue el resultado de nuevas turbobombas de alta presión .