Welche STS-Mission hat die normale Motordrossel auf über 100 % erhöht, und welche Änderung an der SSME hat dies ermöglicht?

tl;dr

Die erste Mission, bei der die Triebwerke normal mit über 100 % des nominellen Maximalschubs laufen: STS-6

Die Änderungen am Motor machten diese Schuberhöhung möglich: die 147 Konstruktionsänderungen, die zwischen den FMOF- und FPL-Versionen des SSME implementiert wurden .

Einzelheiten

Die SSME hatte während der Laufzeit des Programms fünf Hauptversionen. Die Definition von 100 % Nennleistung (RPL) änderte sich mit jedem von ihnen. Die wichtigste Definition dessen, was 100 % RPL bedeutet, und die einzige, die im gesamten Programm konsistent ist, ist, dass es sich um das Leistungsniveau / den dynamischen Gleichgewichtspunkt handelt, der am Ende der Startphase erreicht wird, wenn das Triebwerk in die Hauptphase eintritt und flugbereit ist.

Taxonomie der SSME

Es gab fünf Hauptversionen des SSME

1. Erster bemannter Orbitalflug (FMOF)

   Erstflug: STS-1 (April 1981)

   Druck der Hauptbrennkammer (MCC) bei 100 % RPL: ​​2960 psi

Die FMOF SSME war eine reduzierte Version, die nicht für den Betrieb über 100 % RPL zertifiziert war, außer in Notsituationen (dh wenn dies den Verlust der Besatzung verhindern könnte). (Bei der ersten Mission war sogar das Notleistungsniveau 100 %, aber beim zweiten und den folgenden Flügen wurde es auf 107 % erhöht.) Viele Komponenten mussten nach jedem Flug ausgetauscht werden. Wird nur bei den ersten 5 Missionen von Columbia verwendet.

2. Full Power Level (FPL) auch bekannt als Phase I

   Erstflug: STS-6 (April 1983) (erster Flug mit nomineller Leistung von 104 %) (Erstflug des Orbiter Challenger)

   MCC-Druck bei 100 % RPL: ​​3006 psi

Der FPL SSME wurde für einen nominellen Betrieb von 104 % zertifiziert. Die Turbopumpen waren jedoch immer noch nicht zuverlässig genug, um einen Nennbetrieb bei 109% RPL zu ermöglichen (was damals für einige geplante Nutzlasten als wünschenswert angesehen wurde), so dass diese Leistungsstufe nur für Notfälle zugelassen wurde (obwohl letztere die Leute immer noch sehr nervös machte und gesenkt wurde bis 107 % bei einigen Missionen). Zu den wichtigsten Änderungen gegenüber dem FMOF gehörten die Neugestaltung des Antriebskopfs, der Haupteinspritzdüse und der Turbopumpen.

3. Phase-II-SSME

   Erstflug: STS-26 (September 1988) (Rückkehr zum Flug nach dem 51-L-Unfall)

   MCC-Druck bei 100 % RPL: ​​3006 psi

Die Motorverbesserungen der Phase II umfassten sowohl Elemente, die aus den großen Sicherheitsüberprüfungen hervorgingen, die nach dem 51-L-Unfall durchgeführt wurden, als auch Elemente, die die Lebensdauer der Turbopumpe verlängern sollten - mehr Neugestaltung des Antriebskopfs, neue Hochdruck-Turbopumpenschaufeln und -lager sowie eine neue Hauptmotorsteuerung. Die Lebensdauer der Turbopumpe war jedoch immer noch unbefriedigend und die Sicherheitsspielräume beim Betrieb mit hoher Leistung waren sehr gering.

4. I/IA-SSME blockieren

   Erstflug: STS-73 (Oktober 1995)

   MCC-Druck bei 100 % RPL: ​​3032 psi

Die größte Änderung für Block I war, dass die NASA mit den Turbopumpen so unzufrieden war, dass sie den Rocketdyne-Konkurrenten Pratt and Whitney dazu brachte, einen neuen Satz Hochdruck-Turbopumpen zu entwerfen. Zu den SSMEs von Block I gehörte Pratts neu entwickelte High Pressure Oxidizer Turbopump zusammen mit einer Reihe anderer signifikanter Verbesserungen. Block IA SSMEs hatten eine weitere Modifikation des Hauptinjektors, um die Leistung zu verbessern.

5. Block II/IIA SSME

   Erstflug: STS-104 (Juli 2001)

   MCC-Druck bei 100 % RPL: ​​2760 psi

Block II SSMEs fügten die neu gestaltete Pratt High Pressure Fuel Turbopump hinzu und integrierten die Large Throat Main Combustion Chamber (MCC). Block IIA war allein das Large Throat MCC. Das neue MCC ermöglichte einen erheblichen Abfall des MCC-Drucks (und damit des Drucks im gesamten System), um die gleiche Motorleistung bereitzustellen.

(Quelle - Handout, das ich bei einer Boeing-PR-Veranstaltung abgeholt habe)

Normaler Drosselklappenbetrieb

Ungefähr sechs Sekunden vor dem Abheben würden die Motoren angewiesen, in einer gestaffelten Reihenfolge zu starten. Startphase nahmen die Motoren immer zu 100%. Für den größten Teil des Programms wurden sie dann einige Sekunden nach dem Abheben auf 104 % befohlen. Nach etwa 30 Sekunden verstrichener Missionszeit würden sie auf etwa 67 % gedrosselt und etwa 30 Sekunden später wieder auf 104 % gedrosselt. (Dies ist der Schubeimer, auf den sich diese Frage bezieht) Einige Missionen hatten zweistufige Schubschaufeln, bei denen die Drosselung in zwei Schritten erfolgte. Spät im Motorflug würde das Fahrzeug aufgrund der Treibmittelerschöpfung seine Grenze von 3 g erreichen, und die Triebwerke würden anfangen, herunterzudrosseln, um 3 g aufrechtzuerhalten. Wenn die orbitale Einführleistung erreicht war, würden die Triebwerke auf 67 % befohlen werden (falls sie dieses Leistungsniveau nicht bereits erreicht hatten) und dann abgeschaltet werden.

Nachtrag

Trotz aller Änderungen und Neugestaltungen blieb der normale Betriebspunkt bis zur Ära der Raumstation bei 104 % RPL, als er auf 104,5 % RPL angepasst wurde, um die Leistung leicht zu steigern. In der Geschichte des Shuttle-Programms lief kein SSME im Flug jemals mit einem Leistungsniveau von mehr als 104,5 %.

Verweise:

Zusammenfassung der Space-Shuttle-Missionen

Space Shuttle Main Engine, das unerbittliche Streben nach Verbesserung

Space Shuttle Main Engine, 30 Jahre Innovation

Ausrichtung des Haupttriebwerks des Space Shuttles

Persönliche Notizen

Aus dem Wikipedia-Artikel

Die ersten 5 Missionen mit den "FMOF"-Triebwerken wurden nur zu 100% zertifiziert. Von STS-5 waren 104% für einige Zeit das nominelle Maximum. Diese wurde im Laufe der Zeit auf 109 % erhöht. Dies geschah mit Block II im Jahr 2001 und war ein Ergebnis neuer Hochdruck-Turbopumpen .