与燃料相关的太空火箭事故:加油是否充分?

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Proton火箭在2010年的发射并不成功,不是因为它没有足够的燃料,而是因为燃料太多了



。五角大楼秘书处空军供应局太空发射部负责人阿特拉斯。



导致飞机坠毁的最常见问题之一是飞行员安静地坐在驾驶舱内,直到汽车燃料耗尽。在太空发射中,此类故障的发生频率降低,但在某些特别具有指示性的情况下,首次发射期间由于缺少燃料而记录了推进系统的关闭情况。



大多数以液体为燃料的运载火箭都没有油位跟踪系统-甚至不如困惑的飞行员盯着燃油表读数下降那样简单。对发动机进行了测试,记录了其消耗量,并使用简单的公式计算了所需的燃料和氧化剂量。仅将装有液态氧作为氧化剂的设备装满一个满罐-这是必要的,因为氧气一直蒸发到启动前的最后几秒钟,此时阀门已关闭。为了以防万一,估计的燃料装载量要多一些。这就是Thor,Titan和Delta导弹的工作方式,就像美国以外的大多数导弹一样。



Atlas的工作原理有所不同-它使用了燃油回收系统,该系统可以测量油箱中的燃油和氧化剂的量,并调整发动机推力,以最大程度地提高效率。但是,它只是在推进发动机运行时才发射的-大型助推发动机在飞行的前几分钟达到了设计推力水平之后。当设备由中央推进引擎驱动时,系统已打开。正是这一系统使Atlas 19F火箭从1980年5月29日执行NOAA-B任务期间的严重速度损失中恢复过来



1976年2月19日在范登堡空军基地发射的Thor LV-2F F34发射军事气象卫星失败,很好地说明了计算正确燃料量的任务的复杂性。当时,在Thor火箭上发射气象卫星的使用过多。简化了计算燃油量的过程。发射小组使用了加速器第一阶段的操作测试数据来计算所需的燃料负荷,并使用计数器来测量加载到火箭中的燃料量。就这样。将所需量的燃料装入加速发动机的油箱中,开始倒计时,然后起飞。但是,有效载荷没有到达稳定轨道,而是在第一个轨道之后返回到大气中。



随后的调查发现发动机性能测试数据不正确。发动机所需的燃料比所暗示的数据要多。这种情况类似于您去一家汽车经销店并选择一辆每100公里消耗6升汽油的新车,尽管所有其他完全相同品牌,型号和相同选项的其他汽车的这一数字等于7升一百;而且您甚至都不会想到为什么这款汽车比其他汽车更经济。对于其余的发射,雷神计划进行了广泛的研究和更详细的分析。



另一起事故是1981年8月3日在范登堡空军基地发生的,起因是Dynamics Explorer任务的Delta 3914导弹。正常的发射命令假定火箭的第二级在倒计时期间已经加油。在该任务中,给加油设备增加了新颖性:加油软管中旋转的“磨坊”作为燃料供应的指示器,类似于在某些加油站转动的车轮。不幸的是,新的车轮卡住了并且发生了燃油泄漏,导致加油队认为第二阶段已经加油。她比计划提前了16秒用尽了燃油,这就是为什么有效载荷没有达到期望的160公里轨道的原因。结果发现,关于要求的轨道高度存在争议,因此满足了较低轨道的追随者的要求,不像其他人



2001年4月18日是印度太空计划的重要日子-随后,第一枚火箭在运载火箭上发射了GSAT 1卫星,用于发射GSLV地球同步卫星。庆祝成就的持续时间不长。第三阶段使用的是俄罗斯制造的引擎,该引擎此前从未飞行过,并且没有推力。卫星以0.5%的速度赤字进入太空,这就是为什么它无法到达所需的轨道位置的原因。卫星运转良好,但迅速下降,越过其他卫星的轨道并干扰了它​​们的工作。这是不可接受的,几天后就关闭了。



2010年12月6日,光荣的新型质子助推器发动机从拜科努尔国际机场升起了一枚运载GLONASS卫星的火箭。上层使用了新的上层DM-03。有效载荷从未进入轨道并掉入太平洋。事实证明,这种情况与Dynamics Explorer的情况相反。新上级的油箱容积明显大于以前的型号,在加油时未考虑这一刻。尽管该任务不需要额外的燃料,但它仍然被倾倒了-比需要的多了2000公斤。而且,除了“ Thor F34”和“ Delta” Dynamics Explorer之类的燃料不足之外,“ Proton”拥有的燃料太多了。



为什么多余的燃料成为问题?在Tor F34坠毁的情况下,问题不仅仅在于船上没有足够的燃油。在发射军事气象卫星期间,雷神火箭的坦克和上等舱太小,每次执行任务时整艘船的质量都增加了。解决此问题的方法之一是用RJ-1代替RP-1燃料。专为冲压喷气发动机设计的RJ-1燃料比RP-1密度更高,从而使每单位体积的更多燃料被塞到Thor油箱的有限空间内,从而获得更多的能量。



几年前已经注意到据称在Thor F34任务中使用的发动机的推力很高,因此专门为该系列导弹中的最重任务选择了它。但是,实际上,不仅该发动机没有这样的推力-原则上,这种设备的发动机都不能提供这样的推力。为使该任务成功起飞,不可能将足够的燃料填充到Thor油箱中-因为燃料重量的增加只会降低发动机推力。



DM-03也有同样的问题。上段有很多燃料,但是最后它变得太重了,火箭无法达到预定的轨迹。在设计Delta-4和Atlas-5导弹时,主要参数是研发和生产成本,而且发动机的成本显然比储存在油箱中的燃料还要高。以前在高层使用RL-10发动机的火箭,至少有两个这样的发动机,但是可以计算出轨迹,因此只使用一个发动机。在第一阶段的操作过程中,轨迹应几乎垂直向上,从而避免了与更低和更有效轨迹相关的气动阻力和重力损失。上升到足够高的水平后,RL-10的上半部可以工作很长时间,加快速度要慢得多,但可以节省很多昂贵设备的费用。这种方法引起了一些射程方面的担忧,但是由于来自美国测试地点的导弹飞越海洋,这一障碍并非无法克服。



也许是在2010年12月6日发射的带有DM-03上级的Proton可以沿着相似的轨迹进入太空并将上级带到可以使用更多燃料的高度,但没人想到这样的情况。机会,因为本阶段不应该抽这么多燃料。



因此,挑战不仅在于确保您在旅行前将油箱加满,还在于确保您有适当的燃料量来执行任务。在选择汽车之前,请先阅读几份副本的特征。



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