První kompletně dokončený exemplář nádrže na palivo pro centrální stupeň rakety SLS se před pár dny přesunul do testovací oblasti na Michoudově středisku (MAF). Tady nyní probíhají závěrečné přípravy předtím, než začne první kolo zkoušek. Kvalifikační exemplář nádrže na vodík bude průkopníkem jak pro samotnou NASA, tak i pro firmu Boeing, která je hlavním dodavatelem celého centrálního stupně nové rakety Space Launch System. Společnost tak bude moci poprvé zjistit, jak se chová skutečný, nově sestavený hardware. Tyto údaje pak bude možné využít pro přesnější analytické modely, testovací, ale i výrobní postupy. To vše pomůže ověřit design i vývoj celého centrálního stupně před jeho prvním letem.

Kvalifikační exemplář vodíkové nádrže byl 10. prosince loňského roku převezen z hlavní sestavovací oblasti budovy 103 k budově 451, což je testovací lokalita na Michoudově středisku, která se nachází daleko od hlavní montážní oblasti. První exemplář svého druhu se pak začal chystat na ověřovací zkoušky. „Jsme ve vývojové fázi a čeká nás toho opravdu hodně. Mnoho věcí se naučíme, abychom se ujistili, že naprosto přesně rozumíme každičkému aspektu,“ popsal Steven Ernst, který v Boeingu zastává funkci manažera pro kryogenní nádrže SLS a svařované struktury.

Obě nádrže mají na svých koncích polokulovitá zakončení, ve kterých jsou přivařené strukturální prstence. Ty poslouží jako příruby k připojení k dalším částem centrálního stupně, ale hodí se i při testech – právě s jejich pomocí se vodíková nádrž přišroubuje k testovacímu loži. „Nejprve k vodíkové nádrží připojíme přední přírubu a pak tu zadní. Následně jí udělíme hodně velkou zátěž pomocí velkých hydraulických aktuátorů,“ popisuje Ernst.

Testovací hydraulické zařízení je připojeno na zadní přírubu, zatímco přední příruba se připojuje ke konstrukci zvané „pivní plechovka“, což je součást simulátoru, která napodobuje válcovitý intertank – díl, který na skutečné raketě spojí kyslíkovou a vodíkovou nádrž. Zkoušky budou probíhat s vysokou úrovní přesnosti a využije se k nim odkazu, který nám zanechaly raketoplány – konkrétně jejich externí nádrže, které v MAF vznikaly celých třicet let.

Testy proběhnou tak, že se vodíková nádrž nejprve v budově 451 naplní dusíkem. Jak už jsme nakousli, testy nádrží pro SLS proběhnou na stejných místech, kde se testovaly i externí nádrže, ale testovací zařízení od té doby prošlo řadou vylepšení. Vždyť jen samotná nádrž na vodík pro SLS je zhruba stejně dlouhá jako celá externí nádrž pro raketoplán! Samotná hala 451 se nemusela protahovat, ale intenzivními úpravami prošel její interiér.

„Například „pivní plechovku“ jsme mohli využít z programu externí nádrže, ale museli jsme na ní provést celou řadu modifikací, aby byla připravená pro aktuální testy,“ vysvětluje Ernst a dodává: „Na SLS máme stejně jako u raketoplánů dva urychlovací bloky na tuhá paliva, ale chybí na straně připojený orbiter. Celkový průběh zatížení je tedy jiný a na konstrukci působí na některých místech větší síly.“

Kompletně nový je tedy spodní díl, který se označuje jako test bed, tedy testovací lože. Vyměnily se hydraulické aktuátory i konstrukce zajišťující sledování podmínek ve spodní části nádrže. U raketoplánů bylo testování specifické – na externí nádrž působila kromě síly z postranních urychlovacích motorů i síla ze tří motorů na orbiteru, která ale byla značně vyosená. Čtyři tyto motory budou i na SLS, ale jejích tah bude působit krásně symetricky,jelikož se umístí na spodní část centrálního stupně rakety.

Při zkouškách budou podmínky urychlovacích motorů na tuhé palivo shodné se simulacemi u externích nádrží. U SLS i u externí nádrže je totiž intertank umístěný mezi kyslíkovou a vodíkovou nádrží a ze strany se na něj připojují urychlovací motory. Při zkouškách to bude simulováno speciálním trámem v intertanku. Kvalifikační exemplář vodíkové nádrže je prvním hardwarem, který se bude testovat na nově upraveném zařízení. Na nádrži najdeme na různých místech tenzometry, které kontrolují pnutí konstrukce.

Odborníci budou při zátěžových zkouškách sledovat údaje ze všech senzorů během různých fází zkoušek. Tato data se následně porovnají s dříve vytvořenými počítačovými modely a provede se důkladná analýza, jejímž cílem bude ověřit, že modely byly provedeny správně. Nejde ale jen o samotné modely, ale o samotné určení toho, jak bude vypadat chování letových kusů.

Už jen samotné usazení nádrže do testovací konstrukce nebude snadné. Jelikož se jedná o první exemplář, je potřeba veškeré manipulační procesy řádně nacvičit. Dá se očekávat, že při první manipulaci bude vše probíhat pomalejším tempem. I při testech samotných se bude postupovat opatrně – k natlakování nádrží se použije dusík, což je inertní plyn, přesto je asi každému jasné, že natlakovaná nádrž, na kterou působí zevnitř tlak plynu a zvenčí drtivá síla hydraulických lisů zažije opravdu zkoušku ohněm. Z bezpečnostních důvodů budou operátoři při testech v oddělené budově. „Pokud by se něco pokazilo, určitě byste nechtěli být u náhlého uvolnění takového množství dusíku v krátkém čase – týmy proto budou v samostatné budově v relativní, ale bezpečné blízkosti budovy 451,“popisuje Ernst.

Pracoviště operátorů není od testovacího zařízení příliš daleko, ale je chráněno tak, aby se i v případě nehody nikomu nic nestalo. Jakmile bude nádrž natlakována, vytyčí se kolem ní bezpečnostní zóna, kam nebudou mít lidé přístup. Samotné zkoušky přitom nebudou dlouhé. Celkem se otestuje pět samostatných tankovacích scénářů, ale ty se budou připravovat několik dní, klidně i týdnů. Zkouška s maximálním tlakem přitom zabere pouhých 60 sekund. Tlaky v nádrži i síly, které na ni působí zvenčí přitom budou srovnatelné s projevy při startu.

Opusťme teď na chvíli vodíkovou nádrž a podívejme se na to, jak se bude testovat nádrž kyslíková. Její zkoušky se budou silně podobat těm, které se používaly u externích nádrží – použije se dokonce stejná testovací buňka. Zkoušky proběhnou v budově 110, která se nachází přímo naproti Vertical Assembly Center, kde se nádrže svařují. Přesto si ale na testy kyslíkových nádrží budeme muset počkat – vzhledem k tomu, že tato nádrž bude na SLS větší, než u  externí nádrže raketoplánů, musí se testovací zařízení příslušným způsobem rozšířit. „Ve skutečnosti velká část technologií zůstane zachována, protože kontrolní systém externích nádrží se v pozdější fázi programu raketoplánů modernizoval. Jde tedy jen o úpravy, které zajistí rozměrové parametry pro kyslíkovou nádrž SLS.“

Kyslíková nádrž se do testovací konstrukce umístí ve vertikální poloze. Její spodní část bude úplně stejná jako ta, která testovala nádrže externích nádrží raketoplánů, protože oba exempláře mají stejný průměr. Upravit se ale musí třeba systém, který se postará o naplnění nádrže vodou – kvůli větší výšce nové nádrže se musí veškeré potrubí prodloužit. K napouštění se pochopitelně použije destilovaná voda, aby na nádržích nezůstaly usazeniny minerálů.

Odlišný přístup k testování kyslíkové a vodíkové nádrže pramení z vlastní podstaty zkapalněných plynů, které budou při ostrých misích uchovávat. Jde přitom především o jejich hustotu. Na kyslíkovou nádrž tedy při testech nebude působit žádná externí síla – bohatě bude stačit, když se napustí vodou a natlakuje se zevnitř. Stejně tak bude rozdíl i v počtu testů – zatímco vodíková nádrž podstoupí zkoušek hned několik, její menší kyslíková kolegyně se otestuje pouze jednou.

Obě nádrže se po dokončení svařování důkladně zkontrolují a svary se prověří i po provedení tlakových testů, načež se oba údaje porovnají. Ke kontrole se používá nedestruktivní ultrazvuková metoda PAUT (phased-array ultrasonic testing). Ta se používá po dokončení každého svaru a snímky se pochopitelně archivují. Při porovnání se samozřejmě budou hledat rozdíly mezi stavem po svařování a po testech. Jakmile tyto zkoušky skončí, bude možné přistoupit k přidání dalších zařízení na kvalifikační nádrže a dodatečné strukturální testy proběhnou na Marshallově středisku v Alabamě.

Tady totiž před pár dny skončila stavba největšího strukturálního testovacího stanoviště, jaké bude NASA používat pro ověřování kvality nádrží rakety SLS. Technici momentálně instalují potřebné vybavení pro testování vodíkových nádrží. „Na světě je jen málo míst jako Michoudovo středisko, kde dokáží vyrobit takhle velké díly, ale ještě méně je míst, kde se takto velké díly dají testovat,“ popisuje Sam Stephens, inženýr vývoje SLS, který pracuje na Marshallově středisku.

Stavba testovacího stanoviště 4693 začala v květnu 2014 a v dalších měsících výrazně změnila výhled na obzor ze širokého okolí. S pomocí jeřábů zde vyrostly dvě věže vysoké 67,4 metru. V prosinci pak stavaři předali dokončené dílo inženýrům, kteří začali s natahováním kabelů, potrubí, ventilů, řídících systémů, kamer, osvětlení a dalšího vybavení včetně samotných testovacích nástrojů.

Na tomto stanovišti se bude ověřovat dynamika startu – jinými slovy – kvalifikační nádrž na vodík o délce 45 metrů zde bude stlačována, natahována a ohýbána. K jejím koncům bude ještě připojeno nezbytné vybavení, které bude simulovat další části centrálního stupně, který bude s délkou 64,6 metru tvořit páteř celé rakety. Obě nádrže (kyslíková i vodíková) budou mít objem téměř tři miliony litrů – palivo a okysličovadlo budou proudit do čtyř motorů RS-25, které poskytnou tah 907 tun.

Až budou dokončeny testy na Michoudově středisku, bude kvalifikační vodíková nádrž naložena na člun Pegasus, který ji doveze na Marshallovo středisko. Tady bude nádrž zavěšena do prostoru mezi oběma věžemi na stanovišti 4693 a upne se k ní celkem 38 hydraulických pístů, jejichž hmotnost se pohybuje od 230 do 1500 kilogramů. Každý píst se přesně zkalibruje, osadí se jednotkami pro příjem pokynů a odesílání výsledků. Ve spodní části je 24 velkých pístů, z nichž každý váží 1500 kilogramů – právě tato hydraulická zařízení se postarají o simulaci sil od pracujících motorů RS-25.

Při zkouškách se budou tyto písty natahovat a stahovat zpět. Bude tak docházet k současnému tlaku i tahu a jejich různým kombinacím. Stlačovací a natahovací síla bude odpovídat více než tisíci tun, kroutící síly dosáhnou zhruba 1,5 milionu newtonů (ekvivalent 150 tun). Celkem se plánuje až třicet testovacích scénářů, během kterých se budou sbírat data ze 3 500 senzorů. Jde o měření teploty, tlaku, ale i o snímkování ve vysokém rozlišení.

Velmi podobné přípravy na zkoušky probíhají na testovacím stanovišti 4697, jehož stavba byla dokončena vloni v září. Na tomto stanovišti se bude testovat 21,3 metru dlouhá nádrž na kapalný kyslík. Ta bude umístěna do testovací konstrukce s půdorysem ve tvaru písmene L. Jelikož nějaký čas zabere ochlazení a natlakování nádrží na potřebnou úroveň, nedá se očekávat, že by zkoušky probíhaly rychle. Celá série testů může trvat i čtyři měsíce. O všech těchto atraktivních událostech Vás budeme samozřejmě rádi i nadále informovat.

Zdroje informací:
https://www.nasaspaceflight.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2017/01/Z2A-630×250.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2017/01/2017-01-09-194206-350×230.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2017/01/2017-01-09-194303-350×249.jpg
https://www.nasa.gov/…/757415main_SLS_Core_stage_cutout_4_2400x1800.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/2017/01/2017-01-09-194338-350×219.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/2017/01/proof-core-sls-maiden-launch/
https://www.nasaspaceflight.com/2017/01/proof-core-sls-maiden-launch/
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/dsc_8528.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/artist_concept_test_stand_4693.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/artist_concept_test_stand_4697.jpg