Na Marshallově středisku v Huntsville (stát Alabama) se připravuje zkouška, při které bude testovací exemplář vodíkové nádrže centrálního stupně rakety SLS zatížen nad návrhové limity, aby inženýři zjistili, kde už konstrukce nevydrží. Jelikož je testovací nádrž konstrukčně shodná s letovým hardwarem, pomohou tato data lépe porozumět odolnosti celé rakety. Asi není potřeba zdůrazňovat, že podobné údaje mají velký vliv na celkovou bezpečnost a také najdou využití při plánování dalších verzí rakety SLS.
V průběhu letošního roku odborníci z NASA a firmy Boeing vystavili testovací exemplář vodíkové nádrže rakety SLS celé řadě strukturálních zkoušek – bylo jich celkem 37 a simulovaly namáhání konstrukce při startu a letu. K namáhání nádrže se používaly hydraulické písty, které silou stovek tun stlačovaly nebo naopak natahovaly konstrukci vodíkové nádrže. Zkušební exemplář těmito zkouškami prošel na výbornou a ani následná inspekce neodhalila žádné praskliny, prohnutí či jiné poškození. Díky tomu byl návrh konstrukce schválen pro skutečný start. Nyní však přichází poslední část zkoušky – testovací tým chce zjisti, co vlastně nádrž vydrží.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
„Kosmický výzkum s sebou nesou rizika,“ říká Julie Bassler, manažerka Space Launch System Stages Office a dodává: „My děláme jinou formu výzkumu ještě před startem. Čeká nás zkouška, při které dojde k destrukci největší vodíkové nádrže jaká kdy byla vyrobena. Rozšíří se tím naše znalosti, díky čemuž budeme moci z rakety dostat maximální výkon, který bude potřeba pro dopravu astronautů k Měsíci a později i k Marsu.“
Letový ekvivalent testované vodíkové nádrže se bude nacházet v centrálním stupni rakety SLS. Na výšku měří skoro 40 metrů, její průměr je téměř 8,5 metru a pojme 2 000 000 litrů hluboce zchlazeného vodíku, který bude po dobu více než osmi minut napájet čtveřici raketových motorů RS-25. Testovací exemplář, který je identický s letovým kusem, již poskytl certifikaci hned pro dvě verze rakety SLS – jak pro současnou, která je označována jako Block 1, tak i do budoucna připravovanou silnější verzi Block 1B. Testovací exemplář tedy svůj úkol splnil a už nebude potřeba, takže může být zničen. Inženýři momentálně připravují celou 65 metrů vysokou zkušební věž na závěrečný test, který má odhalit, kde jsou konstrukční limity této obří nádrže.
Zdroj: https://www.nasaspaceflight.com
Výrobu testovacího exempláře zajistila stejně jako v případě letových kusů Michoud Assembly Facility v New Orleans a na Marshallovo středisko byla nádrž převezena vloni v prosinci na člunu. Tady byl testovací kus doplněn o tisíce senzorů, které při zkouškách měří namáhání, tlak, či teplotu. Ke slovu se dostaly i rychloběžné kamery a mikrofony, které zaznamenávají jakékoliv zvukové projevy prohýbání či praskání válcové stěny.
Zdroj: https://www.nasa.gov
„Strukturální prvky centrálního stupně SLS jsou zbrusu nové, byly vyvinuty od nuly a proto jsou nezbytné zkoušky, které zajistí úspěch mise,“ říká Luke Denney, manažer kvalifikačních zkoušek z Test & Evaluation Group firmy Boeing a dodává: „Tyto zkoušky jsme navrhli tak, aby prověřily každý prvek stupně podle toho, jaké budou jeho unikátní podmínky během startu a letu.“ Nyní se chystá zkouška, která nemá v historii NASA obdoby – ještě nikdy se do stavu destrukce netestoval větší kus rakety. „Mechanismus selhání štíhlého vícesegmentového raketového stupně není příliš dobře znám,“ přiznává Mike Nichols, vedoucí inženýr, který na Marshallově středisku zodpovídá za zkoušky nádrže.
Odborníci samozřejmě mají k dispozici počítačové modely a kupu výpočtů, které předvídají, kde a jak by měla nádrž prasknout. Ale bez pečlivě řízené zkoušky to nikdy nebude jisté. „V kosmonautice (a hlavně té pilotované) jsme vždy na tenké hraně mezi výkonem a bezpečností,“ říká Neil Otte, hlavní inženýr z SLS Stages Office a dodává: „Pokud dostaneme systém až do fáze, ve které selže, získáme tím dodatečné informace, které nám umožní kráčet po té hraně rozumněji. SLS budeme používat desítky let, takže je vhodné využít všech možností, které máme pro maximální pochopení systému, který se bude moci bezpečně a efektivně vyvíjet pro potřeby našich misí.“
Zdroj: https://scontent.fprg2-1.fna.fbcdn.net
Aby ale nedošlo k mýlce – vodíková nádrž nebude prvním testovacím kusem SLS, který se dočká destruktivní zkoušky. Už dříve se tohoto závěrečného testu zúčastnila motorová sekce nebo intertank (díl spojující kyslíkovou a vodíkovou nádrž) – tyto díly selhaly při více než 140% očekávané zátěži. Inženýři nečekají, že by při destruktivní zkoušce vznikla v nádrži nějaká velká díra, stále ale existuje možnost, že k tomu dojde. Lidé v okolí tedy mohou slyšet hluk, který způsobí unikající dusík, který se při zkouškách používá k tlakování nádrží.
EDIT 7. prosince 10:30
Test již proběhl. Vodíková nádrž praskla až po pěti hodinách, když byla vystavena více než 260 % očekávaného letového zatížení.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://scontent.fprg2-1.fna.fbcdn.net/…84344216b564232f2cd816cc8cac0da&oe=5D4735B1
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/msfc_aerial_of_test_stand.jpg
https://www.nasaspaceflight.com/…/20160010361.Figure-1.SLS-Block-Development-Plan.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/msfc_011519_sls_lh2_lift-12.jpg
https://scontent.fprg2-1.fna.fbcdn.net/…a7b50c1fcf49c5666106a9699403badb&oe=5CB59394
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/lh2_test.jpg
Pohled do historie na největší vodíkové nádrže používaných nosičů. Saturn 5 – třetí stupeň S-4B 250 m3 vodíku, Saturn 5 – druhý stupeň S-II 1.000 m3 vodíku a raketoplán STS odhazovací nádrž ET 1.500 m3 vodíku.
díky za info
Saturn 5 první stupeň kolik ?
První stupeň neměl vodíkovou nádrž 🙂
1.stupeň nebyl na vodík
Motory F1 boli na kerolox.
Nádrž selhala po pěti hodinách, během nichž byla vystavena více než 260 % očekávaného letového zatížení. Fotografie roztržené nádrže po testu:
https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/nasa-engineers-break-sls-test-tank-on-purpose-to-test-extreme-limits.html
Díky za info, doplním to do článku.
Je zajímavé, že destrukce opět začínala v místě svařování horní kupoly a „prstence“ s následným podélným roztržením mimo svarované oblasti až k dolní kupole, kde je vytržení v opět v místě svařování . Přechod kupole a těla nádrže je asi skutečně nejrizikovější místo nádrže. Jinak klobouk dolu, co tento výrobek vydržel
No, možná to trochu předimenzovali :-). No, ale lítat se bude s lidmi, takže je to asi takhle lepší.
Bezpecnostni faktor 2.5 je v praxi naprosto bezny. V urcitych pripadech byva i mnohem vetsi.
No, u raket tohle zrovna neplatí, jak je uvedeno i u výsledku jiných testů v článku. Tuším nejvyšší se dával u lanovek, jak jsem se učil někdy před 50 lety …
Obecně se dá říct, že ta kupole má vyšší tuhost, než válcová část. To plyne přímo z tvaru těch částí. Takže obě části mají tendenci se deformovat různě a díky tomu mezi nimi vzniká dodatečné napětí, především smykové. A maximální smykové napětí je často to, co rozhoduje o únosnosti konstrukce.
Jako nejsem technik, ale podle meho laickeho pohledu se to roztrhlo v te horni tretine plaste, tam kde je ta nejvetsi dira. Pak se to utrhlo od vika a proto je to zkroucene dovnitr. Kdyby bylo nejslabsi misto u vika, uteklo by tamtudy, bylo by to otevrene nahore a ven a trup by byl vic v celku. Takze muj nazor je, ze privareni vika a trupu nadrze v tomto pripade nebude nejslabsi misto. Ale treba se pletu.
Test proběhl 5. prosince (NASA o něm informovala až dneska krátce po vydání tohoto článku) a nádrž vydržela úctyhodných 260% normální zátěže, než praskla. Takto vypadala nádrž po testu:
Díky za info, doplním to do článku.
Další zajímavostí je, že druhý a třetí stupeň Saturnu 5 byly osazeny šesti motory J-2 v počtu pět a jeden, s tahem kolem 100 tun, motory 3 x selhaly za letu, 2x na stupni S-II a jednou na stupni S-4B, nosiče tuto “ anomálii “ zvládly bez havárie. Nejsem si úplně jist zda neselhaly na S-II dokonce třikrát.
To je ovšem úctyhodný násobek bezpečnosti. Jsem zvědav na vyhodnocení kde bylo ono místo kde počala destrukce a zda je trhlina v místě svárů.
2,5 x !
Ale to nie je všetko. Vydržala natlakovaná 5 hodín ! V reáli bude pod tlakom možno len 1-2 hod.
🙂 😮
Selhání na stupni S4B? Tam ale není čím ztracený výkon nahradit, ne?
viz Apollo 6
Jistě, ovšem pouze v tomto mimořádném režimu zkoušky. V případě standartní expedice by to skončilo neúspěchem a nouzovým přistáním.
Přesně tak.
No, stejně to byl ale dost risk, vyslat příští Saturn s lidmi k Měsíci. Ale riziko se ukázalo jako tzv. kalkulované, všechny saturnské lety proběhly nadále velmi dobře. No, musím říci, že jsem tehdy ve zprávách nějaké větší problémy nezaznamenal, i když článků v novinách i odbornějším dosažitelném tisku bylo dost Holt takový náhlý závan svobody :-). Na chvíli.
To nebylo 2x selhani, ale jen jedno. Jeden motor vypadl a diky prehozenym kabelum ho pocitac nevypnul, protoze vypnul jiny. Takzew stupen dotahl drahu bez dvou motoru.
Můžu Vás požádat o vyjasnění, co jsou ty „izolepou“ přilepené, nahodile rozmístěné krabičky mezi motory?
Na centrálním stupni je spousta vývojových a letových senzorů. Dopustím se spekulace, že senzory na fotografii můžou souviset s měřením vibrační odezvy konstrukce při modální zkoušce, která bude provedena v lednu během zavěšení stupně na jeřábu před ukotvením na stanoviště B-2 v SSC.
Skoda že nezveřejní video z testu
Škoda, ale možno ešte zverejnia.
A už je to tu :
https://twitter.com/JimBridenstine/status/1204163744814772224
Ano, ještě v noci jsme to vydali jako krátkou zprávu, ale díky, že jste to dal sem.
Úctyhodná rezerva pevnosti. Nějak mi ale chybí test destrukčního tlaku při maximálních vibracích tělesa nádrže. Technik nejsem, ale domnívám se, že rázy v kapalině mouhou odolnost značně snížit.
Jo, teď jsem si všimnul, že vazbu s vibracemi odhaduje pan Hošek.
Nikde nemuzu najit info o teplote nadrze pri testu. Asi ji nenaplnili tekutym vodikem, co?
Naplněna byla dusíkem. Ale nevím, zda kapalným.
Vim, cetl jsem, jen mi nebylo jasne jestli to bylo po celou dobu. Tak extremne nizka teplota bude mit na strukturalni pevnost docela vliv…
To se přiznám, že nevím. Možná Jiří Hošek bude vědět bližší detaily.
Ano, nádrž byla naplněna tekutým vodíkem o teplotě cca -200 °C, viz
https://www.kosmonautix.cz/2016/10/nova-americka-era-4-ctvrtleti-2016-2/
„Všechny strukturální testovací díly budou mít stejný systém tepelné ochrany jako jejich letové protějšky, tedy základní nátěr pro ochranu proti korozi a na většině prvků nástřik pěny. Tyto exempláře budou totiž v MSFC také ochlazovány na kryogenní teploty. Místo vodíku však bude z důvodu jeho hořlavosti použit tomto konkrétním případě jako náplň dusík. Dosažená teplota sice nebude tak nízká jako u vodíku, ale bude dostatečná pro dokončení analýz.“
Pardon, samozřejmě tekutým dusíkem.
Ještě odsud:
https://www.kosmonautix.cz/2019/04/cesta-k-exploration-mission-1-a-2-ohlednuti-za-1-ctvrtletim-a-vyhled-na-2-ctvrtleti-2019/
„Pod nádrž bylo umístěno 24 válcových hydraulických pístů, které budou při testech tlačit proti horní výztuži a simulovat tlak motorů při jejich zážehu. Pro testy bude nádrž naplněna kapalným dusíkem a zchlazena na kryogenní teploty. Cílem několikaměsíčních testů je ověření matematických modelů chování stupně.“
Ještě pošlu jeden, pro mnohé možná překvapivý komentář.
Testovaná kvalifikační vodíková nádrž byla zmetek, cca 7 % svarů bylo křehkých. Podrobně tady:
https://www.kosmonautix.cz/2017/05/tyden-spatnych-zprav-o-sls/
Takže to, co nádrž vydržela, bylo obdivuhodné a možná to poskytlo použitelná data i pro druhý vyrobený zmetek, kterým byla původní letová vodíková nádrž pro Artemis I. Teprve poté bylo zjištěno, že konstrukce profilovaného kolíku použitého pro svařování nesplňuje požadavky, a kolík byl vyměněn. Pro Artemis I byla nakonec vyrobena nová letová vodíková nádrž, která splňuje požadavky. Původní nádrž je ale pořád odstavená v továrně MAF, ale teď možná budou provedeny analýzy, zda by přece jen nemohla být použita pro nějaký nepilotovaný let.
Tím by de, čistě teoreticky, mohla uvolnit pro Europa Clipper.
Samozřejmě ten dusík musel být kapalný. Tlakové zkoušky takového rozsahu se nemohou dělat plněním plynem. Plyn je stlačitelný, takže při tlakování funguje jako absorbér energie zrovna jako stlačovaná pružina. A všechna tato energie se uvolní při protržení. Kdyby tu nádobu naplnili na stejný tlak plynem, tak po roztržení na tom místě nezůstane vůbec nic. Ta natlakovaná energie by vše rozmetala do okolí. Při natlakování kapalinou prostě jenom pukne na jednom místě a konec. Zrovna jako v tomto případě.
A proc z toho nic nevyteklo?
Ten kapalný dusík se samozřejmě, když se dostal ven, při teplotě okolí odpařil.
to jako hned? sem si myslel, ze kdyz tam bylo x tisic litru kapaliny, ze se hned nevypari.viz treba: https://www.youtube.com/watch?v=Y2u2G7phDEE navic kdyz mi vypalovali bradavici kapalnym dusikem, tak to hezky kourlo. Tedy alespon si myslim, ze to byl dusik… at nejsem uplne za blba 🙂
Pánové, Vám uniká jedna zásadní věc. Jsou dva typy zkoušek – při první se tlakuje vnitřní objem, dokud nedojde k prasknutí konstrukce. Takovou zkoušku neplánovaně provedla Starship Mk 1. Ale v případě vodíkové nádrže se dělal jiný typ zkoušky. V tomto případě byl objem nádrže vyplněn také kapalným dusíkem, ale bylo ho mnohem méně. Podstata této zkoušky totiž nespočívala v co největším navýšení vnitřního tlaku. Vnitřní tlak byl klasický. Podstatou této zkoušky bylo působení vnějších sil pomocí hydraulických pístů. Nezapomeňte také, že nádrž selhala po pěti hodinách. Za tu dobu se už dusík stihl ohřát a vypařit.
Moje chyba. Ten tlak tedy nebyl tím hlavním činitelem. Není někde údaj, na jaký tlak, se tedy ta nádrž vlastně tlakuje?
Bohužel to jsem nikde nedohledal. Ale možná by to někdo matematicky nadaný mohl vypočítat podle očekávaného množství uloženého vodíku, jeho hustoty a dalších veličin.
Tak již je dostupné i video
https://youtu.be/Zp5CzrFhoHo
Díky za odkaz, ještě v noci jsme to vydali jako krátkou zprávu. Ale je dobře, že to napíšete i sem. 😉