Последний полёт Шаттла Индевор был задержан на 48 часов (update: вообще на неопределенное количество времени) из-за проблем с отопителем APU и с блоком управления нагрузкой. Мне захотелось разобраться в том, зачем конкретно нужны данные компоненты, поэтому я провёл небольшое исследование. Существует куча детальнейшей информации по Шаттлам доступная в интернете, но её очень трудно найти. Я собрал всё здесь на тот случай, если кто-нибудь еще захочет погрузиться в специфику.
Шаттл несёт на себе три независимых гидравлических системы управления клапанами двигателя, актуаторами, шасси и другими устройствами нужными во время взлёта и посадки. Гидронасосы питаются от трех вспомогательных силовых установок (APU), работающих на гидрозине турбореактивных двигателей. Каждый APU весит 40 килограм и производит 135 лошадиных сил (примерно такая же мощность у Honda Accord).
Гидразин это высокотоксичное ракетное топливо, которое при контакте с катализатором разлагается в горячий газ с температурой в 925° C. Такое горючее удобно применять для APU, потому что оно не нуждается в кислороде для реакции, а распад может быть очень просто инициирован и остановлен.
По всей видимости, топливные отопители на первом APU не работают. Так как гидразин замерзает при 2° C, то каждый APU оснащен дублирующимися отопителями для поддержания температуры подсистемы выше 7° C. Дублирование отопителей позволяет Шаттлу работать даже с неисправностью в одном из них, но он не выдержит второй сбой. Если второй топливный отопитель выйдет из строя, то топливо замерзнет, и APU не сможет функционировать. Однако на Шаттле три APU, поэтому даже неработоспособность одного не будет большой проблемой. Но, тем не менее, вам не захочется взлетать со сломанным отопителям, потому что всё равно есть риск потери гидравлического давления, что очень нехорошо.
Судя по статьям, проблема с топливным отопителем возникает из-за недостатка мощности от блока управления нагрузкой, распределительной коробки, питающей схему отопителя для APU 1. Для каждого APU есть свой блок управления.
Сложная подсистема электропитания обеспечивает энергией все части Шаттла. Три топливных ячейки (по 10кВт) производят 28 вольт постоянного тока. Топливные ячейки снабжают три основные шины электроснабжения постоянного тока, кроме того они питают инверторы тока, подключенные к трем шинам трехфазного переменного тока. 117 вольт, 400Гц. Из топливных ячеек ток попадает в блок распределения питания (Distribution Assembly, DA), затем в хвостовые блоки управления питанием, а затем уже в хвостовые блоки управления нагрузкой.
Блоки управления нагрузкой состоят из полупроводниковых переключающих элементов для нагрузок до 20 ампер и из реле для нагрузок выше (но не более 135 ампер). Переключающие элементы прикрыты внутренними предохранителями.
По имеющимся данным, в хвостовом блоке управления нагрузкой #2 произошло короткое замыкание или какой-то другой электрический сбой, который повлёк за собой отказ запуска отопителя APU. Топливо с Индевора сливается для того, чтобы техники могли получить доступ ко всем управляющим блокам и решить проблему. Если я всё понял правильно, то выглядит так, как будто достаточно заменить всего один предохранитель.
Сложность Шаттла
Что круто в шаттле, так это то, что его сложность возрастает от слоя к слою. Подсистема APU только один из примеров. Так, каждый APU содержит систему смазки. Что требует наличия маслонасоса, для которого нужна система наддува азота чтобы начать накачку в условиях отсутствия гравитации. Для маслосистемы также понадобится 80-килограмовая система водяного испарителя (water spray boiler), которая взбрызгивает охлажденную воду на маслопроводы, вода превращается в пар, отводимый в косомос. Для испарителя необходимы контроллеры, тумблеры и индикаторы для панели управления, плюс еще один бак с наддувом азота и еще одна система отопителей, чтобы не замерзла вода.
Испаритель не имеет ничего общего с этой задержкой, кроме того что он является частью APU, но он является хорошим примером сложности систем Шаттла. Подведём итог сложности только одного контура — двигатели нуждаются в гидравлическом давлении, которое появится только в тот момент, когда заработают APU для питания гидравлических помп, которые требуют рабочей системы смазки, в свою очередь нуждающейся в сложной системе испарителя, для которой нужны свои системы управления и мониторинга. И это только один маленький подконтур! Я опускаю такие же по сложности системы как система инжекторного охлаждения (больше воды и азота под давлением) или топливный насос APU (который, к примеру, имеет ёмкость для захвата жидкости в случае нарушения герметизации насоса, дренажное отверстие для случая переполнения этой ёмкости, и связанная со всем этим система мониторинга).
Заключение
Исходя из такого запредельного уровня сложности Шаттлов, я совершенно не удвлён задержками старта, и желаю NASA удачи в быстром разрешении их проблем. По-моему, пока Шаттлы остаются инженерным чудом, более простые ракеты типа Falcon от SpaceX будут практичнее в использовании в длительной перспективе. Картинки и большая часть информации из «1988 Shuttle Reference Manual». Руководство содержит очень детальное и интересное описание Шаттла (если вы находите такие вещи интересными). Наверно, мне стоит отметить то, что эта заметка основана на том, что я прочитал, и я не имею никакого отношения к космической программе.
PS: Я нашёл подробности о LCA и проблемах старта на nasaspaceflight.com, например то, что Индевор получил новый LCA, а окисленный драйвер исследуют.
Что-то поломалось у меня, переводчика (скорее всего, это когда я случайно нажал назад, затем накатил автосохранение), и топик пометился не как перевод. Поэтому пишу ссылку здесь — Ken Shirriff
Автор: mark_ablov
