Fragen / Technisches zum Space Shuttle

Diskutiere Fragen / Technisches zum Space Shuttle im Raumfahrt Forum im Bereich Luftfahrzeuge; werden die Booster wirklich wiederverwendet? Ich hab mal irgendwo gelesen, daß immer neue gebaut werden weil das billiger ist als die Booster zu...

Bowser

Testpilot
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werden die Booster wirklich wiederverwendet?
Ich hab mal irgendwo gelesen, daß immer neue gebaut werden weil das billiger ist als die Booster zu sanieren und neu zu befüllen.
 

manuma

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Na sicher werden die SSRB´s wiederverwendet. Ein SSRB ist bis zu 20 mal wiederverwendbar. Der SSRB wird geborgen und zurück zum KSC gebracht. Anschließend werden die SSRB Segmente auseinnandergebaut und zurück zu ATK Launch Systems gebracht.

Die folgenden Komponenten eines SSRB werden wiederverwendet.

1) Strukturelle Komponenten: Frustum, Aft Skirt, Forward Skirt, External Tank Attach Ring, 4 SRB-Segmente
2) Elektronische Komponenten: Integrated Electronics Assemblies, Elektrische Kabel
3) Komponenten für die Schubvektorsteuerung, Komponenten für die Hydraulic Power Unit
4) Parachutes

Da ist es billiger, die SSRB´s wiederzuverwenden als diese ganzen Komponenten für jeden Flug neu zu bauen.

Gruß ;)

Ich muss mich dann mal schnell korrigieren. Der Pilot Parachute wird auch wieder verwendet. Das ganze läuft dann so ab, dass die beiden Schiffe "Freedom Star" und "Liberty Star" zwischen 8 und 10 nautischen Meilen vom vorausberechneten Punkt, an dem die SSRB´s auf dem Wasser aufkommen, entfernt warten. Wenn die SSRB´s nun auf dem Wasser aufkommen, beschleunigen die beiden Schiffe auf ca. 15 Knoten und sammeln die SSRB´s ein. Nicht wiederverwendet werden die Nose Cap und die Nozzle (Düse).

Ich habe es in meinem obigen Beitrag korrigiert mit den Pilot Parachutes. War kein Lesefehler, ich dachte wirklich, dass die Pilot Parachutes nicht mehr wiederverwendet werden. Wie gesagt, ich habe es korrigiert.

Gruß ;)
 

manuma

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So sieht das dann aus, wenn die Bergungsschiffe bei den ausgebrannten SSRB´s eintreffen.

Wenn die Schiffe eintreffen, um die SSRB´s zu recovern, steht der Booster im Wasser. Dies sieht man auf dem Bild ganz gut:
http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/behindthescenes/processing/hires/srb002.jpg

Hier auf dem Bild sieht man, wie Taucher das Enhanced Diver Operated Plug (EDOP) am SSRB installieren. Vom EDOP führt eine ca. 600 Meter lange Leitung zu einem "Air Compressor" welcher sich auf dem Schiff befindet. Nun wird Luft mit ca. 120 PSI in den Booster gepresst um das verbliebene Wasser aus dem Booster herauszubekommen - eine Prozedur, welche sich DEWATERING nennt. Dadurch steht der Booster nun auch nicht mehr im Wasser sondern nimmt eine horizonale Lage ein.
http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/behindthescenes/processing/hires/srb004.jpg

Hier auf dem Bild sieht man das EDOP nun im SSRB. So wird der SSRB dann auch zurückgeschleppt. Jetzt ist der Booster in einer horizontalen Lage.
http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/behindthescenes/processing/hires/srb009.jpg

Gruß ;)
 

manuma

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Dann kommen wir mal zur Schubvektorsteuerung (Thrust Vector Control) eines SSRB, welches eine sehr komplexe Sache ist. Ein jeder SSRB verfügt über zwei Servoactuators zur Schubvektorsteuerung: Einen Servoactuator für den Rock und einen für den Tilt. Auf dem unteren Bild ist sehr schön zu erkennen, dass die beiden Achsen (Rock und Tilt) beim rechten SSRB genau umgekehrt liegen als beim linken SSRB und umgkehrt.

Die beiden Servoactuator haben jeweils eine mechanische Verbindung zum Aft Skirt und zur Nozzle. Die Lage der beiden Servoactuators in den beiden SSRB´s kann man in dem Bild auch sehr schön sehen. Die Nozzle, welche zur Schubvektorsteuerung geschwenkt wird, kann um +/- 5 Grad geschwenkt werden.

Die Schubvektorsteuerung mittels der Servoactuators funktioniert nun so, dass der Servoactuator entweder ein bisschen ausgefahren (Extend) wird oder zurückgefahren (Retract) wird. Die Längen der Servoactuators sind folgende:

- Weder Extended noch Retracted, sondern in Nullstellung: 134,62 Zentimeter
- Voll Extended: 150,88 Zentimeter
- Voll Retracted: 118,36 Zentimeter

Wann welcher Servoactuator nun benutzt wird, erkläre ich nun:

Manöver des Shuttles: Erhöhung des Winkels entlang der Pitch-Achse
Aktionen am linken SSRB: Rock Actuator Retract, Tilt Actuator Extend
Aktionen am rechten SSRB: Rock Actuator Extend, Tilt Actuator Retract

Manöver des Shuttles: Verminderung des Winkels entlang der Pitch-Achse
Aktionen am linken SSRB: Rock Actuator Extend, Tilt Actuator Retract
Aktionen am rechten SSRB: Rock Actuator Rectract, Tilt Actuator Extend

Manöver des Shuttles: Erhöhung des Winkels entlang der Yaw-Achse
Aktionen am linken SSRB: Rock Actuator Extend, Tilt Actuator Extend
Aktionen am rechten SSRB: Rock Actuator Retract, Tilt Actuator Retract

Manöver des Shuttles: Verminderung des Winkels entlang der Yaw-Achse
Aktionen am linken SSRB: Rock Actuator Retract, Tilt Actuator Retract
Aktionen am rechten SSRB: Rock Actuator Extend, Tilt Actuator Extend

Manöver des Shuttles: Erhöhung des Winkels entlang der Roll-Achse
Aktionen am linken SSRB: Rock Actuator Extend, Tilt Actuator Retract
Aktionen am rechten SSRB: Rock Actuator Extend, Tilt Actuator Retract

Manöver des Shuttles: Verminderung des Winkels entlang der Roll-Achse
Aktionen am linken SSRB: Rock Actuator Retract, Tilt Actuator Extend
Aktionen am rechten SSRB: Rock Actuator Rectract, Tilt Actuator Extend

Gruß ;)
 
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manuma

Testpilot
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Nun kann ich ja viel erzählen, wenn der Tag lang ist :D Wer sagt aber, dass das mit den Servoactuators so stimmt? Anhand untenstehender Grafik will ich das Prinzip erklären:

Folgendes Prinzip ist sehr wichtig: Wenn der Servoactuator zum Mittelpunkt hingeht, braucht es "Extend" und wenn der Servoactuator vom Mittelpunkt weggeht, braucht es Rectract".


Beispiel 1: Das Shuttle erhöht seinen Winkel entlang der Pitch Achse. Damit die Nase des Shuttle nach oben zeigt, muss das Heck nach unten zeigen. Folglich müssen die Nozzles der beiden SSRB´s zum Shuttle zeigen. Wie ich mit den Pfeilen eingezeichnet habe, müssen die Servoactuatoren in die Richtung gehen, in die auch die Nozzle geschwenkt werden soll. Das heißt nach oben.

Selbiges bedeutet für die Aktionen der Servoactuators am linken SSRB:

Rock Servoactuator: Muss vom Mittelpunkt weggehen und dafür bracht es "Retract"
Tilt Servoactuator: Muss zum Mittelpunkt hingehen und dafür braucht es "Extend"

Folge: Die Düse schwenkt in Richtung Shuttle

Selbiges bedeutet für die Aktionen der Servoactuators am rechten SSRB:

Rock Servoactuator: Muss zum Mittelpunkt hingehen und dafür braucht es "Extend"
Tilt Servoactuator: Muss vom Mittelpunkt weggehen und dafür bracht es "Retract"

Folge: Die Düse schwenkt in Richtung Shuttle

Dies deckt sich auch mit dem, was ich oben geschrieben habe. Wenn Ihr das Prinzip der "Thrust Vector Control" verstanden habt, werdet Ihr sehen, dass das andere auch stimmt.

Ich habe es technisch jetzt absichtlich nicht sauber formuliert. Solche Aussagen "wie zum Mittelpunkt hingehen" und "vom Mittelpunkt weggehen" sind naürlich nicht richtig, erleichtern aber das Verständnis des Prinzips der "Thrust Vector Control" ungemein.

Gruß (Bitte um kleines Feedback)
 
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Amenophis

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Ein wirklich exzellenter Thread!
Eine Frage hätte ich mal an die Experten: Wie wird der Druckausgleich im Laderaum während des Aufstiegs und Wiedereintritt reguliert? Wird er überhaupt reguliert oder gibt es einfach eine Ausgleichsöffnung und den Rest erledigt der fallende/steigende Aussendruck?
 

manuma

Testpilot
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Das ist ein ziemlich komplexes Thema, probieren wir es mal. Das System um den Druckausgleich zu machen, nennt sich Orbiter Purge, Vent and Drain System. Auf jeder Seite eines Orbiters befinden sich 9 Vent Doors, insgesamt also 18 Vent Doors pro Orbiter.

Hier sieht man die Lage der einzelnen Vent Doors:
http://spaceflightsystems.grc.nasa.gov/SpaceOps/Shuttle/Purge/vent.jpg

Spülgas (Purge Gas), das sind Trockene Luft und Stickstoff, werden vor dem Start in folgende nicht unter Druck stehende Räume des Orbiters geleitet:

- Vorderer Rumpf,
- RCS/OMS,
- Tragflächen,
- Seitenleitwerk,
- mittlerer Rumpf
- und hinterer Rumpf.

Das Crew Compartment ist ein unter Druck stehender Bereich, dort wird natürlich kein Purge Gas hineingeleitet. Das mit dem Hineinleiten von Purge Gas macht man, damit in diesen Räumen kein Feuer ausbrechen kann (Inert), damit die Luftfeuchtigkeit und Temperatur konstant bleibt und um sonstige gefährliche Gase rauszubekommen. Das ist schonmal das Purge System.

Über das Vent System wird der Druck während des Purge-Vorgangs kontrolliert, der Abbau des Drucks während des Aufstieges gesteuert, das unter Druck setzen während des Abstieges kontrolliert. Dies erfolgt wie gesagt über die Vent Doors. Die Vent Doors werden über elektrische Motoren gesteuert. Das ganze läuft so ab:

- Bei T-0:35 Minutes wird die Vent Door 6 geschlossen.
- Bei T-0:25 Minutes übernehmen dann die General Purpose Computer die Steuerung der Vent Doors.
- Bei T-0:10 Minutes werden die Vent Doors 3, 4, 5, 6 und 7 geschlossen, um den Schalldruck auf die Payload Bay Door zu begrenzen. Die Vent Doors 1, 2, 8 and 9 bleiben geöffnet. Wenn es nun bis T-0 irgendein Problem mit den Vent Doors geben sollte, würde der Start automatisch abgebrochen.
- Bei T+ 0:10 Minutes werden alle Vent Doors geöffnet
- Bei T+ 1:20 Minutes werden die Vent Doors 8 und 9 geschlossen, damit keine gefährlichen Gase in den hinteren Rumpf eindringen können
- Bei T+ 2:02 Minutes werden die Vent Doors 8 und 9 wieder geöffnet. Somit sind wieder alle Vent Doors geöffnet.

So bleiben die Vent Doors dann auch für den restlichen Teil des Aufstieges und im Orbit.

Beim Reentry sieht es dann folgendermaßen aus: Wenn man die Flugsoftware in den operational sequence software (OPS 3) Mode versetzt, werden alle Vent Doors geschlossen. Diese bleiben geschlossen, bis der Orbiter eine Geschwindigkeit von 2.400 Fuß pro Sekunde (2.633 km/h) erreicht, dann werden alle Vent Doors wieder geöffnet und der Druck somit wieder an die Umgebung angeglichen.

Wenn es Fragen dazu gibt, dürfen diese natürlich gestellt werden. Ich hoffe damit weitergeholfen zu haben.

Gruß ;)
 
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Amenophis

Kunstflieger
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Danke für die ausführliche Antwort!
 

Azubi

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Ich hätte mal eine Frage zum Start des Shuttle´s, wird die Steuerung beim Start nur mit der Schubvektorsteuerung der Triebwerke und Booster gemacht oder sind auch die Steuerflächen des Orbiters aktiv?
 
mcnoch

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Die Steuerflächen des Orbiters könnten die Startmasse des Full Shuttle Stacks kaum beeinflussen.
 

koehlerbv

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Es dauert auch nicht besonders lange, bis das "In-den-Wind-stellen" von Steuerflächen (=Widerstandspunkten) zu einem sofortigen Abreissen derselben führen würde. Wiederum kurz danach kann man damit wackeln, wie man will - es fehlt dann schon der Widerstand.

Gleiches galt logischerweise auch für den Buran. Und auch in der Wiedereintrittsphase kann (und muss) nur der weitaus kürzere Teil durch kleinere Steuerflächen vor der Landung beeinflusst werden - bis dahin dient das Gesamtkonstrukt "Orbiter" als aerodynamisch aktives Steuerteil.

Bernhard
 
Airtoair

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(...) Und auch in der Wiedereintrittsphase kann (und muss) nur der weitaus kürzere Teil durch kleinere Steuerflächen vor der Landung beeinflusst werden - bis dahin dient das Gesamtkonstrukt "Orbiter" als aerodynamisch aktives Steuerteil.
Das ist so nicht ganz richtig. Beim Wiedereintritt erfolgt die Steuerung der Fluglage durch eine Kombination der Steuertriebwerke des RCS (reaktives Kontrollsystem) und der Steuerflächen. Dabei werden die RCS Triebwerke, nach Steuerungkanälen getrennt, nach und nach deaktiviert und die Steuerung im jeweiligen Kanal komplett von den entsprechenden Steuerflächen übernommen.

Beim Shuttle läuft das im Detail etwa so ab:
Das sogenannte Entry Interface (EI), also der Beginn des Wiedereintritts liegt per Definition bei einer Höhe von 400'000 ft, weil ab da ein Ansteigen des dynamischen Drucks gemessen werden kann.
In einer Höhe von rund 298'000 ft, wenn der dyn. Druck 2 psf erreicht, werden erstmals die Steuerflächen aktiviert. Bis dahin erfolgt die Steuerung der Fluglage alleine durch das RCS.
Sobald der dyn. Druck 10 psf erreicht, auf einer Höhe von rund 265'000 ft, werden diejenigen RCS Triebwerke, die für die Steuerung der Querneigung (Roll) zuständig sind, deaktiviert. Ab da erfolgt die Steuerung der Querneigung nur noch mit den Steuerflächen, während in den anderen beiden Kanälen (Längsneigung und Gieren) weiterhin Steuerflächen und RCS aktiv sind.
Wenn der dyn. Druck 40 psf erreicht, in einer Höhe von 228'000ft, werden auch die RCS Triebwerke für die Längsneigung (Pitch) deaktiviert und auch diese Steuerung komplett von den Steuerflächen übernommen. Die Giersteuerung (Yaw) wird aber weiterhin von den entsprechenden RCS Triebwerken unterstützt.
Erst wenn die Geschwindigkeit unter Mach 1 fällt, auf rund 50'000 ft Höhe, werden auch die RCS Triebwerke für die Giersteuerung deaktiviert, und die Steuerung in allen drei Kanälen erfolgt nun komplett mit den Steuerflächen.

Auch beim Buran lief dies ganz ähnlich ab:
Die genauen Parameter für die Deaktivierung der einzelnen RCS Kanäle sind mir zwar leider nicht bekannt, aber die RCS Triebwerke für die Querneigung wurden auch als erstes, auf einer Höhe von rund 85 km deaktiviert. Darauf folgten die RCS Triebwerke für die Längsneigung. Als letztes wurden schliesslich die RCS Triebwerke für die Giersteuerung in einer Höhe von rund 10 km deaktiviert.
 
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AW: Fragen / Technisches zum Space Shuttle

Heute wurde die zweite Folge der beiden Omegatau Podcast Folgen mit Davide Sivolella zum Thema "Technik des Space Shuttles" veröffentlicht.
Beide Folgen sind sehr hörenswert und Davides Buch "To Orbit and Back Again" (ISBN 978-1-4614-0982-3 - To Orbit and Back Again - How the Space Shuttle Flew in Space) ist ebenfalls sehr zu empfehlen.

132 ? The Space Shuttle (Part 1, Systems) | omega tau
133 ? The Space Shuttle (Part 2, Operations) | omega tau

Hilfreiche Podcasts für weiteren Hintergrund zum gleichen Thema aus der Omegatau-Podcast-Serie
116 ? Walking in Space | omega tau
104 ? Space Flight Dynamics | omega tau
/43/ Flying the Space Shuttle | omega tau

92 ? Building and Living on the ISS | omega tau
82 ? Raketentriebwerke | omega tau
83 ? How Apollo Flew to the Moon | omega tau
 
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AW: Fragen / Technisches zum Space Shuttle

Ach ja und nicht zu vergessen
Aircraft Systems Engineering
Eine Vorlesung des MIT die es als Video gibt, bzw. 22 Videos, alle über 1 Stunde lang. Und da geht es nur um das Space Shuttle
Video Lectures | Aircraft Systems Engineering | Aeronautics and Astronautics | MIT OpenCourseWare

Die einzelnen Vorlesungen:
Lecture 1: The Origins of the Space Shuttle
Lecture 2: Space Shuttle History
Lecture 3: Orbiter Sub-System Design
Lecture 4: The Decision to Build the Shuttle
Lecture 5: Orbiter Structure + Thermal Protection System
Lecture 6: Propulsion - Space Shuttle Main Engines
Lecture 7: Aerodynamics - (From Sub - to Hypersonic and Back)
Lecture 8: Landing and Mechanical Systems
OMS, RCS, Fuel Cells, Auxiliary Power Unit and Hydraulic Systems
Lecture 10: The DoD and the Space Shuttle
Lecture 11: Use of Subsystems as a Function of Flight Phase
Lecture 12: Aerothermodynamics
Lecture 13: Environmental Control Systems
Lecture 14: Ground Operations - Launching the Shuttle
Lecture 15: Space Shuttle Accidents
Lecture 16: Guidance, Navigation and Control
Lecture 17: Mission Control 1
Lecture 18: Mission Control 2
Lecture 19: Design Process as it Relates to the Shuttle
Lecture 20: EVA and Robotics on the Shuttle
Lecture 21: Systems Engineering for Space Shuttle Payloads
Lecture 22: Test Flying the Space Shuttle

Da bleibt, so denke ich, kaum eine Frage offen. Einzige Bedingung, Englisch verstehen können.
Für solche Dinge liebe ich das Internet.
 
Thema:

Fragen / Technisches zum Space Shuttle

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