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EDN编辑在NASA:火箭发射坪上的水塔是做什么用的?

2017-09-15 Steve Taranovich 阅读:
美国NASA位于佛罗里达州的肯尼迪太空中心(Kennedy Space Center)准备在2019年迎接火星任务...本文是作者参访太空中心正在改建中的LC-39B火箭发射坪之一手现场报导!

接续前文:EDN编辑在NASA:准备朝火星出发!QnZednc

EDN编辑在NASA:火箭发射坪是如何避雷、如何导焰的?QnZednc

为了避免火箭发射升空时高温排气以及声波损坏火箭,美国太空总署佛罗里达州肯尼迪太空中心(Kennedy Space Center) 39B发射复合体 (Launch Complex 39B;LC-39B)发射坪的点火过压(Ignition over pressure,IOP)/消音(sound suppression,SS)系统需要使用大量的水。下图就是于LC39B发射坪上的大型水塔。QnZednc

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LC39B的大型水塔(图片来源:Loretta Taranovich)QnZednc

发射坪之阀门复合体中被应用于IOP/SS系统升空后部份的旁通阀(bypass valves)已经成安装,那些新的旁通阀能在升空前(T-0)让水流通过活动发射器甲板(mobile launcher deck)上又被称为雨鸟(rainbird)的喷嘴,避免水喷溅到SLS,以防出现IOP/SS水流开始之后出现紧急中止发射的情况。QnZednc

在T-0时刻,位于IOP/SS阀门复合体的48吋主要门将会开启,确保达成对水流以及时机的要求;下图可看到54吋的洒水管,再下面的一张图则是导焰槽(Flame Trench)底部的大型水管。QnZednc

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标记数字3的柱子是支撑SLS发射平台的第三号支柱;在该支柱的左侧,从右至左分别是54吋与60吋直径的水管,能洒水覆盖发射甲板以减轻噪音与振动(在最左边有黑色带子标记的是旧LC39B的遗留物)(图片来源:Loretta Taranovich)QnZednc

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正在安装的钢骨打造复合体最底部,可看到大型IOP/SS2的歧管(manifold pipe);导焰板将会围绕这个基础建立。在水管顶部有两个洞,安装两根大型的立管,用以江水输送到导焰板顶端的强力洒水喷头;导焰板的形状就像是朝向北侧的四分之一管滑雪坡道(quarter-pipe skateboard),会将SLS的核心级(Core Stage)与固态推进器(SRB)的羽流排焰全部导往同一个方向,从导焰槽的另一端排出。而上面图中的大型水塔将供应此系统高达40万加仑的所需用水(图片来源:Loretta Taranovich)QnZednc

导焰槽内的导焰板(deflector)设计利用到了NASA的Ames研究中心之超级计算机,协助绘制导焰板设计图;导焰板需要能承受来自火箭羽流排焰的高热,又不会导致羽流反冲,其表面压力也得在设计余量(design-margin)的极限之内。QnZednc

SLS火箭燃料

任何一种已知的火箭推进剂,若是结合氧化剂,例如液态氧、液态氢,能产生最高的比冲量(specific impulse)──也就是与推进剂消耗量相关的效率。NASA在最新的SLS火箭也使用了氢来冷却引擎;而因为使用过的氢回流并击中燃烧塔烟囱(flare stack)时可能不完全是气态,因此有一个分离装置,类似在地面上的化粪池,会收集液态氢并且加温。QnZednc

当氢又从液态化为气态,会送往燃烧塔焚尽;这样能确保燃烧塔烟囱不会被液体击中。而额外消耗的氢是39B发射坪上添加了一个液态氢球体储存槽计划的原因之一,不过这个球体储存槽在SLS Block 1B型号火箭飞行之前不会用到,预计要到第二次SLS发射时才会亮相。QnZednc

供水系统的改建与升级还包括新的污水提取系统(sewage lift system),会从发射坪的液态氢与液态氧区域抽取污水至发射坪的主要污水管线。从下图可以看到位于39B发射坪右侧的液态氢储存槽,其地下管线会向右流向39B发射坪的SLS发射平台,后者也会有一个液态氢储存槽,两个储存槽会在适当的发射时机被填满。QnZednc

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位于发射坪右侧的液态氢储存槽;在火箭发射时这个储存槽与位在发射平台的液态氢储存槽会需要在超过6个月的时间内填满几乎90万加仑,这是一个漫长的程序,因为需要先注入低温物质(而且是在佛罗里达州的气温下),且须小心谨慎、有条不紊地进行(图片来源:Loretta Taranovich)QnZednc

其他新型电子装置与传感器

在LC39已经有一套最先进的新型通讯系统,取代阿波罗号(Apollo)与航天飞机时代发射坪终端连结控制室(Pad Terminal Connection Room,PTCR)与发射坪周边的设备;新系统将能让用户在任务前的检查以及发射日倒数时服务航空器、完成火箭发射。QnZednc

旧系统的交换器、电子装置、扩音喇叭、数字键盘、电话、通讯机架以及重达59万2,000磅(约269公吨)的缆线已经被移除,新安装的系统也包括网络交换器、定时器、摄影机、电话、扩音喇叭,而新缆线则长达10万4,000英呎(32公里)。QnZednc

LC39B发射坪地底下的光纤电缆取代了旧的铜线,通往发射控制中心(Launch Control Center,LCC)与其他不同的通讯室。还有3~13.8kV的馈电输送至LC39B,然后在某些区域转换为480V;活动发射器也会需要13.8 kV供电。QnZednc

此外发射坪也布署了一套先进的数据撷取系统(DAS),以支持复合体中的各种传感器。NASA因为太空探险任务需要,可说是传感器技术非常重要的贡献者,很多传感器设计也为地球带来好处;参考此连结可看到NASA所开发的各种传感器。QnZednc

新的通讯系统将以现代化的网络、音/视讯通讯提供工作人员与客户支持,同时支持发射坪安全操作、泄漏侦测/监测、范围安全(range safety)、RF以及遥测;新系统也支持先进的RF监测、低温技术、环境控制子系统(Environmental Control Subsystem)、火灾警报器、地面专用电源,以及肯尼迪太空中心的各种控制系统、保全、数据撷取系统、气象子系统等等。QnZednc

我真的很兴奋能看到人类登陆火星任务的下一步进展,也希望能在2019年猎户座宇宙飞船出任务的那天再度来到肯尼迪太空中心亲眼见证;有许多新科技因为这个计划而诞生,它们也会像以往NASA所开发的技术,为地球上的人类带来贡献。接下来笔者还会有独家专访NASA发射控制中心的文章,敬请期待!QnZednc

(原文发表于Aspencore旗下EDN美国版,参考链接:edn.com;Judith Cheng编译)QnZednc

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Steve Taranovich
EDN资深技术编辑。Steve Taranovich是EE Time姊妹网站Planet Analog的主编,也是EDN的高级技术编辑。 Steve在电子行业拥有40年的从业经验。 他在纽约布鲁克林理工大学获得电子工程硕士学位,在纽约布朗克斯纽约大学获得BEEE学位。 他还是IEEE长岛教育活动委员会主席。 他在Burr-Brown和德州仪器公司工作多年,在模拟设计方面有丰富的经验,并有着嵌入式处理的教育背景。 Steve做了16年的电路设计工程师,随后他成为Burr-Brown Corp的首批现场应用工程师之一,并成为他们首批前往欧洲、印度和中国的全球客户经理之一。
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