Weiterentwicklungen der Triebwerke
Die Space Shuttle Main Engines entsprachen bei Planung,
Entwicklung und Bau in den 70er Jahren und bei Zertifizierung und Erstflug
in den frühen 80ern dem damaligen Stand der Hochtechnologie. Doch schon während
der Zertifizierungsphase entwickelten Rocketdyne-Ingenieure Ideen für
Weiterentwicklungen, um neuesten technologischen Entwicklungen gerecht zu
werden. Verbesserung und Weiterentwicklung der Space Shuttle Main Engines
stellen zwar einen kontinuierlichen Prozeß dar. Trotzdem können vier
wesentliche Phasen unterschieden werden.
Ende 1982 war der Wartungsaufwand zwischen den einzelnen Flügen derart hoch,
daß Verbesserungen der Triebwerke dringend notwendig wurden. Außerdem versagten
einige Triebwerke bei Brenntests im Full Power Level (109 %). Daher initiierte
die NASA ein Weiterentwicklungsprogramm, das in drei Phasen
eingeteilt wurde. In Phase I sollte der Wartungsaufwand reduziert werden, in
Phase II sollte der Full Power Level von 109 % erreicht werden, der für
Starts von Vandenberg, Kalifornien aus erforderlich wäre. In Phase III schließlich
sollten Verbesserungen eingeführt werden, die die Sicherheitsgrenzen der
Triebwerke erweitern sollten.
Demzufolge betrafen Veränderungen der Phase I, die in den frühen 80er Jahren zur
Verbesserung der First-Manned-Orbital-Flight-Triebwerke eingeführt wurden,
vorwiegend die Haltbarkeit einzelner Triebwerksteile und Mängel, die
in den Brenntests am Boden festgestellt worden waren. Sie führten zum
Erreichen des Power Levels von 104 % im Routinebetrieb der Triebwerke.
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Nach dem Challenger-Unglück im Januar 1986 wurde die Zertifizierung des
109 % Power Levels ausgesetzt und die Phase III gestrichen. Alle Neuentwicklungen
der Phase II, die vor allem Wiederverwendbarkeit und Operabilität der Triebwerke
verbesserten, wurden jedoch nach und nach in den Flugbetrieb eingeführt.
Noch während des Test- und Zertifizierungsprogramms der Phase II initiierte die NASA
ein Programm, das Verbesserungen
der Triebwerke für die weitere Nutzung der Space Shuttles bis in das 21.
Jahrhundert hinein zum Ziel hatte. Primär sollten Sicherheit und Zuverlässigkeit
der Triebwerke verbessert werden. Es sollten aber auch die wiederkehrenden
Kosten vermindert und die Triebwerksleistung erhöht werden. Daher wurden die
Komponenten für mögliche Verbesserungen ausgewählt, die in der Vergangenheit die
höchste Fehlerrate oder den höchsten Wartungsaufwand aufwiesen. Diese waren die
Hochdruck-Turbopumpen, Triebwerkskopf, Wärmeaustauscher und die Hauptbrennkammer.
Die Komponenten erfuhren teils wesentliche Verbesserungen, die schrittweise als
Block-Veränderungen in den 90er Jahren in die Triebwerke integriert werden sollten.
Die NASA wählte die überarbeitete Hochdruck-Sauerstoff-Turbopumpe, den
Doppelröhren-Triebwerkskopf und den Einzelrohr-Wärmeaustauscher für die
Block 1-Konfiguration aus. Die Block 2-Konfiguration sollte eine verbesserte
Hochdruck-Wasserstoff-Turbopumpe und die Hauptbrennkammer mit weiter Öffnung
beinhalten. Man beauftragte daher die Firma Rocketdyne mit der Weiterentwicklung
von Triebwerkskopf, Hauptbrennkammer und Wärmeaustauscher während Pratt & Whitney
mit der Neuentwicklung der Hochdruck-Turbopumpen betraut wurde.
Das Ende der 80er Jahre begonnene Programm wies andere Ansätze auf als frühere. Die
Verbesserungen mußten nun nicht mehr primär die Leistung verbessern. Vielmehr nahm
man
kleinere Leistungseinbußen für wesentliche Verbesserungen der Triebwerkssicherheit
in Kauf. Verlust an spezifischem Impuls und/oder vermehrtes Triebwerksgewicht wurden
durch Gewichtsreduktion bei anderen Komponenten des Shuttles ausgeglichen, so daß die
Gesamtleistung der Space Shuttle nahezu gleich blieb.
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Durch die Weiterentwicklung einzelner Komponenten wurden kritische Fehlermodi
eliminiert und der Funktionsspielraum erweitert. Außerdem wurden Arbeitsschritte
während der Vorbereitung zwischen einzelnen Flügen dadurch reduziert, daß einzelne
Triebwerksteile für Inspektion und Wartung nicht mehr demontiert werden müssen.
Triebwerksgenerationen |
Gen. |
Konfiguration |
Anzahl
SSME's |
Erstflug |
letzter Flug |
Anzahl
Flüge |
1
|
|
3
|
|
|
15 |
2
|
|
10 |
|
|
60 |
3
|
Phase II
|
19 |
|
|
171 |
4
|
Block 1
|
7 |
|
|
27 |
5
|
Block 2A
|
12 |
|
|
49 |
6
|
Block 2
|
17 |
|
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65 |
1. Phase I
2. Phase II
3. Block 1 - Konfiguration
4. Block 2 - Konfiguration
5. Zukünftige Entwicklungen
Quellen: 7, 8
letztes Update:
2. Januar 2010, 21:04:51
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