Space Shuttle'i välispaak

Space Shuttle'i välispaak pärast lahtihaakumist

Space Shuttle'i välispaak (lühend ET) oli Space Shuttle'i missiooni komponent, mida kasutati kosmosesüstiku orbiidile viimiseks. Paak oli peamine kütusemahuti, mis varustas stardi ajal ja pärastise kõrguse kogumise faasis süstiklaeva vajaliku kütuse ja hapnikuga. Paak oli täidetud vedela vesiniku ja hapnikuga. Olles jõudnud soovitud kõrgusele, heideti välispaak pärast kosmosesüstiku peamootorite seiskamist süstiklaeva küljest lahti ja see kukkus gravitatsioonijõu mõjul tagasi Maa atmosfääri. Erinevalt tahkekütusrakettidest ei olnud kosmosesüstiku välispaak taaskasutatav. Tüüpiline piirkond, kuhu neid kukutati, on India ookean (sõltuvalt starditrajektoorist ka Vaikne ookean), võimalikult kaugele üldkasutatavatest laevateedest, kuhu need jäidki jäätmetena seisma ^[1].

Kuigi allakukkunud kütusepaake ei olnud kunagi taaskasutatud, tehti plaane, kuidas kasutatud paake saaks orbiidil ekspluateerida. Näiteks oleks neid saanud kasutada kosmosejaama osadena elamis- või tööruumidena, materjalina kosmosetehastele või kütusepaagina planeetidevahelisel missioonil. Tänu oma suurtele mõõtmetele oleks välispaaki saanud kasutada mitmel eesmärgil, kasvõi kaubaruumina suurtele saadetistele ^[2].

Ülevaade

STS-1 start. Esimesel kahel missioonil värviti välispaak valgeks, alates kolmandast jäeti paak värvimata

Kosmosesüstiku välispaak oli mõõtmetelt suurim ja tangitult ka raskeim süstiku element, mis koosnes kolmest põhilisest osast:

• vedela hapnikuga täidetud ninaosa
• vahepaak, milles paiknesid peamised juhtseadmed
• vedela vesinikuga täidetud sabaosa, mis oli mõõtmetelt suurim, kuid samas ka kergeim tänu vesiniku väga väikesele tihedusele.

Välispaak moodustas stardi ajal kosmosesüstiku "selgroo", pakkudes kinnituspunkte tahkekütusrakettidele ja süstiklaevale. Tahkekütusraketid kinnitusid välispaagi külge kahe kinnituse kaudu, millest üks asus vahepaagi ja teine sabaosa küljes. Süstiklaev kinnitus vahepaagi külge kolme kronsteini abil. Sabaosas asusid kaks ühendusventiili, mis vahetasid paagi ja süstiklaeva vahel elektrilisi signaale, samuti gaase ja vedelikke. Läbi nende kahe ühendusotsa anti edasi ka käsud, et juhtida tahkekütusrakette.

Areng

Aastate jooksul üritas NASA välispaagi massi vähendada, et suurendada süstiku efektiivsust. Väiksem kütusepaagi mass tähendas väiksemat kütusekulu ja võimalust suurendada süstiklaeva massi näiteks lisaseadmetega. Samuti võimaldas väiksem mass jõuda kõrgematele orbiitidele sama koguse kütuse juures.

Standardvarustuse kütusepaak

Algupärane kosmosesüstiku välispaak oli valmistatud vastupidavast alumiiniumi-vase sulamist. Kaks esimest kütusepaaki värviti valgeks, et kaitsta paaki ultravioletse valguse eest, millega oli paagil stardiplatvormil oodates pikaajaline kokkupuude ^[3]. Kuna selgus, et ultravioletne valgus ei tekita probleeme ja palju olulisem on potentsiaalne raskuse vähendamine, siis otsustati edasistel missioonidel jätta kütusepaak värvimata, kergendades paagi kaalu keskmiselt 272 kg võrra ^[4].

Kerge kütusepaak

Alates kuuendast missioonist (STS-6), tulid kasutusele kerged kütusepaagid. Uued paagid olid umbes 30 tonni raskused. Massi kokkuhoid tuli eelkõige vesinikmahuti tugevduse arvelt: vähendati tugevdustalasid (piki mahutit paiknevad talad) ja tugevdusrõngaid. Kasutusele võeti ka uued sulami valmistamise meetodid, et vähendada seinte paksust. Tahkekütusrakettide kinnitite massi vähendati, kui hakati kasutama tugevamaid, samas kergemaid ja odavamaid titaanist sulameid. Kerged kütusepaagid on teinud kõige rohkem kosmoselende. Viimaseks stardiks jäi kosmosesüstiku Columbia teenindatud missioon STS-107, mis lõppes õnnetusega.

Ülikerge kütusepaak

Paagi ET-119 transportimine merel.

Esimene ülikerge kütusepaagiga lend toimus aastal 1998, missioonil STS-91, ja oli kasutusel kõikidel järgnevatel lendudel välja arvatud STS-99 ja STS-107 ^[5]. Disainilt sarnaneb ülikerge kütusepaak eespool kirjeldatud kerge paagiga. Paagi ehitusel võeti kasutusele uus alumiiniumi ja liitiumi sulam, tuntud ka kui Al 2195. Uue sulami kasutuselevõtt võimaldas ülikergeid paake teha umbes kolm tonni kergemana, kui olid senised kerged kütusepaagid. Kolmetonnine kaalukaotus oli piisav, et võimaldada kosmosesüstikul jõuda rahvusvahelise kosmosejaamani ^[6].

Tehnilised andmed

• Pikkus: 46,9 m
• Diameeter: 8,4 m
• Tühimass: 26 500 kg
• Täismass: 760 000 kg

Vedela hapniku paak

• Pikkus: 16,6 m
• Diameeter: 8,4 m
• Vedela hapniku mass: 629 340 kg
• Temperatuur: −182,8 °C

Vahepaak

• Pikkus: 6,9 m
• Diameeter: 8,4 m

Vedela vesiniku paak

• Pikkus: 29,6 m
• Diameeter: 8,4 m
• Vedela vesiniku mass: 106 261 kg
• Temperatuur: −252,8 °C ^[6]

Komponendid

Kosmosesüstiku välispaagi läbilõige

Selleks, et vedel kütus ja hapnik voolaksid soovitud suunas igasuguste tingimuste korral, tuli hapniku- ja vesinikupaagid hoida ühtlase surve all ka siis, kui paagid olid juba tühjenemas. Selleks oli välispaagi välisküljel kaks toru, mis kandsid süstiklaeva mootoritest üle jäänud gaase tagasi välispaaki. Kumbki toru läks vastavalt kas vedela hapniku või vesiniku eesmisse otsa, kus see hakkas suruma paagi sisu allapoole, pealevoolutorude kaudu süstiklaeva.

Vedela hapniku paak

Vedela hapniku paak moodustas kosmosesüstiku välispaagi kõige tipmise sektsiooni. Sektsioon oli koonuse kujuline, et vähendada aerodünaamilist hõõrdumist ja kuumenemist. Paagi otsas oli lapik eemaldatav katteplaat ja koonus, mille eesmärgiks oli suunata raketti ümbritsevaid õhujugasid nii, et väljaulatuvad osad ei saaks vigastada. Viimase elemendina oli ninakoonuse otsas alumiiniumist piksevarras. Paagist tulnud vedel hapnik liikus 430 mm diameetrise vooliku kaudu kõigepealt läbi vahepaagi ja siis kosmosesüstiku välispaagi väliskesta pidi paagi tagumisse otsa, kus oli kaks ühendusventiili. Hapnik kanti parempoolsesse ventiili. Need kaks ventiili ühendusid süstiklaevaga. 430 mm voolik võimaldas vedelal hapnikul voolata umbes 1,1099 m³/s. Kuna hapnikupaak oli kõike esimene sektsioon siis sellele avalduv õhu tekitatud surve kanti flantsitud ääre kaudu üle vahepaagi seintele. Vedela hapniku paak oli täiendatud vedeliku rappumisi ja pööriseid summutavate konstruktsioonidega, mis olid hädavajalikud, et süstiklaeva jõudev vedel hapnik ei oleks segunenud tagasisaadetud gaasidega ^[1]

Vahepaak

Vahepaak ühendas enda külge vedela hapniku ja vesiniku paagid. Vahepaagi põhilised ülesanded olid kanda kütust ja survegaase kütusepaakide ja süstiklaeva vahel ning jaotada tahkekütusrakettide tekitatud tõukejõude. Vahepaak oli samuti kaitsvaks kestaks juhtseadmetele ja elektroonikale. Kaks tahkekütusraketti kinnitusid esimeste otstega vahepaagi külge, olles teineteisest 180° eemal. Läbi vahepaagi ühendas rakettide kinniteid metallist tala, mis paindus rakettide töötamisest tekkivate jõudude tõttu. Läbi tala kanti need jõud vahepaagi raamile, kust omakorda jaotati jõud kestaplaatide vahel ^[1].

Vedela vesiniku paak

Süstiklaeva kinnitustala, vedela hapniku ühendusventiil (paremal) ja vedela vesiniku ühendusventiil (vasakul), samuti luuk, mille kaudu inimesed saavad vajadusel paagile seestpoolt ligi. Pruun roostene värv on vahtisolatsiooni kiht

Vedela vesiniku paak oli kõige viimane ja suurim välispaagi sektsioon. Paak oli konstrueeritud neljast silindrilisest osast ning eesmisest ja tagumisest poolkerast. Ehituslikud osad olid omavahel ühendatud rõngakujuliste konstruktsiooniraamidega, mis jaotasid tõukejõudusid. Vesiniku paak kinnitati vahepaagi külge kõige ülemise silindri ja eesmise poolkera vahel oleva raami abil. Paagi sisse oli paigutatud pöörise summutaja, nagu vedela hapniku paagilegi. Mõlemad seadmed olid ette nähtud vähendama vedeliku loksumist ja tagasisaadetud gaaside segunemist vedelikuga. Pöörise summutaja all paiknes 430 mm sifoon, mille kaudu vedel vesinik kanti paagist välja ja vasakpoolsesse ühendusventiili. Vesinik voolas umbes 2,988 m ²/s ^[1]

Soojuslik isolatsioon

Kosmosesüstiku välispaagi temperatuuri hoidmiseks kasutati peamiselt pealepihustatavat vahtisolaatori kihti ja eelvalmistatud tahkeid vahutükke. See oli vajalik, et hoida ära ümbritseva õhu veeldumine suurte hõõrdejõudude tõttu ja samuti soojusenergia kandumine vedela vesinikuni. Tagumise otsa soojusisolatsioon vältis ka vedeliku sattumist kütusepaagi sisemusse, kuna ümbritseva õhu veeldumist ei olnud võimalik täielikult vältida. Kogu välispaagi soojusisolatsioon kaalus üle kahe tonni.

Vaata ka

• Energija-Buran
• Space Shuttle
• Kanderakett

Viited

1. Jim Dumoulin. "Shuttle Reference Manual". NASA.gov (inglise). Originaali arhiivikoopia seisuga 19.08.2019. Vaadatud 20.11.2013.
2. "Utilization of the external tanks of the space transportation system" (pdf). astronautix.com (inglise). Vaadatud 20.11.2013.
3. "Columbia's White External Fuel Tanks". Space.com (inglise). Vaadatud 20.11.2013.
4. "NASA Takes Delivery of 100th Space Shuttle External Tank". NASA (inglise). Originaali arhiivikoopia seisuga 11.03.2007. Vaadatud 20.11.2013.
5. "Fact sheet Space Shuttle External Tank" (pdf). Lockheed Martin (inglise). Vaadatud 20.11.2013.^{[alaline kõdulink]}
6. "External Fuel Tank by the Numbers". Lockheed Martin (inglise). Originaali arhiivikoopia seisuga 3.01.2008. Vaadatud 20.11.2013.