Tijdens de ontwikkeling en het gebruik van het herbruikbare ruimtevaartuig van de Space Shuttle heeft NASA een grote verscheidenheid aan aanvullende onderzoeksprogramma's uitgevoerd. Verschillende aspecten van het ontwerp, de fabricage en de werking van geavanceerde technologie werden bestudeerd. Het doel van sommige van deze programma's was om bepaalde operationele kenmerken van ruimtetechnologie te verbeteren. Het gedrag van het chassis in verschillende modi werd dus bestudeerd in het kader van het LSRA-programma.
Tegen het begin van de jaren negentig waren Space Shuttle-schepen een van de belangrijkste Amerikaanse middelen geworden om vracht in een baan om de aarde te brengen. Tegelijkertijd stopte de ontwikkeling van het project niet en raakte het nu de belangrijkste kenmerken van de werking van dergelijke apparatuur. Vooral schepen werden vanaf het begin geconfronteerd met bepaalde beperkingen op de aanlandingsvoorwaarden. Ze konden niet worden geplant met wolken onder de 8.000 voet (iets meer dan 2,4 km) en met een zijwind van meer dan 15 knopen (7,7 m / s). Uitbreiding van het bereik van toegestane meteorologische omstandigheden kan leiden tot bekende positieve gevolgen.
Vliegend laboratorium CV-990 LSRA, juli 1992
Zijwindbeperkingen waren voornamelijk gerelateerd aan de sterkte van het chassis. De landingssnelheid van de Shuttle bereikte 190 knopen (ongeveer 352 km / h), waardoor de slip, die de zijwind compenseerde, onnodige belastingen op de stutten en wielen veroorzaakte. Als een bepaalde grens wordt overschreden, kunnen dergelijke belastingen leiden tot de vernietiging van banden en tot bepaalde ongevallen. De verlaging van de landingsprestatie-eisen had echter positieve resultaten moeten opleveren. Daarom startte begin jaren negentig een nieuw onderzoeksproject.
Het nieuwe onderzoeksprogramma is vernoemd naar het belangrijkste onderdeel ervan: Landing Systems Research Aircraft. In het kader daarvan moest het een speciaal vlieglaboratorium voorbereiden, met behulp waarvan het mogelijk zou zijn om de eigenaardigheden van de werking van het landingsgestel van de shuttle in alle modi en onder verschillende omstandigheden te controleren. Om de toegewezen taken op te lossen, was het ook noodzakelijk om wat theoretisch en praktisch onderzoek uit te voeren en een aantal monsters van speciale apparatuur voor te bereiden.
Algemeen beeld van de machine met speciale uitrusting
Een van de resultaten van de theoretische studie van de problemen met het verbeteren van de landingseigenschappen was de modernisering van de landingsbaan van het Space Center. JF Kennedy, Florida. Tijdens de reconstructie werd de betonnen strook met een lengte van 4, 6 km hersteld en nu werd een aanzienlijk deel ervan onderscheiden door een nieuwe configuratie. De secties van 1 km nabij beide uiteinden van de strook kregen een groot aantal kleine zijgroeven. Met hun hulp werd voorgesteld om water om te leiden, waardoor de beperkingen in verband met neerslag werden verminderd.
Al op de gereconstrueerde landingsbaan was het de bedoeling om tests uit te voeren van het LSRA-vlieglaboratorium. Vanwege de verschillende kenmerken van het ontwerp moest het het gedrag van een ruimtevaartuig volledig nabootsen. Ook het gebruik van de in het ruimteprogramma gebruikte werkstrook droeg bij aan het verkrijgen van de meest realistische resultaten.
Het vlieglaboratorium landt met de steun uitgeschoven. 21 december 1992
Om het werk in het vlieglaboratorium te sparen en te versnellen, werd besloten om het bestaande vliegtuig om te bouwen. Het voormalige passagiersschip Convair 990 / CV-990 Coronado werd de vervoerder van de speciale uitrusting. Het vliegtuig dat ter beschikking stond van NASA werd in 1962 gebouwd en overgedragen aan een van de luchtvaartmaatschappijen en werd tot het midden van het volgende decennium op civiele lijnen geëxploiteerd. In 1975 werd het vliegtuig gekocht door de Aerospace Agency en naar het onderzoekscentrum van Ames gestuurd. Vervolgens werd het de basis voor verschillende vlieglaboratoria voor verschillende doeleinden en begin jaren negentig werd besloten om een LSRA-machine op de basis te monteren.
Het doel van het LSRA-project was om het gedrag van het landingsgestel van de shuttle in verschillende modi te bestuderen, en daarom kreeg het CV-990-vliegtuig de juiste uitrusting. In het centrale deel van de romp, tussen de standaard hoofdsteunen, bevond zich een compartiment voor het installeren van een rek dat een ruimtevaartuigassemblage simuleert. Vanwege het beperkte volume van de romp was een dergelijke steun stevig bevestigd en kon tijdens de vlucht niet worden verwijderd. De tandheugel was echter uitgerust met een hydraulische aandrijving, die tot taak had de units verticaal te verplaatsen.
CV-990 tijdens de vlucht, april 1993
Het vlieglaboratorium van het nieuwe type heeft de hoofdsteun van de Space Shuttle ontvangen. De steun zelf had een vrij complexe structuur met schokdempers en verschillende stutten, maar onderscheidde zich door de nodige sterkte. In het onderste deel van het rek zat een as voor één groot wiel met een versterkte band. De standaard geleende eenheden van de Shuttle werden aangevuld met tal van sensoren en andere apparatuur die de werking van de systemen bewaakt.
Zoals bedacht door de auteurs van het Landing Systems Research Aircraft-project, moest het vlieglaboratorium CV-990 opstijgen met zijn eigen landingsgestel en, na de nodige bochten te hebben gemaakt, landen. Direct voor de landing werd de centrale steun, geleend van ruimtetechnologie, omhoog getrokken. Op het moment dat de hoofdsteunen van het vliegtuig werden aangeraakt en de schokdempers werden ingedrukt, moest de hydrauliek de steun van de shuttle laten zakken en het aanraken van het landingsgestel simuleren. De post-landing run werd gedeeltelijk gedaan met behulp van het testchassis. Nadat de snelheid tot een vooraf bepaald niveau was teruggebracht, moest de hydrauliek de teststeun weer omhoog brengen.
Gevestigd hoofdlandingsgestel en onderzoeksapparatuur. april 1993
Samen met de "buitenaardse" stut en zijn bedieningselementen ontving het experimentele vliegtuig een aantal andere middelen. In het bijzonder was het noodzakelijk om ballast te installeren, met behulp waarvan de belasting op het chassis, inherent aan ruimtetechnologie, werd gesimuleerd.
Al tijdens de ontwikkelingsfase van de testapparatuur werd duidelijk dat het werken met het testchassis gevaarlijk kan zijn. Hotwheels met hoge inwendige druk, die ernstige mechanische belasting hebben ervaren, kunnen eenvoudig exploderen met een of andere externe impact. Een dergelijke explosie dreigde mensen te verwonden binnen een straal van 15 m. Op twee keer de afstand riskeerden de testers gehoorbeschadiging. Er was dus speciale apparatuur nodig om met gevaarlijke wielen te werken.
Een originele oplossing voor dit probleem werd voorgesteld door NASA-medewerker David Carrott. Hij kocht een RC-model op schaal 1:16 van een tank uit de Tweede Wereldoorlog en gebruikte het rupsonderstel. In plaats van een standaard toren werd op de romp een videocamera met signaaltransmissiemiddelen en een radiografisch bestuurbare boormachine geïnstalleerd. De compacte machine, Tyre Assault Vehicle genaamd, moest zelfstandig het chassis van het verfrommelde CV-990-laboratorium naderen en gaten in de band boren. Hierdoor werd de druk in het wiel teruggebracht tot een veilig niveau en konden specialisten het chassis naderen. Als het wiel de belasting niet kon weerstaan en explodeerde, bleven mensen veilig.
Testlanding, 17 mei 1994
De voorbereiding van alle componenten van het nieuwe testsysteem werd begin 1993 afgerond. In april ging het vlieglaboratorium CV-990 LSRA voor het eerst de lucht in om de aerodynamische prestaties te testen. Tijdens de eerste vlucht en verdere tests werd het laboratorium geëxploiteerd door piloot Charles Gordon. Fullerton. Al snel werd vastgesteld dat de vaste ondersteuning van de shuttle in het algemeen geen afbreuk doet aan de aerodynamica en vliegeigenschappen van de drager. Na dergelijke controles was het mogelijk om volwaardige tests uit te voeren die overeenkwamen met de oorspronkelijke doelstellingen van het project.
De landingstests van het nieuwe chassis begonnen met een bandenslijtagecontrole. Er werd een groot aantal landingen uitgevoerd met verschillende snelheden binnen het aanvaardbare bereik. Daarnaast werd het gedrag van de wielen op verschillende ondergronden bestudeerd, waarvoor het Convair 990 LSRA vlieglaboratorium herhaaldelijk naar verschillende door NASA gebruikte vliegvelden werd gestuurd. Dergelijke voorstudies maakten het mogelijk om de nodige informatie te verzamelen en op een bepaalde manier het plan voor verdere tests bij te stellen. Bovendien konden zelfs zij invloed uitoefenen op de verdere werking van het Space Shuttle-complex.
Het Tyre Assault Vehicle-product werkt met de te testen band. 27 juli 1995
Begin 1994 begonnen NASA-specialisten andere technologische mogelijkheden te testen. Nu werden de landingen uitgevoerd bij verschillende sterktes van de zijwind, inclusief die boven de toegestane voor de Shuttle-landing. De hoge landingssnelheid, gecombineerd met slip-on-touch, had moeten leiden tot meer slijtage van het rubber, en naar verwachting zouden nieuwe tests dit fenomeen zorgvuldig moeten bestuderen.
Een reeks testvluchten en -landingen, uitgevoerd over meerdere maanden, maakte het mogelijk om de optimale modi te vinden waarin de negatieve impact op het wielontwerp minimaal was. Met hun gebruik was het mogelijk om de mogelijkheid te krijgen van een veilige landing in een zijwind van maximaal 20 knopen (10, 3 m / s) in het hele bereik van landingssnelheden. Tests hebben uitgewezen dat het rubber van de banden gedeeltelijk is afgesleten, soms tot aan het metalen koord. Ondanks deze slijtage behielden de banden hun sterkte en konden ze de run veilig voltooien.
Landing met bandenvernietiging. 2 augustus 1995
De studie van het gedrag van bestaande banden bij verschillende snelheden met verschillende zijwind werd uitgevoerd op verschillende NASA-sites. Hierdoor was het mogelijk om de beste combinatie van oppervlakken en kenmerken te vinden en aanbevelingen te doen voor de landing op verschillende start- en landingsbanen. Het belangrijkste resultaat hiervan was om de werking van de ruimtetechnologie te vereenvoudigen. Allereerst de zgn. landingsvensters - tijdsintervallen met acceptabele weersomstandigheden. Daarnaast waren er enkele positieve gevolgen in het kader van de noodlanding van het ruimtevaartuig direct na de lancering.
Na afronding van het hoofdonderzoeksprogramma, dat direct verband hield met de praktische bediening van apparatuur, begon de volgende testfase. Nu werd de techniek op de grens van de mogelijkheden getest, wat tot begrijpelijke gevolgen leidde. In het kader van verschillende testlandingen werden de maximaal mogelijke snelheden en belastingen op het ruimtevaartuigchassis bereikt. Daarnaast is er gekeken naar slipgedrag boven de toegestane limieten. De chassiscomponenten waren niet altijd opgewassen tegen de daaruit voortvloeiende belastingen.
Het onderzochte wiel na een noodlanding. 2 augustus 1995
Dus op 2 augustus 1995, toen hij met hoge snelheid landde, werd de band vernietigd. Het rubber was gescheurd; het blootgestelde metalen snoer was ook niet bestand tegen de belasting. Nadat hij zijn steun had verloren, gleed de velg over het baanoppervlak en schuurde hij bijna tot aan de as. Sommige delen van het rek waren ook beschadigd. Al deze processen gingen gepaard met monsterlijk lawaai, vonken en een spoor van vuur dat zich achter de toonbank uitstrekte. Sommige onderdelen werden niet meer gerestaureerd, maar experts konden de grenzen van de mogelijkheden van het wiel bepalen.
De proeflanding op 11 augustus eindigde ook in vernietiging, maar dit keer bleven de meeste eenheden intact. Al aan het einde van de run was de band niet bestand tegen de belasting en explodeerde. Door verdere beweging was het meeste rubber en koord eraf gescheurd. Na het einde van de run bleef er alleen een puinhoop van rubber en draad op de schijf achter, helemaal niet zoals een band.
Landingsresultaat op 11 augustus 1995
Van de lente van 1993 tot de herfst van 1995 voerden NASA-testpiloten 155 testlandingen uit van het Convair CV-990 LSRA-vlieglaboratorium. Gedurende deze tijd zijn er talloze onderzoeken uitgevoerd en is een grote hoeveelheid gegevens verzameld. Zonder het einde van de tests af te wachten, begonnen experts in de lucht- en ruimtevaartindustrie de resultaten van het programma samen te vatten. Uiterlijk begin 1994 werden nieuwe aanbevelingen geformuleerd voor de landing en het daaropvolgende onderhoud van de ruimtetechnologie. Al snel werden al deze ideeën geïmplementeerd en brachten ze een soort van praktisch voordeel.
Het werk in het kader van het onderzoeksprogramma Landing Systems Research Aircraft duurde meerdere jaren. Gedurende deze tijd was het mogelijk om veel noodzakelijke informatie te verzamelen en het potentieel van bestaande systemen te bepalen. In de praktijk werd de mogelijkheid bevestigd om enkele landingskenmerken te verbeteren zonder het gebruik van nieuwe eenheden, waardoor de vereisten voor de landingsomstandigheden werden verminderd en de werking van de shuttles werd vereenvoudigd. Al in het midden van de jaren negentig werden alle belangrijke bevindingen van het LSRA-programma gebruikt bij de ontwikkeling van bestaande richtsnoeren.
Testlanding 12 augustus 1995
Het enige vliegende laboratorium op basis van een passagiersschip, gebruikt in het kader van het LSRA-project, ging al snel weer aan de slag. Het CV-990-vliegtuig behield een aanzienlijk deel van de toegewezen middelen en kon daarom in een of andere rol worden gebruikt. De onderzoeksstandaard voor wielmontage is er vanaf gehaald en de huid is hersteld. Later werd deze machine opnieuw gebruikt in de loop van verschillende studies.
Het Space Shuttle-complex is sinds het begin van de jaren tachtig in gebruik, maar tijdens de eerste jaren moesten de bemanningen en de organisatoren van de missie voldoen aan een aantal nogal zware problemen met betrekking tot de landing. Het onderzoeksprogramma Landing Systems Research Aircraft maakte het mogelijk om de werkelijke mogelijkheden van de technologie te verduidelijken en de toegestane reeksen kenmerken uit te breiden. Al snel leidden deze onderzoeken tot echte resultaten en hadden ze een positief effect op de verdere werking van de apparatuur.
