Kosmosesüstiku välispaak

Allikas: Vikipeedia
Kosmosesüstiku välispaak peale lahtihaakumist.

Kosmosesüstiku välispaak on kosmosesüstiku missiooni komponent, mida kasutatakse süstiku orbiidile viimiseks. Paak on peamine kütuse mahuti, mis varustab stardi ajal ja pärastise kõrguse kogumise faasis süstiklaeva vajaliku kütuse ja hapnikuga. Paak on täidetud vedela vesiniku ja hapnikuga. Olles jõudnud soovitud kõrgusele, heidetakse välispaak peale kosmosesüstiku peamootorite seiskamist süstiklaeva küljest lahti ja see kukub gravitatsioonijõu mõjul tagasi Maa atmosfääri. Erinevalt tahkekütusrakettidest ei ole kosmosesüstiku välispaak taaskasutatav. Tüüpiline piirkond, kuhu neid kukutatakse, on India ookean (sõltuvalt starditrajektoorist ka Vaikne ookean), võimalikult kaugele üldkasutatavatest laevateedest, kuhu need jäävadki jäätmetena seisma [1].

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

Ülevaade[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

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

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

Välispaak moodustab stardi ajal kosmosesüstiku "selgroo", pakkudes kinnituspunkte tahkekütusrakettidele ja süstiklaevale. Tahkekütusraketid kinnituvad välispaagi külge kahe kinnituse kaudu, millest üks asub vahepaagi ja teine sabaosa küljes. Süstiklaev kinnitub vahepaagi külge kolme kronsteini abil. Sabaosas asuvad kaks ühendusventiili, mis vahetavad paagi ja süstiklaeva vahel elektrilisi signaale, samuti gaase ja vedelikke. Läbi nende kahe ühendusotsa antakse edasi ka käsud, et juhtida tahkekütusrakette.

Areng[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

Standartne kütusepaak[muuda | redigeeri lähteteksti]

Algupärane kosmosesüstiku välispaak on 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[muuda | redigeeri lähteteksti]

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 lennuks jäi kosmosesüstiku Columbia õnnetusega lõppenud start.

Ülikerge kütusepaak[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

Tehnilised andmed[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • 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[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kosmosesüstiku välispaagi läbilõige.

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

Vedela hapniku paak[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

Vahepaak[muuda | redigeeri lähteteksti]

Vahepaak ühendab enda külge vedela hapniku ja vesiniku paagid. Vahepaagi põhilised ülesanded on kanda kütust ja survegaase kütusepaakide ja süstiklaeva vahel ning jaotada tahkekütusrakettide poolt tekitatud tõukejõude. Vahepaak on samuti kaitsvaks kestaks juhtseadmetele ja elektroonikale. Kaks tahkekütusraketti kinnituvad esimeste otstega vahepaagi külge, olles teineteisest 180° eemal. Läbi vahepaagi ühendab rakettide kinniteid metallist tala, mis paindub rakettide töötamisest tekkivate jõudude tõttu. Läbi tala kantakse need jõud vahepaagi raamile, kust omakorda jaotatakse jõud kestaplaatide vahel [1].

Vedela vesiniku paak[muuda | redigeeri lähteteksti]

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

Soojuslik isolatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kosmosesüstiku välispaagi temperatuuri hoidmiseks kasutatakse peamiselt peale pihustatavat vahtisolaatori kihti ja eelvalmistatud tahkeid vahutükke. See on vajalik, et hoida ära ümbritseva õhu veeldumine suurte hõõrdejõudude tõttu ja samuti soojusenergia kandumine vedela vesinikuni. Tagumise otsa soojusisolatsioon väldib ka vedeliku sattumist kütusepaagi sisemusse, kuna ümbritseva õhu veeldumist ei ole võimalik täielikult vältida. Kogu välispaagi katmine soojusisolatsiooniga kaalub üle kahe tonni.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Jim Dumoulin. Shuttle Reference Manual. NASA.gov. Kasutatud 20.11.2013. (inglise)
  2. Utilization of the external tanks of the space transportation system. astronautix.com. (pdf) Kasutatud 20.11.2013. (inglise)
  3. Columbia's White External Fuel Tanks. Space.com. Kasutatud 20.11.2013. (inglise)
  4. NASA Takes Delivery of 100th Space Shuttle External Tank.. NASA. Kasutatud 20.11.2013. (inglise)
  5. Fact sheet Space Shuttle External Tank. Lockheed Martin. (pdf) Kasutatud 20.11.2013. (inglise)
  6. 6,0 6,1 External Fuel Tank by the Numbers. Lockheed Martin. Kasutatud 20.11.2013. (inglise)