SD HLV:早期的SPS示范特派团概述–风险评估结果

经过 Chris Bergin和Chris Gebhardt

在串联的作用,提供了对ISS的重大升降机,这三大超越地球轨道(BEO)任务–即月亮,火星和地球对象(Neos)的着陆– aren’唯一可供班车推出的重型推动车辆(SD HLV),如车辆所指出的’S评估介绍,也涵盖了风险和中止调查结果。

任务范围:

虽然政治审议进入美国宇航局的未来继续,但重点仍然是一个最终目标,即将有载有载人的使命送到火星,可能是通过Phobos月亮作为前体任务。这样的目标仍然深入未来,导致Beo任务的学习曲线,以前指出是美国宇航局的基本要素’自身灵活的路径路线图方法。

另请参阅nasaspaceflight.com的灵活路径评论:
第1部分: 重型推动发射器的战斗 - 怪物200MT车辆指出
第2部分: 载人的使命构建巨大的地质和深空望远镜提出
第3部分: 美国宇航局灵活的路径评估2025人的任务访问亚当
第4部分: 瞄准Phobos - NASA概述MARS上人类的灵活路径前兆

其他载人的任务,如回到月亮和一个探险射到一个新人(小行星)的机会,但虽然是SD HLV评估,但提供了额外的早期任务选项,这可能证明是高度吸引力的工程师,科学家和政治家都一样。

太阳能卫星(SPS)–还知道基于空间的太阳能(SBSP)–是用于集合太阳能在太空中的系统,用于地球上使用。启动SPS示范使命将不仅为SPS概念提供测试,还可以提供测试“underscore”SD HLV的能力。

这样一个使命可能为HLV延伸其腿部的机会,即2016年,专注于在地球静止轨道(Geo)中提供30公吨示威者的交付。

“检查了原型太阳能卫星任务,以强调HLV的重型能力。它涉及在地球同步轨道中部署30吨SPS示范器,并测试所有关键交通和太阳能卫星元素。第一个SPS示范使命可能会在2016年飞行,”概述了726页SD HLV评估演示文稿(L2)。

“示范的目的是:a)展示在地理的原型SPS的部署和操作。 b)验证HLV的成本和运营效用,以支持GEO的大量有效载荷部署。 c)测试Hall效应推进器上阶段,以便为Geo和Cis-Lunar空间进行操作。 d)验证SSP接收的能量密度和功率转换效率估计。 e)展示在地面上的测试indenna系统中的有用电力输送量。”

概述任务简介,作者考虑到需要通过范艾伦布尔茨的高强度区域迅速转移SPS有效载荷,以减少对破坏性辐射的暴露。

“图6-1显示了从该初始轨道进行的操作场景,最大化到地球同步轨道的太阳能卫星质量最大化。地球出发阶段不仅用于达到低地轨道(HLV副伏特舞台),还用于获得5,900公里的循环轨道,其中J-2x发动机的两个额外推进燃烧,”演示文稿指出。

“这将是为了快速移动SPS有效载荷,通过主van allen带,最大限度地减少SPS发电系统暴露于辐射损坏。此时,废物出发阶段被抛弃,高性能转移阶段接管了长期持续时间,螺旋输送到Geo的操作轨道。

“对于转移级的霍尔效应推进器可以最大限度地提高可提供给土工同步轨道的有用太阳能卫星质量。”

在航天器推进中,霍尔推进器是一种离子推进器,其中推进剂被电场加速。霍尔推进器在磁场中捕获电子,然后使用电子电离推进剂,有效地加速离子产生推力,并在羽流中中和离子。

“霍尔效应推进器提供高特定的冲动(2,750秒),但在低推力下。与现代商业通信卫星相比,类似的离子推进单元是常规的使用,并且可以显着提高与化学推进相比地理的有效载荷性能,”添加了演示文稿。

“Geo的低推力和高薪酬产量的权衡是达到地理所需的时间。在这种情况下,假设180天的螺旋向地螺旋。霍尔效应推进器舞台质量为12.2吨,包括7.0吨的氙气推进剂。氩j推进剂是一种较低的成本选择,但性能较低。

“一些霍尔效应推进器用于Geo卫星站保存和姿态控制。大约0.5吨的氙通知剂被保留用于此功能。交付给Geo的净SPS系统是29.7 MT(允许10%的性能边际)。如果EDS阶段已被用于在不使用霍尔效应推进器阶段的情况下进行化学输送SPS,则净额有效载荷将减少42%至17.2吨。”

提供推出SPS示范的手段的好处可能–可以假设–对美国宇航局以外的代理商有很大兴趣,他们可以利用机会为自己提供资金来弥补所涉及的费用。

“SPS演示系统基于太阳能动态功率转换和微波束传输从空间到地面。在这种情况下,太阳能收集器/浓缩器和太阳能动态发电系统的尺寸为为传输天线提供一个兆瓦的电力,”概述了演示文稿。

“假设53米直径的传输天线以94GHz的W波段频率操作。选择该频率以减小空间和地面上的系统尺寸。基于地面接收的预endenNA尺寸以收集所有这些能量的直径约为7km,这对于这种原型演示是不切实际的。

“然而,示范特派团的主要目标是测量整个系统中截取的光束和电力转换效率内的功率密度。这可以使用较小的150米直径的预烯纳有效地完成,用沿着梁的轴线布置的固定元件。

“该演示的该地接收器段应在此频率的输出功率的0.25和1.0 kWe之间产生,这对于此概念演示证明将足够。地面接收器现场将位于美国西南沙漠环境中,因为所选择的频率容易达到雨水和水蒸气的大气衰减效果。”

如果演示证明是成功的,可以通过两个额外的HLV任务启动后续任务,将额外的发电模块携带到地静止轨道。

“在这些初始测试之后,演示SP可以通过两个额外的HLV发布来增强,将更多的太阳能动力发电模块带到Geo,将SPS示范器的总发电提升到发射天线的20兆瓦限制。

“将被修改地接收器段以增加具有相同基本尺寸的预终端填充因子,以实现更高的功率水平。假设总端到端系统的端到端系统电力转换效率为15%,这一增强的SSP能够在有利的天气条件下,在固定军事或研究站点的固定军事或研究站点地区提供大约25kWe的有用电力输出。”

还请参阅:
第1部分: 完成的SD HLV评估突出了低成本的班车服务解决方案
第2部分: SD HLV评论概述ISS物流和运输
第3部分: 月球/蜜蜂–SD HLV,商业和国际建筑概述

概率风险评估– And Crew Abort:

穿梭衍生的Sidemount HLV的好处通过了132的支持‘test’班车的航班–鉴于其巨大的共性–这有助于现实地定义SD HLV评估中呈现的数字。

“HLV团队选择基于S的概率风险评估(PRA)的初始可靠性估计&MA PRA专家。随着HLV的研究进展,这些初始估计被修改为假设发生变化,但仍然可以将穿梭遗产硬件的HLV可靠性编号追溯到班车PRA(迭代3.0),”注意到了演示文稿。

该报告显示,车辆(LOV)损失估计范围从1/137到1/186,代表一系列低可靠性,无论是高可靠性,都没有SSME良性关闭。

“HLV的线条版本的可靠性应类似于侧安装的可靠性。 SSME(航天飞机主力发动机)和SRB(固体火箭助推器)数应保持不变。 ET(外部罐)将经过少量影响可靠性的修改。

“此外,船尾和其他物品可能对整体可靠性产生负面影响。即使在这些变化,在线HLV也应具有接近侧安装件的可靠性范围。”

业务熟练程度与航天飞机退休的损失经常被忽视的风险。在这方面,保持与梭子接近的配置是至关重要的。本报告中显示的SideMount和内联操作之间的额外两到三年差异– it is argued –侵蚀了这一运营熟练程度。

“安全中止取决于车辆可靠性损失和启动中止系统可靠性的组合。 HLV具有高度置信度LEV数字,而新的设计,如前所述的使用寿命,通常必须通过许多航班和婴儿死亡率,同样对LOV可靠性估计的信心等级,”添加了评估。

“自哥伦比亚事故以来的努力从外部坦克大大减少了泡沫脱落事件,最近的班车航班是在攻击历史中泡沫脱落方面最干净的航班。任何泡沫棚都会沿着纵向路径沿着Sidemount有效载荷载体表面遵循,只有闪烁的冲击可能。

“最重要的是,SideMount HLV货物和机组载体不会受到泡沫脱落损坏的影响,因为它们不被轨道器使用的脆弱的热保护系统(TPS)覆盖。相反,载体由强合金和复合材料构成。前安装的猎户座CEV也覆盖有升压保护盖,在上升的临界初始阶段。”

该研究还表明,来自Orion LAS(发射中止系统)的羽毛不会导致ET在中止期间的结构失败。

“该研究得出结论,ET结构能够递送LAS点火过压引起的应力,但计算的间歇应力在ET的5%范围内’S能力。该团队建议在任何后续HLV研究中进行更详细的研究。”

通过显示安全的水降落,继续研究结果–这成为星座计划的基准’S任务简介设计–与HLV的ORION / ARES I配置非常相似。

“在HLV / ORION和ARES I / ORION之间比较Monte Carlo模拟用于跨音中止。假设Mach 1中止场景,HLV / ORION的较低动态压力导致比ARE I / ORION的中止性能度量失败的较低数量。事实上,HLV / orion具有比I / ORION的失败横向中止失败的概率大约一半。

“所有启动车辆方法(无论是在线还是SideMount)都需要大约两秒的警告时间来启动中止并允许机组模块在高G级下进行到从发动车辆的安全距离。船员模块从发射车内互际的分离距离为内联VS.Sidemount是次要效果,其增加了〜0.1秒的警告时间要求。

“另一个因素控制警告时间是作为总推进剂负载的函数的发射车辆的爆破电位。对于在线的可比推进剂载荷,并且Sidemount爆炸电位几乎是相同的。可以通过提高发射中止系统电机的推力和脉冲来实现额外的警告时间。”

研究详细介绍了从发动车辆检查安全中止问题的许多因素。但是,专注于单独两个因素中的一个,不提供一个完整的图片‘safe abort’。研究详细说明了在检查ARES I和Sidemount HLV中的中止时这些因素。

损失损失估计取决于发射中止系统的可靠性。对于85%的LAS可靠性,HLV研究表明,损失概率达到1/1000。

“所有HLV系统的可靠性估计是逼真的,高度信心,因为它们是基于过去30年来建造和飞行的实际班车硬件和系统。因此,HLV将立即受益于大型且令人印象深刻的班车传统系统的体验基地,导致更可靠和更安全的设计,” added the findings.

“与其他HLV配置相比,HLV中止团队分析不支持LOC的较低数字。该团队在侧安装HLV配置没有侧面贴装的情况下没有任何局面的损害,以便执行中止的能力。”

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