Podczas opracowywania i eksploatacji statku kosmicznego wielokrotnego użytku promu kosmicznego NASA przeprowadziła wiele różnych pomocniczych programów badawczych. Zbadano różne aspekty projektowania, wytwarzania i działania zaawansowanych technologii. Celem niektórych z tych programów była poprawa pewnych cech operacyjnych technologii kosmicznej. Tak więc zachowanie podwozia w różnych trybach było badane w ramach programu LSRA.
Na początku lat dziewięćdziesiątych promy kosmiczne stały się jednym z głównych amerykańskich środków dostarczania ładunków na orbitę. Jednocześnie rozwój projektu nie zatrzymał się, teraz dotykając głównych cech działania takiego sprzętu. W szczególności statki od samego początku napotykały pewne ograniczenia dotyczące warunków lądowania. Nie można było ich sadzić przy chmurach poniżej 8000 stóp (nieco powyżej 2,4 km) i przy wietrze bocznym większym niż 15 węzłów (7,7 m/s). Rozszerzenie zakresu dozwolonych warunków meteorologicznych może prowadzić do znanych pozytywnych konsekwencji.
Latające laboratorium CV-990 LSRA, lipiec 1992
Ograniczenia bocznego wiatru były związane przede wszystkim z wytrzymałością podwozia. Prędkość lądowania wahadłowca osiągnęła 190 węzłów (około 352 km/h), przez co poślizg, kompensujący boczny wiatr, powodował niepotrzebne obciążenia na rozpórkach i kołach. W przypadku przekroczenia pewnego limitu takie obciążenia mogą prowadzić do zniszczenia opon i pewnych wypadków. Jednak zmniejszenie wymagań dotyczących osiągów podczas lądowania powinno przynieść pozytywne rezultaty. Z tego powodu na początku lat dziewięćdziesiątych rozpoczęto nowy projekt badawczy.
Nazwa nowego programu badawczego pochodzi od jego głównego komponentu - Landing Systems Research Aircraft. W jego ramach miał przygotować specjalne laboratorium latające, za pomocą którego będzie można sprawdzić specyfikę działania podwozia wahadłowego we wszystkich trybach i w różnych warunkach. Ponadto, aby rozwiązać przydzielone zadania, konieczne było przeprowadzenie badań teoretycznych i praktycznych, a także przygotowanie szeregu próbek specjalnego sprzętu.
Ogólny widok maszyny ze specjalnym wyposażeniem
Jednym z wyników teoretycznych studiów nad zagadnieniami poprawy charakterystyki lądowania była modernizacja pasa startowego Centrum Kosmicznego. J. F. Kennedy'ego na Florydzie. Podczas odbudowy odrestaurowano betonowy pas o długości 4,6 km, a obecnie znaczna jego część została wyróżniona nową konfiguracją. Odcinki o długości 1 km w pobliżu obu końców pasa otrzymały dużą liczbę małych bocznych rowków. Z ich pomocą zaproponowano przekierowanie wody, co zmniejszyło ograniczenia związane z opadami.
Już na zrekonstruowanym pasie startowym zaplanowano przeprowadzenie testów laboratorium latającego LSRA. Ze względu na różne cechy swojej konstrukcji musiał całkowicie symulować zachowanie statku kosmicznego. Zastosowanie listwy roboczej zastosowanej w programie kosmicznym również przyczyniło się do uzyskania jak najbardziej realistycznych wyników.
Latające laboratorium ląduje z wysuniętą rozpórką. 21 grudnia 1992 r.
W celu zaoszczędzenia i przyspieszenia pracy w laboratorium latającym postanowiono przebudować istniejący samolot. Były liniowiec pasażerski Convair 990 / CV-990 Coronado stał się przewoźnikiem sprzętu specjalnego. Samolot będący w dyspozycji NASA został zbudowany i przekazany jednej z linii lotniczych w 1962 roku i był eksploatowany na liniach cywilnych do połowy następnej dekady. W 1975 roku samolot został zakupiony przez Agencję Lotniczą i wysłany do centrum badawczego Ames. Następnie stał się podstawą kilku laboratoriów latających do różnych celów, a na początku lat dziewięćdziesiątych postanowiono zamontować na jego podstawie maszynę LSRA.
Celem projektu LSRA było zbadanie zachowania podwozia wahadłowca w różnych trybach, dlatego też samolot CV-990 otrzymał odpowiednie wyposażenie. W centralnej części kadłuba, pomiędzy standardowymi podporami głównymi, ulokowano przedział do zainstalowania stelaża symulującego montaż statku kosmicznego. Ze względu na ograniczoną objętość kadłuba, taki wspornik był sztywno zamocowany i nie można go było usunąć w locie. Regał został jednak wyposażony w napęd hydrauliczny, którego zadaniem było przemieszczanie jednostek w pionie.
CV-990 w locie, kwiecień 1993
Latające laboratorium nowego typu otrzymało główną kolumnę promu kosmicznego. Sama podpora miała dość złożoną konstrukcję z amortyzatorami i kilkoma rozpórkami, ale wyróżniała się niezbędną wytrzymałością. W dolnej części bagażnika znajdowała się oś na jedno duże koło ze wzmocnioną oponą. Standardowe jednostki zapożyczone z Shuttle zostały uzupełnione licznymi czujnikami i innym sprzętem monitorującym pracę systemów.
Zgodnie z koncepcją autorów projektu Landing Systems Research Aircraft, laboratorium latające CV-990 miało wystartować na własnym podwoziu i po wykonaniu niezbędnych zakrętów wylądować. Bezpośrednio przed lądowaniem podciągnięto podporę centralną, zapożyczoną z technologii kosmicznej. W momencie dotknięcia głównych kolumn samolotu i ściśnięcia ich amortyzatorów, hydraulika musiała opuścić podporę wahadłowca i symulować dotknięcie podwozia. Przebieg po lądowaniu został częściowo wykonany przy użyciu testowego podwozia. Po zmniejszeniu prędkości do określonego poziomu hydraulika musiała ponownie podnieść podporę testową.
Ustanowione podwozie główne i sprzęt badawczy. kwiecień 1993
Wraz z „obcą” kolumną i jej elementami sterującymi eksperymentalny samolot otrzymał inne środki. W szczególności konieczne było zainstalowanie balastu, za pomocą którego symulowano obciążenie podwozia, nieodłącznie związane z technologią kosmiczną.
Nawet w fazie rozwoju sprzętu testowego stało się jasne, że praca z podwoziem testowym może być niebezpieczna. Gorące koła o wysokim ciśnieniu wewnętrznym, które doświadczyły poważnego naprężenia mechanicznego, mogą po prostu eksplodować przy takim lub innym uderzeniu zewnętrznym. Taka eksplozja groziła zranieniem ludzi w promieniu 15 m. Przy dwukrotnej odległości testerom groziło uszkodzenie słuchu. Dlatego do pracy z niebezpiecznymi kołami potrzebny był specjalny sprzęt.
Oryginalne rozwiązanie tego problemu zaproponował pracownik NASA David Carrott. Kupił model RC czołgu z II wojny światowej w skali 1:16 i użył jego gąsienicowego podwozia. Zamiast standardowej wieży na kadłubie zainstalowano kamerę wideo z transmisją sygnału oraz wiertarkę elektryczną sterowaną radiowo. Kompaktowa maszyna, nazwana Tyre Assault Vehicle, musiała samodzielnie podejść do podwozia zgniecionego laboratorium CV-990 i wywiercić otwory w oponie. Dzięki temu ciśnienie w kole zostało zredukowane do bezpiecznego poziomu, a specjaliści mogli podejść do podwozia. Jeśli koło nie wytrzymało obciążenia i wybuchło, ludzie pozostali bezpieczni.
Lądowanie testowe, 17 maja 1994 r.
Przygotowanie wszystkich elementów nowego systemu testowego zakończono na początku 1993 roku. W kwietniu laboratorium latające CV-990 LSRA po raz pierwszy wzniosło się w powietrze, aby przetestować właściwości aerodynamiczne. Podczas pierwszego lotu i dalszych testów laboratorium obsługiwał pilot Charles Gordon. Fullertona. Szybko ustalono, że stałe podparcie wahadłowca, ogólnie rzecz biorąc, nie pogarsza aerodynamiki i właściwości lotu przewoźnika. Po takich kontrolach można było przystąpić do pełnoprawnych testów, które odpowiadały pierwotnym celom projektu.
Testy lądowania nowego podwozia rozpoczęły się od sprawdzenia zużycia opon. Dużą liczbę lądowań wykonano z różnymi prędkościami w dopuszczalnym zakresie. Ponadto badano zachowanie kół na różnych powierzchniach, w związku z czym laboratorium latające Convair 990 LSRA było wielokrotnie wysyłane na różne lotniska eksploatowane przez NASA. Takie wstępne badania pozwoliły zebrać niezbędne informacje i niejako dostosować plan do dalszych badań. Ponadto nawet oni byli w stanie wpłynąć na dalszą pracę kompleksu promu kosmicznego.
Produkt Tire Assault Vehicle współpracuje z testowaną oponą. 27 lipca 1995 r.
Na początku 1994 roku specjaliści NASA rozpoczęli testowanie innych możliwości technologicznych. Teraz lądowania odbywały się przy różnych siłach wiatru bocznego, w tym przekraczających dopuszczalną dla lądowania wahadłowca. Duża prędkość lądowania w połączeniu z poślizgiem przy dotyku powinna spowodować zwiększone ścieranie gumy, a nowe testy miały dokładnie zbadać to zjawisko.
Seria lotów testowych i lądowań, przeprowadzonych przez kilka miesięcy, pozwoliła na znalezienie optymalnych trybów, w których negatywny wpływ na konstrukcję koła był minimalny. Dzięki ich zastosowaniu udało się uzyskać możliwość bezpiecznego lądowania przy wietrze bocznym do 20 węzłów (10,3 m/s) w całym zakresie prędkości lądowania. Testy wykazały, że guma opon została częściowo starta, czasami aż do metalowego kordu. Mimo tego zużycia opony zachowały jednak swoją wytrzymałość i pozwoliły na bezpieczne ukończenie biegu.
Lądowanie ze zniszczeniem opon. 2 sierpnia 1995
W kilku lokalizacjach NASA przeprowadzono badanie zachowania istniejących opon przy różnych prędkościach i przy różnych wiatrach bocznych. Dzięki temu udało się znaleźć najlepszą kombinację nawierzchni i cech, a także zalecić lądowanie na różnych pasach startowych. Głównym rezultatem tego było uproszczenie działania technologii kosmicznej. Przede wszystkim tzw. okna lądowania - przedziały czasowe z akceptowalnymi warunkami pogodowymi. Ponadto pojawiły się pewne pozytywne konsekwencje w kontekście awaryjnego lądowania statku kosmicznego natychmiast po wystrzeleniu.
Po zakończeniu głównego programu badawczego, który miał bezpośredni związek z praktyczną eksploatacją sprzętu, rozpoczął się kolejny etap testów. Teraz technika została przetestowana na granicy możliwości, co doprowadziło do zrozumiałych konsekwencji. W ramach kilku próbnych lądowań osiągnięto maksymalne możliwe prędkości i obciążenia na podwoziu statku kosmicznego. Ponadto zbadano zachowanie się poślizgu przekraczające dopuszczalne granice. Elementy podwozia nie zawsze były w stanie poradzić sobie z wynikającymi z tego obciążeniami.
Badane koło po awaryjnym lądowaniu. 2 sierpnia 1995
Tak więc 2 sierpnia 1995 r. Podczas lądowania z dużą prędkością opona uległa zniszczeniu. Guma była rozdarta; odsłonięty metalowy przewód również nie wytrzymał obciążenia. Po utracie podparcia felga ślizgała się po powierzchni pasa startowego i ocierała się prawie do osi. Uszkodzeniu uległy również niektóre części stojaka. Wszystkim tym procesom towarzyszył potworny hałas, iskry i smuga ognia ciągnąca się za ladą. Niektóre części nie podlegały już renowacji, ale eksperci byli w stanie określić granice możliwości koła.
Próbne lądowanie 11 sierpnia również zakończyło się zniszczeniem, ale tym razem większość jednostek pozostała nienaruszona. Już pod koniec biegu opona nie wytrzymała obciążenia i eksplodowała. Od dalszego ruchu większość gumy i sznurka została oderwana. Po zakończeniu przejazdu na tarczy pozostał tylko bałagan gumy i drutu, zupełnie nie jak opona.
Wynik lądowania 11 sierpnia 1995 r.
Od wiosny 1993 roku do jesieni 1995 roku piloci testowi NASA przeprowadzili 155 lądowań testowych w laboratorium latającym Convair CV-990 LSRA. W tym czasie przeprowadzono liczne badania i zebrano dużą ilość danych. Nie czekając na zakończenie testów, eksperci z branży lotniczej zaczęli podsumowywać wyniki programu. Nie później niż na początku 1994 roku powstały nowe zalecenia dotyczące lądowania i późniejszej konserwacji technologii kosmicznej. Wkrótce wszystkie te pomysły zostały wdrożone i przyniosły jakąś praktyczną korzyść.
Prace w ramach programu badawczego Landing Systems Research Aircraft trwały kilka lat. W tym czasie udało się zebrać wiele potrzebnych informacji i określić potencjał istniejących systemów. W praktyce potwierdzono możliwość zwiększenia niektórych charakterystyk lądowania bez użycia nowych jednostek, co zmniejszyło wymagania dotyczące warunków lądowania i uprościło eksploatację wahadłowców. Już w połowie lat dziewięćdziesiątych wszystkie główne ustalenia programu LSRA zostały wykorzystane przy opracowywaniu istniejących dokumentów z wytycznymi.
Lądowanie testowe 12 sierpnia 1995 r.
Jedyne laboratorium latające na bazie liniowca pasażerskiego, wykorzystywane w ramach projektu LSRA, wkrótce wróciło do przebudowy. Samolot CV-990 zachował znaczną część przydzielonego zasobu i dlatego mógł być używany w takiej czy innej roli. Zdjęto z niego stanowisko badawcze do montażu kół i odnowiono poszycie. Później maszyna ta została ponownie wykorzystana w trakcie różnych badań.
Kompleks promu kosmicznego działa od wczesnych lat osiemdziesiątych, ale w ciągu pierwszych kilku lat załogi i organizatorzy misji musieli podporządkować się dość trudnym wymaganiom związanym z lądowaniem. Program badawczy Landing Systems Research Aircraft umożliwił wyjaśnienie rzeczywistych możliwości technologii i rozszerzenie dopuszczalnych zakresów charakterystyk. Wkrótce badania te przyniosły realne wyniki i wpłynęły pozytywnie na dalszą eksploatację sprzętu.
