Исследовательская программа NASA Landing Systems Research Aircraft (США)
За время разработки и эксплуатации многоразовых космических кораблей Space Shuttle агентство NASA осуществило большое количество разнообразных вспомогательных исследовательских программ. Изучались самые разные аспекты проектирования, изготовления и эксплуатации перспективной техники. Целью некоторых подобных программ являлось повышение тех или иных эксплуатационных характеристик космической техники. Так, поведение шасси на разных режимах изучалось в рамках программы LSRA.
К началу девяностых годов корабли Space Shuttle стали одним из главных американских средств доставки грузов на орбиту. При этом развитие проекта не прекращалось, теперь затрагивая основные особенности эксплуатации подобной техники. В частности, с самого начала корабли сталкивались с определенными ограничениями по условиям посадки. Их нельзя было сажать при облачности ниже 8 тыс. футов (чуть более 2,4 км) и при боковом ветре сильнее 15 узлов (7,7 м/с). Расширение диапазона разрешенных метеоусловий могло привести к известным положительным последствиям.
Летающая лаборатория CV-990 LSRA, июль 1992 г.
Ограничения по боковому ветру были связаны, прежде всего, с прочностью шасси. Посадочная скорость «Шаттла» достигала 190 узлов (около 352 км/ч), из-за чего скольжение, компенсирующее боковой ветер, создавало излишние нагрузки на стойки и колеса. При превышении определенного предела такие нагрузки могли привести к разрушению покрышек и к тем или иным авариям. Тем не менее, снижение требований к посадочным характеристикам должно было положительные результаты. Из-за этого в начале девяностых годов был запущен новый исследовательский проект.
Новая исследовательская программа получила название по основному своему компоненту – Landing Systems Research Aircraft («Самолет исследования систем шасси»). В ее рамках предполагалось подготовить специальную летающую лабораторию, при помощи которой можно было бы проверить особенности работы шасси «Шаттла» на всех режимах и при различных условиях. Также для решения поставленных задач следовало провести некоторые теоретические и практические исследования, а также подготовить ряд образцов специальной техники.
Общий вид машины со специальным оборудованием
Одним из результатов теоретической проработки вопросов улучшения посадочных характеристик стала модернизация взлетно-посадочной полосы Космического центра им. Дж.Ф. Кеннеди (шт. Флорида). В ходе реконструкции бетонная полоса длиной 4,6 км была восстановлена, и теперь значительная ее часть отличалась новой конфигурацией. Участки длиной в 1 км возле обоих торцов полосы получили большое количество небольших поперечных канавок. С их помощью предлагалось отводить воду, что сокращало ограничения, связанные с осадками.
Уже на реконструированной взлетно-посадочной полосе планировалось проводить испытания летающей лаборатории LSRA. За счет различных особенностей своей конструкции она должна была полностью имитировать поведение космического корабля. Использование рабочей полосы, задействованной в космической программе, так же способствовало получению максимально реалистичных результатов.
Летающая лаборатория выполняет посадку с выдвинутой стойкой. 21 декабря 1992 г.
С целью экономии и ускорения работ в летающую лабораторию решили перестраивать имеющийся самолет. Носителем специального оборудования стал бывший пассажирский лайнер Convair 990 / CV-990 Coronado. Имевшаяся в распоряжении NASA машина была построена и передана одной из авиакомпаний в 1962 году, и до середины следующего десятилетия эксплуатировалась на гражданских линиях. В 1975 году самолет был выкуплен Аэрокосмическим агентством и отправлен в исследовательский центр Ames. Впоследствии он стал основой для нескольких летающих лабораторий разного назначения, а в начале девяностых было принято решение о сборке на его бае машины LSRA.
Целью проекта LSRA было изучение поведения шасси «Шаттла» на разных режимах, и потому самолет CV-990 получил соответствующее оборудование. В центральной части фюзеляжа, между штатными основными опорами, расположили отсек для установки стойки, имитирующей агрегат космического корабля. В связи с ограниченными объемами фюзеляжа такая стойка закреплялась жестко и не могла убираться в полете. Впрочем, стойку оснастили гидравлическим приводом, задачей которого было перемещение агрегатов по вертикали.
CV-990 в полете, апрель 1993 г.
Летающая лаборатория нового типа получила основную стойку корабля Space Shuttle. Сама опора имела достаточно сложную конструкцию с амортизаторами и несколькими подкосами, однако отличалась необходимой прочностью. В нижней части стойки помещалась ось для одного крупного колеса с усиленной покрышкой. Штатные агрегаты, заимствованные у «Шаттла», дополнялись многочисленными датчиками и другим оборудованием, следящим за работой систем.
По задумке авторов проекта Landing Systems Research Aircraft, летающая лаборатория CV-990 должна была взлетать при помощи собственного шасси и, выполнив необходимые развороты, заходить на посадку. Непосредственно перед посадкой центральная опора, заимствованная у космической техники, подтягивалась вверх. В момент касания основных стоек самолета и обжатия их амортизаторов гидравлика должна была опускать опору «Шаттла» и имитировать касание шасси. Пробег после посадки частично осуществлялся с использованием тестируемого шасси. После снижения скорости до заданного уровня гидравлика должна была вновь поднимать испытываемую опору.
Штатные основные стойки шасси и исследовательская аппаратура. Апрель 1993 г.
Вместе с «чужой» стойкой и средствами ее управления опытный самолет получил некоторые другие средства. В частности, пришлось установить балласт, при помощи которого имитировалась нагрузка на шасси, свойственная космической технике.
Еще на стадии разработки испытательного оснащения стало ясно, что работа с тестовым шасси может представлять определенную опасность. Разогретые колеса с высоким внутренним давлением, испытавшие серьезные механические нагрузки, могли просто взорваться при том или ином внешнем воздействии. Такой подрыв грозил травмами людям в радиусе 15 м. На вдвое большей дистанции испытатели рисковали получить повреждения органов слуха. Таким образом, для работы с опасными колесами требовалась специальная аппаратура.
Оригинальное решение этой проблемы предложил сотрудник NASA Дэвид Кэрротт. Он приобрел сборную радиоуправляемую модель танка времен Второй мировой войны в масштабе 1:16, и использовал ее гусеничное шасси. Вместо штатной башни на корпусе установили видеокамеру со средствами передачи сигнала, а также радиоуправляемую электрическую дрель. Компактная машинка, получившая название Tire Assault Vehicle («Машина для нападения на шины»), должна была самостоятельно подходить к шасси севшей лаборатории CV-990 и сверлить отверстия в шине. Благодаря этому давление в колесе снижалось до безопасного, и специалисты могли подойти к шасси. Если же колесо не выдерживало нагрузки и взрывалось, то люди оставались в безопасности.
Испытательная посадка, 17 мая 1994 г.
Подготовка всех компонентов новой испытательной системы завершилась в начале 1993 года. В апреле летающая лаборатория CV-990 LSRA впервые поднялась в воздух для проверки аэродинамических характеристик. В первом полете и в дальнейших испытаниях лабораторией управлял пилот Чарльз Гордон. Фуллертон. Достаточно быстро было установлено, что неубираемая опора «Шаттла», в целом, не ухудшает аэродинамику и летные характеристики носителя. После таких проверок можно было приступать к полноценным испытаниям, соответствовавшим исходным целям проекта.
Испытания нового шасси на посадке стартовали с проверки износа шин. Было выполнено большое число посадок на разных скоростях в пределах допустимого диапазона. Кроме того, изучалось поведение колес на различных поверхностях, для чего летающая лаборатория Convair 990 LSRA неоднократно отправлялась на разные аэродромы, используемые NASA. Подобные предварительные исследования позволили собрать необходимую информацию и определенным образом скорректировать план дальнейших испытаний. Кроме того, даже они смогли повлиять на дальнейшую эксплуатацию комплекса Space Shuttle.
Изделие Tire Assault Vehicle работает с исследуемой шиной. 27 июля 1995 г.
К началу 1994 года специалисты NASA приступили к проверке других возможностей техники. Теперь посадки осуществлялись при разной силе бокового ветра, в том числе превышающей допустимую для посадки «Шаттла». Высокая посадочная скорость в сочетании со скольжением при касании должны были приводить к усиленному истиранию резины, и в ходе новых испытаний предполагалось тщательно изучить это явление.
Ряд испытательных полетов и посадок, выполнявшихся в течение нескольких месяцев, позволил найти оптимальные режимы, при которых негативное влияние на конструкцию колеса было минимальным. С их использованием удалось получить возможность безопасной посадки при боковом ветре до 20 узлов (10,3 м/с) во всем диапазоне посадочных скоростей. Как показывали испытания, резина шин частично стиралась, причем иногда вплоть до металлического корда. Тем не менее, несмотря на такой износ, покрышки сохраняли свою прочность и позволяли безопасно завершить пробег.
Посадка с разрушением покрышки. 2 августа 1995 г.
Изучение поведения существующих шин на разных скоростях при различающемся боковом ветре осуществлялось на нескольких площадках NASA. Благодаря этому удалось найти наилучшее сочетание поверхностей и характеристик, а также составить рекомендации по посадке на различные взлетно-посадочные полосы. Главным результатом этого должно было стать упрощение эксплуатации космической техники. В первую очередь, серьезным образом расширялись т.н. окна посадки – промежутки времени с приемлемыми погодными условиями. Кроме того, появлялись некоторые положительные последствия в контексте экстренной посадки космического корабля сразу после старта.
После завершения основной программы исследований, имевшей прямую связь с практической эксплуатацией техники, начался следующий этап испытаний. Теперь техника испытывалась на пределе возможностей, что приводило к понятным последствиям. В рамках нескольких тестовых посадок достигались максимально возможные скорости и нагрузки на шасси космического корабля. Кроме того, изучалось поведение при скольжении, превышающем допустимые пределы. Далеко не всегда компоненты шасси справлялись с возникающими нагрузками.
Исследуемое колесо после аварийной посадки. 2 августа 1995 г.
Так, 2 августа 1995 года при посадке на высокой скорости произошло разрушение покрышки. Резина оказалась разорвана; оголенный металлический корд так же не выдержал нагрузки. Лишившись поддержки, колесный диск заскользил по покрытию взлетной полосы и сточился почти до оси. Также пострадали некоторые детали стойки. Все эти процессы сопровождались чудовищным шумом, искрами и огненным следом, тянувшимся за стойкой. Часть деталей уже не подлежала восстановлению, но специалисты смогли определить пределы возможности колеса.
Тестовая посадка 11 августа так же завершилась разрушениями, но на этот раз большая часть агрегатов осталась целой. Уже при завершении пробега покрышка не выдержала нагрузку и взорвалась. От дальнейшего движения большая часть резины и корда была оборвана. После завершения пробега на диске оставалось только месиво из резины и проволоки, совсем не похожее на шину.
Результат посадки 11 августа 1995 г.
С весны 1993 по осень 1995 года летчики-испытатели NASA провели 155 тестовых посадок летающей лаборатории Convair CV-990 LSRA. За это время были проведены многочисленные исследования и собран большой объем данных. Не дожидаясь окончания испытаний, специалисты аэрокосмической отрасли начали подводить итоги программы. Не позднее начала 1994 года были сформированы новые рекомендации по проведению посадки и последующему обслуживанию космической техники. Вскоре все эти идеи были внедрены и принесли ту или иную пользу практического характера.
Работы в рамках исследовательской программы Landing Systems Research Aircraft продолжались в течение нескольких лет. За это время удалось собрать массу необходимой информации и определить потенциал существующих систем. На практике была подтверждена возможность повышения некоторых посадочных характеристик без использования новых агрегатов, что снижало требования к условиям посадки и упрощало эксплуатацию «Шаттлов». Уже в середине девяностых годов все основные выводы программы LSRA были использованы при развитии имеющихся руководящих документов.
Испытательная посадка 12 августа 1995 г.
Единственная летающая лаборатория на базе пассажирского лайнера, использовавшаяся в рамках проекта LSRA, вскоре вновь отправилась на перестройку. Самолет CV-990 сохранял значительную часть назначенного ресурса, и потому мог использоваться в той или иной роли. С него сняли исследовательский стенд для монтажа колес и восстановили обшивку. Позже эта машина вновь использовалась в ходе тех или иных исследований.
Комплекс Space Shuttle эксплуатировался с начала восьмидесятых годов, но в течение нескольких первых лет экипажам и организаторам миссий приходилось соблюдать некоторые достаточно жесткие, связанные с выполнением посадки. Исследовательская программа Landing Systems Research Aircraft позволила уточнить реальные возможности техники и расширить допустимые диапазоны характеристик. Вскоре эти исследования привели к реальным результатам и положительным образом сказались на дальнейшей эксплуатации техники.
По материалам сайтов:
https://nasa.gov/
https://dfrc.nasa.gov/
https://flightglobal.com/
К началу девяностых годов корабли Space Shuttle стали одним из главных американских средств доставки грузов на орбиту. При этом развитие проекта не прекращалось, теперь затрагивая основные особенности эксплуатации подобной техники. В частности, с самого начала корабли сталкивались с определенными ограничениями по условиям посадки. Их нельзя было сажать при облачности ниже 8 тыс. футов (чуть более 2,4 км) и при боковом ветре сильнее 15 узлов (7,7 м/с). Расширение диапазона разрешенных метеоусловий могло привести к известным положительным последствиям.
Летающая лаборатория CV-990 LSRA, июль 1992 г.
Ограничения по боковому ветру были связаны, прежде всего, с прочностью шасси. Посадочная скорость «Шаттла» достигала 190 узлов (около 352 км/ч), из-за чего скольжение, компенсирующее боковой ветер, создавало излишние нагрузки на стойки и колеса. При превышении определенного предела такие нагрузки могли привести к разрушению покрышек и к тем или иным авариям. Тем не менее, снижение требований к посадочным характеристикам должно было положительные результаты. Из-за этого в начале девяностых годов был запущен новый исследовательский проект.
Новая исследовательская программа получила название по основному своему компоненту – Landing Systems Research Aircraft («Самолет исследования систем шасси»). В ее рамках предполагалось подготовить специальную летающую лабораторию, при помощи которой можно было бы проверить особенности работы шасси «Шаттла» на всех режимах и при различных условиях. Также для решения поставленных задач следовало провести некоторые теоретические и практические исследования, а также подготовить ряд образцов специальной техники.
Общий вид машины со специальным оборудованием
Одним из результатов теоретической проработки вопросов улучшения посадочных характеристик стала модернизация взлетно-посадочной полосы Космического центра им. Дж.Ф. Кеннеди (шт. Флорида). В ходе реконструкции бетонная полоса длиной 4,6 км была восстановлена, и теперь значительная ее часть отличалась новой конфигурацией. Участки длиной в 1 км возле обоих торцов полосы получили большое количество небольших поперечных канавок. С их помощью предлагалось отводить воду, что сокращало ограничения, связанные с осадками.
Уже на реконструированной взлетно-посадочной полосе планировалось проводить испытания летающей лаборатории LSRA. За счет различных особенностей своей конструкции она должна была полностью имитировать поведение космического корабля. Использование рабочей полосы, задействованной в космической программе, так же способствовало получению максимально реалистичных результатов.
Летающая лаборатория выполняет посадку с выдвинутой стойкой. 21 декабря 1992 г.
С целью экономии и ускорения работ в летающую лабораторию решили перестраивать имеющийся самолет. Носителем специального оборудования стал бывший пассажирский лайнер Convair 990 / CV-990 Coronado. Имевшаяся в распоряжении NASA машина была построена и передана одной из авиакомпаний в 1962 году, и до середины следующего десятилетия эксплуатировалась на гражданских линиях. В 1975 году самолет был выкуплен Аэрокосмическим агентством и отправлен в исследовательский центр Ames. Впоследствии он стал основой для нескольких летающих лабораторий разного назначения, а в начале девяностых было принято решение о сборке на его бае машины LSRA.
Целью проекта LSRA было изучение поведения шасси «Шаттла» на разных режимах, и потому самолет CV-990 получил соответствующее оборудование. В центральной части фюзеляжа, между штатными основными опорами, расположили отсек для установки стойки, имитирующей агрегат космического корабля. В связи с ограниченными объемами фюзеляжа такая стойка закреплялась жестко и не могла убираться в полете. Впрочем, стойку оснастили гидравлическим приводом, задачей которого было перемещение агрегатов по вертикали.
CV-990 в полете, апрель 1993 г.
Летающая лаборатория нового типа получила основную стойку корабля Space Shuttle. Сама опора имела достаточно сложную конструкцию с амортизаторами и несколькими подкосами, однако отличалась необходимой прочностью. В нижней части стойки помещалась ось для одного крупного колеса с усиленной покрышкой. Штатные агрегаты, заимствованные у «Шаттла», дополнялись многочисленными датчиками и другим оборудованием, следящим за работой систем.
По задумке авторов проекта Landing Systems Research Aircraft, летающая лаборатория CV-990 должна была взлетать при помощи собственного шасси и, выполнив необходимые развороты, заходить на посадку. Непосредственно перед посадкой центральная опора, заимствованная у космической техники, подтягивалась вверх. В момент касания основных стоек самолета и обжатия их амортизаторов гидравлика должна была опускать опору «Шаттла» и имитировать касание шасси. Пробег после посадки частично осуществлялся с использованием тестируемого шасси. После снижения скорости до заданного уровня гидравлика должна была вновь поднимать испытываемую опору.
Штатные основные стойки шасси и исследовательская аппаратура. Апрель 1993 г.
Вместе с «чужой» стойкой и средствами ее управления опытный самолет получил некоторые другие средства. В частности, пришлось установить балласт, при помощи которого имитировалась нагрузка на шасси, свойственная космической технике.
Еще на стадии разработки испытательного оснащения стало ясно, что работа с тестовым шасси может представлять определенную опасность. Разогретые колеса с высоким внутренним давлением, испытавшие серьезные механические нагрузки, могли просто взорваться при том или ином внешнем воздействии. Такой подрыв грозил травмами людям в радиусе 15 м. На вдвое большей дистанции испытатели рисковали получить повреждения органов слуха. Таким образом, для работы с опасными колесами требовалась специальная аппаратура.
Оригинальное решение этой проблемы предложил сотрудник NASA Дэвид Кэрротт. Он приобрел сборную радиоуправляемую модель танка времен Второй мировой войны в масштабе 1:16, и использовал ее гусеничное шасси. Вместо штатной башни на корпусе установили видеокамеру со средствами передачи сигнала, а также радиоуправляемую электрическую дрель. Компактная машинка, получившая название Tire Assault Vehicle («Машина для нападения на шины»), должна была самостоятельно подходить к шасси севшей лаборатории CV-990 и сверлить отверстия в шине. Благодаря этому давление в колесе снижалось до безопасного, и специалисты могли подойти к шасси. Если же колесо не выдерживало нагрузки и взрывалось, то люди оставались в безопасности.
Испытательная посадка, 17 мая 1994 г.
Подготовка всех компонентов новой испытательной системы завершилась в начале 1993 года. В апреле летающая лаборатория CV-990 LSRA впервые поднялась в воздух для проверки аэродинамических характеристик. В первом полете и в дальнейших испытаниях лабораторией управлял пилот Чарльз Гордон. Фуллертон. Достаточно быстро было установлено, что неубираемая опора «Шаттла», в целом, не ухудшает аэродинамику и летные характеристики носителя. После таких проверок можно было приступать к полноценным испытаниям, соответствовавшим исходным целям проекта.
Испытания нового шасси на посадке стартовали с проверки износа шин. Было выполнено большое число посадок на разных скоростях в пределах допустимого диапазона. Кроме того, изучалось поведение колес на различных поверхностях, для чего летающая лаборатория Convair 990 LSRA неоднократно отправлялась на разные аэродромы, используемые NASA. Подобные предварительные исследования позволили собрать необходимую информацию и определенным образом скорректировать план дальнейших испытаний. Кроме того, даже они смогли повлиять на дальнейшую эксплуатацию комплекса Space Shuttle.
Изделие Tire Assault Vehicle работает с исследуемой шиной. 27 июля 1995 г.
К началу 1994 года специалисты NASA приступили к проверке других возможностей техники. Теперь посадки осуществлялись при разной силе бокового ветра, в том числе превышающей допустимую для посадки «Шаттла». Высокая посадочная скорость в сочетании со скольжением при касании должны были приводить к усиленному истиранию резины, и в ходе новых испытаний предполагалось тщательно изучить это явление.
Ряд испытательных полетов и посадок, выполнявшихся в течение нескольких месяцев, позволил найти оптимальные режимы, при которых негативное влияние на конструкцию колеса было минимальным. С их использованием удалось получить возможность безопасной посадки при боковом ветре до 20 узлов (10,3 м/с) во всем диапазоне посадочных скоростей. Как показывали испытания, резина шин частично стиралась, причем иногда вплоть до металлического корда. Тем не менее, несмотря на такой износ, покрышки сохраняли свою прочность и позволяли безопасно завершить пробег.
Посадка с разрушением покрышки. 2 августа 1995 г.
Изучение поведения существующих шин на разных скоростях при различающемся боковом ветре осуществлялось на нескольких площадках NASA. Благодаря этому удалось найти наилучшее сочетание поверхностей и характеристик, а также составить рекомендации по посадке на различные взлетно-посадочные полосы. Главным результатом этого должно было стать упрощение эксплуатации космической техники. В первую очередь, серьезным образом расширялись т.н. окна посадки – промежутки времени с приемлемыми погодными условиями. Кроме того, появлялись некоторые положительные последствия в контексте экстренной посадки космического корабля сразу после старта.
После завершения основной программы исследований, имевшей прямую связь с практической эксплуатацией техники, начался следующий этап испытаний. Теперь техника испытывалась на пределе возможностей, что приводило к понятным последствиям. В рамках нескольких тестовых посадок достигались максимально возможные скорости и нагрузки на шасси космического корабля. Кроме того, изучалось поведение при скольжении, превышающем допустимые пределы. Далеко не всегда компоненты шасси справлялись с возникающими нагрузками.
Исследуемое колесо после аварийной посадки. 2 августа 1995 г.
Так, 2 августа 1995 года при посадке на высокой скорости произошло разрушение покрышки. Резина оказалась разорвана; оголенный металлический корд так же не выдержал нагрузки. Лишившись поддержки, колесный диск заскользил по покрытию взлетной полосы и сточился почти до оси. Также пострадали некоторые детали стойки. Все эти процессы сопровождались чудовищным шумом, искрами и огненным следом, тянувшимся за стойкой. Часть деталей уже не подлежала восстановлению, но специалисты смогли определить пределы возможности колеса.
Тестовая посадка 11 августа так же завершилась разрушениями, но на этот раз большая часть агрегатов осталась целой. Уже при завершении пробега покрышка не выдержала нагрузку и взорвалась. От дальнейшего движения большая часть резины и корда была оборвана. После завершения пробега на диске оставалось только месиво из резины и проволоки, совсем не похожее на шину.
Результат посадки 11 августа 1995 г.
С весны 1993 по осень 1995 года летчики-испытатели NASA провели 155 тестовых посадок летающей лаборатории Convair CV-990 LSRA. За это время были проведены многочисленные исследования и собран большой объем данных. Не дожидаясь окончания испытаний, специалисты аэрокосмической отрасли начали подводить итоги программы. Не позднее начала 1994 года были сформированы новые рекомендации по проведению посадки и последующему обслуживанию космической техники. Вскоре все эти идеи были внедрены и принесли ту или иную пользу практического характера.
Работы в рамках исследовательской программы Landing Systems Research Aircraft продолжались в течение нескольких лет. За это время удалось собрать массу необходимой информации и определить потенциал существующих систем. На практике была подтверждена возможность повышения некоторых посадочных характеристик без использования новых агрегатов, что снижало требования к условиям посадки и упрощало эксплуатацию «Шаттлов». Уже в середине девяностых годов все основные выводы программы LSRA были использованы при развитии имеющихся руководящих документов.
Испытательная посадка 12 августа 1995 г.
Единственная летающая лаборатория на базе пассажирского лайнера, использовавшаяся в рамках проекта LSRA, вскоре вновь отправилась на перестройку. Самолет CV-990 сохранял значительную часть назначенного ресурса, и потому мог использоваться в той или иной роли. С него сняли исследовательский стенд для монтажа колес и восстановили обшивку. Позже эта машина вновь использовалась в ходе тех или иных исследований.
Комплекс Space Shuttle эксплуатировался с начала восьмидесятых годов, но в течение нескольких первых лет экипажам и организаторам миссий приходилось соблюдать некоторые достаточно жесткие, связанные с выполнением посадки. Исследовательская программа Landing Systems Research Aircraft позволила уточнить реальные возможности техники и расширить допустимые диапазоны характеристик. Вскоре эти исследования привели к реальным результатам и положительным образом сказались на дальнейшей эксплуатации техники.
По материалам сайтов:
https://nasa.gov/
https://dfrc.nasa.gov/
https://flightglobal.com/
- Рябов Кирилл
- NASA / nasa.gov
Информация