美國宇航局的「智能製造」更新,測試引擎部分降低成本

美國宇航局的“智能製造”更新,測試引擎部分降低成本

該測試系列驗證了改進的部件,例如2018年9月6日第二次測試的主燃燒室,安全可靠地運行。通過新的智能製造工藝,這些組件可以在更短的時間內完成,並且成本更低。

美國國家航空航天局重新設計並測試了RS-25發動機的關鍵部件,該發動機通過採用現代製造技術,大大降低了成本和製造時間,為該機構的新型太空發射系統(SLS)提供動力。

重新設計的主燃燒室是發動機的核心,在兩次飛行狀態測試中表現良好。在測試期間,溫度達到了6000華氏度,當發動機在位於密西西比州聖路易斯灣的美國宇航局斯坦尼斯航天中心的試驗檯上發射時,該部件承受了3000磅的壓力。當SLS發射時,四個RS-25發動機將產生200萬磅的推力,以幫助將SLS送到太空,用於執行月球及其他任務。

"我們正在測試推進部件,如主燃燒室,這是發動機運行中最複雜和最關鍵的部件之一,表明它可以在不犧牲可靠性,安全性或性能的情況下降低成本,"SLS液體發動機經理Steve Wofford說。 "SLS火箭將成為世界上最強大的火箭,這些測試表明發動機可以採用現代製造技術製造,並且仍能提供安全地將宇航員送上月球的能力。"

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NASA正在利用RS-25發動機測試,例如此處所示的9月6日測試,不僅測試早期太空發射系統飛行的飛行部件,而且測試部件採用現代製造技術創造了一種全新的方式。如果測試結果令人滿意,這些組件可以合併到為以後的SLS任務製造的發動機中。自2015年以來,SLS計劃一直在密西西比州聖路易斯灣的美國宇航局斯坦尼斯航天中心測試RS-25發動機,進行了20多次測試和超過10,000秒的熱火時間。

在燃燒室內,燃料和氧化劑燃燒並流過噴嘴,將高壓燃燒轉化為每個發動機產生的500,000磅推力。新的腔室設計通過消除29次焊接降低了零件的複雜性。使用稱為熱等靜壓 - 或HIP - 粘合的粘合技術,可以在更短的時間內以更少的成本製造腔室。腔室的內部金屬襯裡和外部護套在非常高的壓力和溫度下粘合在一起。

"創新的粘接工藝將腔室成本和建造時間分別降低了約50%。" 液體發動機SLS燃燒設備經理Mike Shadoan說。"這一系列的九項測試使我們能夠測試飛行控制器的早期任務,同時將採用創新技術製造的部件暴露在他們在發射和飛行過程中看到的相同條件下。"

在,並已與新的控制器和噴嘴保溫與SLS的工作進行更新。目前,SLS計劃在航天飛機計劃的庫存中有16個引擎,足以進行四次飛行。SLS核心級發動機總承包商Aerojet Rocketdyne正在其位於加利福尼亞州卡諾加公園的工廠生產用於後期飛行的發動機。NASA和Aerojet工程師正致力於巧妙地將當今的現代製造技術融入整個發動機室,同時也融入整個發動機的關鍵部件,從而在成本,進度和複雜性方面帶來諸多好處。

Aerojet Rocketdyne的RS-25項目主管Dan Adamski表示,"發動機熱火試驗是新組件設計和現代製造技術的結合為該項目帶來巨大回報的最終證明。" "繼續測試將把額外升級的組件集成到發動機設計中,最終在2021年進行最終認證測試。"

在六次測試中,技術人員和工程師在RS-25發動機上測試了第一個3D打印部件。Aerojet Rocketdyne正在簽訂合同,為未來的SLS任務製造一套初始的六臺新發動機。這些新發動機將使用在Stennis發動機測試期間在開發引擎上驗證的組件和技術進行製造。

美國宇航局正在通過一項創新和可持續的探索計劃引領,以擴大人類在太陽系中的存在。從,SLS和獵戶座將展示關鍵的骨幹能力,這些能力將人類帶到月球並進入太空,比以往更加複雜的各種任務。SLS的前所未有的功率和體積也將帶來在月球上建造和其他長期基礎設施所需的大量硬件,以及後來的人類火星任務。

5人類太空飛行的危害

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乍一看,人類前往火星的旅程提供了無窮無盡的複雜性。為了將紅色星球的任務從小說變為事實,美國宇航局的 已經將宇航員將持續遇到的危險分為五個分類。將挑戰集中在一起可以有組織地努力克服在執行任務之前遇到的障礙。但是,這些危害並不孤立。它們可以相互補充,加劇對人體的影響。正在利用地基,實驗室和研究這些危害 , 是評估人類表現和探索太空所需對策的試驗檯。

各種研究平臺為美國宇航局提供了寶貴的見解,幫助他們瞭解人體和心靈在進入太空的過程中如何應對。由此產生的數據,技術和方法可作為推斷多年行星際任務的寶貴知識。

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1.輻射

火星人類任務的第一個危險也是最難以想象的,因為人眼看不到。輻射不僅是隱秘的,而且被認為是五種危害中最具威脅性的一種。

在地球的自然保護之上,輻射暴露會增加癌症風險,損害中樞神經系統,可以改變認知功能,減少運動功能並促進行為改變。為了瞭解低地球軌道上可能發生的情況,美國宇航局利用地面研究研究輻射如何影響生物樣本 。

空間站位於地球的保護磁場內,因此雖然我們的宇航員暴露的輻射比地球上的輻射高十倍,但它仍然比深空存儲的劑量小。

為了減輕這種危險,深空飛行器將具有重要的保護屏蔽,劑量測定和警報。還在醫療對策領域進行研究,例如藥品,以幫助抵禦輻射。

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2 。隔離和限制

長期擠在狹小空間的人群之間的行為問題,無論訓練有多好,都是不可避免的。將對船員進行精心挑選,培訓和支持,以確保他們能夠在空間中作為一個團隊有效地工作數月或數年。

在地球上,我們可以輕鬆拿起手機,並立即與我們周圍的所有人和所有人保持聯繫。在火星之旅中,宇航員將比我們想象的更加孤立和侷限。睡眠喪失,晝夜節律失調和工作超負荷會加劇這一問題,並可能導致性能下降,不良健康結果和任務目標受損。

為了解決這一危險,正在開發用於監測行為健康和調整/改進用於航天環境的各種工具和技術的方法,以檢測和治療早期風險因素。還在研究工作量和性能,光療法進行晝夜調整,相移和警覺性方面的研究。

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3.距地球的距離

第三個也許是最明顯的危險就是距離。火星平均距地球1.4億英里。宇航員將離開我們的星球大約三年,而不是為期三天的月球旅行。雖然國際空間站的探險活動是這次旅行規劃後勤的預期影響的粗略基礎,但數據並不總是具有可比性。如果車站發生醫療事件或緊急情況,船員可在數小時內返回家中。此外,貨運車輛不斷向船員補充新鮮食品,醫療設備和其他資源。一旦你為火星燃燒發動機,就沒有回頭路,也沒有再補給。

規劃和自給自足是成功完成火星任務的關鍵。面對單向通信延遲長達20分鐘以及設備故障或醫療緊急情況的可能性,宇航員必須能夠在沒有地球上其他團隊支持的情況下面對一系列情況。

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4.重力(或缺乏重力)

宇航員將遇到的重力變化是人類任務的第四大危險。在火星上,宇航員需要在地球四分之三的引力下生活和工作長達兩年。此外,在行星之間的六個月長途跋涉中,探險者將體驗完全失重。

除了火星和深空之外,還必須考慮第三個重力場。當宇航員最終返回家園時,他們需要將身體中的許多系統重新置於地球的引力之下。在沒有標準重力的情況下,骨骼,肌肉,心血管系統都受到了多年的影響。為了使問題進一步複雜化,當宇航員從一個重力場過渡到另一個重力場時,它通常是一種非常激烈的體驗。從行星表面爆炸或通過大氣層跨欄下降是引力的數倍。

正在進行研究以確保宇航員在執行任務之前,期間和之後保持健康。美國國家航空航天局正在確定當前和未來,FDA批准的骨質疏鬆症治療方法以及此類治療的最佳時機可用於減輕宇航員發生過早骨質疏鬆症的風險。正在調查適應性培訓計劃和提高檢測相關感官輸入的能力,以緩解平衡控制問題。目前正在進行研究,以確定個別宇航員的最佳運動處方,以及確定他們在火星任務中可能遇到的關鍵任務任務的代謝成本。

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5 。惡劣/封閉的環境

航天器不僅是一個家,它也是一臺機器。NASA瞭解車輛內的生態系統在日常宇航員生活中發揮著重要作用。重要的居住因素包括溫度,壓力,照明,噪音和空間數量。宇航員必須獲得保持健康和快樂所需的必需食物,睡眠和運動。

技術,就像在世界範圍內探索的情況一樣,在惡劣的環境中創造一個可居住的家園。從空氣質量到可能的微生物居民,一切都受到監控。自然生活在身體上的微生物在封閉的環境中更容易從一個人轉移到另一個人。宇航員也通過尿液和血液樣本提供數據點,並且可以揭示有關可能的壓力因素的有價值的信息。還要求居住者提供有關其生活環境的反饋,包括物理印象和感覺,以便航天器的發展能夠繼續滿足人類在太空中的需求。我們認為理所當然的資源的廣泛回收也是必不可少的:氧氣,水,二氧化碳,甚至我們的廢物。


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