Innflyging og landingstester

Merk av ALT-programmet

Under navnet tilnærmings- og landingstester ( engelsk for innflygnings- og landingstester ), kort ALT , er en serie eksperimenter oppsummert som den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA i 1977 flygeegenskapene til den nyutviklede romfergen Space Shuttle testet. Testobjektet var romferge-prototypen Enterprise (OV-101) , som ikke var i stand til romflukt . I oppkjøringen til det første romoppdraget til en romferge viste eksperimentene at romfergen kunne styres og landes i atmosfæren. De viste også at det var mulig å transportere dem ved hjelp av Shuttle Carrier Aircraft , en modifisert Boeing 747 . Dryden Flight Research Center på Edwards Air Force Base, California, var grunnlaget for testflygningene .

bakgrunn

31. januar 1977 nådde Enterprise Edwards Air Force Base på en semitrailer

På 1960-tallet utviklet NASA et konsept for en gjenbrukbar romferge . I motsetning til rakettene som hittil er lansert, burde den kunne komme tilbake til jorden uskadd etter en romflukt. Siden det vil være tilgjengelig for videre oppdrag, bør kostnadene for en romflukt reduseres betydelig. Romfergen kom ut av programmet . Den består av den såkalte orbiteren - den faktiske romfergen - en ekstern drivstofftank og to faste rakettraketter festet til siden av tanken . Sistnevnte kommer tilbake til jorden i fallskjerm etter start, den eksterne drivstofftanken brenner opp i atmosfæren. Bane går inn i atmosfæren igjen på slutten av et romoppdrag og kan landes som et fly. For å teste denne siste fasen på forhånd ble blant annet prototypen Enterprise bygget. Komponenter som ikke var nødvendige for ALT-testene, ble opprinnelig lagret under konstruksjonen av kostnadsmessige grunner, og skulle først ettermonteres senere. Disse inkluderer fremfor alt de dyre hovedmotorene og varmeskjoldet , slik at prototypen var uegnet til bruk i verdensrommet. 31. januar 1977 ble han flyttet fra byggeplassen i Palmdale, California rundt 60 kilometer over land til Dryden Flight Research Center på Edwards Air Force Base . Der skulle han demonstrere de teoretisk beregnede ferdighetene i virkeligheten som en del av Approach and Landing Tests .

Målsetting

Serien med eksperimenter fokuserte på de siste minuttene av et romfergeoppdrag etter at skyssen gikk inn i jordens atmosfære igjen og gled ned i dypere lag av atmosfæren og hastigheten reduserte til det subsoniske området . Spesielt var emnet for etterforskningen romfergens evne til å navigere til en rullebane og lande der trygt. De oppgitte hovedmålene for ALT-programmet var

  • luftdyktigheten til orbiteren med lavere lydhastighet å vise
  • undersøke funksjonen til visse systemer for den første orbitale flyvningen,
  • sjekk skyssens evne til å utføre manuelle og automatisk kontrollerte innflygninger og landinger,
  • også for å sjekke at fergen klarte dette med maksimal belastning med forskjellige tyngdepunkt .

For å fremlegge det nødvendige beviset, om mulig, under forhold som kunne forventes på slutten av et romoppdrag, var det planlagt å la Enterprise fly og lande i atmosfæren. For å gjøre dette, bør det transporteres opp i luften med et stort fly, løsne seg under flyturen og uavhengig av vei til en rullebane. Som transportfly ble en jumbojet omgjort til et såkalt Shuttle Carrier Aircraft (SCA). Dette bør senere også brukes til å transportere landede skyttelbusser fra landingsstedet tilbake til Kennedy Space Center .

Mannskap

De to skyttelmannskapene for ALT-programmet (fra venstre til høyre): Gordon Fullerton , Fred Haise , Joe Engle og Richard Truly foran Enterprise

For innflyging og landingstester ble to mannskaper av astronauter satt sammen for romfergen . Den første besto av kommandant Fred W. Haise, Jr. og pilot Charles Gordon Fullerton . Kommandanten for det andre mannskapet var Joe Henry Engle ; den andre piloten var Richard Harrison Truly .

Mannskapet på SCA besto av pilotene Fitzhugh L. Fulton, Jr. og Thomas C. McMurtry og flyingeniører Louis Guidry, Jr. og Victor W. Horton.

fremgangsmåte

oversikt

Dette komplekse oppdraget ble ikke forsøkt i ett trinn - ALT-programmet ble delt inn i flere faser: For det første viste rulletester de aerodynamiske egenskapene til forbindelsen mellom transportflyet og romfergen på bakken. Deretter foretok teamet flere testflygninger. Den Enterprise innledningsvis holdt avslått og ubemannet, senere ble den aktivert og hadde et mannskap om bord. Til slutt ble forbindelsen mellom skyssen og flyet koblet fra under flyvningen, romfergen fløy og landet separat fra flyet.

Rullende tester (drosjetester)

Som forberedelse til de senere testflyvningene ble det gjennomført tre taxitester , såkalte taxitester , 15. februar 1977 . Uttrykket " taxing " beskriver bevegelsen til et fly på bakken under egen kraft.

Det var meningen at skyssen skulle bæres i påfølgende faser av ALT-programmet ved hjelp av en prosess kjent som piggyback-sleping . Det transporterte flyet er montert på toppen av transportflyet. På grunn av den enorme totale vekten av denne forbindelsen - spesielt siden Enterprise var ment å bli lastet for de senere testflyvningene - og dens høye tyngdepunkt , hadde NASA-ingeniører fryktet at landingsutstyret til Boeing 747 ikke ville være i stand til å tåle styrkene som skjedde under start og landing handlet. Derfor installerte teknikere forskjellige instrumenter på nesehjulet til SCA for å måle belastningen på akselen. I tillegg ønsket ingeniørene å undersøke de aerodynamiske egenskapene til kombinasjonen, spesielt for å kontrollere strømningsoppførselen ved halenheter for periodiske vibrasjoner, som er kjent som buffeer .

Drosjetestene var også ment for å vise hvordan piggyback ble håndtert. Målene inkluderte undersøkelse av start- og bremseegenskaper dynamikk, fremgangsmåten med hvilken skyvekraft er gitt for å oppnå en take-off hastighet, og responsen virkemåten av de forskjellige ror for fluktstyring .

Ved hjelp av en spesiell løftekran, Mate-Demate Device , ble skyttelen montert på baksiden av SCA. På hekken hadde den allerede en motorhylse for å forbedre kombinasjonenes aerodynamiske egenskaper, som den skulle ha på de fleste av de påfølgende flyvningene. På hovedbanen på Edwards Air Force Base akselererte SCA til 78 knop (ca. 144 km / t) ved første forsøk  , til 122 knop (ca. 226 km / t) på det andre og til slutt til 137 knop (ca. . 254 km / t) H). De taxi testene viste ingen store problemer.

Koblede flyreiser (internasjonale flyreiser)

Første flytur av SCA og Enterprise- kombinasjonen

Tre dager etter drosjeforsøkene tok SCA av for første gang med Enterprise på ryggen. Dette var den første av totalt åtte flyvninger der romfergen forble sammenkoblet med transportflyet til landing (fangefly) . I alle av dem hadde romfergen den aerodynamiske motoren.

Fangerte inerte flyreiser

De første fem sammenkoblede flyvningene ble hovedsakelig brukt til å samle inn flydata. Blant annet var det nødvendig å definere grensene for den såkalte flykonvolutten , der en sikker flyging - til tross for belastning på halenheter under flymanøvrer, mulig flagring og lignende - og om en vellykket separasjon av skytten fra SCA ville være mulig. I tillegg bør belastningen på koblingen mellom de to flyene kontrolleres. Til slutt bør forskningen vise at det ville være mulig å bryte separasjonen. Alle nødvendige målinger kan gjøres fra SCA. Romfergen var derfor deaktivert og ubemannet. Disse flyvningene er derfor som inerte flyreiser (tysk som: koblede inaktive fly ) er oppsummert.

18. februar 1977 tok prototypen Boeing 747 og romfergen av fra rullebane 04 på Edwards Air Force Base på sin jomfrutur og steg til en høyde på ca. Der utførte den forskjellige flymanøvrer med en hastighet på 250 knop (ca. 463 km / t) for å kontrollere responsoppførselen, for eksempel for å flagre. Deretter ble flyhastighetsindikatorene kalibrert i forskjellige høyder ved hjelp av et eskortefly, og manøvrer ble utført for å kontrollere stabilitet og styrbarhet. Sist ble landingskonfigurasjonen med landingsutstyret og klaffene forlenget testet i en høyde på rundt 7.300 fot (ca. 2225 m). Etter 2 timer og 5 minutter rørte laget ned igjen på rullebanen.

I løpet av de neste fire flyvningene fullførte SCA lignende tester med skyttelen på ryggen i høyere hastigheter og i økende høyder. Den siste brakte laget til 9174 meter over havet 2. mars 1977.

De inerte flyvningene som ble fanget demonstrerte at SCA var i stand til å bære skyssen til ønsket høyde og fly alle manøvreringene som trengs for separasjon. De viste også at laget kunne lande trygt igjen i tilfelle separasjonen ble brutt. Dette beviste også at SCA var opp til sin senere hovedoppgave med å transportere romferger fra landingsstedet tilbake til Kennedy Space Center etter deres romoppdrag .

Fang-aktive flyreiser

Under flyvningene i neste testfase ble orbiteren aktivert og hadde et mannskap om bord, men ble ikke skilt fra SCA (Captive-Active Flights) . Imidlertid er det gjort forberedelser for å koble ham fra SCA i en nødsituasjon. Den opprinnelige planen var å utføre fem aktive fly , men etter fullføringen av de inerte flyvningene ble testfasen omstrukturert: fly nr. 2 ble kansellert, forsøkene som ble planlagt for denne flyturen ble lagt til testprogrammet til fly nr. 1. Før fly nr. 1 ble en ekstra flytur - angitt nummer 1A - utført i lav høyde. Han skulle fjerne bekymringene for at en såkalt hardover kunne oppstå på en haleenhet , en plutselig, utilsiktet, full innvirkning av et ror . Flyreiser med nummer 4 og 5 skal bare kjøres hvis det oppstår problemer på de andre flyvningene som gjør det nødvendig med videre undersøkelse. De fange aktive flyreiser bør forberede følgende gratis flyreiser. Et av målene var å sjekke de beregnede spesifikasjonene for separasjon av romfergen og SCA, å teste kontrollsystemene til Enterprise og å gjennomføre testkjøringer av forskjellige prosedyrer om bord i romfergen.

Den første flyvningen (nr. 1A) demonstrerte funksjonaliteten til flykontrollsystemene i lav høyde og i lav hastighet. Ved omtrent 180 knop (ca 335 km / t) forårsaket driften av rorene og luftbremsene ingen problemer. Den andre flyvningen (nr. 1) ga også tilfredsstillende resultater. Teamet reagerte stabilt for å kontrollere innspill fra både Enterprise og SCA. På rundt 230 knop (ca. 425 km / t) ble luftbremsene til romfergen helt utvidet, noe som bare førte til en liten buffé. Til lignende tester på rundt 270 knop (ca. 500 km / t) reagerte teamet også innenfor de angitte toleransene. Systemene for å skille bane- og transportfly fungerte som forutsagt. Den tredje flyvningen (nr. 3) tjente i hovedsak å gjennomgå spesifikasjonene og prosedyrene for frakobling. Analysen av de målte dataene stemte overens med resultatene av den andre flyvningen. I tillegg viste fangene som var aktive, at maskinvaren og programvaren til romfergen fungerte.

Gratis flyreiser (Gratis flyreiser)

Separasjon fra gratis flytur uten motorhylster på hekken 12. oktober 1977

Til slutt ble det gjennomført fem flyvninger der Enterprise ble skilt fra SCA for å demonstrere romfergens evne til å nærme seg et spesifisert landpunkt etter et oppdrag og lande der trygt. For disse gratisflyvningene (Free Flights) som var Enterprise- lastet slik at totalvekten økte til rundt 68 tonn. Ballasten ble fordelt på forskjellige måter, startende med en last som ga det mest gunstige tyngdepunktet til mer kritiske. På de tre første gratisflyvningene hadde orbiteren fremdeles den aerodynamiske motoren på baken, men ikke på de to siste flyvningene. Målet var å simulere forholdene for en tilnærming på slutten av et romoppdrag så realistisk som mulig. På grunn av mangel på kåpe ble aerodynamikken alvorlig forstyrret av turbulens i hovedmotorområdet, noe som førte til betydelig kortere flytider. Etter å ha skilt seg fra SCA, utførte skyttelpilotene de fire første flyvningene for å teste styrbarheten til flyene sine, og styrte deretter Enterprise til en rullebane på sengen til Rogers Dry Lake , en tørr innsjø . Edwards Air Force Base har opprettet forskjellige rullebaner som landingsområder, spesielt for testflygninger. Bare den siste flyet endte med landing på en betongbane.

Jomfruturen

Om morgenen 12. august 1977 hadde rundt 65 000 tilskuere samlet seg nær Edwards Air Force Base, i tillegg til nesten 900 representanter for pressen og rundt 2000 inviterte gjester. Astronautene Fred Haise og Gordon Fullerton var om bord i Enterprise , mens SCA skulle fløyes av pilotene Fitz Fulton og Tom McMurtry, ledsaget av flyingeniører Vic Horton og Skip Guidry. Rundt klokka 08.00 lokal tid akselererte motorene til 747 piggybacken på rullebane 22 til den tok av. Ledsaget av fem T-38-krigere , fløy den løkker over saltleilighetene i Rogers Dry Lake for å få høyde. Frakoblingen var planlagt til 08:30, men høye lufttemperaturer forsinket oppstigningen til den planlagte høyden. Rett etter klokken 08.45 sank Fulton ned på 30 250 fot og Haise sendte radio: “ Enterprise er satt; takk for heisen. "(Tysk:" Enterprise er klar. Takk for at du bar den opp. ") Da trykket Haise på knappen for separasjonen, som detonerte syv eksplosive ladninger ved forbindelsen mellom SCA og romfergen og frigjorde Enterprise fra transportflyet. . For første gang var en romferge i gratis flytur. Fulton vendte SCA til venstre, Haise Enterprise til høyre. Haise utførte deretter forskjellige flymanøvrer for å teste skyssens reaksjoner på kontrollinnganger. Til slutt fløy han to svinger til venstre på rundt 90 ° hver og justerte romfergen med rullebane 17. Enterprise rørte ved en hastighet på rundt 185 knop (i underkant av 345 km / t) og stoppet etter nesten 3  km . Enterprise- jomfruturen hadde tatt 5 minutter og 21 sekunder.

  • The Enterprise flyr gratis kort tid etter skille fra SCA

  • Romfergen på sin andre gratis flytur, fremdeles med motorhylsen

  • The Enterprise decouples fra SCA i flukt

  • Innflyging og landing uten halekledning

Flydata (oversikt)

Tabellen nedenfor gir en oversikt over noen viktige data for de enkelte testene. De med “maks. Altitude ”-kolonnen gir det høyeste punktet på flyet i forhold til havnivået.

beskrivelse Dato maks. høyde Total flytid
 Varigheten av
gratis flytur 		Transport mannskap Bakdeksel landing
Inert fly 1 18. februar 1977 4900 m (  16000  fot ) 2 timer 05 minutter - uten Med av SCA
Captive-Inert Flight 2 22. februar 1977 6700 m (22000 fot) 3 t 13 min - uten Med av SCA
Captive-Inert Flight 3 25. februar 1977 7.900 m (26.000 fot) 2 t 28 min - uten Med av SCA
Inert fly 4 28. februar 1977 8.500 m (28.000 fot) 2 timer 11 min - uten Med av SCA
Inert fly 5 2. mars 1977 9200 m (30100 fot) 1 t 39 min - uten Med av SCA
Captive-Active Flight 1A 18. juni 1977 4.760 m (15.630 fot) 0 timer 56 min - Haise , Fullerton Med av SCA
Captive-Active Flight 1 28. juni 1977 7.370 m (24.190 fot) 1 t 02 min - Engle , virkelig Med av SCA
Captive-Active Flight 3 26. juli 1977 9.220 m (30.250 fot) 1 t 00 min - Haise, Fullerton Med av SCA
Gratis flytur 1 12. august 1977 9.220 m (30.250 fot) 0 timer 54 min 5 min 21 s Haise, Fullerton Med uttørket innsjø
Gratis flytur 2 13. sep 1977 9,330 m (30,600 fot) 0 timer 55 min 5 min 28 s Engle, virkelig Med uttørket innsjø
Gratis flytur 3 23. sep 1977 8990 m (29.500 fot) 0 timer 51 min 5 min 34 s Haise, Fullerton Med uttørket innsjø
Gratis flytur 4 12. oktober 1977 7680 m (25200 fot) 1 t 08 min 2 min 34 s Engle, virkelig uten uttørket innsjø
Gratis flytur 5 26. oktober 1977 6890 m (22600 fot) 0 timer 55 min 2 min 01 s Haise, Fullerton uten betong rullebane

Resultater

Den siste flyturen under ALT-programmet avslørte et problem med romfergens flykontrollsystem. Dette gjorde det sårbart for Pilot Induced Oscillation , et farlig samspill mellom kontrollinnganger og oppførselen til skyttelbussen. Takket være videre forskning med andre NASA-missiler, spesielt Vought F-8 med digital fly-by-wire , ble problemet løst før den første orbitale flyvningen. Ingen andre vesentlige mangler ble funnet.

Flyatferdene til Enterprise overgikk til og med forventningene. ALT-pilot Fred Haise berømmet senere romfergen:

“Det taklet bedre, i pilotmessig forstand, enn vi hadde sett i noen simulering. [...] Det var skarpere når det gjelder kontrollinnganger og å velge en ny holdning i hvilken som helst akse og å være i stand til å holde den holdningen. Det var bare et bedre håndteringsbil enn vi hadde sett i simuleringene. "

“Fra et pilots synspunkt var det lettere å håndtere enn vi hadde opplevd i noen simulering. [...] Den reagerte mer skarpt på å kontrollere innganger eller endringer i holdningen rundt en hvilken som helst akse og klarte å holde nye holdninger bedre. Det var rett og slett lettere å kontrollere enn noe vi kjente fra simuleringene. "

- Fred Haise

Senere hendelser

Etter ALT-programmet gjennomgikk Enterprise- prototypen en rekke andre tester som for eksempel bekreftet dens motstand mot vibrasjoner. Planen om å ettermontere den senere til en romfart bane ble til slutt kastet av kostnadshensyn, og Enterprise ble ført til museet.

12. april 1981 startet romfergen Columbia for den første romfarten av et gjenbrukbart romfartøy. Dette oppdraget betraktes som en milepæl i romhistorien og en suksess som hadde vært utenkelig uten innflygingstestene .

Se også

litteratur

  • Approach and Landing Test Evaluation Team: Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Captive Active Flight Test Summary . Red.: NASA . 1977 ( nasa.gov [PDF; 6.8 MB ; åpnet 2. mai 2010] NASA-delrapport om Captive Active Flights ).
  • Approach and Landing Test Evaluation Team: Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Final Evaluation Report . Red.: NASA . 1978 ( nasa.gov [PDF; 13.4 MB ; åpnet 2. mai 2010] Sluttrapport fra NASA om ALT-programmet).

Individuelle bevis

  1. ↑ Enterprise (OV-101). NASA, åpnet 27. mars 2010 .
  2. ↑ NASA (red.): Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Endelig evalueringsrapport . 1978, Seksjon 1: Innledning, s. 1-1 .
  3. ↑ To mannskaper for transportinnflyging og landingstester (ALT). NASA , åpnet 4. oktober 2020 .
  4. ^ A b Clifford J. Lethbridge: Space Shuttle Approach and Landing Tests Faktaark. Tilgang 4. oktober 2020 .
  5. ↑ Peter W. Merlin: Free Enterprise: Bidrag til innflyging og landing Test (ALT) Program for utvikling av romfergen Orbiter . Red.: NASA . 2006, s. 3 ( nasa.gov (PDF; 1,2 MB) [åpnet 10. mai 2010]).
  6. ↑ a b c d NASA (red.): Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Final Evaluation Report . 1978, seksjon 2: Captive-Inerit Test Phase, s. 2-1 .
  7. ↑ NASA (red.): Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Endelig evalueringsrapport . 1978, vedlegg C: Flybeskrivelser i fangenskap-ineritt og fangenskap-aktiv, s. C-2 ff .
  8. ↑ NASA (red.): Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Endelig evalueringsrapport . 1978, seksjon 3: Captive-Active Test Phase, s. 3-1 f .
  9. ↑ a b NASA (red.): Space Shuttle Orbiter Approach and Landing Test - Final Evaluation Report . 1978, seksjon 4: Free Flight Test Phase, s. 4-1 ff .
  10. ^ Årsdag for den første Enterprise-flyreisen. 12. august 2002, åpnet 7. mai 2010 .
  11. ^ Shuttle Enterprise Free Flight. NASA, åpnet 4. oktober 2020 .
  12. ^ Karl Urban: Enterprise (OV-101). 2. februar 2002, åpnet 27. mars 2010 .
  13. ↑ Ben Evans: Space shuttle Challenger: ti reiser inn i det ukjente . Springer, 2007, ISBN 978-0-387-46355-1 , pp. 7 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book Search [åpnet 21. desember 2010]).

Merknader

  1. ↑ Denne artikkelen bruker, som de fleste kilder den er basert på, for flyhøyder og hastigheter på de vanlige måleenhetene føtter og knuter i luftfarten . Tilleggsinformasjon i meter (m) eller kilometer i timen (km / t) er beregnet og avrundet og er kun ment som illustrasjon. De flygehøyder blir målt i forhold til havoverflaten , den uren hastigheter i forhold til den omgivende luft. Rullebanene som brukes er omtrent 2220 fot over havet.
  2. ↑ en b De høyder nås i løpet av ALT-programmet er nummerert forskjellig i forskjellige kilder. Verdiene nevnt i denne artikkelen er hentet fra NASAs sluttrapport om ALT-programmet og delrapporten om de aktive flyvningene (se avsnittet Litteratur ). De fleste av høydene nevnt der ble bestemt fra bakken ved hjelp av radar . Unntak er flyhøydene til de inerte flyvningene og fangstene der Enterprise koblet seg fra SCA; begge ble målt barometrisk fra SCA . Andre kilder - også andre NASA-dokumenter - nevner noen ganger betydelig forskjellige flyghøyder, sammenlign for eksempel:
    • DE Denison, KC Elchert, DJ Homan: Orbiter / Shuttle Carrier Aircraft Separation: Wind Tunnel, Simulation, and Flight Test Overview and Results . Red.: NASA . 1980, s. 10-14, 18 f . ( nasa.gov [PDF; 5.1 MB ]).
    • Peter W. Merlin: Free Enterprise: Contributions of the Approach and Landing Test (ALT) Program to the Development of the Space Shuttle Orbiter . Red.: NASA . 2006, s. 5 ff . ( nasa.gov [PDF; 1,2 MB ; åpnet 10. mai 2010]).
    • Clifford J. Lethbridge: Space Shuttle Approach and Landing Tests Faktaark. (Ikke lenger tilgjengelig online.) 1998, arkivert fra originalen 17. september 2009 ; åpnet 27. mars 2010 (engelsk). Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / spaceline.org