為了避免火箭發射升空時高溫排氣以及聲波損壞火箭,美國太空總署佛羅裡達州肯尼迪太空中心(Kennedy Space Center) 39B發射複合體 (Launch Complex 39B;LC-39B)發射坪的點火過壓(Ignition over pressure,IOP)/消音(sound suppression,SS)系統需要使用大量的水。下圖就是于LC39B發射坪上的大型水塔。
LC39B的大型水塔(圖片來源:Loretta Taranovich)
發射坪之閥門複合體中被應用于IOP/SS系統升空後部份的旁通閥(bypass valves)已經成安裝,那些新的旁通閥能在升空前(T-0)讓水流通過活動發射器甲闆(mobile launcher deck)上又被稱為雨鳥(rainbird)的噴嘴,避免水噴濺到SLS,以防出現IOP/SS水流開始之後出現緊急中止發射的情況。 在T-0時刻,位于IOP/SS閥門複合體的48吋主要門将會開啟,确保達成對水流以及時機的要求;下圖可看到54吋的灑水管,再下面的一張圖則是導焰槽(Flame Trench)底部的大型水管。
标記數字3的柱子是支撐SLS發射平台的第三号支柱;在該支柱的左側,從右至左分别是54吋與60吋直徑的水管,能灑水覆蓋發射甲闆以減輕噪音與振動(在最左邊有黑色帶子标記的是舊LC39B的遺留物)(圖片來源:Loretta Taranovich)
正在安裝的鋼骨打造複合體最底部,可看到大型IOP/SS2的歧管(manifold pipe);導焰闆将會圍繞這個基礎建立。在水管頂部有兩個洞,安裝兩根大型的立管,用以江水輸送到導焰闆頂端的強力灑水噴頭;導焰闆的形狀就像是朝向北側的四分之一管滑雪坡道(quarter-pipe skateboard),會将SLS的核心級(Core Stage)與固态推進器(SRB)的羽流排焰全部導往同一個方向,從導焰槽的另一端排出。而上面圖中的大型水塔将供應此系統高達40萬加侖的所需用水(圖片來源:Loretta Taranovich)
導焰槽内的導焰闆(deflector)設計利用到了NASA的Ames研究中心之超級計算機,協助繪制導焰闆設計圖;導焰闆需要能承受來自火箭羽流排焰的高熱,又不會導緻羽流反沖,其表面壓力也得在設計餘量(design-margin)的極限之内。
SLS火箭燃料
任何一種已知的火箭推進劑,若是結合氧化劑,例如液态氧、液态氫,能産生最高的比沖量(specific impulse)──也就是與推進劑消耗量相關的效率。NASA在最新的SLS火箭也使用了氫來冷卻引擎;而因為使用過的氫回流并擊中燃燒塔煙囪(flare stack)時可能不完全是氣态,因此有一個分離設備,類似在地面上的化糞池,會收集液态氫并且加溫。
當氫又從液态化為氣态,會送往燃燒塔焚盡;這樣能确保燃燒塔煙囪不會被液體擊中。而額外消耗的氫是39B發射坪上添加了一個液态氫球體儲存槽計劃的原因之一,不過這個球體儲存槽在SLS Block 1B型号火箭飛行之前不會用到,預計要到第二次SLS發射時才會亮相。
供水系統的改建與升級還包括新的污水提取系統(sewage lift system),會從發射坪的液态氫與液态氧區域抽取污水至發射坪的主要污水管線。從下圖可以看到位于39B發射坪右側的液态氫儲存槽,其地下管線會向右流向39B發射坪的SLS發射平台,後者也會有一個液态氫儲存槽,兩個儲存槽會在适當的發射時機被填滿。
位于發射坪右側的液态氫儲存槽;在火箭發射時這個儲存槽與位在發射平台的液态氫儲存槽會需要在超過6個月的時間内填滿幾乎90萬加侖,這是一個漫長的程序,因為需要先注入低溫物質(而且是在佛羅裡達州的氣溫下),且須小心謹慎、有條不紊地進行(圖片來源:Loretta Taranovich)
其他新型電子設備與傳感器
在LC39已經有一套最先進的新型通訊系統,取代阿波羅号(Apollo)與航天飛機時代發射坪終端連結控制室(Pad Terminal Connection Room,PTCR)與發射坪周邊的設備;新系統将能讓用戶在任務前的檢查以及發射日倒數時服務航空器、完成火箭發射。
舊系統的交換器、電子設備、擴音喇叭、數字鍵盤、電話、通訊機架以及重達59萬2,000磅(約269公噸)的纜線已經被移除,新安裝的系統也包括網絡交換器、定時器、攝影機、電話、擴音喇叭,而新纜線則長達10萬4,000英呎(32公裡)。
LC39B發射坪地底下的光纖電纜取代了舊的銅線,通往發射控制中心(Launch Control Center,LCC)與其他不同的通訊室。還有3~13.8kV的饋電輸送至LC39B,然後在某些區域轉換為480V;活動發射器也會需要13.8 kV供電。
此外發射坪也布署了一套先進的數據撷取系統(DAS),以支持複合體中的各種傳感器。NASA因為太空探險任務需要,可說是傳感器技術非常重要的貢獻者,很多傳感器設計也為地球帶來好處;參考此連結可看到NASA所開發的各種傳感器。
新的通訊系統将以現代化的網絡、音/視頻通訊提供工作人員與客戶支持,同時支持發射坪安全操作、洩漏偵測/監測、範圍安全(range safety)、RF以及遙測;新系統也支持先進的RF監測、低溫技術、環境控制子系統(Environmental Control Subsystem)、火災警報器、地面專用電源,以及肯尼迪太空中心的各種控制系統、保全、數據撷取系統、氣象子系統等等。
我真的很興奮能看到人類登陸火星任務的下一步進展,也希望能在2019年獵戶座宇宙飛船出任務的那天再度來到肯尼迪太空中心親眼見證;有許多新科技因為這個計劃而誕生,它們也會像以往NASA所開發的技術,為地球上的人類帶來貢獻。接下來筆者還會有獨家專訪NASA發射控制中心的文章,敬請期待!
編譯:Judith Cheng
本文授權編譯自Aspencore旗下EDN美國版,版權所有,謝絕轉載
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