3. Weiterentwicklungen der Block 1 - Konfiguration
3. 1. Block 1
Die SSME-Block 1-Konfiguration umfaßte Verbesserungen an Triebwerkskopf,
Wärmeaustauscher, Heißgas-Temperatur-Sensoren und Hochdruck-Sauerstoff-Turbopumpen.
Das erste Block 1-Triebwerk (SN-2036) flog am 13. Juli 1995 mit der Discovery
auf der Mission STS-70.
Der Triebwerkskopf erhielt, anstelle dreier kleinerer, zwei große
Heißgas-Transfer-Röhren.
Durch diese Vergrößerung der Fläche des Heißgasflusses zwischen Hochdruckturbinenauslaß
und Hauptinjektor wurden die Belastungen für den Triebwerkskopf reduziert.
Diese Konfiguration sorgt für gleichmäßigere Druckverhältnisse, so daß die
Fließbelastungen an den Sauerstoffeinspritzdüsen reduziert werden. Das
vereinfachte Design besitzt 52 Bauteile und 74 Schweißnähte weniger.
Gleichzeitig wurde die Herstellungszeit um 40 % und die Wartungskosten um 50 %
reduziert. Das Gewicht nahm um 77 kg (170 lb.) je Triebwerk zu. Als Ausgleich
wurde durch andere Veränderungen der spezifische Impuls erhöht.
Der Wärmeaustauscher wandelt flüssigen in gasförmigen Sauerstoff um, der
den Druck im großen Außentank aufbaut. Der Austauscher befindet sich an der
Hochdruck-Sauerstoff-Turbopumpe in einer wasserstoffreichen Hochdruckumgebung mit
Ein- und Auslaßöffnungen des Druckkörpers des Triebwerkskopfes. Ursprünglich
besaß der Austauscher eine kleine primäre Rohrwindung und eine weitere
Rohrwindung zweier paralleler Röhren, die durch ein geschweißtes Gabelgelenk
verbunden waren. Durch das Einzelrohrdesign wurden alle sieben Schweißnähte in
der Heißgas-Wasserstoff-Umgebung eliminiert. Desweiteren wurde die Röhrenwanddicke
um 25 % verstärkt, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verwindungen im Bereich der
Rohr-zu-Rohr-Schnittstelle zu erhöhen und die Anfälligkeit gegen Zerstörungen
durch Fremdkörper weitestgehend zu reduzieren.
Triebwerkskopf und Wärmeaustauscher haben erfolgreich Brenntests absolviert, die
der Dauer von 114 Flügen entsprachen und die geplante Lebensdauer von 60 Flügen
weit übertrafen.
Die weiterentwickelte Hochdruck-Sauerstoff-Turbopumpe beinhaltet auch die Sicherheit,
Lebensdauer und Wartungserfordernisse früherer Konfigurationen. Die neue Pumpe wurde
für eine Lebensdauer von 60 Flügen bei 109 % Schubleistung von Pratt & Whitney entwickelt.
Für die
Herstellung wurden feinkörnige Gußformen verwendet, die 293 Schweißnähte überflüssig
machten. Dazu gehörten auch alle 250 Schweißnähte, die nicht von ihrer Rückseite her
inspiziert werden konnten. Der Rotoraufbau ist auf einem sauerstoffgekühlten
Kugellager auf der Pumpenseite und einem wasserstoffgekühlten Kugellager auf der
Turbinenseite gelagert. Dieser Disk/Schaft-Rotor aus einem Stück sorgt für einen
20%igen Sicherheitsspielraum bei kritischen Geschwindigkeiten. Die dünnwandigen, thermostabilen
Turbinenblätter erhöhen weitgehend die Ermüdungswiderstandsfähigkeit der Turbine.
Der Service-Intervall von 10 Flügen wurde durch zwei Testeinheiten demonstriert,
die jeweils 20 Flugzyklen absolvierten, ohne daß die Turbopumpe aus dem Triebwerk
demontiert werden mußte. Gegenwärtig hat der Fleet Leader der Sauerstoff-Turbopumpen
das Äquivalent von 52 Flügen in Bodentests im E-8-Teststand von Pratt & Whitney
in West Palm Beach, Florida absolviert.
Zusätzlich wurde das Gehäuse der Niederdruck-Sauerstoff-Turbopumpe mit einem
Kevlar-Jacket versehen, um die Bildung von Kondenswasser zu vermeiden. Bei früheren
Versionen kam es regelmäßig zu Feuchtigkeitsansammlungen, die zu Korrosion führten und
intensive Wartungsarbeiten erforderten. Auf Grund der guten Erfahrungen mit der
Kevlar-Isolierung wurde später auch die Niederdruck-Wasserstoffleitung damit ausgerüstet.
3. 2. Block 1 A
Kleinere Modifikationen am Hauptinjektor, die als Block
1A-Modifikationen bezeichnet wurden, betrafen neue Kühlungsöffnungen in der
Injektordeckplatte und die sekundäre Programmierbarkeit des Injektors. Sie flogen
erstmals mit Columbia am 20. Oktober 1995 auf der Mission STS-73.
Das triebwerkabhängige Steigflugrisiko betrug bei Block 1-Triebwerken
1 in 608 Flügen.
Der letzte Flug eines Triebwerkes dieser Konfiguration fand am 4. Dezember 1998
mit der Raumfähre Endeavour auf der Mission STS-88 statt. Insgesamt flogen 27
Mal Triebwerke der Block 1-Konfiguration.
Quellen:
Worlund, A.L. und J.H. Hastings: Space Shuttle Main Engine Evolutions, 2001
Jue, F. und F. Kuck: Space Shuttle Main Engine Options for the Future Shuttle, 2002
Jue, F.: Space Shuttle Main Engine - Thirty Years of Innovation,
letztes Update: 17. April 2005, 17:44:27
