Počas vývoja a prevádzky opakovane použiteľných vesmírnych lodí Space Shuttle uskutočnila NASA množstvo rôznych pomocných výskumných programov. Študovali sa rôzne aspekty návrhu, výroby a prevádzky vyspelej technológie. Účelom niektorých z týchto programov bolo zlepšiť určité prevádzkové vlastnosti vesmírnych technológií. Správanie podvozku v rôznych režimoch bolo teda študované v rámci programu LSRA.
Začiatkom deväťdesiatych rokov sa lode raketoplánov stali jedným z hlavných amerických dopravných prostriedkov na obežnú dráhu. Súčasne sa vývoj projektu nezastavil, teraz sa dotýka hlavných čŕt prevádzky takéhoto zariadenia. Najmä lode od samého začiatku čelili určitým obmedzeniam podmienok pristátia. Nedali sa vysadiť mrakmi pod 8 000 stôp (niečo cez 2,4 km) a s bočným vetrom väčším ako 15 uzlov (7,7 m / s). Rozšírenie rozsahu povolených meteorologických podmienok by mohlo viesť k známym pozitívnym dôsledkom.
Lietajúce laboratórium CV-990 LSRA, júl 1992
Obmedzenie bočného vetra súviselo predovšetkým s pevnosťou podvozka. Pristávacia rýchlosť raketoplánu dosiahla 190 uzlov (asi 352 km / h), v dôsledku čoho sklz, kompenzujúci bočný vietor, spôsoboval zbytočné zaťaženie vzper a kolies. Ak by bol prekročený určitý limit, mohlo by také zaťaženie viesť k zničeniu pneumatík a k určitým nehodám. Zníženie požiadaviek na výkon pristátia však malo mať pozitívne výsledky. Z tohto dôvodu bol začiatkom deväťdesiatych rokov zahájený nový výskumný projekt.
Nový výskumný program je pomenovaný podľa svojej hlavnej zložky - Landing Systems Research Aircraft. V jeho rámci malo pripraviť špeciálne lietajúce laboratórium, pomocou ktorého by bolo možné preveriť zvláštnosti činnosti podvozku Shuttle vo všetkých režimoch a za rôznych podmienok. Na vyriešenie zadaných úloh bolo tiež potrebné vykonať teoretický a praktický výskum a pripraviť niekoľko vzoriek špeciálneho vybavenia.
Celkový pohľad na stroj so špeciálnym vybavením
Jedným z výsledkov teoretickej štúdie problematiky zlepšovania vlastností pristátia bola modernizácia dráhy vesmírneho strediska. J. F. Kennedy, Florida. Počas rekonštrukcie bol obnovený betónový pás s dĺžkou 4, 6 km a teraz bola jeho významná časť odlíšená novou konfiguráciou. 1 km úseky v blízkosti oboch koncov pásu dostali veľký počet malých bočných drážok. S ich pomocou bolo navrhnuté odvádzanie vody, čo znížilo obmedzenia spojené so zrážkami.
Už na zrekonštruovanej dráhe sa plánovalo vykonať testy lietajúceho laboratória LSRA. Vzhľadom na rôzne vlastnosti jeho konštrukcie musel úplne simulovať správanie kozmickej lode. Použitie pracovného pásu použitého vo vesmírnom programe tiež prispelo k získaniu najreálnejších výsledkov.
Lietajúce laboratórium pristáva s vysunutou vzperou. 21. december 1992
Aby sa ušetrili a urýchlili práce v lietajúcom laboratóriu, bolo rozhodnuté o prestavbe existujúceho lietadla. Nositeľom špeciálneho vybavenia sa stala bývalá osobná vložka Convair 990 / CV-990 Coronado. Lietadlo, ktoré mala NASA k dispozícii, bolo postavené a prevedené na jednu z leteckých spoločností v roku 1962 a bolo prevádzkované na civilných linkách až do polovice nasledujúceho desaťročia. V roku 1975 lietadlo kúpila Aerospace Agency a poslala do výskumného centra Ames. Následne sa stal základom pre niekoľko lietajúcich laboratórií na rôzne účely a na začiatku deväťdesiatych rokov bolo rozhodnuté zostaviť na jeho základni stroj LSRA.
Cieľom projektu LSRA bolo študovať správanie podvozku Shuttle v rôznych režimoch, a preto lietadlo CV-990 dostalo príslušné vybavenie. V strednej časti trupu medzi štandardnými hlavnými podperami bol umiestnený priestor na inštaláciu stojana, ktorý simuluje zostavu kozmickej lode. Vzhľadom na obmedzený objem trupu bola taká vzpera pevne pripevnená a nebolo ju možné za letu vybrať. Regál bol však vybavený hydraulickým pohonom, ktorého úlohou bolo vertikálne posúvať jednotky.
CV-990 za letu, apríl 1993
Lietajúce laboratórium nového typu dostalo hlavnú vzperu raketoplánu. Samotná podpora mala pomerne zložitú štruktúru s tlmičmi nárazov a niekoľkými vzperami, ale vyznačovala sa potrebnou silou. V spodnej časti stojana bola náprava na jedno veľké koleso so zosilnenou pneumatikou. Štandardné jednotky požičané z raketoplánu boli doplnené mnohými senzormi a ďalším vybavením, ktoré monitoruje činnosť systémov.
Podľa koncepcie autorov projektu Landing Systems Research Aircraft malo lietajúce laboratórium CV-990 vzlietnuť pomocou vlastného podvozku a po absolvovaní potrebných zákrut pristáť. Bezprostredne pred pristátím bola vytiahnutá centrálna podpora požičaná z vesmírnych technológií. V okamihu dotyku hlavných vzpier lietadla a stlačenia ich tlmičov musela hydraulika spustiť podperu raketoplánu a simulovať dotyk podvozku. Pristátie po pristátí bolo čiastočne vykonané pomocou testovacieho podvozku. Po znížení rýchlosti na vopred stanovenú úroveň musela hydraulika opäť zdvihnúť testovaciu podperu.
Zavedený hlavný podvozok a výskumné zariadenie. Apríla 1993
Spolu s „mimozemskou“vzperou a jej ovládacími prvkami získalo experimentálne lietadlo ďalšie prostriedky. Zvlášť bolo potrebné nainštalovať predradník, pomocou ktorého bolo simulované zaťaženie podvozku, vlastné vesmírnej technológii.
Už vo fáze vývoja testovacieho zariadenia vysvitlo, že práca s testovacím podvozkom môže byť nebezpečná. Horúce kolesá s vysokým vnútorným tlakom, ktoré boli vystavené vážnemu mechanickému namáhaniu, by mohli pri jednom alebo inom vonkajšom náraze jednoducho explodovať. Takáto explózia hrozila zranením osôb v okruhu 15 m. V dvojnásobnej vzdialenosti testeri riskovali poškodenie sluchu. Na prácu s nebezpečnými kolesami bolo teda potrebné špeciálne vybavenie.
Pôvodné riešenie tohto problému navrhol zamestnanec NASA David Carrott. Kúpil RC model tanku z 2. svetovej vojny v mierke 1:16 a použil jeho pásový podvozok. Namiesto štandardnej veže bola na trup nainštalovaná videokamera s prostriedkami na prenos signálu, ako aj rádiom riadená elektrická vŕtačka. Kompaktný stroj s názvom Tire Assault Vehicle sa musel nezávisle priblížiť k podvozku pokrčeného laboratória CV-990 a vyvŕtať otvory v pneumatike. Vďaka tomu sa tlak v kolese znížil na bezpečnú úroveň a špecialisti sa mohli priblížiť k podvozku. Ak koleso nevydržalo zaťaženie a explodovalo, potom ľudia zostali v bezpečí.
Testovacie pristátie, 17. mája 1994
Príprava všetkých komponentov nového testovacieho systému bola dokončená začiatkom roku 1993. V apríli vzlietlo lietajúce laboratórium CV-990 LSRA prvýkrát do vzduchu, aby otestovalo aerodynamické vlastnosti. Počas prvého letu a ďalších skúšok laboratórium prevádzkoval pilot Charles Gordon. Fullerton. Rýchlo sa zistilo, že pevná podpora raketoplánu vo všeobecnosti nezhoršuje aerodynamiku a letové vlastnosti nosiča. Po takýchto kontrolách bolo možné pristúpiť k plnohodnotným testom, ktoré zodpovedali pôvodným cieľom projektu.
Testy pristátia nového podvozku sa začali kontrolou opotrebovania pneumatík. Vykonalo sa veľké množstvo pristátí pri rôznych rýchlostiach v prijateľnom rozsahu. Okrem toho bolo študované správanie kolies na rôznych povrchoch, pre ktoré bolo lietajúce laboratórium Convair 990 LSRA opakovane odoslané na rôzne letiská používané NASA. Takéto predbežné štúdie umožnili zhromaždiť potrebné informácie a určitým spôsobom upraviť plán ďalších testov. Navyše aj oni dokázali ovplyvniť ďalšie fungovanie komplexu Space Shuttle.
Výrobok Tire Assault Vehicle pracuje s testovanou pneumatikou. 27. júla 1995
Začiatkom roku 1994 začali špecialisti NASA testovať ďalšie technologické možnosti. Teraz boli pristátia vykonávané pri rôznych silách bočného vetra, vrátane tých, ktoré presahovali prípustné hodnoty pre pristátie raketoplánu. Vysoká rýchlosť pristátia v kombinácii so sklzom na dotyk mala mať za následok zvýšené odieranie gumy a očakávalo sa, že nové testy budú tento jav starostlivo skúmať.
Séria testovacích letov a pristátí, ktorá trvala niekoľko mesiacov, umožnila nájsť optimálne režimy, v ktorých bol negatívny vplyv na konštrukciu kolesa minimálny. Ich použitím bolo možné získať možnosť bezpečného pristátia pri bočnom vetre až 20 uzlov (10, 3 m / s) v celom rozsahu pristávacích rýchlostí. Testy ukázali, že guma pneumatík bola čiastočne obrúsená, niekedy až po kovovú šnúru. Napriek tomuto opotrebovaniu si pneumatiky zachovali svoju pevnosť a umožnili bezpečné dokončenie behu.
Pristátie so zničením pneumatík. 2. augusta 1995
Štúdium správania sa existujúcich pneumatík pri rôznych rýchlostiach s rôznym bočným vetrom sa uskutočnilo na niekoľkých miestach NASA. Vďaka tomu bolo možné nájsť najlepšiu kombináciu povrchov a vlastností, ako aj odporučiť pristátie na rôznych dráhach. Hlavným výsledkom bolo zjednodušenie prevádzky vesmírnych technológií. V prvom rade tzv. pristávacie okná - časové intervaly s prijateľnými poveternostnými podmienkami. Okrem toho malo niekoľko pozitívnych dôsledkov v súvislosti s núdzovým pristátím kozmickej lode bezprostredne po štarte.
Po dokončení hlavného výskumného programu, ktorý mal priame spojenie s praktickou prevádzkou zariadení, sa začala ďalšia etapa testovania. Teraz bola technika testovaná na hranici možností, čo viedlo k pochopiteľným dôsledkom. V rámci niekoľkých testovacích pristátí boli dosiahnuté maximálne možné rýchlosti a zaťaženie podvozku kozmickej lode. Okrem toho sa študovalo správanie sa pri sklze presahujúce prípustné limity. Komponenty podvozku neboli vždy schopné zvládnuť výsledné zaťaženie.
Vyšetrované koleso po núdzovom pristátí. 2. augusta 1995
2. augusta 1995, keď pristál vysokou rýchlosťou, bola pneumatika zničená. Guma bola roztrhnutá; odhalená kovová šnúra tiež nevydržala záťaž. Okraj stratil podporu a kĺzal sa po povrchu dráhy a brúsil sa takmer až k náprave. Poškodené boli aj niektoré časti stojana. Všetky tieto procesy sprevádzal obludný hluk, iskry a ohnivá stopa, ktorá sa tiahla za pultom. Niektoré časti už neboli predmetom obnovy, ale odborníkom sa podarilo určiť limity schopností kolesa.
Testovacie pristátie 11. augusta sa tiež skončilo zničením, ale tentoraz väčšina jednotiek zostala neporušená. Už na konci behu pneumatika nevydržala záťaž a explodovala. Z ďalšieho pohybu bola väčšina gumy a šnúry odtrhnutá. Po skončení behu zostal na disku len neporiadok z gumy a drôtu, vôbec nie ako pneumatika.
Výsledok pristátia 11. augusta 1995
Od jari 1993 do jesene 1995 vykonali testovací piloti NASA 155 testovacích pristátí lietajúceho laboratória Convair CV-990 LSRA. Počas tejto doby bolo vykonaných množstvo štúdií a bolo zhromaždených veľké množstvo údajov. Bez čakania na koniec testov začali odborníci z leteckého priemyslu sumarizovať výsledky programu. Najneskôr začiatkom roku 1994 boli sformované nové odporúčania na pristátie a následnú údržbu vesmírnej technológie. Všetky tieto nápady boli čoskoro implementované a priniesli určitý druh praktického prospechu.
Práce v rámci programu Landing Systems Research Program výskumu lietadiel pokračoval niekoľko rokov. Počas tejto doby bolo možné zhromaždiť veľa potrebných informácií a určiť potenciál existujúcich systémov. V praxi sa potvrdila možnosť zvýšenia niektorých vlastností pristátia bez použitia nových jednotiek, čo znížilo požiadavky na podmienky pristátia a zjednodušilo fungovanie raketoplánov. Už v polovici deväťdesiatych rokov boli všetky hlavné zistenia programu LSRA použité pri vypracovaní existujúcich usmerňovacích dokumentov.
Testovacie pristátie 12. augusta 1995
Jediné lietajúce laboratórium na základe vložky pre cestujúcich, používané v rámci projektu LSRA, sa čoskoro vrátilo k prestavbe. Lietadlo CV-990 si zachovalo značnú časť prideleného zdroja, a preto ho bolo možné použiť v jednej alebo druhej úlohe. Bol z neho odstránený výskumný stojan na montáž kolies a bola obnovená koža. Neskôr bol tento stroj opäť použitý v priebehu rôznych štúdií.
Komplex raketoplánu je v prevádzke od začiatku osemdesiatych rokov, ale počas prvých rokov museli posádky a organizátori misií zvládnuť niektoré dosť náročné súvisiace s pristátím. Výskumný program Landing Systems Research Aircraft umožnil objasniť skutočné schopnosti technológie a rozšíriť prípustné rozsahy charakteristík. Tieto štúdie čoskoro viedli k skutočným výsledkom a mali pozitívny vplyv na ďalšiu prevádzku zariadenia.
