от Филиппа Слосса 9 августа 2019 года
В середине года генеральный подрядчик Boeing проводил сборку второй базовой ступени системы космического запуска НАСА (SLS) на сборочном предприятии Michoud (MAF) в Новом Орлеане. Завершение окончательной сборки первого летного изделия остается сейчас приоритетом, но после завершения следующий этап, скорее всего, станет основой графика миссии Artemis 2, которая запланирована на первый запуск SLS с экипажем в 2022 или 2023 году.
Сборка двух верхних из пяти основных конструктивных элементов Core Stage-2 завершена, и они перешли на следующие этапы в автономном производстве.
Инструменты, установленные по большому заводскому цеху в MAF, помогают соединить пять секций по отдельности, при этом баки с топливом свариваются на разных машинах, а «сухие» конструкции скрепляются болтами. Boeing вносит изменения в рабочие инструкции и последовательности задач, основываясь на уроках, извлеченных во время сборки первого летного и рабочего изделия.
NASA и Boeing стремятся улучшить производительность графика для следующей сборки и оптимизируют планы работы на длительный срок для последующих этапов.
Передняя юбка и бак LOX в процессе сборки
Первоначальный контракт НАСА на этапы SLS с Boeing охватывает как разработку основной конструкции, так и производство первых двух летных изделий. Большая часть конструкционного оборудования для изготовления технологической оснастки и двух летных единиц была доставлена в Боинг в MAF несколько лет назад.
(Подпись к фотографии: диаграмма из информационного бюллетеня «Базовая конструкция НАСА» ), показывающая различные структурные элементы (баки, купола, кольца) конструкции и состав каждого из пяти основных элементов. Элементы, заштрихованные оранжевым цветом, сварные. Межбаковый соединитель показан серого цвета и является единственным болтовым элементом. Сварная секция двигателя прикреплена болтами к основной конструкции (не показано)
Конструкции доставляются в MAF в виде панелей, где сначала используется набор инструментов для приваривания панелей к бакам и куполам резервуаров с криогенным топливом, передней юбки и секции двигателя. Конструкции были собраны в отдельные конструкционные испытательные изделия (STA) для каждого из элементов изделия (за исключением передней юбки), а первые летные конструкции были собраны в Core Stage-1 .
Core Stage-1 будет использоваться в качестве испытательного изделия для отработки технологии, а затем будет собрана с остальной частью первого носителя SLS для запуска миссии Artemis 1 . Core Stage-2 планируется использовать для запуска миссии Artemis 2 . Панели для конструкций Core Stage-2 были взяты со склада в MAF для сборки после того, как были собраны два комплекта конструкций первого полета.
«Мы находимся в довольно хорошей форме на Core Stage-2, сборка идет очень хорошо», - сказал в середине июня Джон Шеннон, вице-президент и руководитель программы SLS Boeing. «Количество несоответствий, количество проблем составляет десятую часть того, что было в первой сборке. Вся команда обучена, у нее есть хорошие инструкции и хорошие детали, поэтому работа на MAF для Core Stage-2 отличается от основного этапа 1 как день и ночь».
«Мне очень приятно быть частью этого и видеть, как все происходит очень легко, можете сказать: «Да, я помню, что мы затратили раньше месяц на этом этапе», когда мы разбирались, как это сделать».
Первая ступень имеет пять основных структурных элементов; Помимо двух топливных баков, в которых хранится жидкий кислород (LOX) и жидкий водород (LH2), есть три «сухих» конструкции - передняя юбка сверху, промежуточный бак, который находится между баками LOX и LH2, и секция двигателя внизу.
Наименее сложным из пяти элементов является верхняя юбка, которая продвинулась дальше всего благодаря автономному рабочему процессу. «Мы идем вперед с интеграцией», - заявил в конце июня Стивен Эрнст, менеджер по технической поддержке базовой стадии Boeing. «Как и в случае с Core Stage-1, объем работ для верхней юбки меньше, чем у других элементов».
(Подпись к фото: верхняя юбка Core Stage-2 подготовлена для нанесения вспененной теплоизоляции (SOFI) в ячейке G на MAF в конце мая. Автоматизированный процесс наносит пену пистолетами-распылителями на конструкцию, которая вращается на поворотном столе. Интертанк будет проходить аналогичную процедуру в своем применении SOFI, за исключением того, что автоматизированное распыление является второй частью двухэтапного процесса для этого элемента. Передняя юбка получает только одно нанесение с несколькими свободными участками закрытыми скотчем. Дополнительные пенные «заделки» выполняются на тех участках позже в процессе сборки.)
Структура передней юбки состоит из короткой цилиндрической бочки и двух L-образных колец. После того, как основа была сварена из восьми панелей в Вертикальном сварочном центре в восточном конце здания 103, его хранили в MAF в течение большей части 2018 года, в то время как производственные работы были сконцентрированы на Core Stage-1, и были произведены обновления в Вертикального центра сборки (VAC). ) в корпусе 110.
L-кольца были приварены к баку в VAC в конце 2018 года. После проверки сварного шва элемент был перемещен в ячейку G в здании 114, где на остальную часть конструкции была нанесена грунтовка для защиты от коррозии; панели были доставлены в MAF с уже нанесенным грунтом.
В ячейке G участки сварки, где панели были сварены вместе в VWC, они были покрыты грунтовкой, а также области сварки, где кольца были приварены к стволу в VAC, и сами кольца. В конце февраля верхняя юбка находилась в зоне интеграции в здании 103 для некоторых предварительных интеграционных работ внутри, а затем вернулась к ячейке G, которая была перенастроена для применения вспененной теплоизоляции (SOFI).
(Подпись к фотографии: Техник Boeing работает на внешней стороне передней юбки Core Stage-2 в середине июля, после применения SOFI к внешней части ствола. Элемент находится в сборочном зажиме в зоне интеграции в MAF. Интеграция области для передней юбки, секции двигателя и промежуточного резервуара сгруппированы рядом друг с другом на западном конце Здания 103 около Здания 110 и области Заключительной сборки для полной Cоre Stage-2.)
В конце июня верхняя юбка вернулась в зону интеграции, чтобы завершить автономную производственную работу, где вторичные конструкции, такие как кронштейны и полки, будут прикреплены к внутренней части. Они будут поддерживать последующую установку воздуховодов для кондиционирования воздуха, трубок для жидкостей, большого количества электропроводки и коробок бортового электронного оборудования.
Другим элементом в конструктивной сборке является резервуар LOX; в конце июня резервуар был установлен горизонтально в зоне 6 в здании 103, где технические специалисты Boeing завершили установку противооткатных перегородок в задней части резервуара и завершили инспекции неразрушающего контроля (NDE) сварных швов заглушки.
В середине весны, когда в здании 110 проходили работы по окончательной сборке для Core Stage-1, резервуар LOX был собран с тремя сварными швами в VAC. Передний и задний купола и две бочки были соединены вместе в инструменте, который использует процесс сварки трением с перемешиванием.
(Подпись к фото: Резервуар Core Stage-2 LOX подготовлен к переходу из вертикального положения в горизонтальное в здании 110 в MAF в конце мая. Резервуар был поднят из ячейки A (точка обзора этого изображения), где после сварки работа над резервуаром была продолжена по сварке вместе в VAC (синяя структура слева от резервуара).)
«Мы сместились на сто восемь градусов на наших самореагирующих кольцевых сварных швах, сто восемь градусов за раз, [поэтому] у нас есть две заглушки на каждое сварное соединение», - объяснил Эрнст. Баки строятся сверху вниз; сначала загружается передний купол, за которым следуют каждый из цилиндров, а затем кормовой купол.
При таком процессе сварки полукруглые штифты, используемые в VAC для сварки трением с перемешиванием, входят и выходят через два отверстия на противоположных сторонах. Затем эти маленькие отверстия заглушаютсяотдельно, чтобы сварные швы были герметичными с помощью автоматического инструмента после перемещения резервуара в Зону 6.
«Мы только что завершили закрытие фрикционных заглушек для круговых сварных швов, так что работа завершена, и теперь мы выполняем некоторые подготовительные работы после сварки перед окончательной отделкой», - сказал Эрнст в конце июня. «Мы завершаем то, что называем подготовкой к сварке после сварки, которая заключается в очистке IML (внутренняя линия пресс-формы) и OML (внешняя линия пресс-формы), вытяжных заглушек».
Проверки сварных швов выполняются с помощью оборудования ультразвукового контроля с фазированной решеткой (PAUT), который выполняет не разрушающую оценку качества сварного шва.
(Подпись к фото: резервуар LOX Core Stage-2 в Зоне 6 в MAF в середине июля. Резервуар установлен горизонтально в двух инструментах ротационной сборки и транспортировки (RATT), с сухим кондиционированным шлангом для очистки, удерживаемым на месте, и заклеить скотчем в один из люков.)
Параллельно с завершением работ по сварке заглушки, технические специалисты устанавливают перегородки в задней части резервуара. Некоторая начальная работа над перегородками выполняется, когда резервуар стоит вертикально после сварных швов VAC.
«Мы делаем первое кольцо, которое находится на полпути вверх по кормовому куполу по вертикали по причинам, связанным с доступом, но так же, как и в случае с Core Stage-1, все остальные полки перегородок выполнены в горизонтальном положении», - сказал Эрнст.
Boeing использует полученный опыт во время изготовления и испытаний Core Stage, для его первого полета Artemis 1. После окончательной сборки, оставшейся до завершения первого полета, Boeing применяет свой предыдущий опыт структурной сборки для текущей работы над Core Stage-2.
«Мы понимаем, как конструкции ведут себя намного лучше, изменчивость формы резервуара или отклонение от округлости», объяснил Эрнст. «У нас также были некоторые улучшения [в процессе], поэтому мы можем провести некоторые тренировки в режиме оффлайн».
Эрнст отметил, что задачи по устранению ошибок были перенесены в последовательности работ для второй сборки статьи полета. «Сейчас это делается немного по-другому. В прошлый раз мы сделали их после проверки, теперь мы делаем это раньше», - сказал он.
(Подпись к фотографии: более общий вид резервуара LOX Core Stage-2 в Зоне 6 в MAF в середине июля. Зона 6 расположена между Зоной окончательной сборки и зданием 110 и имеет внешний доступ, что позволяет перемещать между ними большое оборудование в комплексе и близлежащем здании 131, где грунтовка и покрытие SOFI наносятся на топливные баки.)
Два топливных бака на ступени находятся под давлением; После завершения работ в зоне 6 на сварных швах заглушки и отбойных перегородках сварные швы резервуара будут испытаны на стойкость.
Сварные швы резервуара LOX проходят гидростатические испытания в ячейке F в здании 110; резервуары заполняются водой и затем повышается давление для достижения условий испытаний. В отличие от испытаний резервуара LH2, к резервуару не прилагаются никакие дополнительные нагрузки.
После испытаний в ячейке F резервуар будет перемещен обратно в зону 6 для испытания NDE, где сравнивается состояние сварных швов до и после контрольного испытания, чтобы убедиться в их хорошем состоянии. Затем бак начнет оснащаться летно-эксплуатационной аппаратурой и оборудованием для его работы и будет очищен внутри и снаружи, чтобы подготовить его к применению грунтовки и SOFI в корпусах 131 ячеек P и N соответственно.
Межбаковый переходник
Три нижних элемента все еще находятся в зоне сборке: бак, бак LH2 и секция двигателя.
(Подпись к фото: Базовая ступень Core Stage-2 на сборочном стенде MAF в конце февраля. Белый кружок в центре изображения - это крепежное приспособление для верхней части одного из ракетных ускорителей. Фитинги располагаются на концы тяги, проходящей через середину промежуточного резервуара и прикрепленной болтами к остальной части конструкции элемента.)
Межбаковый переходник является структурой на болтовых соединениях. Восемь толстых боковых панелей и центральная балка, который проходит через середину, принимает нагрузку от ракетных ускорителей (SRB). Это самая прочная конструкция ступени, а панели слишком толстые, чтобы сваривать их вместе.
Опорная балка и панели были установлены в специализированную конструкционную сборку, и крепление их болтами началось в начале года. «Они продолжают добиваться хороших результатов», - сказал Эрнст в конце июня. «Мы видим огромные улучшения, Core Stage-2 по сравнению с Core Stage-1; мы скорректировали процессы, команда выполняет работу намного быстрее».
После того как все болты установлены, панели резервуаров уже заполнены, поэтому следующим шагом будет перемещение их в ячейку G для двухфазного применения SOFI .
(Подпись к фотографии: два технических специалиста Boeing работали на плите промежуточного резервуара Core Stage-2 в конце июня, когда он находился на сборочном конвейере в MAF.)
У промежуточного бака SLS есть пересекающиеся ребра, которые проходят вертикально сверху вниз и в кольцах по окружности; пересечения создают прямоугольные карманы. Панели между резервуарами также варьируются от одного к другому; упорные панели на той стороне, где крепежные элементы Solid Rocket Booster (SRB) крепятся, и соединительные балки имеют больше перекрещивающихся ребер для большего усиления, создавая карманы других размеров, чем у других панелей.
В первой части применения пены различные прямоугольные карманы будут заполняться техническими специалистами с использованием распыляемой вручную формулы SOFI. Intertank установлен на поворотном столе в Cell G, который поддерживает оба типа применения пены.
Второй слой SOFI будет нанесен так же, как и один слой для передней юбки, с автоматическим распылением с применением роботов, который использует другую формулу пены. Пена для автоматического распыления предъявляет более строгие требования к температуре и влажности, но робот может наносить пену более точно.
После применения SOFI и обрезки промежуточный бак будет перемещен в зону интеграции для его окончательного оснащения. Все его внутренние кронштейны, полки и опорные конструкции будут добавлены для поддержки установки большего набора воздуховодов, труб, жгутов проводов и коробок авионики.
Резервуар с жидким водородом (LH2)
Последней сварной конструкцией, которая будет завершена, будет бак LH2. Во время пресс-мероприятия в MAF 28 июня была поставлена вторая из пяти бочек для загрузки в VAC для приварки к уже сваренному переднему куполу и первому цилиндру.
Этот водородный бак был поздней заменой; Из-за проблем, связанных с разработкой сварочных штифтов VAC , прочность сварного шва для исходного резервуара Core Stage-1 LH2 не была подтверждена. Этот бак нужно было отложить в сторону, а панели для бака Core Stage-2 LH2 перенести вперед.
(Подпись к фото: первый цилиндр резервуара LH2 для Core Stage-2 расположен в VAC в середине июня перед первым сварным швом к переднему куполу. Цилиндр находится в устройстве подачи, что позволяет аппаратным средствам расположен на полу и в VAC для круговой сварки трением).
Все панели для структур Core Stage-2 были в MAF в 2017 году, но проблема контроля сварных швов означала, что для второго летного изделия необходимо было заказать материалы для дополнительного резервуара LH2. Проблема была обнаружена до сварки более толстых резервуаров и куполов LOX, поэтому ни один из этих узлов не пришлось откладывать в сторону.
Последние детали из нового заказа, которые должны быть выполнены, были заглушками для куполов баков. Сварка бочек LH2 в VWC была завершена в прошлом году, но сборка полного бака не могла начаться до тех пор, пока не прибыла первая крышка, и сварка резервуара LOX не была завершена.
Появление первой торцевой крышки LH2 позволило собрать передний купол в станке для сварки окружных куполов из набора панелей с отверстиями, торцевой крышки и Y-образного кольца. В конце июня Эрнст отметил, что вторая торцевая крышка прибыла в MAF поздней весной, и сварка второго Y-образного кольца была завершена, что позволило завершить сборку кормового купола для резервуара LH2.
(Подпись к фото: 28 июня второй цилиндр резервуара LH2 поднимается с транспортной тележки, чтобы подготовить его к загрузке в VAC и сварке к верхней части резервуара. Операция подъема совпала с обходом объекта.)
Кормовой купол будет последним сварным швом в VAC, чтобы закончить основные сварные швы на баке. Резервуар будет перемещен из VAC в одну из штабелируемых ячеек в здании 110 (либо в ячейку A, либо в ячейку D) для первоначальной работы после сварки, а затем он будет повернут в горизонтальное положение для следующих этапов работы.
«Он попадет сюда в Зону 6, мы выполним сварные швы, а затем подготовим его к проверке», - сказал Эрнст. Резервуары LH2 испытываются пневматически в корпусе 451 путем накачки в них газообразного азота, в то время как одновременно применяются нагрузки гидравлическим испытательным стендом.
«Итак, позже этим летом мы доставим это в корпус 451, и мы только начали его активировать, потому что прошло много времени с тех пор, как мы провели испытание на стойкость к водородному резервуару, поэтому мы находимся в процессе подготовки всей ячейки», — отметил Эрнст.
Аналогично резервуару LOX, после контрольного испытания резервуар LH2 будет перемещен из Здания 451 обратно в Зону 6 для NDE, где состояние сварных швов сравнивается до и после контрольного испытания, чтобы убедиться, что они хорошие. Затем бак начнет оснащаться летно-эксплуатационной аппаратурой и оборудованием для его работы и будет очищен внутри и снаружи, чтобы подготовить его к применению грунтовки и SOFI в корпусах 131 ячеек P и N соответственно.
Секция двигателя
Конструкция секции двигателя представляет собой комбинацию сварных и болтовых конструкций. Цилиндр сварен в VWC из восьми панелей, а затем в VAC приварено L-образное кольцо; эта работа была завершена еще осенью 2017 года.
Конструкция с болтовым соединением находится внутри цилиндра; двигатели будут установлены на этой конструкции на днище, а платформы управления вектором тяги (TVC), и большая часть оборудования гидросистемы будет установлена сверху. Одним из изменений конструкции которая была отправлена в MSFC для проведения структурных испытаний в 2017 году, и летной Core Stage-1 было то, что поставщик, предоставивший конструкцию, выполнял в ней сверление отверстий под болты.
Больше работы было сделано на структуры тяги и ствольных частей отдельно перед приведением их в структурной сборки кондуктор. «У нас был ствол рода поставил в стороне в то время как мы делали упор структуры работы,» Джейсон Grow, SLS Основные Сценический Ведущий инженер Propulsion для Boeing, заявил в ходе мероприятия для СМИ в МАФ 28 июня «Мы сделали некоторые более только в структурной области, а затем мы перенесли его в этот инструмент, и мы действительно начали интегрировать некоторые трубки очень рано ».
В конце мая два элемента были загружены в джиг. Упорная конструкция сначала загружается, а затем вводится и опускается над ней ствол, так что они могут быть скреплены болтами. «Многие из этих отверстий предварительно просверлены, не так много сверла для спичек, как мы делали раньше, они просто летают», - добавил Гроу.
После того, как ствол и структура тяги болтовый завершено, то интеграция всего оборудования, которое идет внутри подберет. «Мы собираемся войти в интеграцию в этом году», сказал Гроу.
(Фото Титр: Цилиндрическая часть секции двигателя Core Stage-2 опускается вниз по направляющим в структурной сборке зажимного приспособления для секций двигателя на MAF в конце мая. Цилиндр и кольцо сверху приварены, а две части крепления двигателей скреплены болтами в зажиме.)
«У нас уже есть кое-что, мы сейчас занимаемся крупными структурными вопросами, а затем мы действительно приступим к работе по интеграции, а именно установке труб, жгутов проводов, таких компонентов, как оборудование TVC, мы будем делать это одновременно. Для этого требуются кронштейны и дополнительные элементы конструкции, поэтому они действительно строятся одновременно».
«Как только основная структура выходит из сборки, она как бы открывает ворота для других этапов», - добавил он. Секция двигателя является критическим элементом для Core Stage-1 и, как ожидается, будет такой же для Core Stage-2, с интеграцией, являющейся фазой, которая заняла больше всего времени в подготовке к первому полету.
Некоторые запасные части для Core Stage-2 заказываются с большим запасом для третьей Базовой стадии , но во второй сборке не будет такого количества запасных частей для работы, как в первой. «У нас нет такой роскоши для Core Stage-2», - отметил Шеннон.
«Для Core Stage-1, конечно, с первой сборкой, если бы мы обнаружили проблемы, особенно в авионике, мы бы изменили часть Core Stage-2, а затем установили ее в транспортном средстве Core Stage-1, а затем взяли части Core Stage-1. и затем сделайте так, чтобы они были модифицированы для Core Stage-2. Мы [не] делали это по-настоящему часто, но иногда это приходилось делать».
«Надеюсь, мы узнали все, что нам нужно было изучить, чтобы не лишнего, и мы заглянули в будущее», - добавил он. Что касается таких вещей, как коробки для авионики, Шеннон также сказал: «У нас есть другие варианты, такие как квалификационные (квалификационные) единицы, доступные нам, блоки разработки, у нас есть две разные лаборатории авионики, которые мы можем использовать и получать оборудование, если мы абсолютно должены быть уверены в успехе».
Первая фото: НАСА / Эрик Борделон.
Оригинал:
https://www.nasaspaceflight.com/2019/08/boeing-assembling-second-sls-core-stage/
