航天飞机轨道器实验(上)

美国国家空间运输系统的定期使用又一次给气动热力学工作者以研究气动热现象的机会，而这种现象只有飞行器在高超音速度飞行条件下进入才会产生。从７０年代中期开始，航天飞机轨道器试验计划将轨道器作为一种再入飞行器进行试验（作为正常任务的附属任务）。由轨道器求试验得出的数据表明，对于升力体再入飞行器，至今的基准超音飞行结果数据是不能用的。这些数据目前正用来验证现代方法（试验方法和计算方法）的整个过程，以模拟或     

航天飞机轨道器流场的数值解

本文使用真实气体抛物化纳维尔-斯托克斯程序,在理想气体(γ=1.2)和平衡气体两种状态下进行了航天飞机轨道器的高超音速层流绕流计算。该程序运用了广义坐标变换。因此,它没有对所解表面的方向施加限制。利用三维,真实气体、非定常的纳维尔-斯托克斯程序计算了头部区域的初始解。从近似曲线拟合或者查表得到平衡气体的热力学和传递特性。本文提出的数值结果对应于 STS-3弹道飞行条件。计算的表面压力和对流传热率与 STS-3飞行数据作了比较。     

铍在航天飞机轨道器上的成功应用

本文讨论了航天飞机轨道器的三个主要部分(宇航员座舱风档支架、垫片和梁;座舱中的导航基座;机身尾端的外贮箱加注门)的设计和材料性能要求。这些设计和要求导致了选用优质结构级铍。使用铍有两个主要原因:轻和刚度好。每个轨道器有22个用机械方法连接起来的铍零件和15个用粘结方法连接起来的铍零件。研制出了专用工具并提出了加工方法。精密零件的加工,要求用特定的切削参数和侵蚀参数,以消除切削过程引起的晶粒结构的双晶现象。详细地讨论了这些方法和过程以及碰到的一些问题。用优质热压结构铍制造的风档部件首次在载人受压的航天飞行器上获得成功应用。     

利用飞行数据估计航天飞机轨道器的热环境

利用空间运输系统的研制飞行数据对航天飞机轨道器的气动热力学环境和防热系统性能作了统一分析。研究了轨道器迎风机身下部中心线以及下翼面50%和80%半翼展上预计与测得温度和加热半之比较。研究结果表明,在机身迎风面上测得的加热率比预计的低,但在机头端帽和50%半翼展翼段上测得的则比预计的高。     

航天飞机轨道器石墨/聚酰亚胺机身襟翼验证段的分析、设计和研究

在航天飞机轨道器上使用先进的复合材料,可使其结构重量减轻,性能提高。石墨/聚酰亚胺(Gr/Pi)复合材料的结构允许温度高达600℉,使用这种材料,可使结构和热防护系统(TPS)总重量减轻20～30％。1975年,美国航宇局选定轨道器机身襟翼为先进航天运输系统复合材料(CASTS)计划的验证部件。从那时起,洛克威尔公司航天飞机轨道器分部就把先进复合材料结构研究的重点放在机身襟翼上。机身襟翼技术验证段(TDS)应用了 Gr/Pi 部件的设计、分析、材料工艺、制造和无损检验(NDE)等方面的成果。技术验证段模拟了一段在翼展方向包括三根翼肋,在翼弦方向自前凹口至后翼梁的轨道器复合材料机身襟翼。设计 TDS的目的是通过大型复杂全粘接蜂窝夹层结构的设计、生产和试验,评估 Gr/Pi 的技术水平。TDS 能成功地经受轨道器气动载荷和-160～600℉的温度极限,这种先进结构方案的可行性也得到了验证。本文给出了航天飞机轨道器先进的结构和防热系统方案,并着重论述了石墨/聚酰亚胺机身襟翼技术验证段的分析、设计和试验。     

HOPE轨道飞行器系统方案和飞行试验计划的新进展

日本空间开发事业团(NASDA)正在进行HOPE(由H-Ⅱ发射入轨的轨道飞行器)的基本方案设计,当前研究的目的是建立HOPE可行的方案和做好技术基础准备。HOPE的主要任务是为自由号航天站/日本实验舱(JEM)提供后勤运输服务。除了以前研究的由H-Ⅱ运载火箭发射的10吨级轨道飞行器的方案外,考虑到今后H-Ⅱ运载火箭性能会得到提高,还研究了体积和重量增大的各种轨道飞行器方案,其中之一为发射重量为20吨,并有3～5吨有效载荷能力的轨道飞行器。各分系统的设计和在诸如气动、结构、材料、制导、导航和控制领域中的技术研究正在进行。为了获得再入轨道飞行数据,已计划利用1993年H-Ⅱ试飞机会,对此种轨道飞行器作轨道再入试验,并着手做这方面技术准备工作。     

美国航天飞机重返太空计划推迟

据报道 ,美国航天飞机重返太空计划将从今年的 9月份推迟到明年的 3月或 4月 ,发射窗口将从明年 3月 6日持续到 4月 18日 ,NASA官员 19日在做出这一决定的同时还宣布 ,在重返太空的第一次飞行中 ,将会有另一架航天飞机在地面待命 ,以备在必要时上天实施救援。新窗口比NASA最初拟订的时间表推后了大约半年 ,NASA官员称 ,之所以做出这些调整 ,是因为需要有更多时间来采取安全改进措施。这些措施包括在更大的面积上对航天飞机外燃料箱进行分析测试 ,以检查是否存在隔热泡沫材料脱落的隐患。哥伦比亚号航天飞机发生事故就是由于脱落的泡沫…     

航天飞机降落时的纵向运动性能

本文介绍了航天飞机从轨道返回的三个阶段。阐述了航天飞机在头几次飞行和降落时的一些情况。为了研究控制中的滞后影响,还进行了模拟试验。驾驶员借助练习器进行飞行前训练可以排除航天飞机接地前的俯仰颤振。     

航天飞机飞行控制器智能训练系统

本文介绍了一种自动化智能训练系统,该系统结合了专家系统技术和训练/教学方法,该系统用来训练飞行控制中心(MCC)的飞行动力学人员(FDOs)从航天飞机上部署某种卫星。助推有效载荷模块的部署/智能计算机辅助训练(PD/ICAT)系统由五个部分组成:用户接口,域专家,训练对话管理员,学员模型和训练脚本生成程序。已开发了一种用户接口,它在功能上模拟了MCC的FDO环境。该接口还向学员提供有关目前训练对话特征的信息,并提供联机帮助(如果训练对话管理人员允许的话)。域专家(即部署专家DeplEx)包含FDO进行卫星部署所需要的各种规则和过程知识。DeplEx还包含有能识别和诊断学员所犯的共性错误的“故障法则”。训练对话管理员(TSM)检查学员的各种动作,并且将这些动作与DeplEx的动作进行比较以确定合适的应答。TSM的较好的特征是它能够允许学员,在部署过程的两步之间,有选取任何一条有效途径的自由。PD/ICAT为单独使用本系统的每个学员开发了一种学员模型。该模型包括了学员与训练系统相互配合的过程,并且对学员现有技术水平提供了评估资料。训练脚本生成程序根据学员模型和训练目标为每个学员指定了合适的训练练习。所有的PD/ICAT专家系统成分(DeplEx,TSM和TSG)通过一块公共黑板进行联系。PD/ICAT系统目前正在由有经验的和初学的FDOs进行试验以改进该系统,并检验它作为训练工具的有效性。最后,该系统将作为一种工具,用于开发一种通用的体系结构,包括智能训练系统以及建立这种系统所需要的软件环境。     

“发现”号航天飞机发射升空

北京时间7月26日22时39分，美国发现号航天飞机于肯尼迪航天中心发射升空。2min后，其固体燃料火箭与轨道器和外部燃料箱成功分离，8分30秒左右其外部燃料箱与轨道器成功分离，进入预定轨道。但在随后的监视过程中，从摄像的显示片可以看出，在固体推进器分离时，有一大块来自外挂燃料箱的隔热泡沫塑料和另外3块较小的泡沫塑料脱落，其中的一小块泡沫塑料可能击中了右侧机翼：由于此前造成过哥伦比亚号失事的“泡沫塑料杀手”事件，因此这一击给发现号的安全问题蒙上了一层阴影。     

航天飞机的操作经验

在航天飞机的第25次飞行中,航宇局已经取得了一些极有价值的经验,这对改进今后航天飞机的设计和操作会有很大帮助。这里谈的是航天飞机操作的一些主要经验。飞行操作经验证实了轨道器、固体火箭助推器、主发动机的重复使用能力。但轨道器的地面返场时间却大大超过所设计的时间,其原因是某些系统的修复量增大以及纠正轨道器系统飞行中暴露的设计缺陷要求作许多工程上的改进。尽管现在工作流程比初期减少了1/4,但轨道器的返场仍然限制着航天飞机的年飞行率的提高。同样,飞行设计、有效载荷集装和飞行控制器以及宇航员训练的操作经验表明初期的设计低估了其复杂性和所需时间与人力。主要原因是:(1)在一种紧缩计划中,为了能最大限度地收回科学试验的成果,应预先制定出每次任务的要求;(2)为了使科学与应用有效载荷达到最佳配合,需要经常地改变货舱的装货清单。尽管所取得的经验使得这些操作任务所要求的时间和工作量减少了,但教训是很清楚的;必须留有一定的性能余量,使得每次任务不单个地编排,并且货舱的货物清单也必须稳定以减少飞行软件产品的量。     

航天飞机研制中的仿真技术

本文以美国航天飞机的公开资料为背景,扼要地叙述了航天飞机与电子和机电系统有关的特点,根据这些特点进而论述了所需的地面仿真试验技术。接着还论述了在航天部开展这项庞大的试验任务所具有的一切条件。最后指出了在研制载人航天器的同时还必须把仿真试验工程配套实施。