Während der Entwicklung und des Betriebs des wiederverwendbaren Raumschiffs Space Shuttle hat die NASA eine Vielzahl von Hilfsforschungsprogrammen durchgeführt. Eine Vielzahl von Aspekten des Designs, der Herstellung und des Betriebs von fortschrittlicher Technologie wurden untersucht. Der Zweck einiger dieser Programme bestand darin, bestimmte Betriebseigenschaften der Weltraumtechnologie zu verbessern. So wurde im Rahmen des LSRA-Programms das Verhalten des Chassis in verschiedenen Modi untersucht.
In den frühen neunziger Jahren waren Space-Shuttle-Schiffe zu einem der wichtigsten amerikanischen Mittel geworden, um Fracht in die Umlaufbahn zu bringen. Gleichzeitig hörte die Entwicklung des Projekts nicht auf und berührte nun die Hauptmerkmale des Betriebs solcher Geräte. Insbesondere waren die Schiffe von Anfang an gewissen Einschränkungen bei den Landebedingungen ausgesetzt. Sie konnten nicht mit Wolken unter 8.000 Fuß (etwas über 2,4 km) und mit einem Seitenwind von mehr als 15 Knoten (7,7 m / s) gepflanzt werden. Eine Ausweitung des Spektrums der zulässigen meteorologischen Bedingungen könnte zu bekannten positiven Konsequenzen führen.
Fliegendes Labor CV-990 LSRA, Juli 1992
Seitenwindbeschränkungen bezogen sich in erster Linie auf die Festigkeit des Chassis. Die Landegeschwindigkeit des Shuttles erreichte 190 Knoten (ca. 352 km / h), wodurch der den Seitenwind ausgleichende Schlupf unnötige Belastungen der Streben und Räder verursachte. Bei Überschreitung einer bestimmten Grenze können solche Belastungen zur Zerstörung von Reifen und zu bestimmten Unfällen führen. Die Reduzierung der Anforderungen an die Landeleistung sollte jedoch positive Auswirkungen gehabt haben. Aus diesem Grund wurde Anfang der neunziger Jahre ein neues Forschungsprojekt gestartet.
Das neue Forschungsprogramm ist nach seiner Hauptkomponente - Landing Systems Research Aircraft - benannt. In seinem Rahmen sollte es ein spezielles Fluglabor vorbereiten, mit dessen Hilfe es möglich wäre, die Besonderheiten des Betriebs des Shuttle-Fahrwerks in allen Modi und unter verschiedenen Bedingungen zu überprüfen. Um die zugewiesenen Aufgaben zu lösen, war es außerdem erforderlich, theoretische und praktische Untersuchungen durchzuführen sowie eine Reihe von Mustern spezieller Ausrüstung vorzubereiten.
Gesamtansicht der Maschine mit Sonderausstattung
Eines der Ergebnisse der theoretischen Studie zur Verbesserung der Landeeigenschaften war die Modernisierung der Start- und Landebahn des Weltraumzentrums. J. F. Kennedy, Florida. Im Zuge des Umbaus wurde der 4,6 km lange Betonstreifen saniert und zeichnete sich nun zu einem wesentlichen Teil durch eine neue Gestaltung aus. Die 1 km langen Abschnitte in der Nähe beider Enden des Streifens erhielten eine große Anzahl kleiner seitlicher Rillen. Mit ihrer Hilfe wurde vorgeschlagen, Wasser umzuleiten, was die mit Niederschlag verbundenen Einschränkungen verringerte.
Bereits auf der rekonstruierten Start- und Landebahn waren Tests des LSRA-Fluglabors geplant. Aufgrund der verschiedenen Konstruktionsmerkmale musste es das Verhalten eines Raumfahrzeugs vollständig simulieren. Auch die Verwendung des im Weltraumprogramm verwendeten Arbeitsstreifens trug dazu bei, möglichst realistische Ergebnisse zu erzielen.
Das fliegende Labor landet mit ausgefahrener Strebe. 21. Dezember 1992
Um die Arbeit im fliegenden Labor zu sparen und zu beschleunigen, entschloss man sich, das bestehende Flugzeug umzubauen. Träger der Sonderausstattung wurde das ehemalige Passagierschiff Convair 990 / CV-990 Coronado. Das der NASA zur Verfügung stehende Flugzeug wurde 1962 gebaut und an eine der Fluggesellschaften übergeben und bis Mitte des nächsten Jahrzehnts auf zivilen Linien eingesetzt. 1975 wurde das Flugzeug von der Aerospace Agency gekauft und an das Ames-Forschungszentrum geschickt. Anschließend wurde es die Basis für mehrere fliegende Labore für verschiedene Zwecke, und Anfang der neunziger Jahre wurde beschlossen, auf seiner Basis eine LSRA-Maschine zu montieren.
Das Ziel des LSRA-Projekts war es, das Verhalten des Shuttle-Fahrwerks in verschiedenen Modi zu untersuchen, und daher erhielt das CV-990-Flugzeug die entsprechende Ausrüstung. Im mittleren Teil des Rumpfes, zwischen den Standard-Hauptträgern, befand sich ein Fach für den Einbau eines Racks, das eine Raumfahrzeugbaugruppe simuliert. Aufgrund des begrenzten Volumens des Rumpfes war eine solche Strebe starr befestigt und konnte im Flug nicht entfernt werden. Allerdings war das Regal mit einem hydraulischen Antrieb ausgestattet, dessen Aufgabe es war, die Aggregate vertikal zu bewegen.
CV-990 im Flug, April 1993
Das fliegende Labor des neuen Typs hat die Hauptstrebe des Space Shuttles erhalten. Die Stütze selbst hatte eine ziemlich komplexe Struktur mit Stoßdämpfern und mehreren Streben, zeichnete sich jedoch durch die notwendige Festigkeit aus. Im unteren Teil des Gepäckträgers befand sich eine Achse für ein großes Rad mit verstärktem Reifen. Die vom Shuttle übernommenen Standardeinheiten wurden durch zahlreiche Sensoren und andere Geräte ergänzt, die den Betrieb der Systeme überwachen.
Wie von den Autoren des Projekts Landing Systems Research Aircraft konzipiert, sollte das Fluglabor CV-990 mit einem eigenen Fahrwerk starten und nach den erforderlichen Kurven landen. Unmittelbar vor der Landung wurde die aus der Weltraumtechnik entlehnte zentrale Stütze hochgezogen. In dem Moment, in dem die Hauptstreben des Flugzeugs berührt und deren Stoßdämpfer zusammengedrückt wurden, musste die Hydraulik den Shuttleträger absenken und eine Berührung des Fahrwerks simulieren. Der Nachlandelauf wurde teilweise mit dem Testchassis durchgeführt. Nach Reduzierung der Geschwindigkeit auf ein vorgegebenes Niveau musste die Hydraulik den Testträger wieder anheben.
Etablierte Hauptfahrwerk und Forschungsausrüstung. April 1993
Zusammen mit der "fremden" Strebe und ihrer Steuerung erhielt das Versuchsflugzeug andere Mittel. Insbesondere musste Ballast eingebaut werden, mit dessen Hilfe die raumfahrtbedingte Belastung des Chassis simuliert wurde.
Schon während der Entwicklungsphase der Testgeräte wurde klar, dass die Arbeit mit dem Testchassis gefährlich sein kann. Heiße Räder mit hohem Innendruck, die starke mechanische Belastungen erfahren haben, könnten bei der einen oder anderen äußeren Einwirkung einfach explodieren. Eine solche Explosion drohte im Umkreis von 15 m Personen zu verletzen, bei doppelter Entfernung riskierten die Tester Gehörschäden. Daher war eine spezielle Ausrüstung erforderlich, um mit gefährlichen Rädern zu arbeiten.
Eine originelle Lösung für dieses Problem wurde von NASA-Mitarbeiter David Carrott vorgeschlagen. Er kaufte ein RC-Modell im Maßstab 1:16 eines Panzers aus dem Zweiten Weltkrieg und benutzte dessen Raupenfahrwerk. Anstelle eines Standardturms wurden am Rumpf eine Videokamera mit Signalübertragungsmitteln sowie eine funkgesteuerte Bohrmaschine installiert. Die kompakte Maschine, genannt Tire Assault Vehicle, musste sich selbstständig dem Chassis des zerknitterten CV-990-Labors nähern und Löcher in den Reifen bohren. Dadurch wurde der Druck im Rad auf ein sicheres Niveau reduziert und Spezialisten konnten sich dem Fahrwerk nähern. Wenn das Rad der Belastung nicht standhielt und explodierte, blieben die Menschen in Sicherheit.
Testlandung, 17. Mai 1994
Die Vorbereitung aller Komponenten des neuen Testsystems wurde Anfang 1993 abgeschlossen. Im April startete das Fluglabor der CV-990 LSRA zum ersten Mal in die Luft, um die aerodynamische Leistung zu testen. Beim Erstflug und weiteren Tests wurde das Labor von Pilot Charles Gordon betrieben. Fullerton. Es stellte sich schnell heraus, dass die feste Abstützung des Shuttles die Aerodynamik und Flugeigenschaften des Trägers im Allgemeinen nicht beeinträchtigt. Nach solchen Überprüfungen konnten vollwertige Tests durchgeführt werden, die den ursprünglichen Zielen des Projekts entsprachen.
Die Landetests des neuen Chassis begannen mit einem Reifenverschleißcheck. Eine große Anzahl von Landungen wurde mit verschiedenen Geschwindigkeiten innerhalb des akzeptablen Bereichs durchgeführt. Darüber hinaus wurde das Verhalten der Räder auf verschiedenen Untergründen untersucht, wofür das Fluglabor Convair 990 LSRA immer wieder auf verschiedene von der NASA genutzte Flugplätze geschickt wurde. Solche Vorstudien ermöglichten es, die notwendigen Informationen zu sammeln und den Plan für weitere Tests in gewisser Weise anzupassen. Darüber hinaus konnten auch sie den weiteren Betrieb des Space-Shuttle-Komplexes beeinflussen.
Das Produkt Tire Assault Vehicle funktioniert mit dem zu testenden Reifen. 27. Juli 1995
Anfang 1994 begannen NASA-Spezialisten, andere technologische Fähigkeiten zu testen. Nun wurden die Landungen bei unterschiedlichen Seitenwindstärken durchgeführt, darunter auch solche, die den für die Shuttle-Landung zulässigen Wert überstiegen. Die hohe Landegeschwindigkeit, kombiniert mit Slip on Touch, hätte zu einem erhöhten Abrieb des Gummis führen sollen, und es wurden neue Tests erwartet, um dieses Phänomen sorgfältig zu untersuchen.
Eine Reihe von Testflügen und -landungen, die über mehrere Monate durchgeführt wurden, ermöglichten es, die optimalen Modi zu finden, bei denen die negativen Auswirkungen auf das Raddesign minimal waren. Mit ihrem Einsatz war es möglich, im gesamten Bereich der Landegeschwindigkeiten die Möglichkeit einer sicheren Landung bei einem Seitenwind von bis zu 20 Knoten (10, 3 m / s) zu erhalten. Tests haben gezeigt, dass der Gummi der Reifen teilweise abgerieben wurde, manchmal bis zum Metallkord. Trotz dieser Abnutzung behielten die Reifen jedoch ihre Festigkeit und ermöglichten eine sichere Fahrt.
Landung mit Reifenzerstörung. 2. August 1995
Die Untersuchung des Verhaltens vorhandener Reifen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei unterschiedlichem Seitenwind wurde an mehreren NASA-Standorten durchgeführt. Dadurch war es möglich, die beste Kombination von Oberflächen und Eigenschaften zu finden und Empfehlungen für die Landung auf verschiedenen Start- und Landebahnen zu geben. Das Hauptergebnis davon war, den Betrieb der Raumfahrttechnik zu vereinfachen. Zunächst die sog. Landefenster - Zeitintervalle mit akzeptablen Wetterbedingungen. Darüber hinaus gab es einige positive Konsequenzen im Zusammenhang mit der Notlandung des Raumfahrzeugs unmittelbar nach dem Start.
Nach Abschluss des Hauptforschungsprogramms, das einen direkten Bezug zum praktischen Betrieb der Geräte hatte, begann die nächste Testphase. Nun wurde die Technik an der Grenze der Möglichkeiten getestet, was zu nachvollziehbaren Konsequenzen führte. Im Rahmen mehrerer Testlandungen wurden die maximal möglichen Geschwindigkeiten und Belastungen des Raumfahrzeugchassis erreicht. Darüber hinaus wurde das Schlupfverhalten außerhalb der zulässigen Grenzen untersucht. Den resultierenden Belastungen waren die Fahrwerkskomponenten nicht immer gewachsen.
Das untersuchte Rad nach einer Notlandung. 2. August 1995
Am 2. August 1995 wurde der Reifen bei einer Landung mit hoher Geschwindigkeit zerstört. Der Gummi war zerrissen; auch die freiliegende Metallschnur hielt der Belastung nicht stand. Nachdem sie den Halt verloren hatte, rutschte die Felge über die Landebahnoberfläche und schleifte fast bis zur Achse. Einige Teile des Racks wurden ebenfalls beschädigt. All diese Prozesse wurden von monströsem Lärm, Funken und einer Feuerspur begleitet, die sich hinter der Theke erstreckte. Einige der Teile wurden nicht mehr restauriert, aber Experten konnten die Grenzen der Fähigkeiten des Rades feststellen.
Auch die Testlandung am 11. August endete mit Zerstörung, doch diesmal blieben die meisten Einheiten intakt. Bereits am Ende der Fahrt hielt der Reifen der Belastung nicht stand und explodierte. Bei weiterer Bewegung wurde der größte Teil des Gummis und der Schnur abgerissen. Nach dem Ende des Laufs blieb nur ein Wirrwarr aus Gummi und Draht auf der Scheibe, ganz und gar nicht wie ein Reifen.
Landeergebnis am 11. August 1995
Von Frühjahr 1993 bis Herbst 1995 führten NASA-Testpiloten 155 Testlandungen des Convair CV-990 LSRA-Fluglabors durch. In dieser Zeit wurden zahlreiche Studien durchgeführt und viele Daten gesammelt. Ohne das Ende der Tests abzuwarten, begannen Experten der Luft- und Raumfahrtindustrie, die Ergebnisse des Programms zusammenzufassen. Spätestens Anfang 1994 wurden neue Empfehlungen für die Landung und anschließende Wartung der Raumfahrttechnik formuliert. All diese Ideen wurden bald umgesetzt und brachten einen praktischen Nutzen.
Die Arbeiten im Forschungsprogramm Landing Systems Research Aircraft dauerten mehrere Jahre. In dieser Zeit konnten viele notwendige Informationen gesammelt und das Potenzial bestehender Systeme ermittelt werden. In der Praxis hat sich die Möglichkeit bestätigt, einige der Landeeigenschaften ohne den Einsatz neuer Einheiten zu erhöhen, was die Anforderungen an die Landebedingungen reduziert und die Bedienung der Shuttles vereinfacht. Bereits Mitte der 90er Jahre flossen alle wesentlichen Erkenntnisse des LSRA-Programms in die Entwicklung bestehender Leitlinien ein.
Testlandung 12. August 1995
Das einzige fliegende Labor auf Basis eines Passagierschiffs, das im Rahmen des LSRA-Projekts genutzt wurde, ging bald wieder in den Wiederaufbau. Das Flugzeug CV-990 behielt einen erheblichen Teil der zugewiesenen Ressourcen und konnte daher in der einen oder anderen Rolle verwendet werden. Der Forschungsstand für die Radmontage wurde daraus entfernt und die Haut restauriert. Später kam diese Maschine im Rahmen verschiedener Studien wieder zum Einsatz.
Der Space-Shuttle-Komplex ist seit Anfang der achtziger Jahre in Betrieb, aber in den ersten Jahren mussten die Besatzungen und Missionsorganisatoren einige ziemlich strenge Auflagen im Zusammenhang mit der Landung erfüllen. Das Forschungsprogramm Landing Systems Research Aircraft ermöglichte es, die realen Fähigkeiten der Technologie zu klären und die zulässigen Eigenschaftsbereiche zu erweitern. Diese Studien führten bald zu realen Ergebnissen und wirkten sich positiv auf den weiteren Betrieb der Geräte aus.
