Введение
Ракета на твердом топливе, использовавшаяся для запуска космического корабля «Спейс Шаттл». Solid Rocket Booster (SRB) «Спейс Шаттл» был первой ракетой на твердом топливе, применённой для основной тяги в аппарате, предназначенном для пилотируемых космических полётов. Пара таких ускорителей обеспечивала 85% тяги «Спейс Шаттла» при взлёте и в течение первых двух минут подъёма. После выгорания они отделялись и спускались на парашютах в Атлантический океан, где их извлекали, осматривали, восстанавливали и повторно использовали. SRB «Спейс Шаттл» были самыми мощными твердотопливными ракетными двигателями, когда-либо использованными для запуска людей в космос. SRB Космической Запускной Системы (SLS), разработанные на базе шаттловских, превзошли их по мощности после запуска миссии «Артемида-1» в 2022 году. Каждый SRB «Спейс Шаттл» обеспечивал максимальную тягу, примерно вдвое превышающую тягу самого мощного жидкостного ракетного двигателя с одной камерой сгорания, когда-либо использованного – Rocketdyne F-1. Обладая общей массой около , они составляли более половины массы стартового комплекса «Шаттл» при взлёте. Моторные сегменты SRB производились компанией Thiokol из города Бригам-Сити, штат Юта, которая позднее была приобретена компанией ATK. Основным подрядчиком по большинству других компонентов SRB, а также по интеграции всех компонентов и извлечению отработанных ускорителей, являлась компания USBI, дочернее предприятие Pratt & Whitney. Впоследствии этот контракт был передан компании United Space Alliance, совместному предприятию Boeing и Lockheed Martin. Из 270 SRB, запущенных в рамках программы «Спейс Шаттл», были возвращены все, кроме четырёх – ускорители с миссий STS-4 (из-за неисправности парашюта) и STS-51-L (утраченные в результате катастрофы «Челленджера»). После каждого полёта восстанавливалось более 5000 деталей. Последний комплект SRB, использованный в миссии STS-135, включал детали, которые участвовали в 59 предыдущих миссиях, включая STS-1. Возврат ускорителей позволял проводить послеполётный осмотр, выявлять аномалии и постепенно улучшать конструкцию.
Обзор
Два многоразовых SRB обеспечили основную тягу для подъема шаттла со стартовой площадки и до высоты около 150000 футов (45720 м). Находясь на стартовой площадке, два SRB несли весь вес внешнего бака и орбитального аппарата и передавали нагрузку через свою структуру на мобильную пусковую платформу. Каждый ускоритель имел тягу при взлете приблизительно на уровне моря, которая вскоре после взлета увеличивалась до около . SRB были крупнейшими твердотопливными двигателями, когда-либо использовавшимися, и первыми ракетами такого размера, разработанными для повторного использования. Каждый из них имеет длину 45 метров и диаметр 4 метра. Каждый SRB весил приблизительно при запуске. Два SRB составляли около 69% от общей массы при взлете. Основными компонентами топлива были перхлорат аммония (окислитель) и диспергированный алюминиевый порошок (топливо), а общий вес топлива для каждого твердотопливного ракетного двигателя составлял приблизительно (см.). Собственный вес каждого SRB составлял приблизительно. Основными элементами каждого ускорителя были двигатель (включая корпус, топливо, зажигатель и сопло), конструкция, системы разделения, бортовое оборудование, система восстановления, пиротехника, система замедления, система управления вектором тяги и система самоликвидации для обеспечения безопасности. Хотя термины «твердотопливный ракетный двигатель» и «твердотопливный ракетный ускоритель» часто используются как взаимозаменяемые, в технической документации они имеют конкретные значения. Термин «твердотопливный ракетный двигатель» относится к топливу, корпусу, зажигателю и соплу. Термин «твердотопливный ракетный ускоритель» относится к всей ракетной сборке, которая включала в себя ракетный двигатель, а также спасательные парашюты, электронное оборудование, разделительные ракеты, систему самоликвидации и систему управления вектором тяги. Каждый ускоритель крепился к внешнему баку на кормовой раме SRB двумя боковыми распорками и диагональной связью. Передний конец каждого SRB крепился к внешнему баку на переднем конце передней юбки SRB. На стартовой площадке каждый ускоритель также крепился к мобильной пусковой платформе на кормовой юбке четырьмя удерживающими шпильками с хрупкими гайками, которые разрушались при взлете. Усилители состояли из семи стальных сегментов, изготовленных отдельно. Производитель собирал их попарно, а затем отправлял железнодорожным транспортом в Космический центр Кеннеди для окончательной сборки. Сегменты фиксировались вместе с помощью обоймочного соединения, клевых соединений и штифтов, а также герметизировались уплотнительными кольцами (первоначально два, измененные на три после катастрофы «Челленджера» в 1986 году) и термостойкой мастикой.
The SRBs were the largest solid propellant motors ever flown and the first of such large rockets designed for reuse. Each is 149.16 feet (45 m) long and 12.17 feet (4 m) in diameter. Each SRB weighed approximately at launch. The two SRBs constituted about 69% of the total lift off mass. The primary propellants were ammonium perchlorate (oxidizer) and atomized aluminum powder (fuel), and the total propellant for each solid rocket motor weighed approximately (see ). The inert weight of each SRB was approximately
Primary elements of each booster were the motor (including case, propellant, igniter, and nozzle), structure, separation systems, operational flight instrumentation, recovery avionics, pyrotechnics, deceleration system, thrust vector control system, and range safety destruct system. While the terms solid rocket motor and solid rocket booster are often used interchangeably, in technical use they have specific meanings. The term solid rocket motor applied to the propellant, case, igniter and nozzle. Solid rocket booster applied to the entire rocket assembly, which included the rocket motor as well as the recovery parachutes, electronic instrumentation, separation rockets, range safety destruct system, and thrust vector control. Each booster was attached to the external tank at the SRB's aft frame by two lateral sway braces and a diagonal attachment. The forward end of each SRB was attached to the external tank at the forward end of the SRB's forward skirt. On the launch pad, each booster also was attached to the mobile launcher platform at the aft skirt by four holddown studs, with frangible nuts that were severed at liftoff. The boosters were composed of seven individually manufactured steel segments. These were assembled in pairs by the manufacturer and then shipped to Kennedy Space Center by rail for final assembly. The segments were fixed together using circumferential tang, clevis, and clevis pin fastening, and sealed with O rings (originally two, changed to three after the Challenger Disaster in 1986) and heat resistant putty.
Посты для удержания
Каждая твердотопливная ускоритель имела четыре удерживающих кронштейна, которые входили в соответствующие опорные элементы на мобильной пусковой платформе. Удерживающие шпильки соединяли ускоритель и опорные элементы платформы. Каждая шпилька имела гайку на каждом конце, верхняя из которых была хрупкой гайкой. Верхняя гайка содержала два взрывчатых заряда, инициируемых стандартными детонаторами NASA (NSD), которые воспламенялись по командам запуска твердотопливного ракетного двигателя. При воспламенении двух NSD на каждом удерживающем кронштейне хрупкая гайка разрушалась, освобождая удерживающую шпильку. Шпилька перемещалась вниз из-за снятия напряжения в шпильке (предварительно натянутой перед запуском), давления газа NSD и силы тяжести. Шпилька останавливалась замедлителем шпильки, который содержал песок. Удерживающая шпилька была длиной и диаметром. Хрупкая гайка улавливалась во взрывозащищенном контейнере, установленном на хвостовой юбке ускорителя. Команды запуска твердотопливного ракетного двигателя выдавались компьютерами орбитального аппарата через главные контроллеры событий на пиротехнические контроллеры инициаторов удержания (PIC) на мобильной пусковой платформе. Они обеспечивали воспламенение NSD удержания. Система подготовки к запуску контролировала PIC удержания ускорителя на предмет низкого напряжения в течение последних 16 секунд перед запуском. Низкое напряжение PIC приводило к приостановке запуска.
Распределение электроэнергии
Распределение электроэнергии в каждой твердотопливном ускорителе (SRB) осуществлялось от орбитальной системы, подающей основное питание постоянного тока в каждый SRB через SRB-шины, обозначенные A, B и C. Основные DC-шины орбитальной системы A, B и C обеспечивали питание соответствующих SRB-шин A, B и C. Кроме того, основная DC-шина орбитальной системы C обеспечивала резервное питание SRB-шин A и B, а орбитальная шина B – резервное питание SRB-шины C. Такая схема распределения электроэнергии позволяла всем SRB-шинам оставаться под напряжением в случае отказа одной из основных шин орбитальной системы. Номинальное рабочее напряжение составляло 28 ± 4 вольт постоянного тока.
Гидравлические силовые агрегаты
На каждой SRB было два автономных, независимых гидравлических силовых агрегата (HPU), используемых для приведения в действие системы управления вектором тяги (TVC). Каждый HPU состоял из вспомогательного силового агрегата (APU), модуля подачи топлива, гидравлического насоса, гидравлического резервуара и гидравлического распределительного узла. APU работали на гидразине и генерировали механическую мощность вала для привода гидравлического насоса, который создавал гидравлическое давление для гидравлической системы SRB. Два отдельных HPU и две гидравлические системы располагались на кормовом конце каждой SRB между соплом SRB и кормовой юбкой. Компоненты HPU монтировались на кормовой юбке между приводами наклона и поворота. Обе системы работали с момента T минус 28 секунд до отделения SRB от орбитального аппарата и внешнего бака. Две независимые гидравлические системы были подключены к сервоприводам наклона и поворота сопла. Электронные блоки управления HPU располагались в кормовой интегрированной электронной аппаратуре (IEA) SRB на задних кольцах крепления внешнего бака. HPU и их топливные системы были изолированы друг от друга. Каждый модуль подачи топлива (бак) содержал гидразина. Топливный бак был под давлением с помощью газообразного азота при , что обеспечивало силу для вытеснения (с положительным вытеснением) топлива из бака в топливопровод, поддерживая постоянную подачу топлива к APU на протяжении всей его работы. В APU топливный насос повышал давление гидразина и подавал его в газогенератор. Газогенератор каталитически разлагал гидразин на горячий газ высокого давления; двухступенчатая турбина преобразовывала его в механическую мощность, приводя в действие редуктор. Отработанный газ, теперь более холодный и с низким давлением, направлялся обратно через корпус газогенератора для его охлаждения, прежде чем быть выброшен наружу. Редуктор приводил в действие топливный насос, собственный смазочный насос и гидравлический насос HPU. Стартовая байпасная линия обходила насос и подавала газ в газогенератор, используя давление азотного бака, пока скорость APU не достигла значения, при котором давление на выходе топливного насоса превысило давление в байпасной линии, после чего все топливо подавалось в топливный насос. Когда скорость APU достигала 100%, первичный управляющий клапан APU закрывался, а скоростью APU управляла электроника контроллера APU. Если логика первичного управляющего клапана выходила из строя в открытом состоянии, вторичный управляющий клапан брал на себя управление APU на скорости 112%. Каждый HPU на SRB был соединен с обоими сервоприводами на этом SRB с помощью переключающего клапана, который позволял распределять гидравлическую мощность от любого HPU к обоим приводам при необходимости. Каждый HPU служил основным гидравлическим источником для одного сервопривода и вторичным источником для другого сервопривода. Каждый HPU обладал возможностью обеспечивать гидравлическую мощность обоим сервоприводам в пределах 115% рабочих ограничений в случае, если гидравлическое давление от другого HPU падало ниже . Контакт переключающего клапана замыкался, когда клапан находился во вторичном положении. Когда клапан закрывался, сигнал отправлялся контроллеру APU, который подавлял логику управления скоростью APU на 100% и активировал логику управления скоростью APU на 112%. Скорость APU 100% позволяла одному APU/HPU обеспечивать достаточное рабочее гидравлическое давление для обоих сервоприводов этого SRB. Скорость APU 100% соответствовала 72 000 об/мин, 110% - 79 200 об/мин и 112% - 80 640 об/мин. Скорость гидравлического насоса составляла 3600 об/мин и обеспечивала гидравлическое давление . Предохранительный клапан высокого давления обеспечивал защиту гидравлической системы от избыточного давления и срабатывал при . APU/HPU и гидравлические системы могли быть повторно использованы для 20 миссий.
The APUs/HPUs and hydraulic systems were reusable for 20 missions.
Двигатель
Ракетная топливная смесь в каждом твердом ракетном двигателе состояла из перхлората аммония (окислитель, 69,6% по весу), атомизированного алюминиевого порошка (топливо, 16%), оксида железа (катализатор, 0,4%), PBAN (связующее вещество, также действует как топливо, 12,04%) и эпоксидного отвердителя (1,96%). Эта топливная смесь обычно называется композитным топливом на основе перхлората аммония (APCP). Эта смесь обеспечивала твердым ракетным двигателям удельный импульс на уровне моря или в вакууме. При зажигании двигатель сжигал топливо при номинальном давлении в камере. Алюминий был выбран в качестве топлива из-за высокой объемной энергоемкости и его устойчивости к случайному воспламенению. Удельная энергоемкость алюминия составляет около 31,0 МДж/кг.
В переднем сегменте двигателя имелась сквозная перфорация в форме 11-конечной звезды, а в каждом из задних сегментов и в задней заглушке – перфорация в виде усеченного двойного конуса. Такая конфигурация обеспечивала высокую тягу при запуске, а затем снижала тягу примерно на треть через 50 секунд после взлета, чтобы избежать перегрузки аппарата при максимальном динамическом давлении (макс. Q).
Aluminum was chosen as a propellant due to high volumetric energy density, and its resilience to accidental ignition. Aluminum has a specific energy density of about 31.0 MJ/kg
The propellant had an 11 pointed star shaped perforation in the forward motor segment and a double truncated cone perforation in each of the aft segments and aft closure. This configuration provided high thrust at ignition and then reduced the thrust by approximately a third 50 seconds after lift off to avoid overstressing the vehicle during maximum dynamic pressure (max. Q).
Спуск и восстановление
SRB отделяются от шаттловой системы через 2 минуты на высоте около 146 000 футов (44501 м). После продолжения подъема до высоты около 220 000 футов (67056 м), SRB начинают возвращаться на Землю и, войдя в более плотные слои атмосферы, замедляются парашютной системой для предотвращения повреждений при столкновении с океаном. Незадолго до разделения с орбитального аппарата на SRB отправляется команда на подачу питания от батареи в логическую сеть восстановления. Вторая, одновременная команда активирует три двигатели носовой части (для выпуска пилотного и тормозного парашютов), детонатор кольцевого фруста (для развертывания основного парашюта) и отсоединяющие устройства основного парашюта. Последовательность восстановления начинается с работы высотного баропереключателя, который запускает пиротехнические двигатели носовой части. Это приводит к отделению носовой части, которая выпускает пилотный парашют. Отделение носовой части происходит на высоте около 15704 футов (4787 м), примерно через 218 секунд после разделения SRB. Пилотный парашют диаметром 11,5 футов (4 м) создает усилие для вытягивания строп, соединенных с ножами, которые перерезают петлю, удерживающую тормозные стропы. Это позволяет пилотному парашюту вытянуть пакет с тормозным парашютом из SRB, что приводит к развертыванию подвесных линий тормозного парашюта из их сохраненного положения. При полном растяжении двенадцати подвесных линий длиной 105 футов (32 м), мешок с тормозным парашютом отделяется от купола, и конический ленточный тормозной парашют диаметром 54 фута (16 м) надувается до своего первоначального состояния с рифлением. Тормозной парашют дважды выходит из состояния рифления после заданных временных задержек (с использованием резервных резаков рифлевых линий на 7 и 12 секунд), и он ориентирует/стабилизирует SRB для развертывания основного парашюта. После того, как тормозной парашют стабилизирует SRB в положении хвостом вперед, фруст отделяется от передней юбки пиротехническим зарядом, активированным низковысотным баропереключателем на высоте около 5500 футов (1676 м), примерно через 243 секунды после разделения SRB. Затем фруст оттягивается от SRB тормозным парашютом. Подвесные линии основного парашюта вытягиваются из мешков, которые остаются во фрусте. При полном растяжении линий длиной 203 фута (62 м), три основных парашюта вытягиваются из своих мешков и надуваются до своего первоначального состояния с рифлением. Фруст и тормозной парашют продолжают движение по отдельной траектории к месту приводнения. После заданных временных задержек (с использованием резервных резаков рифлевых линий на 10 и 17 секунд), рифлевые линии основного парашюта перерезаются, и парашюты надуваются до своего второго состояния с рифлением и полностью раскрытого состояния. Кластер основных парашютов замедляет SRB до расчетной скорости снижения. Каждый из конических ленточных парашютов диаметром 136 футов (41 м) под углом 20° имеет расчетную нагрузку приблизительно и весит приблизительно. Эти парашюты – самые большие, когда-либо использовавшиеся, как по развернутому размеру, так и по весу нагрузки. Расширение сопла RSRM отделяется пиротехническим зарядом примерно через 20 секунд после отделения фруста. Приводнение происходит примерно через 279 секунд после разделения SRB при расчетной скорости. Район приводнения находится примерно в от восточного побережья Флориды. Поскольку парашюты обеспечивают приводнение соплом вперед, воздух задерживается в пустом (выгоревшем) корпусе двигателя, в результате чего ускоритель плавает, с передним концом примерно в 30 футах (9 м) над водой. Ранее основные парашюты отсоединялись от SRB при ударе с помощью системы отсоединения парашютных гаек (остаточные нагрузки в основных парашютах развертывали бы крепления парашютов с прикрепленными к каждому креплению поплавками). Современная конструкция предусматривает сохранение основных парашютов прикрепленными во время приводнения (первоначальный удар и шлепок). Устройства активации отсоединения при контакте с соленой водой (SWAR) теперь встроены в подвесные линии основного парашюта для упрощения операций по восстановлению и снижения повреждений SRB. Пакет с тормозным парашютом/пилотные парашюты, тормозные парашюты и фрусты, каждый основной парашют и SRB плавучи и подлежат восстановлению. Специально оборудованные корабли НАСА, и , восстанавливают SRB и оборудование для спуска/восстановления. После обнаружения ускорителей, управляемый водолазами штуцер (DOP) маневрируется водолазами на место для закрытия сопла SRB и слива воды из корпуса двигателя. Накачка воздуха в SRB и откачка воды из него приводит к изменению положения SRB с носом вверх на горизонтальное положение, более подходящее для буксировки. Затем буксиры отбуксируют ускорители и другие восстановленные объекты обратно в Космический центр Кеннеди.
After the drogue chute has stabilized the SRB in a tail first attitude, the frustum is separated from the forward skirt by a pyrotechnic charge triggered by the low altitude baroswitch at a nominal altitude of 5500 feet (1676 m) about 243 seconds after SRB separation. The frustum is then pulled away from the SRB by the drogue chute. The main chute suspension lines are pulled out from deployment bags that remain in the frustum. At full extension of the lines, which are 203 feet (62 m) long, the three main chutes are pulled from their deployment bags and inflate to their first reefed condition. The frustum and drogue parachute continue on a separate trajectory to splashdown. After specified time delays (using redundant 10 and 17 second reefing line cutters), the main chute reefing lines are cut and the chutes inflate to their second reefed and full open configurations. The main chute cluster decelerates the SRB to terminal conditions. Each of the 136 feet (41 m) diameter, 20° conical ribbon parachutes have a design load of approximately and each weighs approximately These parachutes are the largest that have ever been used, in both deployed size and load weight. The RSRM nozzle extension is severed by a pyrotechnic charge about 20 seconds after frustum separation. Water impact occurs about 279 seconds after SRB separation at a nominal velocity of The water impact range is approximately off the eastern coast of Florida. Because the parachutes provide for a nozzle first impact, air is trapped in the empty (burned out) motor casing, causing the booster to float with the forward end approximately 30 feet (9 m) out of the water. Formerly, the main chutes were released from the SRB at impact using a parachute release nut ordnance system (residual loads in the main chutes would deploy the parachute attach fittings with floats tethered to each fitting). The current design keeps the main chutes attached during water impact (initial impact and slapdown). Salt Water Activated Release (SWAR) devices are now incorporated into the main chute riser lines to simplify recovery efforts and reduce damage to the SRB. The drogue deployment bag/pilot parachutes, drogue parachutes and frustums, each main chute, and the SRBs are buoyant and are recovered. Specially fitted NASA recovery ships, the and the , recover the SRBs and descent/recovery hardware. Once the boosters are located, the Diver Operated Plug (DOP) is maneuvered by divers into place to plug the SRB nozzle and drain the water from the motor case. Pumping air into and water out of the SRB causes the SRB to change from a nose up floating position to a horizontal attitude more suitable for towing. The retrieval vessels then tow the boosters and other objects recovered back to Kennedy Space Center.
Катастрофа "Челленджера"
Потеря космического шаттла "Челленджер" произошла из-за системного сбоя одного из твердотопливных ускорителей (SRB). Комиссия Роджерса установила, что причиной аварии была "неправильная конструкция, чрезмерно чувствительная к ряду факторов" соединений SRB, усугубленная аномально холодной погодой в день старта. Конструкция полевых соединений была дефектной: изгиб соединений во время запуска нарушал герметичность больших резиновых уплотнительных колец (O-rings), позволяя им выдавливаться глубже в соединение и разрушаться под воздействием горячих выхлопных газов во время предыдущих запусков. Кроме того, уплотнительные кольца теряли эластичность при низких температурах, как это было утром января 1986 года, когда произошла авария. Холодное соединение в правом SRB разрушилось при старте, и горячие газы изнутри ускорителя прожгли отверстие в смежном основном внешнем топливном баке, а также ослабили нижнюю распорку, удерживающую SRB на внешнем баке. Утечка в соединении SRB привела к катастрофическому разрушению нижней распорки и частичному отделению SRB, что вызвало столкновение SRB с внешним баком. В результате разрушения внешнего бака и отрыва от оси правой SRB, а также обрушения бака, шаттл "Челленджер" распался, двигаясь со скоростью 1,92 Маха на высоте 14021 м. Оба SRB пережили аварию. Незадолго до катастрофы инженеры компании Thiokol рекомендовали отменить запуск из-за низких температур, но их решение было отклонено руководством NASA. В период простоя, последовавшего за этим, были проведены детальные структурные анализы критических элементов конструкции SRB. Анализ был сосредоточен в основном на участках, где были обнаружены аномалии при послеполётной проверке восстановленного оборудования. Одним из таких участков было прижимное кольцо, соединяющее SRB с внешним баком. На некоторых крепежных элементах, где кольцо крепится к корпусу двигателя SRB, были отмечены признаки деформации. Это объяснялось высокими нагрузками, возникающими при ударе о воду. Для устранения этой проблемы и обеспечения более высокого запаса прочности при старте, прижимное кольцо было перепроектировано таким образом, чтобы полностью охватывать корпус двигателя (360°). Ранее кольцо имело форму буквы "С" и охватывало корпус двигателя только на 270°. Кроме того, были проведены специальные структурные испытания кормовой юбки. В ходе этой программы испытаний была обнаружена аномалия в критическом сварном шве между удерживающей стойкой и обшивкой юбки. Был выполнен перерасчёт конструкции с добавлением усиливающих кронштейнов и фитингов в заднем кольце юбки. Эти две модификации увеличили вес каждого SRB примерно на [значение отсутствует в оригинале]. Результатом является перепроектированный твердотопливный ракетный двигатель (RSRM).
Строительство и поставка
Главным подрядчиком по производству сегментов твердотопливных ускорителей (SRB) была компания ATK Launch Systems (ранее Morton Thiokol Inc.) Wasatch Division, расположенная в Магне, штат Юта. United Space Boosters Inc. (USBI), подразделение Pratt & Whitney, входящее в состав United Technologies, являлась первоначальным главным подрядчиком по сборке, проверке и восстановлению твердотопливных ускорителей SRB, включая все компоненты, кроме самих двигателей, а также по интеграции SRB. Компания USBI являлась самым долгосрочным главным подрядчиком для космического шаттла и входила в состав первоначальной команды запуска. В 1998 году USBI была поглощена United Space Alliance в качестве подразделения Solid Rocket Booster Element, а в следующем году подразделение USBI было расформировано в Pratt & Whitney. В период наибольшей активности в USBI работало более 1500 сотрудников, обслуживающих ускорители шаттла на космодроме KSC (Флорида) и в Хантсвилле (Алабама). Компоненты SRB транспортировались из Юты в Космический центр Кеннеди во Флориде по железной дороге в течение двенадцати дней, преодолевая расстояние в 3219 км (2000 миль) через восемь штатов. Каждый сегмент и специально построенный для него вагон весили приблизительно [здесь должна быть указана точная масса, отсутствующая в оригинальном тексте]. Вагоны с сегментами SRB разделялись пустыми вагонами для равномерного распределения нагрузки на мосты и эстакады, особенно на мост через реку Индиан, являющийся последним мостом на маршруте поезда. После использования отработанные сегменты загружались в те же вагоны и возвращались в Юту для восстановления и повторной заправки.
Инцидент
2 мая 2007 года грузовой поезд, перевозивший сегменты твердотопливных ускорителей космического шаттла, сошел с рельсов в городе Мёртлвуд, штат Алабама, после обрушения железнодорожного моста. Поезд перевозил восемь сегментов SRB, предназначенных для миссий STS-120 и STS-122. Четыре сегмента упали примерно на 3 метра. Четыре других сегмента, а также вагон с коническими насадками заднего выходного сопла (соплами), находившиеся не на мосту, остались на земле. Упавшие с моста сегменты были извлечены и возвращены в Юту для проведения осмотра. После анализа нагрузок, пришедшихся на оставшиеся четыре сегмента, которые не упали, было установлено, что они соответствуют допустимым значениям, и эти сегменты были отправлены во Флориду.
Проект по разработке ракетного двигателя твердого топлива (ASRM) (1988-1993)
В 1988–1989 годах НАСА планировало заменить твердотопливные ускорители после катастрофы "Челленджера" новым перспективным твердотопливным ракетным двигателем (ASRM), который должна была построить компания Aerojet на новом объекте, спроектированном субподрядчиком RUST International, на месте отмененной атомной электростанции Теннесси-Вэлли-Ауторитет в Йеллоу-Крик, штат Миссисипи (Yellow Creek Nuclear Plant). ASRM должен был быть немного шире (диаметр ускорителя был бы увеличен с 146 до 150 дюймов) и содержать 200 000 фунтов дополнительного топлива, что позволило бы увеличить тягу и, как следствие, полезную нагрузку шаттла примерно на 12 000 фунтов. Это планировалось реализовать после установки роботизированных сборочных систем и компьютеров и затрат около 2 миллиардов долларов, однако в конечном итоге было принято решение продолжить использование существующих твердотопливных ускорителей после устранения дефектов конструкции.
Свертки из нитей
Для обеспечения необходимой тяги при запуске шаттлов на полярную орбиту со стартовой площадки SLC-6 на авиабазе Ванденберг в Калифорнии, твердотопливные ускорители (SRB) с корпусами из намотанного волокна (FWC) были спроектированы легче, чем стальные корпуса, использовавшиеся в SRB, запускаемых с Космического центра Кеннеди. В отличие от стандартных SRB, которые имели дефектную конструкцию полевого соединения, приведшую к катастрофе "Челленджера" в 1986 году, ускорители FWC использовали конструкцию соединения с "двойным выступом" (необходимую для обеспечения правильного выравнивания ускорителей во время резкого колебания "twang" при запуске основных двигателей SSME перед стартом), но при этом применялись два уплотнительных кольца. После закрытия SLC-6 ускорители FWC были утилизированы компаниями ATK и NASA, однако их полевые соединения, хотя и модифицированные для включения современных трех уплотнительных колец и нагревателей соединения, впоследствии (после STS-51L) были внедрены в конструкцию полевых соединений SRB, использовавшихся до последнего полета в 2011 году.
Пятисегментный бустер
До разрушения космического шаттла "Колумбия" в 2003 году НАСА рассматривало замену существующих 4-сегментных твердотопливных ускорителей (SRB) либо на 5-сегментную конструкцию SRB, либо полную замену их жидкостными возвращаемыми ускорителями, использующими технологии Atlas V или Delta IV EELV. 5-сегментный SRB, который потребовал бы незначительных изменений в существующей инфраструктуре шаттла, позволил бы космическому шаттлу нести дополнительную полезную нагрузку на орбите с наклонением, соответствующим Международной космической станции, исключить опасные режимы возврата на стартовую площадку (RTLS) и прерывания полёта над океаном (TAL), а также, используя так называемый "собачий поворот", осуществлять полёты с юга на север к полярным орбитам из Космического центра Кеннеди. Пятисегментный SRB использовал бы расширенное горло сопла для сохранения предела давления существующих корпусов сегментов. После катастрофы "Колумбии" НАСА приостановило разработку пятисегментного SRB для программы "Шаттл". Один инженерный испытательный двигатель с пятью сегментами, ETM 03, был испытан 23 октября 2003 года. В рамках программы Constellation первая ступень ракеты Ares I планировалась оснастить пятисегментными SRB; в сентябре 2009 года пятисегментный SRB космического шаттла (DM 1) был статически испытан на земле в пустынной испытательной зоне ATK в штате Юта. Дополнительные испытания (DM 2 и DM 3) были проведены в августе 2010 и сентябре 2011 года. После отмены программы Constellation в 2011 году, новая система космического запуска (SLS) была определена для использования пятисегментных ускорителей. Первое испытание SRB для SLS (QM 1) было завершено в начале 2015 года, а второе испытание (QM 2) – в середине 2016 года на предприятии Orbital ATK в Промонтори, штат Юта.
Дисплеи
Твердотопливные ускорители космических шаттлов выставлены в комплексе для посетителей Космического центра Кеннеди во Флориде, Космическом центре имени Стениса в округе Хэнкок, штат Миссисипи, Космическом и ракетном центре США в Хантсвилле, штат Алабама, Музее авиации March Field Air Museum на авиабазе March ARB в Калифорнии и на предприятии Orbital ATK возле Промонтори, штат Юта. Частичный корпус, изготовленный методом намотки нитей, выставлен в Музее авиации и космонавтики Пима в Тусоне, штат Аризона.
Текущее, будущее и предлагаемое использование
Со временем было представлено несколько предложений по повторному использованию конструкции SRB, однако по состоянию на 2016 год ни одно из этих предложений не дошло до регулярных полетов, прежде чем было отменено. До первого испытательного полета космической пусковой системы (SLS) в 2022 году, единственный испытательный полет прототипа Ares I X в 2009 году был самым продвинутым из всех этих предложений.
Арес
NASA первоначально планировало повторно использовать конструкцию и инфраструктуру твердотопливных ускорителей (SRB) из четырех сегментов в нескольких ракетах Ares, которые должны были вывести космический корабль Orion на орбиту. В 2005 году NASA объявило о создании ракеты-носителя, предназначенной для вывода пилотируемого корабля "Орион" на низкую околоземную орбиту, а затем и к Луне. На основе SRB была разработана пилотируемая ракета-носитель (CLV) под названием Ares I, и планировалось, что первая ступень будет оснащена одним модифицированным твердотопливным ускорителем из четырех сегментов, а вторая ступень – одним модифицированным жидкостным ракетным двигателем Space Shuttle Main Engine. В обновленном в 2006 году проекте Ares I в качестве первой ступени был представлен один твердотопливный ускоритель из пяти сегментов (первоначально разработанный для шаттла, но так и не использованный). Вторая ступень оснащалась модернизированным двигателем J 2X, созданным на базе J 2, который использовался в верхней ступени ракет Saturn V и Saturn IB. Вместо стандартного носового обтекателя SRB, Ares I должна была иметь коническую межступенчатую конструкцию, соединяющую собственно ускоритель со второй ступенью, систему управления ориентацией, разработанную на базе ракетной системы Regulus, и более крупные, тяжелые парашюты для спуска ступени в Атлантический океан с целью её последующего извлечения. Также в 2005 году был представлен тяжелый грузовой ракетный аппарат (CaLV) под названием Ares V. Первые проекты Ares V использовали пять стандартных двигателей SSME и пару пятисегментных ускорителей, идентичных предлагаемым для шаттла, в то время как более поздние планы предусматривали перепроектирование ускорителей с использованием ракетного двигателя RS 68, применяемого в системе Delta IV EELV. Изначально NASA перешла к системе с использованием пятисегментных ускорителей и кластера из пяти RS 68 (что привело к увеличению размеров основного блока Ares V), затем NASA переконфигурировала ракету с шестью двигателями RS 68B, при этом сами ускорители стали ускорителями с 5,5 сегментами, с добавлением полусегмента для обеспечения дополнительной тяги при взлете. Этот окончательный редизайн сделал бы ускоритель Ares V выше и мощнее, чем вышедшие из эксплуатации ракеты Saturn V/INT 20, N 1 и Energia, и позволил бы Ares V выводить на низкую околоземную орбиту как Земную отправную ступень, так и космический аппарат Altair для последующей сборки на орбите. В отличие от пятисегментных SRB для Ares I, ускорители с 5,5 сегментами для Ares V должны были быть идентичными по конструкции, изготовлению и функциональности текущим SRB, за исключением дополнительных сегментов. Как и ускорители шаттлов, ускорители Ares V должны были лететь практически по той же траектории полета от запуска до приводнения. Программа Constellation, включая Ares I и Ares V, была отменена в октябре 2010 года после принятия закона об авторизации NASA на 2010 год.
Прямой
Предложение DIRECT по созданию новой ракеты-носителя, созданной на базе технологий шаттла, в отличие от ракет-носителей Ares I и Ares V, использует пару классических твердотопливных ускорителей с четырьмя сегментами каждый и жидкостные ракетные двигатели SSME, применявшиеся на шаттлах.
Афина III
В 2008 году PlanetSpace предложила ракету-носитель Athena III для доставки грузов на МКС в рамках программы COTS; она должна была состоять из двух с половиной сегментов оригинальной конструкции твердотопливного ускорителя.
Система космических пусков (SLS)
Первые версии (блоки 1 и 1B) системы космического запуска (SLS) планируется оснастить парой пятисегментных твердотопливных ракетных ускорителей (SRB), разработанных на основе четырехсегментных ускорителей, использовавшихся на космическом шаттле. Модификации для SLS включали добавление центрального сегмента ускорителя, новую авионику и новую теплоизоляцию, которая не содержит асбеста, использовавшегося в ускорителях шаттла, и имеет меньший вес. Пятисегментные SRB обеспечивают примерно на 25% больший общий импульс, чем ускорители шаттла, и не подлежат повторному использованию.