ULA förbereder Vulcan-booster för kryogena tankningstester

United Launch Alliance rullade en testartikel för sin nya Vulcan-raket till en avfyringsramp vid Cape Canaveral på onsdagen, och flyttade boostern i position för en serie av kryogena tankningstester som ska börja under de kommande dagarna.

Den 110 fot höga (33.5 meter) Vulcan första etappen åkte på en mobil uppskjutningsplattform längs järnvägsspår från ULA:s Spaceflight Operations Center vid Cape Canaveral Space Force Station till pad 41, ett sjöuppskjutningskomplex som team har modifierat för att stödja Vulcan-uppdrag och fortsatte flygningar av ULA:s Atlas 5-raket.

Vulcan Centaur-raketen, som i slutändan kommer att ersätta ULA:s Atlas- och Delta-raketfamiljer, är planerad att lyfta för första gången nästa år. Blue Origins leverans av flygfärdiga BE-4 förstastegsmotorer driver schemat för den första Vulcan-testflygningen.

Medan ULA:s fabriksteam i Decatur, Alabama, väntar på motorleveransen, går företagets lanseringsteam vid Cape Canaveral vidare med "pathfinder"-testning med hjälp av en testartikel i första steget.

ULA skickade Vulcan pathfinder booster från Alabama till Florida tidigare i år. Den är utrustad med två BE-4-motortestenheter som tidigare använts för testskjutningar på Blue Origins anläggning i västra Texas.

Mark Peller, ULA:s vice vd för större utveckling, sa i en intervju med Spaceflight Now att de kommande kryogena tanktesterna kommer att tillåta ingenjörer att validera hur företaget planerar att ladda drivmedel i Vulcan-raketen under en riktig nedräkning.

"Vi har en enorm erfarenhet av kryogent drivmedel," sa Peller till Spaceflight Now. "Både Atlas och Delta är kryogena fordon. Delta har kryogent bränsle såväl som oxidationsmedel."

Vulcans första steg drivs av flytande naturgas, istället för fotogen och flytande vätebränslen som driver Atlas 5- och Delta 4-raketerna. ULA kommer att fortsätta att använda superkallt flytande syre - samma oxidationsmedel som används på Atlas- och Delta-raketer - för att tillåta Vulcans BE-4-motorer att skjuta under de första minuterna av flygningen.

"Det finns två saker som är unika här," sa Peller. "Vi har modifierat systemen, så vi vill validera dem. Och två, fordonet är lite annorlunda skala. Så vi vill bara ta tid. Det hjälper oss att validera alla våra analyser och förutsägelser, och all extrapolering av data som vi tar över från Atlas och Delta. Det kan ta lite längre tid, eller så kan det vara lite snabbare att lasta fordonet och kyla ner tankarna och motorerna ner."

Vulcan-kärnsteget mäter 17.7 fot (5.4 meter) i diameter och innehåller drivmedelstankar av aluminium för metan och flytande syre för de dubbla BE-4-motorerna. Vulcans första etapp är mer än 5 fot (1.5 meter) bredare än Atlas 5:s kärnsteg.

Ett fullastat Vulcan-kärnsteg kommer att innehålla mer än en miljon pund flytande drivmedel, cirka 50 procent mer drivmedelsmassa än Atlas 5:s första steg.

"Vi använder markprogramvara för att övervaka fordonet under dessa operationer för att upprätthålla ett säkert tillstånd, och vi gör omfattande simuleringar av allt detta, men det är simulering i labbet, i vårt integrationslabb i Denver," sa Peller. "Så detta ger oss möjlighet att göra det, inte bara med hårdvara i slingan, utan kryogent drivmedel i slingan.

"För det mesta är det här validering av procedurer och processer, validering av markprogramvara, och det är allt i ett försök att ta sig tid utanför en normal lanseringskampanj och ta sig tid att arbeta igenom detta och få allt detta uppdaterat och validerade, sa Peller. "Så när vi kommer ut med det första fordonet har vi den här erfarenheten och att det går smidigt."

ULA, ett 50-50 joint venture mellan Boeing och Lockheed Martin, har avslutat uppgraderingar till pad 41 och den närliggande Vertical Integration Facility, där team monterar raketer, för att rymma den större Vulcan Centaur-raketen.

Den flytande naturgasen, eller metan, bränsle som brändes av Vulcans dubbla förstastegs BE-4-motorer krävde ULA för att installera nya lagringstankar vid pad 41.

De tre 100,000 41-liters metanlagringstanken är belägna på norra sidan av pad XNUMX. Företaget har också uppgraderat startrampens ljuddämpande vattensystem, vilket dämpar den intensiva akustik som genereras av en raketuppskjutning.

Förvaringsanläggningarna för flytande vätgas och flytande syre vid kudde 41 hade också uppgraderingar för att rymma det större övre steget i Centaur som kommer att flyga på Vulcan-raketer.

Efter att Vulcan pathfinder-raketen anlände till Cape Canaveral höjde ULA boostern vertikalt ovanpå Vulcan Launch Platform.

ULA rullade raketen till pad 41 tidigare i år och flödade drivmedel från de nya marklagertankarna genom försörjningsledningar som ledde till Vulcan Launch Platform. Plattformen ansluter Vulcan-boostern till drivmedelsledningarna genom en anslutning vid basen av dynan.

"Vi har redan fyllt dessa tankar så att vi kan förstå egenskaperna", sa Ron Fortson, ULA:s direktör och general manager för uppskjutningsoperationer, när han guidade reportrar runt uppskjutningsrampen i maj. "Vi har flödat drivmedlet genom alla ledningarna. Vi kallar dem kallflödestester. Vi flödade genom alla linjer hela vägen upp till förbindelsen med VLP, som är Vulcan Launch Platform, med Vulcan-raketen på toppen.”

"Det var det sista testet av dessa marksystem och den mobila lanseringsplattformen, VLP," sade Peller i måndags. "Men vi slutade för att faktiskt dra in drivmedel i fordonet. Vi gick tillbaka till SPOC, där vi etablerade begränsad fordonsbehandlingskapacitet för att göra några fler utcheckningar.

"Så vårt nästa steg här, som kommer snart, är att gå ut igen och börja strömma drivmedel till själva fordonet," sa Peller. "Så marksystem och VLP är utcheckade. Låt oss nu börja få erfarenhet av att ladda drivmedel på fordonet, validera procedurer, tidslinjer, markprogramvara, allt vi behöver göra för att hjälpa till att bränna ner vår risk och säkerställa beredskapen att fortsätta med vår första lanseringskampanj.”

Peller sa att ULA:s uppskjutningsteam, stationerat i Atlas Spaceflight Operations Center vid Cape Canaveral, kommer att köra Vulcan pathfinder booster genom standardkassorna efter att ha anlänt till paden.

Ingenjörer kommer att ta ett försiktigt tillvägagångssätt med tanktesterna, först ladda flytande syre i Vulcan-boostern och utvärdera raketens reaktion. Efter att ha dränerat oxidationsmedlet kommer ULA-teamen att utvärdera data innan de går vidare till nästa steg i testningen.

"Då, om vi är redo, kommer vi att gå framåt och bara göra LNG (flytande naturgas), ta någon dag för att utvärdera dessa data, och sedan går vi och gör ett kombinerat test där vi laddar båda drivmedel”, sa Peller. "Vi kommer att göra det på en tidslinje till en procedur som är förenlig med en dag av lanseringsnedräkning."

ULA kommer att gå igenom flera timmars nedräkning innan den simulerar en avbrytning vid cirka T-minus 10 sekunder, innan BE-4-motorerna skulle tändas för en riktig lansering, sa Peller.

Under den sista fasen av nedräkningen kommer raketens drivmedelstankar att trycksättas, och BE-4-motorerna kommer att genomgå chilldown-konditionering, en procedur som innebär att små mängder superkalla drivmedel strömmar genom vätskeledningar före antändning.

"Vi kan verifiera nedkylningstider för motorerna, och vi kan kardana motorn och göra alla möjliga andra saker, men vi kommer att sluta med hotfiring," sa Peller.

ULA drar fördel av ett uppehåll i Atlas 5-startverksamheten vid Cape Canaveral för att slutföra Vulcan pathfinder-testningen. ULA planerade att skjuta upp en Atlas 5-raket på en opiloterad testflygning av Boeings Starliner-besättningskapsel tidigare denna månad, men Boeing avbröt uppdraget på grund av rymdskeppsventilproblem.

Det första steget av Atlas 5-raketen som tilldelats Starliner-testflyget kommer nu att användas för ULA:s nästa uppskjutning från Florida. Det uppdraget, inställt på uppskjutning den 16 oktober, kommer att bära NASA:s robotasteroidsond Lucy ut i rymden.

När testerna för tankning av pathfinder är klara kommer ULA att skicka Vulcan-boostern tillbaka till företagets fabrik i Alabama för att utrustas för en framtida lansering. Samtidigt håller fabriksarbetare på att avsluta monteringen av en annan Vulcan-raket som kommer att starta på den första testflygningen nästa år.

Vulcan-raketen kan flyga med noll, två, fyra eller sex fasta raketboosters. ULA har utvecklat en uppgraderad dubbelmotorsversion av det ärevördiga vätedrivna Centaur-översteget för att flyga ovanpå Vulcan-raketen.

I slutändan kommer ytterligare uppgraderingar av det nya övre steget "Centaur 5" att tillåta en "single-stick" Vulcan Centaur-raket att lyfta ULA:s Delta 4-Heavy-raket, som kombinerar tre Delta 4-raketkärnsteg för att ge tunga laster ett extra lyft ut i rymden .

Peller sa att ULA förväntar sig att få det första paret flygfärdiga BE-4-motorer från Blue Origin i slutet av året, vilket gör att företaget kan skicka den första flygklassade boostern till Cape Canaveral i början av 2022.

Det kommer att starta ytterligare en serie tester vid Vulcans startramp, som kulminerar i en repetition med full nedräkning som kommer att sluta med en håll nere teststart av de två BE-4-motorerna.

När flygberedskapsskjutningen är klar kommer markpersonal att installera ett par Northrop Grumman solida raketboosters till Vulcan core-steget och förbereda bärraketen för sin första flygning.

Den inledande Vulcan-uppskjutningen kommer att lyfta en kommersiell månlandare byggd av Astrobotic, som kommer att flyga vetenskapsnyttolaster till månens yta under kontrakt med NASA. En andra Vulcan Centaur-uppskjutning planerad i slutet av 2022 kommer att skjuta upp ett lastbärande rymdplan från Sierra Nevada på ett återförsörjningsuppdrag till den internationella rymdstationen.

Om de två första uppdragen lyckas kommer den amerikanska rymdstyrkan att rensa Vulcan Centaur-raketen för att börja skjuta upp kritiska militärsatelliter.

ULA avslöjade Vulcan-raketen 2015. Den är designad för en ny era i den amerikanska uppskjutningsindustrin präglad av ökad konkurrens, särskilt från SpaceX, och en föränderlig marknad.

Den amerikanska militären är en ankarkund för ULA. Pentagon-tjänstemän meddelade i augusti förra året att ULA kommer att få 60 procent av militärens mest kritiska satellituppskjutningskontrakt tilldelade till slutet av 2024 för uppdrag som kommer att starta mellan 2022 och slutet av 2027.

SpaceX kommer att få 40 procent av de nationella säkerhetsuppskjutningskontrakten under samma period, vilket ger Pentagon två oberoende företag som kan betjäna alla militärens uppskjutningsbehov för medel- och tunga lyft.

Avtalen med ULA och SpaceX omfattar kontrakt om uppskjutning av satelliter för den amerikanska rymdstyrkan, National Reconnaissance Office, Missile Defense Agency och andra militära tjänster och byråer.

Men Atlas 5-raketen försvinner inte direkt, och pad 41 kommer att stödja uppskjutningar av båda typerna av raketer i flera år. ULA planerar 30 eller fler ytterligare Atlas 5-uppdrag innan raketen dras tillbaka till förmån för Vulcan Centaur.

E-postadress författaren.

Följ Stephen Clark på Twitter: @ StephenClark1.

Källa: https://spaceflightnow.com/2021/08/25/ula-readies-vulcan-booster-for-cryogenic-tanking-test/