太空梭固體助推器

太空梭固體助推器(以下簡稱SRB或助推器)是為太空梭在發射升空前兩分鐘內提供推力的一對固體火箭助推器，安裝在外儲箱兩側。每台助推器能產生1.8倍於F-1發動機的推力,F-1是推力最大的單室液體燃料火箭發動機，五台F-1驅動登月火箭土星五號。而SRB是推力最大的固體助推器，也是載人航天第一次使用固體助推器。被拋棄的SRB濺落大洋上，被打撈後灌注推進劑重新使用，可重用數次。SRB的主要承包商和藥柱生產商是位於猶他州百翰市的錫奧科爾公司。

基本介紹

• 中文名：太空梭固體助推器
• 外文名：無
• 詞性：名詞
• 類別：航天

概覽

兩台可重用的SRB提供太空梭離地時的主要推力，一直工作到約45公里（150000英尺）高空。在發射台上，SRB承擔了外儲箱和軌道器的全部重量，並將之轉移給移動發射台。發射時每台助推器產生約1245噸（2800000磅力）推力，隨後迅速增加到1379噸（3100000磅力）推力。三台主發動機點火推力達到預設水平後，SRB點火。SRB分離75秒後到達67公里（220000英尺）最高點，隨後降落傘打開，濺落在離發射場122海里（226公里）海面上並得到回收。

SRB是最大的固體燃料火箭，也是第一次採用可重用設計的固體火箭。助推器高45米，直徑3.7米。在發射台上，每台助推器重589550 kg（1300000磅），兩台助推器占全部起飛質量的60%。而每台助推器中填充的推進劑重約498850 kg（1100000磅）。

SRB的基本元件有發動機（含殼體，推進劑，點火器和噴管），主結構體，分離系統，飛行控制儀器，火工設備，減速系統，推力矢量控制器，回收系統，安全自毀系統。

每台助推器都通過SRB尾部的兩個橫向支桿和斜向連線桿與外儲箱相接，並且SRB前裙部與外儲箱前端相接。每台助推器尾部還通過四顆脆性螺母與發射台相接，起飛時螺母斷開。

助推器分為七部分有不同廠商製造然後在廠房中成對組裝，通過鐵路運到甘迺迪航天中心完成最後總裝。各段通過環形夾，掛鈎, 牽引鉤聯結銷緊固，再用三個“O形環”進行密封，最後塗上耐熱膩子。

組件

固定柱

每台助推器都有四個固定柱與發射台上的相應的支撐柱對應，固定螺栓將助推器與發射台連線起來。螺栓兩端都有螺母，而頂端螺母是脆性螺母，其中含有兩個NASA標準起爆器（NSD），將在固體發動機收到點火命令後起爆。隨後螺栓在NSD燃氣壓力和重力作用下向下滑出掉入裝滿沙的螺栓減速台。該螺栓長71厘米，直徑8.9厘米。而脆性螺母被吹風容器捕獲。如果固定失敗，SRB的推力足夠拉斷螺栓，釋放太空梭。

SRB的點火命令是軌道器中的電腦發出的，信號經主事件控制器到移動發射台上的火工點火控制器（PIC）。發射前16秒，發射處理系統為PIC低壓供電，PIC使用低壓啟動起爆器。

電力分配

軌道器的主直流匯流排電源通過A,B,C三條SRB匯流排向SRB供電，分別對應主直流匯流排電源的A,B,C線。主直流匯流排電源的C線作為SRB的A,B匯流排的備用電源，B線作為SRB的C匯流排備用電源。如此電力分配設計可使所有SRB匯流排在軌道器其中一個匯流排失效時保持電力。

公稱運行電壓是28±4V DC.

液壓系統

每台SRB都含有兩套自維持的獨立液壓動力系統（HPU），每個系統由輔助動力系統（APU），燃料供給模組，液壓泵，液壓儲油器和液壓液體管道集成組成。輔助動力系統由聯氨供能，通過機械軸驅動液壓泵，產生SRB液壓系統的液壓。兩套液壓動力系統和兩套液壓系統處於SRB尾部，位於噴管和尾裙部之間。液壓動力系統的組件安置在尾裙部，處於搖擺和傾斜傳動裝置之間。而控制電路模組置於尾部外儲箱連線環處的電子集成設備區。兩套系統在T+28秒開始工作，直至SRB與外儲箱和軌道器分離。

液壓動力系統和其燃料系統是彼此分開的。每個燃料供給模組儲有10kg聯氨，壓力為2757.88 kPa（400psi）的氮氣擠壓聯氨進入燃料分配管。

輔助動力系統（APU）中，燃料泵給聯氨增壓並輸送至燃氣發生器。燃氣發生器在催化劑作用下將聯氨分解為高溫，高壓氣體。二級渦輪泵將氣壓變為機械動力，驅動變速箱。冷卻的低壓廢氣在排出前還流經燃氣發生器做冷卻之用。變速箱驅動燃料泵，自身潤滑泵，液壓動力系統的液壓泵。該系統不能自啟動，因此一根旁管向燃氣發生器輸送氮氣，直到輔助動力系統轉速過高，產生的出口壓力高過旁管。

APU轉速達到100%，APU主控制閥關閉，此後APU的轉速由控制電路控制。如果主控制閥出故障保持開放狀態，副控制閥將在APU達到112%轉速時起作用。APU的全速轉速為72,000 rpm，110%轉速為79,200 rpm，112%轉速為80,640 rpm。

SRB上的液壓動力系統與SRB的伺服傳動機構相連，一套系統為伺服傳動機構提供主動力，第二套作為副動力源。若主液壓系統壓力降至14100kPa，傳動機構由切換閥控制開啟副動力源。切換閥處於第二位置時，一個開關觸頭將關閉。若閥門關閉，APU控制器將收到信號，將APU設定為112%工作狀態。APU的全速工作能為一套APU/HPU提供足夠液壓。

液壓泵轉速為3,600 rpm，輸出液壓為21000±340kPa。高壓放泄閥當液壓超過25855kPa時打開，以保護液壓系統。

APU/HPU及液壓系統可重用20次。

推力矢量控制系統

每台SRB有兩套液壓萬向伺服傳動機：一套用於翻滾，一套用於傾斜。伺服傳動機為噴管的推力矢量控制提供動力。

太空梭飛行控制系統中的上升推力矢量控制部分（ATVC）負責引導三台主發動機和兩台SRB的推力以在發射和上升段控制飛行高度和軌跡。來自製導系統的指令送到ATVC，ATVC按一定比例分給主發動機和SRB的伺服傳動機。四個獨立的飛行控制系統通道和四個ATVC通道控制六個主發動機驅動器和四個SRB的ATVC驅動器，一個驅動器負責一台伺服傳動機。

每個SRB伺服傳動機由四個獨立的二級伺服閥組成，伺服閥接受來自驅動器的信號。一個伺服閥控制一個傳動機，進而控制噴管朝向，確定推力方向。傳動機動力缸中感測器為推力矢量系統提供定位反饋信息。

每套傳動機的四個伺服閥還提供一套控制定位的“多數表決機制”，即四個伺服閥的信號一致才啟動，如果一個錯誤信號持續超過預定時間，壓差感測器激活選擇閥以隔離故障伺服閥的液壓。由其餘的伺服閥控制傳動機運動。

每個信號通道的故障監視器可以顯示哪個通道出問題，而隔離閥可以復位出故障的通道。

每套伺服傳動機還有濺落減載設備，使噴管的撓性軸承的濺落至海面時免受損傷。

速率陀螺儀配件

每台SRB有兩個速率陀螺儀集成(RGA)，每個RGA含有一個傾斜和一個偏航陀螺儀。它們與軌道器的翻轉陀螺儀一同為軌道器電腦，制導導航系統和控制系統提供數據。SRB分離後，軌道器的陀螺儀集成繼續工作。

陀螺儀集成信號通過尾部多路/多路分配器傳到軌道器通用控制系統。陀螺儀集成數據冗餘系統採用中值選擇方式。陀螺儀集成可重用20次。

推進劑

發動機推進劑由高氯酸銨（氧化劑，占69.6% 質量），鋁（燃料，16%），鐵氧化物（催化劑，0.4%），聚合物（如PBAN和HTPB，作粘合劑，次級燃料，12.04%），環氧樹脂（固化劑，1.96%）組成。這種推進劑亦稱高氯酸銨組合推進劑（APCP）。用這種推進劑海平面比沖為242秒，真空比沖268秒。

主燃料是鋁，因為鋁比能為31.0MJ/kg，但是體積應變能密度也很高，難以意外引燃。

推進劑在前發動機段中是十一星形填料，在尾部和後罩部呈雙截錐形。如此填裝使發動機在離地時產生大推力，並在約50秒後推力漸減以避免太空梭在最大動壓（Max Q）期間過載。

工作過程

點火

SRB只有在安全發火機構的鎖針被移除後點火器才能工作，鎖針由地面工作人員在預發射期間手工移除。助推器發動機點火指令在三台主發動機點火併達到額定推力90%時發出，而且沒有主發動機故障，SRB點火器火工啟動控制器（PIC）電壓過低，發射處理系統（LPS）沒有延遲。

軌道器電腦通過主事件控制器（MEC）向SRB上的安全發火機構，NASA標準起爆器發出點火指令。火工啟動控制器的一個單通道電容放電器控制各個火工設備的點火。火工啟動控制器必須同時收到三個信號才能點火，三個信號是：預備，點火1和點火2，它們源自軌道器通用計算機 (GPC)，隨後送到MEC，MEC用28 伏電壓將信號送到PIC。arm信號將PIC電容充電到40伏 DC。

通用計算機的發射序列也控制一部分主推進系統閥門，並監視主發動機的就緒狀態。機載計算機在T+6.6秒向主推進系統發出啟動指令（次第啟動三台主發動機，間隔0.25秒），隨後監視每台發動機的推力變化，三台主發動機必須在三秒內達到90%推力，否則會發出程式關機指令，並觸發安全措施。

正常情況下（推力達到90%）在T+3秒時，主發動機接到指令調整到噴管到起飛朝向，同時SRB接到點火1信號，太空梭基本彎曲載荷模式初始化（按外儲箱頂部為標準，朝向外儲箱方向移動65厘米（25.5英寸）。

點火2命令使多餘的標準起爆器起爆，從薄擋片上落入火焰管，由此點燃安全發火機構中的增壓火藥（pyro booster charge）, 增壓火藥點燃點火啟動器中的炸藥，燃燒產物點燃固體發動機點火器，點火器瞬間點燃SRB垂直方向上全部推進劑表面。

在T時刻，兩台SRB在四台機載計算機發出的指令下點火，SRB上的爆炸螺栓觸發，機載主計時系統，事件計時器，任務時間計時器啟動，三台主發動機推力達到100%，地面發射序列結束。

發動機推力在最大動壓區域（Max Q）能調節減小，推進劑初始是星形填裝，隨後逐漸燃燒變成圓形外表面，表面積減小，因此推力減小。

分離

當固體發動機室壓感測器經過冗餘管理系統，中值選擇後，兩台SRB的首端室壓低於345kPa（50psi），SRB分離過程啟動。另有備份方案是比對點火至當前時刻所經歷的時間。

分離過程啟動後，推力矢量系統控制傳動機移向零位，將主推進系統設為“第二級”模式（啟動0.8秒後）以確保兩台SRB推力都降至44噸以下。軌道器偏航姿態持續4秒，SRB推力降至27噸以下。分離指令由軌道器下達，SRB接到指令後在30毫秒內，起爆標準起爆器和分離發動機，與外儲箱分開。每台SRB的每一端都有四台分離發動機。

前附著點有一個球，與外儲箱的插口通過螺栓連線。螺栓兩端含有標準起爆器。尾部附著點有三部分組成：上桿，下桿和斜桿。每個支桿兩端都裝有標準起爆器。

安全自毀系統

安全自毀系統（RSS）是當太空梭失控後，由遠程遙控自毀全機或部分，以減少爆炸碎片，有毒物質等。目前安全自毀系統只使用過一次，即在挑戰者號解體37秒後。

每台SRB有一套安全自毀系統，系統可接受由地面發出的兩條指令(預備和點火)。只有當太空梭越過發射軌跡紅線時，自毀系統才會使用。

自毀系統由兩個天線耦合器，指令接收/解碼機，雙分配器，安全發火機構（含兩個NASA標準起爆器），兩個引爆信管總管(CDF)，七個CDF集成，一個線性火藥（LSC）。

天線耦合器為無線電頻率和地面支持設備指令提供適當阻抗。指令接收機調諧自毀指令頻率，將輸入信號送到分配器。指令解碼器保證只有正確的指令進入分配器。分配器也有保證指令正確的設備。

標準起爆器產生火花點燃CDF，進而點燃LSC引爆太空梭。安全發火機構在發射前和分離過程起到隔離標準起爆器和CDF的作用。

第一個預備信號，開啟自毀程式，點亮位於指令長和成員艙顯示和控制板上一盞燈。第二個信號就是點火指令。

SRB上的分配器是交叉相連的，如果一個SRB收到預備或者自毀信號，另一個SRB也將得到信號。

自毀系統電池為自毀A系統供電，回收電池為自毀B系統和回收系統供電。在SRB分離序列中，自毀系統電源關閉，回收系統得到供電。

降落和回收

發現號執行STS-116任務時拋棄的助推器，漂浮在離卡納維拉爾角240公里的大西洋海面。分離前，軌道器向SRB發出指令開啟回收邏輯系統。同時發出指令開啟三個端頭罩推力器（以便展開引導傘和降落傘），錐體環起爆器(以便展開主降落傘），斷開主降落傘連線。

回收序列從高空空壓開關運行開始，觸發端頭罩推力器，拋除端頭罩，放出引導傘。端頭罩分離預定高度4786米，約在SRB分離218秒後。直徑3.5米的引導傘拉動連線切割刀的系索，切斷減速傘的固定環帶。引導傘拉出減速傘包懸掛帶，使之從原位置展開。十二根長32米的懸掛帶伸開後，直徑16.5米的減速傘打開。減速傘可承受約143噸重量，自重544kg。

減速傘展開後，SRB呈尾端在下狀態。在預定高度1676米，SRB分離243秒後，低空空壓開關打開，錐台體分離，減速傘將錐台體拉離SRB。主傘懸索從位於錐台內展開，全長62米，接著三個主傘展開，一段時間延遲後，主傘收束繩斷開，主傘張開至原始尺寸。每個傘直徑45米，承重88噸，自重988kg。錐台體分離20秒後，噴管延伸部分離。

SRB分離279秒後，以23m/s的速度濺落海面。濺落點約離佛羅里達州東海岸240公里（130海里）。由於SRB是噴管先入水，空氣已充滿內部，使得SRB漂浮，前端露出水面9米。

STS-114任務使用的SRB被回收運回卡納維拉爾角目前的設計是保留主傘至濺落。鹽水活化釋放設備(SWAR)集成到主傘總力管中，以簡化回收工作，並減小對SRB的損傷。

特別打造的NASA回收船，Freedom Star和Liberty Star，前往回收SRB及相關設備。助推器被定位後，潛水員將潛水運作設備（DOP）放入噴管中，向發動機殼體內注入空氣，使SRB變為水平漂浮以便拖運。隨後回收船將SRB及其它組件拖回甘迺迪航天中心。