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Il motore principale dello Space Shuttle (in inglese mwbqSpace Shuttle Main Engine il cui mwbgacronimo è mwbwSSME o la denominazione Aerojet Rocketdyne mwcaRS-25) è il suo motore primario, fabbricato dalla divisione mwcqRocketdyne della mwcgPratt & Whitney. Motore a mwcwpropellente liquido con un mwdaciclo a combustione stadiata e alimentato da due mwdqturbopompe, è il propulsore principale dello mwdgSpace Shuttle, che accoppiato ai due mwdwbooster a propellente solido permette di garantire un adeguato rapporto mweaspinta mweqpeso per l'accesso allo spazio. Il mwegpropellente utilizzato è la coppia mwewidrogeno liquido e mwfaossigeno liquido i quali permettono di ottenere elevate prestazioni in termini di mwfqimpulso specifico ponderale (500s).

• Introduzione

• Ossidante

• Combustibile

• Preburner

• Camera di combustione e ugello

• Specifiche di spinta

• Sviluppi futuri

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

I motori SSME sono delle fonti di propulsione molto sofisticate che bruciano mwgqossigeno e mwggidrogeno liquidi provenienti dal mwgwserbatoio esterno. Sono utilizzati per la propulsione durante la fase di salita in aggiunta ai potenti mwhaSpace Shuttle Solid Rocket Booster. Ogni motore può generare circa mwhq1,8 MN di spinta al decollo ed i tre motori possono generare un mwhgimpulso specifico (mwhwImwiasp) di 453 secondi nel vuoto o 363 secondi a livello del mare, con velocità di scarico rispettivamente di 4440mwiq m/s e 3560mwig m/s. In tutto un motore pesa circa 3,2mwiw t. Dopo ogni missione i motori sono rimossi e trasportati allo mwjaSpace Shuttle Main Engine Processing Facility per le ispezioni e le eventuali sostituzioni di componenti.

Questi motori possono operare a temperature estreme: l'idrogeno liquido è conservato a -253mwjg °C, e quando brucia assieme all'ossigeno liquido la temperatura nella camera di combustione raggiunge i 3300mwjw °C, una temperatura superiore al punto di ebollizione del mwkaferro.

Il carburante e l'ossidante dal serbatoio esterno entrano nell'orbiter e poi nelle linee di alimentazione del sistema di propulsione. Entrambi vengono suddivisi in tre percorsi paralleli diretti ad ognuno dei tre motori. In ognuno dei percorsi sono presenti delle pre-valvole che permettono il flusso verso la turbopompa a bassa pressione relativa all'ossidante o al carburante.

La turbopompa a bassa pressione dell'ossidante (mwmaLow pressure oxidizer turbopump - LPOTP) è una pompa assiale guidata da una turbina a sei stadi alimentata dall'ossigeno liquido. Aumenta la pressione dell'ossigeno da 0,7 a mwmq2,9 MPa. Il flusso viene fornito alla tubopompa ad alta pressione dell'ossidante (mwmghigh pressure oxidizer turbopump - HPOTP). Durante il funzionamento l'aumento di pressione permette il funzionamento della turbina ad alta pressione senza fenomeni di mwmwcavitazione. La turbina a bassa pressione lavora a circa 5150 rpm, ha dimensioni di circa 450mwna mm × 450mwnq mm ed è connessa al condotto del propellente.

La turbina ad alta pressione è costituita da due pompe centrifughe a singolo stadio montate su un albero comune e guidate da una turbina a due stadi. La pompa principale aumenta la pressione dell'ossigeno da 2,9 a mwnw30 MPa, girando a circa 28120 rpm e scarica il flusso in diversi percorsi, uno dei quali è indirizzato per guidare la turbina a bassa pressione. Un secondo percorso viene inviato attraverso la valvola principale dell'ossidante ed entra nella camera di combustione principale. Un altro percorso conduce allo scambiatore di calore. L'ossigeno liquido fluisce attraverso una valvola antiriflusso che evita l'ingresso dell'ossigeno se non c'è sufficiente calore per convertirlo da liquido a gassoso. La scambiatore di calore utilizza il calore contenuto nei gas di scarico della turbina ad alta pressione e converte l'ossigeno liquido in forma gassosa. Il gas è inviato verso il serbatoio esterno per pressurizzare il serbatoio dell'ossigeno liquido. Un altro percorso entra nel secondo stadio della pompa ad alta pressione per aumentare la pressione dell'ossigeno da 30 a mwoa51 MPa. La pompa ad alta pressione misura circa 600mwoq mm × 900mwog mm.

Il combustibile entra nell'orbiter per mezzo della linea di alimentazione dell'idrogeno liquido, fluisce nella linea dell'orbiter e viene inviato in tre percorsi paralleli che conducono ad ognuno dei propulsori.

La pompa a bassa pressione del carburante (mwrgLow Pressure Fuel Turbopump - LPFTP) è una pompa assiale guidata da una turbina a due stadi alimentata dall'idrogeno gassoso. Essa aumenta la pressione dell'idrogeno liquido da 0,2 a mwrw1,9 MPa e lo invia alla pompa ad alta pressione (mwsaHigh-Pressure Fuel Turbopump - HPFTP). Durante il funzionamento dei propulsori, l'aumento di pressione della LPFTP permette di far funzionare la pompa ad alta pressione ad alte velocità senza generarare cavitazione. La pompa a bassa pressione ruota a circa 16mwsq 185 rpm, e ha dimensioni di circa 45mwsg cm × 60mwsw cm.

La pompa ad alta pressione è una pompa centrifuga a tre stadi alimentata da una turbina a gas a due stadi. Essa aumenta la pressione dell'idrogeno liquido da 1,9 a mwtq45 MPa. Ruota a circa 35mwtg 360 rpm. Il flusso di scarico dalla pompa è inviato attraverso la valvola principale attraverso tre percorsi. Uno conduce alla paratia della camera di combustione principale, dove l'idrogeno viene utilizzato per raffreddare le pareti della camera e successivamente verso la pompa a bassa pressione, per alimentare la turbina. Una piccola porzione di questo flusso viene inviato al serbatoio esterno per mantenere la pressurizzazione del serbatoio di idrogeno liquido. Il resto dell'idrogeno viene inviato alla camera di combustione principale. Un secondo percorso passa attraverso la valvola principale del carburante e fluisce attraverso l'ugello del propulsore per raffreddarlo e successivamente si unisce al terzo percorso attraverso la valvola di raffreddamento della camera. Il flusso combinato è diretto ai pre-burner (pre-bruciatori). La turbina ad alta pressione ha dimensioni di circa 55mwtw cm × 110mwua cm.

L'mwwqossidante e il mwwgcarburante entrano nei mwwwpreburners e vengono mescolati per assicurare una combustione efficiente. Il sistema di accensione ad mwxaarco elettrico è posizionato al centro dell'iniettore di ogni mwxqpreburner. Esso è ridondante ed è attivato dal controller del motore. Viene utilizzato durante la sequenza di avvio per iniziare la combustione in ogni preburner. Essi sono spenti dopo circa tre secondi dall'avviamento, poiché la combustione si auto-sostiene. I preburner producono un gas caldo ricco di carburante che passa attraverso le turbine per generare energia e far funzionare le turbopompe ad alta pressione. Il preburner dell'ossidante guida la turbina che è connessa alla HPOTP, mentre quello del carburante la turbina della HPFTP.

La velocità delle turbine ad alta pressione è regolata dalla posizione delle valvole del mwxwpreburner. Esse vengono regolate dal controller del motore, che le usa per aumentare o diminuire il flusso verso i mwyapreburner, e quindi la spinta del propulsore.

Le valvole principali dell'ossidante e del carburante controllano il flusso di idrogeno ed ossigeno liquidi verso il propulsore e sono controllate dai controller di ogni propulsore. Quando sono in funzione, generalmente le valvole principali sono completamente aperte.

La camera di combustione di ogni propulsore riceve un flusso di gas caldo ricco di carburante dal circuito collettore. L'idrogeno gassoso e l'ossigeno liquido entrano nella camera attraverso l'iniettore che mescola i propellenti. Il dispositivo di accensione è posizionato al centro dell'iniettore.

La superficie interna di ogni camera di combustione e di ogni ugello è raffreddata da idrogeno liquido che fluisce attraverso dei tubi di acciaio inossidabile. L'ugello è una estensione della camera di combustione principale a forma di campana, lungo 2,9mwaq m e con un diametro massimo (all'estremità) di 2,4mwag m. L'anello di supporto che è saldato alla terminazione anteriore dell'ugello costituisce il punto di attacco del propulsore allo scudo termico. La protezione termica è necessaria poiché alcune parti dell'ugello sono esposte al calore durante il lancio, la fase di salita e l'ingresso atmosferico.

La spinta può essere variata dal 67% al 109%. Attualmente si utilizza il 104,5%, mentre si può aumentare al 106% o al 109% in caso di annullamento del lancio.

• mwbw100%: mwca1670 kN (livello del mare) - mwcq2090 kN (vuoto)

• mwcw104,5%: mwda1750 kN (livello del mare) - mwdq2170 kN (vuoto)

• mwdw109%: mwea1860 kN (livello del mare) - mweq2280 kN (vuoto)

Il livello di spinta del 100% non rappresenta la potenza massima disponibile, ma è un valore deciso durante lo sviluppo del propulsore che corrisponde al livello di spinta normale. Successivi studi hanno indicato che i propulsori possono operare in sicurezza a valori superiori. Tuttavia è stato evidenziato che l'uso di un livello di spinta superiore al 104,5% aumenta la probabilità di guasti, compromettendo quindi l'affidabilità dei propulsori. Per questo motivo, i livelli di spinta superiori sono utilizzati solo in caso di emergenza.

I motori mwfqRS-25 hanno iniziato a gennaio mwfg2015 la fase di test per il programma mwfwSpace Launch System (SLS)cite-ref-1[1]. Quattro motori di questo tipo forniranno la spinta iniziale del primo stadio, con l'ausilio di due booster.

Dopo la cancellazione del programma Space Shuttle questi motori sono tornati in attività il 16 Novembre 2022 nell’ambito della missione mwhqArtemis 1.cite-ref-2[2]

cite-note-11. ↑ mwkaTurning up the Temperature: Mini Models Fire Up for SLS Base Heating Tests.

cite-note-22. ↑ mwla(mwlqmwlgEN) Chris Gebhardt, mwlwmwmaNASA will not put a crew on EM-1, cites cost - not safety - as main reason, su mwmqNASASpaceFlight.com, 12 maggio 2017. mwmgURL consultato il 17 aprile 2023.

• mwnqNASA Shuttle Press Kit SSME Reference (PDF), su shuttlepresskit.com (archiviato dall'url originale il 4 febbraio 2012).

• mwnwBoeing, Space Shuttle Main Engine, su boeing.com (archiviato dall'url originale il 3 giugno 2007).

• mwoqNASA, Space Shuttle Main Engine Enhancements, su nasa.gov. URL consultato il 4 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 19 aprile 2023).

• mwowNASA, The Roar of Innovation, su science.nasa.gov (archiviato dall'url originale l'8 novembre 2002).

• mwpqSpace Shuttle Main Engine - incredible facts, su users.ipfw.edu. URL consultato il 30 giugno 2008 (archiviato dall'url originale il 30 marzo 2012).

• mwpwSpace Shuttle Main Engine The First Ten Years (PDF), su enginehistory.org (archiviato dall'url originale il 30 marzo 2012).

• mwqqNSTS 1988 News Reference Manual, su science.ksc.nasa.gov. URL consultato il 30 giugno 2008 (archiviato dall'url originale il 25 marzo 2012).

• "Boeing Liquid Propellant Rocket Systems", Rocketdyne Propulsion & Power, Pub. 573-A-100 9/99, page 26. (SSME was designated the RS-24, not RS-25 as commonly believed. The RS-25 was a misnomer for the expendable version of the SSME that adopted early in the Ares program, later replaced by the RS-68 and J-2X.)

• mwraEncyclopedia Astronautix, reference SSME / RS-24, su astronautix.com.

• mwsaProgramma Space Shuttle

• mwsgSpace Shuttle

• mwtaSpace Shuttle Solid Rocket Booster

Altri progetti

• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Space Shuttle main engine