Operações do Transbordador Espacial da NASA

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Source of Acquisiti on 
NASA Johnson Space Center 
Un vistazo a las operaciones del transbordador 
espacial de NASA y de la ISS 
(Estacion EspacialInternacional) 
Jose M Hernandez 
Jefe de area, 
Materiales y Procesos 
---1 
Construccion de un vehiculo espacial reutilizable: 
El comienzo del transbordador 
• Limitaciones de disefio: 
• EI sistema debe apegarse al estatuto 185-402 kil6metros 
sobre la 6rbita 
• La aceleraci6n no debe ser mayor a 3g's 
• Aterrizaje en pista (342-362 Km/h) 
• Mantener velocidad en 6rbita de 7743 mlsec (aprox) 
• Bordes de nariz y alas: 1537-1649 grad C 
• Otras areas del ala/fuselage 1260 grad C 
• 18,000 kg/18m largo del area de carga 
Antecedentes 
Rockwell fue elegido en 1972 como el 
principal contratista 
Muchos "Comienzos" 
• V ehiculo espacial con alas 
• Sistema de proteccion termal 
reutilizable 
• Motores de propulsion con alta 
presion L02, LH2 reutilizables 
• Rangos de velocidad orbital­
hipersonica-subsonica 
Cohete 
Impulso 
Limites estructurales 
Direcci6n y control 
Limites de calor 
Transbordador Espacial: 
EI sistema de propulsion 
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01 
Tanque externo:Fabricado en las instalaciones 
de ensamblaje Michoud en Nueva Orleans 
Tanque externo 
• 47 m de largo y 8.41 m de diametro 
• 2,027,650 litros de cyro propulsores (720,000 kg) 
• Quilla estructural 3,150,000 kg impulso -• 3,923 It/sec a traves de 
43cm de line as de alimentaci6n 
a SSMEs 
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Tanque externo 
• L02 almacenado a -183 grad C 
• LH2 almacenado a -253 grad C 
• Espuma aislante regularmente 2.54cm de grosor 
• Fresco al tacto por la espuma 
• Fricci6n aerodinamica de 982 grad C en el ascenso 
• Se han construido 3 versiones del tanque 
- 2219 Al 
- 2219 Al con titanio (10000Ibs) 
- 2195 AI-Li super/aleaci6n (7500 lbs) 
L __ _ 
L02 Ice/Frost 
Ramps 
• POL 1034 
Bi-Pod Fittings 
ET Foam Insulation 
L02 Feed line 
• BX-250 & SS-1171 
with POL -1034 
closeouts 
LH2 Ice/Frost Ramps 
• PDL-1034 
L02 Tank Ogive / 
Barrel 
Thick/thin spray 
• BX-250 with PDL-
1034 inserts 
LH2 Tank 
Barrel 
Thick/thin 
spray 
LH2 PAL Ramps 
• BX-250 
Aft Interfaces / 
Cable Trays / 
Covers 
• NeFI 24-124 
Ogive 
Cover 
Plate 
• BX-250 
L02 PAL 
- Ramp 
o Bf250 
L02 Tank Dome 
• BX-250 
Intertank 
(Machin edNen ted) 
• NeFI 24-124 
• NeFI 24-124 • BX-250 
. Aft 
1 _ \ 1 --;---Struts 
" I • BX-250 
.~ 
LH2 Tank 
Dome 
Tank Fwd Dome • NeFI 24-57 
• BX-250 I Apex 
Closeout 
Fwd and Aft Intertank • BX-250 
Flange Closeouts 
• BX-250 
Intertank Closeouts 
• BX-250 and PDL-1034 
ET Foam Insulation 
• F our low density polyurethane and polyurethane 
modified isocyanurate foams 
- Blowing agent provides insulation and cell structures 
- BX-250, PDL 1034, NCFI 24-124, NCFI 25-57 
• Blowing agent change from a CFC to an HFC 
• Application 
- Polyurethane foam with chlorofluorocarbon applied by 
hand in some areas 
- Spray on then machined to a thickness of one inch 
• Al substrate heated to get good curing and max 
adhesive strength 
• Foam variability has been seen (voids and 
pockets) seen at the layers when sprayed on. 
-------_. 
I I~
 
Planeo 
Instalaciones de aterrizaje 
en KSC, Edwards AFB, 
White Sands y otros 
Re-entrada Redundancia del disefio 
Caracteristicas de vuelo Direccion y Control 
l_ 
Estructura del Vehiculo 
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Estructura del Vehiculo: 
Vista "expandida" 
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Sistema delantero 
del control de reaccion 
Lineas del tanque defluidos y 
gases 
Hidraulica 
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L ___ _ 
Guias de los birlos 
Tren de aterrizaje principal 
- corrosi6n intergranular 
peor caso de picaduras 
0.9779 mm 
Cuerpo del aler6n - marcado con 
hoyos debido a una cuenta 
superficial 
Corrosion 
Grietas en las lineas de flujo 
Problema principal: 
Grietas encontradas en las lineas de flujo de LH2 del 
SSME (Space Shuttle Main Engine) Motor principal del 
trans bordador 
Preocupaciones 
Ingestion metalica de FOD en los motores 
Perdida de integridad en las lineas de flujo 
Interrupcion del campo de flujo que conduce a las 
cavidades de la turbo-bomba 
..
..
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-
-
-
-
Grietas en las lineas de jlujo 
Grietas en las lineas de jlujo 
• La causa mas probable determinada fue la alta fatiga del cicIo 
Presi6n1termal/vibraci6n1tensi6n residual 
Mecanismo de baja tensi6n 
No productos corrosivos presentes 
SEM (Microscopio Electr6nico de Exploraci6n) las 
micrograficas demostraron estrias similares a las vistas 
por la alta fatiga del cicIo 
Las pruebas de laboratorio no dieron ninguna indicaci6n 
de fragilidad a causa de H2 
Grietas en las lineas de flujo 
Reparaci6n: La soldadura fue seleccionada 
Regresar a la geometria como fue disefiada 
Tecnica comprobable con NDE (Non-Destructive 
Evaluation) 
Bajo dafio ancilar posible 
Puede utilizarse en todas las grietas en todos los 
vehiculos 
Se consideraron 7 tecnicas de soldadura 
Decidida una soldadura, se pasa calor, corona rasante, se 
restaura el radio de la ranura, paso de calor sobre el borde, 
se pule 
1 
Tecnica de soldadura Grietas en las lineas de flujo 
Como se ilustra 
Paso de calor 
con aut6gena 
;''.~~~;j;~'~~~~;;:;:;';{.-\~~:.~ Crecimiento del gran u lado 
.. - , ~ ..• , :~~·"4._.}-{t·~~ ]::i:·~_7-1 
25x 
Recristalizaci6n 
Deformaci6n remanente 
como se ilustra 
25x 
Paso de calor con aut6gena 
con corona "emplumada" 
Grieta de labola BSTRA 
o MRSD [Operation and Maintenance Requirements and Specifications Document] 
Inspeeei6n de una linea de alimentaei6n de 43.18 em de 
L02 del OV-I03 revel6 una grieta en la bola del (BSTRA) 
[Ball Strut Tie Rod Assembly] eerea del multiple de L02 
SEM Observation of Potential FOD 
Island After Opening the Main Crack 
l 
Grieta de la bola BSTRA 
Radiografia digital mej orada 
mostrando una vista de 
profundidad de la grieta 
Diagramas de la extracci6n de la coraza 
en divers as profundidades de la bola 
• 
Sistema de proteccion termal 
• Protecci6n para temperaturas sobre 177 C 
- Mantener temperaturas de la coraza de la nave (AI y 
grafito pegado) 
• Sistema pasivo 
• La meta de disefio fueron 100 misiones 
• Operar de -157 a 1648 C 
• Aplicada una piel extema 
- F onna aerodinamica detenninada 
- Debe sostener las fuerzas inducidas por desviaciones en 
la armadura de la nave 
Sistema de proteccion termal 
• Reinforced Carbon-Carbon (RCC) [ Carb6n-Carb6nreforzado] 
- Temperaturas entre 1538-1649 C 
- 22 paneles unicos del borde de la ala, casquillo de la 
nariz, y sellos-T 
• Losetas negras 
- Temperaturas debajo de 1260 C 
- Ultimamente actualizado a un un compuesto refractario 
• Losetas blancas 
- Temperaturas debajo de 649 C 
- Sustituido mas adelante por un compuesto flexible 
"manta" 
• Mantas blancas 
- Temperaturas debajo de 371 C 
- Fieltro revestido de Nomex 
,~
 
Sistema de Proteccion Termal: RCC 
Situacion Actual: Reparacion en orbita 
• Cada secci6n que conduce a los bordes/nariz tienen una 
geometria unica 
• Los materials deben de ser capaces de pre-almacenarse y 
estar listos para usarse 
• Miembros de la tripulaci6n [EVA] 
realizan la reparaci6n 
• Ambiente de trabajo inestable 
• Cargas aerotermales 
• Tamafio del agujero a proteger. \ I' 
Sistema de proteccion termal: Losetas 
• FRCI: 20 % Nextel (AB312-Alumina Borosilicate) y 80% 
fibras de silicona 
• LI-900: pura silicona 
• LI-2200: Silicona con 3% SiC 
• Marco maquinado a la medida 
• Nomex: llena el boquete y aisla la tensi6n 
• Diversos revestimentos usados para controlar 
emisividad/absorci6n 
High Tomporatu r.a 
Reusabto Surf~C& Insul",tioi1 
AAlI<l SIII(,o Abe" 
O.rlOlTllc $_~ 
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Totrobo_ 54IkJde 
T_~ Ito,.: .... 10 2400' , 
_ ~ s - -~--., ...... -....:.:.. ........ - --. ~ 
I U?B J .~ 
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LRSI 
Low Temperature 
Rllu!:abla Surface Insulat ion 
,Rigid, Silic .. fibe r. 
Cot.m'le $utnwt. 
CoOItod with: 
Whit.eRCG 
R9~~tlQ" Cu",d Glass 
(BorosJlie~ 0"'"1) 
T~m~ .. tol'8 RIon;.: up to 1800' F 
AFRSI 
AdVanced I"luible 
R&U!.able Surface Insulation 
Quilled, low Density. 
Sllialllbe, _1"9 c~ willi 
Quara _" IIIbtIc 
c.t.d'olrilh: 
High Purity Silica Cere.-Ie 
T~~: UlDII01"', 
Sistema de Proteccion Termal. 
Reparacion de Losetas 
• Material base es R TV 511 
- Microglobos y fibras de silicona 
- Cab-o-sil 
- Diluyentes de silicon 
• Ambiente 
- Tiempo de secado 
- Viscosidad 
- Vida en contenedor 
- Carga a la entrada 
• Tecnicas de aplicaci6n 
- "Pistola" 
- Ninguna tension permitida 
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Desarrollando tecnicas de inspeccion del 
ala en tierra 
Ultrasonic Scanning Systems 
MAUS System 
Resonance 
MIA 
Pulse-echo 
Pitch-catch 
Eddy current 
MAUS IV Flexible Track 
Los resultados preli111inares parecen prometedores 
Thermography Inspections 
OV-103 6l Pre Impact OV-103 6l Post Impact 
Outboard (W/out T-seal) Outboard ftNl T-seal) OV-103 6L Post Impact 
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Resumen 
El sistema de transporte S TS tiene mas de 
20 afios y aun seguimos aprendiendo de el. 
Tenemos un desafio para re-certificar los 
vehiculos para vuelo en un futuro proximo. 
Seguira siendo la preocupaci6n del area de 
. materiales.