Motores principales (transbordador espacial)

El Motor Principal del Transbordador Espacial o SSME (del inglés Space Shuttle Main Engine), también conocido como RS-25, es un motor cohete criogénico de propergoles líquidos que fue usado en el Transbordador Espacial de la NASA y está planificado que sea usado en su sucesor, el Sistema de Lanzamiento Espacial.

El RS-25 opera con temperaturas que van entre los −253 °C (−423 °F) y los 3315 °C (5999,0 °F)[1]​ En el Transbordador Espacial, el RS-25 fue usado en grupos de tres motores montados en la estructura trasera del Orbitador, con el combustible siendo obtenido desde el tanque externo.

El motor RS-25 consiste de varias bombas, válvulas y otros componentes que trabajan en conjunto para producir empuje.

El combustible (hidrógeno líquido) y el oxidante (oxígeno líquido) provenientes desde el tanque externo del Transbordador Espacial entran al orbitador en las válvulas umbilicales de desconexión y desde allí pasan por las líneas de alimentación del sistema de propulsión principal del orbitador (en inglés: Main Propulsion System, MPS), mientras que en el Sistema de Lanzamiento Espacial (en inglés: Space Launch System, SLS), el combustible y oxidante de la etapa central del cohete fluirá directamente en las líneas del MPS.

En cada una de las ramas, preválvulas permitirán que los propelentes entren al motor.

[2]​[3]​ Una vez en el motor, los propelentes pasan a través de turbobombas de baja presión para el combustible y el oxidante (en inglés: Low-Pressure Fuel Turbo Pumps, LPFTP; y Low-Pressure Oxidizer Turbo Pumps, LPOTP) y desde allí a las turbobombas de alta presión (en inglés: High-Pressure Fuel Turbo Pumps, HPFTP; y High-Pressure Oxidizer Turbo Pumps, HPOTP).

Desde estas turbobombas de alta presión (en inglés: High-Pressure Turbo Pumps, HPTP) los propelentes toman diferentes rutas a través del motor.

El gas es enviado a un múltiple y luego encaminada para presurizar el estanque de oxígeno líquido.

Aumenta la presión del hidrógeno líquido desde 0,2 a 1,9 MPa (30 a 276 psia) y alimenta la turbobomba de alta presión del combustible (en inglés: High-Pressure Fuel Turbopump, HPFTP).

Los prequemadores producen los gases calientes ricos en combustible que pasan a través de las turbinas para generar la potencia necesaria para operar las turbobombas de alta presión.

El hidrógeno gaseoso y el oxígeno líquido entran a la cámara en el inyector, que mezcla los propelentes.

El inyector principal y la estructura del domo están soldados al múltiple de gas caliente y la MCC también está apernada al múltiple de gas caliente.

La parte interior del flujo está a una presión mucho más baja, alrededor de 2 psi (14 kPa) o menos.

Dos computadores independientes de doble CPU, A y B, forman el controlador; dándole redundancia al sistema.

Su las diferencias son encontrados entre los dos buses, se genera una interrupción y el control es pasado al otro sistema.

Debido a las sutiles diferencias entre los M68000 de Motorola y el fabricante de segunda fuente TRW, cada sistema utiliza M68000 del mismo fabricante (eso quiere decir que el sistema A tendrá dos CPU de Motorola mientras que el sistema B usará dos CPU fabricadas por TRW).

Después fueron secadas y calentadas al vacío, los datos de estas unidades fueron recuperados para ser sometidas a un análisis forense.

[2]​ Cada motor está instalado con un suspensión cardán de rodamientos, una rótula universal que está apernada al vehículo de lanzamiento por su brida superior y al motor por su brida inferior.

Las tuberías desde las turbobombas de baja presión a las turbobombas de alta presión contenían fuelles flexibles que permitían que las turbobombas de baja presión permanecieran estacionarias mientras que el resto del motor era inclinado para ejercer control vectorial del empuje, y también para prevenir el daño a los bombas cuando se aplicaban cargas sobre ellas.

[20]​[21]​ En enero de 1969 la NASA otorgó contratos a General Dynamics, Lockheed, McDonnell Douglas y North American Rockwell para el desarrollo inicial del Transbordador Espacial.

La revisión final de todos los componentes del Transbordador Espacial, incluyendo los motores, fue realizada en el año 1979.

Los motores, se alimentaban de propelente desde el estanque externo (en inglés: External Tank, ET) del Transbordador Espacial a través del Sistema Principal de Propulsión (en inglés: Main Propulsion System, MPS) del orbitador, eran encendidos a T-6, 6 s antes del despegue (con cada ignición escalonada y desplazada en 120 ms[23]​), lo que permitía que su desempeño fuera comprobado previo a la ignición de los Impulsores Cohete de Combustible Sólido del Transbordador Espacial (en inglés: Space Shuttle Solid Rocket Booster, SRB), los que obligaban a ejecutar el lanzamiento.

[nota 1]​[20]​[23]​ Luego los motores serían desacelerados hasta aproximadamente T+8 minutos, momento en el cual serían gradualmente bajados a 65 % para impedir que el vehículo excediera los 3 g de aceleración ya que se aligeraba progresivamente debido al consumo de propelente.

Después de cada vuelo los motores serían sacados del orbitador y transferidos a las Instalaciones de Procesamiento del Motor Principal del Transbordador Espacial (en inglés: Space Shuttle Main Engine Processing Facility, SSMEPF), donde ellos serían inspeccionados y preparados para ser reutilizados en un vuelo subsecuente.

Si el nivel de potencia fuera aumentado y a ese nuevo valor se le asignara el 100 %, entonces todos los datos y documentación previos necesitarían ser cambiados o comprobados contra ese empuje físico correspondiente al 100 % del nivel de potencia a esa fecha.

[40]​ Esta política siguió los cambios a las configuraciones planeadas de los cohetes del vehículo de lanzamiento-carga Ares V y del vehículo lanzamiento-tripulación Ares I del programa Constelación, que había sido planificado que usaran el RS-25 en sus primeras y segundas etapas respectivamente.

[41]​ Mientras que estas configuraciones inicialmente habían parecido que valían la pena, ya que ellas usarían la actual tecnología de ese entonces después del retiro del Transbordador en el año 2010, pero el plan tenía varias desventajas:[41]​ Después de varios cambios de diseño a los cohetes Ares I y Ares V, el RS-25 fue reemplazado con un solo motor J-2X para la segunda etapa del Ares I y seis motores modificados RS-68 (que estaba basado tanto en el SSME y el motor J-2 de la era del programa Apolo) en la etapa central del Ares V; esto significaba que el RS-25 sería retirado junto con la flota del Transbordador Espacial.

[41]​ Sin embargo, en el año 2010 a la NASA se le ordenó detener el programa Constelación, y con eso el desarrollo de tanto el Ares I como el Ares V, y que en vez que se enfocara en la construcción de un nuevo lanzador pesado.

[46]​[47]​ Los vuelos iniciales del nuevo vehículo de lanzamiento harán uso de los motores RS-25D Block II ya volados, con la NASA manteniendo los restantes motores en un ambiente "seguro purgados" en el Centro Espacial Stennis, "junto con todos los sistemas terrestres requeridos para mantenerlos".

[47]​[49]​[50]​ Los propelentes del SLS serán alimentados a los motores desde la etapa central, que consistirá de un estanque externo modificado del Transbordador Espacial con las tuberías MPS y motores en su parte trasera y una estructura interetapa en la parte superior.

A diagram showing the major plumbing elements in a Space Shuttle orbiter's aft structure. The orbiter's three engines are visible, each supplied by a fuel line (indicated in red) and an oxidiser line (indicated in blue). In each system, the three lines split off from a main line which disappears into the base of the structure towards where the external tank would be, as indicated by a smaller diagram in the bottom-right of the diagram. Finally, a small fill and drain line branches off each main line, with the two lines exiting the aft structure on opposite sides.
El Sistema Principal de Propulsión del Transbordador Espacial (en inglés: Main Propulsion System, MPS).
A diagram showing the RS-25's powerhead and high-pressure pumps. See adjacent text for details.
El cabezal de potencia del RS-25 y las bombas de alta presión.
Three bell-shaped rocket engine nozzles projecting from the aft structure of a Space Shuttle orbiter. The cluster is arranged triangularly, with one engine at the top and two below. Two smaller nozzles are visible to the left and right of the top engine, and the orbiter's tail fin projects upwards toward the top of the image. In the background is the night sky and items of purging equipment.
Las toberas de los tres RS-25 del Transbordador Espacial Columbia después de aterrizar al terminar la misión STS-93 .
A black, rectangular box, with cooling fins mounted to its outer surface. Various tubes and wires project from the side of the box facing the camera, with the other side mounted to a complex of silvery plumbing. The box is nestled in amongst other wires and pieces of hardware, and some warning stickers are attached to the casing.
Un Controlador Principal de Motor RS-25D Block II.
Video de pruebas del RS-25 en el Centro Espacial Stennis .
Three bell-shaped rocket engine nozzles projecting from the aft structure of a Space Shuttle orbiter. The cluster is arranged triangularly, with one engine at the top and two below, with two smaller nozzles visible to the left and right of the top engine. The three larger engines are firing, with white-hot flames visible projecting from each nozzle. The Space Shuttle's left Solid Rocket Booster (a white, cylindrical rocket) is visible in the background, with the two large, grey tail service masts visible to the left and right of the orbiter's aft structure.
Los tres motores principales del transbordador espacial Atlantis en el momento del despegue de la misión STS-110 .
Secuencias de encendido y apagado del SSME.
A chart showing the flight history of each RS-25 used during the Space Shuttle program, sorted by engine version.
Historia de vuelo de los Motores Principales del Transbordador Espacial.
Six rocket engines, consisting of a large bell-shaped nozzle with working parts mounted to the top, stored in a large warehouse with white walls decorated with flags. Each engine has several pieces of red protective equipment attached to it and is mounted on a yellow wheeled pallet-like structure.
Los 6 RS-25D usados durante STS-134 y STS-135 almacenados en el Centro Espacial Kennedy .
A diagram showing the configuration of a Space Launch System rocket consisting of an orange first stage with a cluster of RS-25s at its base and flanked by two solid rocket boosters. This stage is topped with a white second stage and several measurements are indicated. See adjacent text for details.
La configuración de referencia del Sistema de Lanzamiento Espacial (en inglés: Space Launch System, SLS) en febrero de 2011.