Sistem propulsi pesawat ruang angkasa hanya dapat diandalkan jika pipa yang membawa propelan tersebut. Jalur umpan beroperasi di bawah vakum atau di dalam ruang bertekanan, harus bertahan dari getaran dan pembebanan akustik saat peluncuran, dan kemudian bekerja dalam gravitasi nol di mana perilaku fluida didominasi oleh tegangan permukaan dan gaya kapiler. Pipa paduan yang dipilih untuk tugas ini harus menggabungkan massa rendah dengan kompatibilitas bahan kimia terhadap pengoksidasi dan bahan bakar, kedap-kebocoran selama penyimpanan bertahun-tahun, dan perilaku yang dapat diandalkan pada rentang suhu ekstrem.
Persyaratan Bahan untuk Sistem Umpan Propelan
Persyaratan pertama adalah kompatibilitas. Kombinasi hipergolik yang berbahan dasar hidrazin atau nitrogen tetroksida menyerang banyak paduan umum dan memerlukan permukaan yang bersih, terpasivasi,-tahan korosi, sedangkan propelan kriogenik seperti oksigen cair, hidrogen cair, dan metana cair memerlukan bahan yang menjaga ketangguhannya pada suhu sangat rendah. Ditambah lagi batasan massa, karena setiap kilogram pipa menggantikan muatan, dan nilai tekanan, karena jalur umpan melihat tekanan tangki penuh ditambah palu air pada penggerak katup.
Kompatibilitas kimia dengan pasangan propelan dan pengoksidasi spesifik.
Mempertahankan ketangguhan dari suhu lingkungan hingga suhu kriogenik.
Rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi untuk membatasi massa struktural.
Kebocoran-sambungan rapat memenuhi syarat untuk durasi misi.
Pelepasan gas rendah dalam ruang hampa, tanpa pelepasan partikulat ke dalam aliran.
Pilihan Paduan dan Spesifikasi
| Bahan | Spesifikasi khas | Mengapa dipilih |
|---|---|---|
| Tabung tahan karat austenitik 304L dan 316L | ASTM A213, ASTM A269 | Saluran umpan dan penekan umum, ketangguhan kriogenik yang baik, mudah dilas |
| Pengendapan-nikel yang dikeraskan-besi-paduan kromium UNS N07718 | ASTM B637, ASTM B670 | Kekuatan tinggi dengan kompatibilitas yang baik terhadap banyak propelan yang dapat disimpan |
| Nikel-kromium-molibdenum-paduan niobium UNS N06625 | ASTM B444, ASTM B705 | Ketahanan korosi dalam layanan pengoksidasi dan pada suhu tinggi |
| Nikel-kromium-paduan besi UNS N06600 | ASTM B167, ASTM B163 | Gas panas dan saluran pembuangan turbin mengalir di sekitar pendorong |
| Paduan titanium Kelas 5 dan Kelas 9 | ASTM B338, ASTM B861 | Kepadatan rendah untuk garis-massa kritis dengan media non-pengoksidasi |
| Tabung paduan aluminium 6061 dan 2219 | ASTM B241, ASTM B210 | Saluran bertekanan rendah-yang ringan jika kompatibilitasnya memungkinkan |
Tata Letak, Sambungan dan Stres Termal
Kontraksi termal dari saluran umpan kriogenik sepanjang beberapa meter cukup besar untuk merusak flensa yang ditambatkan secara kaku, sehingga lintasan dipecah oleh elemen fleksibel: bellow yang dibentuk, selang fleksibel yang dikepang, atau loop ekspansi yang disengaja. Perutean dipilih untuk meminimalkan titik kendala, dan penyangga dirancang untuk memandu garis sekaligus memungkinkan pergerakan aksial. Setiap perubahan bagian atau arah diperlakukan sebagai konsentrasi tegangan dan dianalisis kelelahan pada profil siklus termal misi.
Pembersihan, Pasifasi dan Pengendalian Kontaminasi
Kebersihan lebih merupakan persyaratan fungsional daripada detail finishing. Tabung dan alat kelengkapan untuk layanan pengoksidasi dihilangkan lemaknya, diasamkan atau dipoles secara elektro, dipasivasi sesuai dengan ASTM A967, dan akhirnya diverifikasi untuk kontaminasi sisa menggunakan metode yang dijelaskan dalam ASTM G93. Komponen kemudian dikemas dan disegel, dan perakitan dilakukan dengan disiplin penanganan yang bersih untuk mencegah partikel atau residu hidrokarbon mencapai dudukan katup dan lubang injektor.
Uji Kualifikasi dan Penerimaan
Kualifikasi umum dari rakitan umpan propulsi mencakup uji tekanan bukti pada kelipatan tekanan operasi maksimum, pengujian kebocoran spektrometer-massa helium pada setiap sambungan, pemeriksaan radiografi atau penetran pewarna pada pengelasan orbital, verifikasi aliran dan penurunan tekanan, pengujian getaran yang mereproduksi lingkungan peluncuran, dan pengujian vakum termal yang menunjukkan kinerja di lingkungan luar angkasa. Kriteria penerimaan dan dokumentasi disepakati dengan pelanggan pada tahap peninjauan desain.
Pertanyaan Umum
T: Paduan manakah yang sesuai dengan jalur umpan propelan hipergolik?
Baja tahan karat austenitik pasif dan paduan berbasis nikel seperti UNS N07718 atau UNS N06625 banyak digunakan, tergantung pada penilaian kompatibilitas untuk pasangan bahan bakar dan pengoksidasi tertentu serta suhu pengoperasian setiap saluran.
T: Mengapa titanium digunakan dalam pipa pesawat ruang angkasa?
Titanium menawarkan rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi dan ketahanan yang baik terhadap banyak media, sehingga membuatnya menarik untuk lini-massa yang kritis. Ini tidak boleh digunakan dengan pengoksidasi kuat seperti oksigen cair tanpa penilaian kompatibilitas khusus.
T: Bagaimana tekanan termal dikendalikan dalam jalur umpan kriogenik?
Bellow fleksibel dan selang yang dikepang menyerap kontraksi, perutean diatur untuk meminimalkan kendala, dan penyangga memungkinkan saluran bergerak secara aksial sambil tetap menahan getaran peluncuran.
T: Pengujian apa yang menunjukkan bahwa saluran umpan-tidak bocor?
Setiap sambungan dibuktikan dengan uji kebocoran-spektrometer massa helium setelah uji tekanan bukti, dan rakitan yang telah selesai-diverifikasi ulang setelah paparan getaran dan vakum termal.
T: Apakah gravitasi nol mengubah desain pipa?
Ya. Tanpa daya apung, gas dan cairan terpisah berdasarkan tegangan permukaan dan efek kapiler, sehingga saluran diukur dan diarahkan sedemikian rupa sehingga priming, draining, dan pengendapan propelan dapat diprediksi.
