Lockheeda Martina X-33

X-33
2009VersionX33.JPG
Symulowany widok X-33 w locie
Funkcjonować Demonstrator technologii samolotu kosmicznego wielokrotnego użytku bez załogi
Producent Lockheed Martin
Kraj pochodzenia Stany Zjednoczone
Koszt projektu 922 miliony dolarów NASA + 357 milionów dolarów Lockheed Martin
Rozmiar
Wysokość 20 m (66 stóp)
Masa 129 000 kg (285 000 funtów)
Gradacja 1
Uruchom historię
Status Odwołany
Szczegóły silnika
Zasilany przez 2 kolce liniowe XRS-2200
Maksymalny ciąg 1800 kN (410 000 funtów siły)
Gaz pędny LOX / LH2
[ edytuj na Wikidanych ]

Lockheed Martin X-33 był proponowanym bezzałogowym suborbitalnym samolotem kosmicznym demonstracyjnym technologii w mniejszej skali , który był opracowywany przez pewien okres w latach 90. X-33 był demonstratorem technologii VentureStar , który miał być komercyjnie eksploatowanym pojazdem nośnym wielokrotnego użytku nowej generacji . X-33 przetestowałby w locie szereg technologii, które NASA uważała za potrzebne dla jednostopniowych pojazdów nośnych wielokrotnego użytku na orbitę (SSTO RLV), takich jak metalowe systemy ochrony termicznej , kompozytowe kriogeniczne zbiorniki paliwa na ciekły wodór , silnik aerospike , autonomiczne (bezzałogowe) sterowanie lotem, szybkie czasy zawracania dzięki usprawnionym operacjom oraz aerodynamika jego podnoszonego korpusu .

Awarie jego 21-metrowej rozpiętości skrzydeł i wielopłatowego zbiornika paliwa z materiału kompozytowego podczas prób ciśnieniowych ostatecznie doprowadziły do ​​wycofania federalnego wsparcia dla programu na początku 2001 roku. Lockheed Martin przeprowadził niepowiązane testy i odniósł pojedynczy sukces po ciąg awarii jeszcze w 2009 roku przy użyciu 2-metrowego modelu.

Historia

W 1994 roku NASA zainicjowała program Reusable Launch Vehicle (RLV). Po fazie I programu opracowywania propozycji firm Rockwell International , McDonnell Douglas i Lockheed Martin, kontrakt fazy II na opracowanie X-33 jako pojazdu demonstracyjnego został przyznany firmie Lockheed Martin w 1996 roku. W tym samym czasie firma Orbital Sciences otrzymała kontrakt opracować X-34 , wystrzeliwany z powietrza hipersoniczny pojazd badawczy.

Celem programu RLV było:

  • Aby „zademonstrować technologie prowadzące do nowej generacji rakiet kosmicznych zdolnych do dostarczania ładunków przy znacznie niższych kosztach”
  • Aby „zapewnić bazę technologiczną do rozwoju zaawansowanych komercyjnych systemów startowych, które zwiększą konkurencyjność amerykańskich producentów lotniczych na rynku światowym”.

Do 1999 roku wydano 1 miliard dolarów, z czego około 80 procent pochodziło od NASA, a dodatkowe pieniądze wnieśli partnerzy branżowi. Celem było odbycie pierwszego lotu do marca 1999 r. i uruchomienie VentureStar , operacyjnego pojazdu kosmicznego wielokrotnego użytku, w 2006 r.

... zbudować pojazd, którego obrócenie zajmuje dni, a nie miesiące; dziesiątki, a nie tysiące ludzi do obsługi; z kosztami uruchomienia, które stanowią jedną dziesiątą tego, co są teraz. Naszym celem jest pojazd nośny wielokrotnego użytku, który obniży koszt wyniesienia funta ładunku na orbitę z 10 000 do 1 000 USD.

— D. Goldin Administrator NASA w programie RLV

Anulowanie

Program został odwołany w lutym 2001 roku.

Konstrukcja prototypu została zmontowana w około 85%, z 96% części, a obiekt startowy w 100% ukończony, kiedy program został odwołany przez NASA w 2001 roku, po długiej serii trudności technicznych, w tym niestabilności lotu i nadwagi .

W szczególności kompozytowy zbiornik paliwa na ciekły wodór uległ awarii podczas testów w listopadzie 1999 r. Zbiornik został zbudowany z kompozytowych ścian o strukturze plastra miodu i konstrukcji wewnętrznych w celu zmniejszenia jego masy. Lżejszy czołg był potrzebny, aby statek mógł zademonstrować technologie niezbędne do jednoetapowych operacji na orbitę. Ułamek masy jednostki SSTO napędzanej wodorem wymaga masy pojazdu bez paliwa stanowić 10% masy w pełni zatankowanej. Pozwoliłoby to pojazdowi latać na niską orbitę okołoziemską bez potrzeby stosowania zewnętrznych dopalaczy i zbiorników paliwa używanych przez prom kosmiczny. Jednak po tym, jak kompozytowy zbiornik zawiódł na stanowisku testowym podczas tankowania i testów ciśnieniowych, NASA doszła do wniosku, że ówczesna technologia po prostu nie była wystarczająco zaawansowana, aby stworzyć taki projekt. Podczas gdy same kompozytowe ściany zbiornika były lżejsze, kształt zbiornika wodoru niezbędny do dopasowania do aerodynamicznej linii formy spowodował skomplikowane połączenia zwiększające całkowitą masę zbiornika kompozytowego powyżej masy zbiornika aluminiowego i zbyt ciężkiego dla pojazdu STO.

Problem mikropęknięć odkryty w wielopłatowym rdzeniu zbiornika ciekłego wodoru (LH2) przez naukowców NASA z Goddard Space Flight Center ostatecznie spowodował, że NASA anulowała program X-33

NASA zainwestowała w projekt 922 miliony dolarów przed anulowaniem, a Lockheed Martin kolejne 357 milionów dolarów. Ze względu na zmiany w biznesie kosmicznym — w tym wyzwania stojące przed takimi firmami jak Globalstar , Teledesic i Iridium oraz wynikający z tego spadek przewidywanej liczby komercyjnych startów satelitów rocznie, Lockheed Martin doszedł do wniosku, że dalszy rozwój X-33 prywatnie bez wsparcia rządu nie byłoby opłacalne. [ potrzebne źródło ]

W 2004 r. firma Northrop Grumman pomyślnie zbudowała i przetestowała prosty cylindryczny kompozytowy kriogeniczny zbiornik wodoru w ramach wczesnych prac nad programem Constellation .

Projektowanie i rozwój

Model X-33 przygotowywany do testów w tunelu aerodynamicznym w 1997 roku
Test systemu ochrony termicznej X-33, 1998
Grafika kosmiczna X-33 na orbicie
Inna koncepcja tego w kosmosie

Dzięki zastosowaniu podnoszonego kształtu nadwozia, kompozytowych wielopłatowych zbiorników paliwa ciekłego i silnika aerospike, NASA i Lockheed Martin mieli nadzieję przetestować statek, który zademonstrowałby wykonalność konstrukcji jednostopniowej na orbitę (SSTO). . Statek kosmiczny zdolny do osiągnięcia orbity w jednym etapie nie wymagałby zewnętrznych zbiorników paliwa ani dopalaczy, aby osiągnąć niską orbitę okołoziemską . Zniesienie potrzeby „stacjonowania” pojazdów nośnych, takich jak rakiety Shuttle i Apollo, doprowadziłoby do powstania bardziej niezawodnego i bezpieczniejszego kosmicznego pojazdu nośnego. Podczas gdy X-33 nie zbliżyłby się do bezpieczeństwa samolotu, X-33 próbowałby wykazać niezawodność 0,997 lub 3 wpadki na 1000 startów, co byłoby o rząd wielkości bardziej niezawodne niż prom kosmiczny . 15 planowanych eksperymentalnych lotów X-33 mogło dopiero rozpocząć tę ocenę statystyczną.

Obiekt startowy X-33 został już ukończony w Bazie Sił Powietrznych Edwards

Statek bez załogi zostałby wystrzelony pionowo ze specjalnie zaprojektowanego obiektu zbudowanego w Bazie Sił Powietrznych Edwards i wylądował poziomo ( VTHL ) na pasie startowym pod koniec swojej misji. Wstępne suborbitalne loty testowe zaplanowano z Edwards AFB do Dugway Proving Grounds na południowy zachód od Salt Lake City w stanie Utah .

Po zakończeniu tych lotów testowych miały zostać przeprowadzone dalsze testy w locie z Edwards AFB do Malmstrom AFB w Great Falls w stanie Montana , aby zebrać pełniejsze dane na temat ogrzewania samolotu i osiągów silnika przy wyższych prędkościach i wysokościach. [ potrzebne źródło ]

2 lipca 1996 roku NASA wybrała firmę Lockheed Martin Skunk Works z Palmdale w Kalifornii do zaprojektowania, zbudowania i przetestowania eksperymentalnego pojazdu X-33 dla programu RLV. Koncepcja projektowa Lockheed Martin dla X-33 została wybrana spośród konkurencyjnych koncepcji firm Rockwell International i McDonnell Douglas . Rockwell zaproponował promu kosmicznego , a McDonnell Douglas zaproponował projekt oparty na jego pojeździe testowym DC-XA do pionowego startu i lądowania ( VTVL ) . [ potrzebne źródło ]

Bezzałogowy X-33 miał wykonać 15 suborbitalnych skoków na wysokość prawie 75,8 km. Miał zostać wystrzelony pionowo jak rakieta i zamiast mieć prostą ścieżkę lotu, przez połowę lotu leciałby po przekątnej, osiągając bardzo duże wysokości, a następnie przez resztę lotu opadał z powrotem na pas startowy.

X-33 nigdy nie miał latać wyżej niż 100 km ani szybciej niż połowa prędkości orbitalnej. Gdyby miały miejsce jakiekolwiek udane testy, konieczna byłaby ekstrapolacja, aby zastosować wyniki do proponowanego pojazdu orbitalnego.

Decyzja o zaprojektowaniu i zbudowaniu X-33 zrodziła się z wewnętrznego badania NASA zatytułowanego „Dostęp do kosmosu”. W przeciwieństwie do innych badań transportu kosmicznego, „Dostęp do kosmosu” miał zaowocować zaprojektowaniem i budową pojazdu.

Komercyjny lot kosmiczny

Opierając się na doświadczeniach X-33, którymi podzielił się z NASA, Lockheed Martin miał nadzieję przedstawić uzasadnienie biznesowe dla pełnowymiarowego SSTO RLV, zwanego VentureStar , który byłby rozwijany i obsługiwany środkami komercyjnymi. Intencją było, aby zamiast obsługiwać systemy transportu kosmicznego, jak to ma miejsce w przypadku promu kosmicznego , NASA zamiast tego zwróciłaby się do prywatnego przemysłu o obsługę rakiety nośnej wielokrotnego użytku, a NASA zakupiłaby usługi startowe od komercyjnego dostawcy rakiet. Tak więc w X-33 chodziło nie tylko o doskonalenie technologii lotów kosmicznych, ale także o pomyślne zademonstrowanie technologii wymaganej do umożliwienia komercyjnego pojazdu nośnego wielokrotnego użytku. [ potrzebne źródło ]

VentureStar miał być pierwszym komercyjnym samolotem, który poleci w kosmos. VentureStar był przeznaczony do długich lotów międzykontynentalnych i miał wejść do służby do 2012 roku, ale projekt ten nigdy nie został sfinansowany ani rozpoczęty. [ potrzebne źródło ]

Test silnika Aerospike w Centrum Kosmicznym Stennis , 6 sierpnia 2001 r


Charakterystyka ogólna

  • Długość: 69 stóp (21 m)
  • Szerokość: 77 stóp (23 m)
  • Maksymalna masa startowa: 285 000 funtów (129 274 kg)
  • Pojemność paliwa: 210 000 funtów (95 000 kg)
  • Zespół napędowy: 2 x liniowy silnik rakietowy XRS-2200 liniowy aerospike , ciąg 410 000 funtów siły (1800 kN) każdy

Wydajność

  • Prędkość maksymalna: 9896 mil na godzinę (15926 km / h, 8599 węzłów)
  • Maksymalna prędkość: Mach 13

Kontynuacja badań

Po odwołaniu w 2001 roku inżynierowie byli w stanie wykonać działający zbiornik na ciekły tlen z kompozytu z włókna węglowego. Testy wykazały, że kompozyty są odpowiednimi materiałami na zbiorniki z ciekłym tlenem

7 września 2004 r. inżynierowie Northrop Grumman i NASA zaprezentowali zbiornik na ciekły wodór wykonany z materiału kompozytowego z włókna węglowego, który wykazał zdolność do wielokrotnego tankowania i symulowanych cykli startowych. Northrop Grumman stwierdził, że te udane testy umożliwiły opracowanie i udoskonalenie nowych procesów produkcyjnych, które pozwolą firmie budować duże zbiorniki kompozytowe bez autoklawu ; oraz projektowanie i rozwój inżynieryjny konforemnych zbiorników paliwa odpowiednich do użytku w pojeździe jednostopniowym na orbitę.

Alternatywne propozycje

Pięć firm wyraziło zainteresowanie i zaproponowało koncepcje. Spośród tych pięciu Lockheed Martin, Rockwell i McDonnell Douglas zostali wybrani do opracowania bardziej szczegółowych propozycji.

Rockwella

Rockwell zaproponował projekt wywodzący się z promu kosmicznego . Używałby jednego silnika głównego promu kosmicznego (SSME) i dwóch silników RL-10 -5A.

W kolejnym pełnowymiarowym systemie do wyniesienia na orbitę Rockwell planował użyć sześciu silników Rocketdyne RS-2100.

McDonnella Douglasa

McDonnell Douglas przedstawił projekt wykorzystujący silniki dzwonowe na ciekły tlen / wodór, oparty na pojeździe testowym DC-XA do pionowego startu i lądowania . Wykorzystałby pojedynczy SSME dla głównego układu napędowego.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Lockheed_Martin_X-33&oldid=1117245031 ”