Кентавр жобасы: ғарышқа бір сатызда ұшу мүмкіндігінің тәжірибелік үлгісі

Кіріспе

VentureStar жобасы үшін пилотсыз, қайта пайдалануға болатын ғарыш ұшағы технологиялық үлгісінің 21 метрлік қанаттары мен көп бөлікті, композиттік материалдан жасалған жанармай багының қысым сынағы кезіндегі ақаулары нәтижесінде 2001 жылдың басында бағдарламаға мемлекеттік қолдау тоқтатылды. Lockheed Martin бұған қатысы жоқ сынақтар жүргізді және 2009 жылы бірнеше сәтсіздіктен кейін 2 метрлік модельді пайдаланып, бір рет сәтті нәтижеге қол жеткізді.

Жобалау және әзірлеу

Көтергіш корпус пішінін, композиттік көп қабатты сұйық отын бактерілерін және аэроспайк қозғалтқышын пайдалану арқылы NASA және Lockheed Martin бір сатылы орбитаға (SSTO) шығу жобасының мүмкіндігін көрсетуге арналған ұшу аппаратын сынақтан өткізуді жоспарлады. Бір сатыда орбитаға жетуге қабілетті ғарыш кемесіне төменгі Жер орбитасына жету үшін сыртқы отын бактерілері немесе күшейткіштер қажет болмас еді. Шатл және Аполлон ракеталары сияқты ұшыру құралдарымен "сатылану" қажеттілігінен құтылу, кеңістікке шығу құралының сенімділігі мен қауіпсіздігін арттыруға әкелер еді. X-33 ұшақ сияқты қауіпсіздік деңгейіне жете алмаса да, X-33 0,997 сенімділік көрсетуге тырысатын еді, яғни 1000 ұшырудың ішінде 3 ғана сәтсіздік болуы керек, бұл ғарыш шаттлынан әлдеқайда жоғары сенімділік деңгейі. 15 жоспарланған тәжірибелік X-33 ұшуы осы статистикалық бағалауды бастауға мүмкіндік беретін еді. Пилотсыз аппарат Эдвардс әуе базасындағы арнайы құрылған нысанда тік ұшырылып, миссиясы аяқталған соң ұшу-қону жолағына көлденең қондырылатын еді. Алғашқы орбиталық емес сынақ ұшулары Эдвардс әуе базасынан Юта штатының Солт-Лейк-Сити қаласының оңтүстік-батысындағы Дагвей сынақ алаңына жоспарланған. Осы сынақ ұшулары аяқталғаннан кейін, ұшақтың жоғары жылдамдықтардағы және биіктіктегі қызуы және қозғалтқыштың жұмысы туралы толық деректерді жинау үшін Эдвардс әуе базасынан Монтана штатының Грейт-Фолс қаласындағы Малмстром әуе базасына ұшу сынақтары жүргізілуі тиіс еді. 1996 жылдың 2 шілдесінде NASA Калифорния штатының Палмдейл қаласындағы Lockheed Martin Skunk Works компаниясын RLV бағдарламасы үшін X-33 эксперименталды аппаратын жобалау, құрастыру және сынау үшін таңдады. X-33 үшін Lockheed Martin ұсынған жоба Rockwell International және McDonnell Douglas ұсынған балама жобалардан басымдық алды. Rockwell ғарыш шаттлының дизайнын ұсынды, ал McDonnell Douglas DC-XA тік ұшып-қону (VTVL) сынақ аппаратының дизайнын ұсынды. Пилотсыз X-33 шамамен 75,8 км биіктікке 15 орбиталық емес ұшу жасауға жоспарланған. Ол ракета сияқты тік ұшырылып, тікелей траекториядан гөрі, ұшудың жартысына диагональмен көтеріліп, өте биік биіктікке жететін еді, содан кейін ұшудың қалған бөлігінде ұшу-қону жолағына сырғып түсетін еді. X-33 ешқашан 100 км биіктіктен жоғары немесе орбиталық жылдамдықтың жартысынан жылдам ұшуға арналған емес. Егер сынақтар сәтті өтіп, нәтижелерді жоспарланған орбиталық аппаратқа қолдану үшін экстраполяция қажет болар еді. Басқа ғарыш көлігі зерттеулерінен айырмашылығы, "Ғарышқа қол жеткізу" жобасы нақты аппаратты жобалау мен құрастыруға бағытталған еді.

Through the use of the lifting body shape, composite multi lobed liquid fuel tanks, and the aerospike engine, NASA and Lockheed Martin hoped to test fly a craft that would demonstrate the viability of a single stage to orbit (SSTO) design. A spacecraft capable of reaching orbit in a single stage would not require external fuel tanks or boosters to reach low Earth orbit. Doing away with the need for "staging" with launch vehicles, such as with the Shuttle and the Apollo rockets, would lead to an inherently more reliable and safer space launch vehicle. While the X 33 would not approach airplane like safety, the X 33 would attempt to demonstrate 0.997 reliability, or 3 mishaps out of 1,000 launches, which would be an order of magnitude more reliable than the Space Shuttle. The 15 planned experimental X 33 flights could only begin this statistical evaluation. The uncrewed craft would have been launched vertically from a specially designed facility constructed on Edwards Air Force Base, and landed horizontally (VTHL) on a runway at the end of its mission. Initial sub orbital test flights were planned from Edwards AFB to Dugway Proving Grounds southwest of Salt Lake City, Utah. Once those test flights were completed, further flight tests were to be conducted from Edwards AFB to Malmstrom AFB in Great Falls, Montana, to gather more complete data on aircraft heating and engine performance at higher speeds and altitudes. On July 2, 1996, NASA selected Lockheed Martin Skunk Works of Palmdale, California, to design, build, and test the X 33 experimental vehicle for the RLV program. Lockheed Martin's design concept for the X 33 was selected over competing concepts from Rockwell International and McDonnell Douglas. Rockwell proposed a Space Shuttle derived design, and McDonnell Douglas proposed a design based on its vertical takeoff and landing (VTVL) DC XA test vehicle. The uncrewed X 33 was slated to fly 15 suborbital hops to near 75.8 km altitude. It was to be launched upright like a rocket and rather than having a straight flight path it would fly diagonally up for half the flight, reaching extremely high altitudes, and then for the rest of the flight glide back down to a runway. The X 33 was never intended to fly higher than an altitude of 100 km, nor faster than one half of orbital velocity. Had any successful tests occurred, extrapolation would have been necessary to apply the results to a proposed orbital vehicle. Unlike other space transport studies, "Access to Space" was to result in the design and construction of a vehicle.

Коммерциялық ғарышқа ұшу

X 33 тәжірибесіне сүйене отырып, Lockheed Martin компаниясы толық көлемді SSTO RLV, яғни VentureStar жобасын коммерциялық жолмен әзірлеуге және пайдалануға мүмкіндік береді деп үміттенді. Мақсаты – NASA ғарыш көлік жүйелерін ғарыш мектебіндегідей пайдаланудың орнына, қайта пайдалануға болатын ұшыру құралын жеке секторға тапсыру еді, ал NASA коммерциялық ұшыру операторынан ұшыру қызметтерін сатып алу жоспарлаған. Осылайша, X 33 ғарышқа ұшу технологияларын жетілдірумен ғана шектелмей, коммерциялық қайта пайдалануға болатын ұшыру құралын іске асыруға қажетті технологияны сәтті көрсетуге бағытталған. VentureStar ғарышқа ұшатын алғашқы коммерциялық ұшақ болуға тиіс еді. Бұл жоба ұзын, континенттер аралық рейстерге арналған және 2012 жылға дейін пайдалануға берілуі керек еді, бірақ жоба қаржыландырылмады және басталмады.

Зерттеуді жалғастыру

2001 жылы жоба тоқтатылғаннан кейін инженерлер көміртек талшығынан жасалған, жұмыс істейтін сұйық оттегі резервуарын жасап шығара алды. Сынақтар композиттердің сұйық оттегі резервуарлары үшін қолданылуға болатын материал екенін көрсетті.

2004 жылдың 7 қыркүйегінде Northrop Grumman және NASA инженерлері қайта-қайта отын құю және ұшыру циклдарын имитациялау мүмкіндігін көрсеткен көміртек талшығынан жасалған сұйық сутегі резервуарын таныстырды. Northrop Grumman компаниясы бұл сәтті сынақтардың арқасында автоклавсыз үлкен композиттік резервуарлар құрастыруға мүмкіндік беретін жаңа өндіріс процестерін әзірлеуге және жетілдіруге қол жеткізді; сондай-ақ, бір сатыда орбитаға шығатын аппараттарда қолдануға жарамды конформальды отын резервуарларын жобалау және инженерлік тұрғыдан дамытуға мүмкіндік берді.

Альтернативті ұсыныстар

Бес компания қызығушылық білдіріп, ұсыныстар енгізді. Осы бес компанияның ішінде Lockheed Martin, Rockwell және McDonnell Douglas компаниялары толыққанды ұсыныстар дайындау үшін іріктеліп алынды.

Роквелл

Роквелл «Space Shuttle» негізіндегі дизайн ұсынды. Ол бір «Space Shuttle» негізгі қозғалтқышын (SSME) және екі RL 10 5A қозғалтқышын пайдаланған болар еді.