El Star Clipper de Lockheed era un avión espacial propuesto de la Tierra a la órbita basado en una nave espacial de gran cuerpo de elevación y un tanque de caída envolvente . Propuesto originalmente durante un programa de la USAF en 1966, el concepto básico de Star Clipper vivió durante los primeros años del programa del Transbordador Espacial de la NASA y, a medida que ese proyecto evolucionó, en una variedad de nuevas versiones como el LS-200 .
Aunque el diseño de Star Clipper no progresó mucho en el programa del Sistema de Transporte Espacial (STS), tuvo un efecto enorme en el diseño emergente del Transbordador Espacial . El estudio detallado de las ventajas de costo del diseño del tanque de descarga demostró una reducción dramática en el riesgo de desarrollo y, como resultado, en los costos de desarrollo. Cuando se recortó la financiación para el desarrollo de STS, el tanque de caída se tomó como una forma de cumplir con los presupuestos de desarrollo, lo que llevó al diseño del transbordador espacial semi-reutilizable.
Historia
Max Hunter
Maxwell Hunter trabajaba en Douglas Aircraft, donde formalizó el cálculo de la economía de las operaciones de las aeronaves. Sus metodologías se publicaron por primera vez en 1940 y luego se aplicaron al Douglas DC-6 y DC-7 . Las metodologías fueron posteriormente adoptadas como estándar por la Asociación de Transporte Aéreo. [1]
Más tarde se unió al proyecto de misiles Thor como ingeniero jefe de diseño, y esto lo introdujo en el mundo de los lanzadores espaciales. Con nuevas etapas superiores, Thor se convirtió en el Delta , uno de los lanzadores más utilizados en la década de 1960. A pesar del éxito de Thor, Hunter no estaba satisfecho con el estado del mercado de lanzadores y luego escribió que "a fines de 1963, el estado de los cohetes recuperables era terrible". [1] Estaba convencido de que mientras se desecharan los lanzadores, el acceso al espacio nunca sería asequible.
Varias empresas ya habían completado los primeros estudios de viabilidad de naves espaciales totalmente reutilizables, como Martin Marietta Astrorocket y Douglas Astro . Los diseños utilizaron dos etapas de retorno, una de las cuales voló de regreso al punto de lanzamiento, mientras que la otra voló a la órbita y aterrizó después de su misión. Hunter pensó que tal diseño equivalía a hacer dos aviones para hacer el trabajo de uno, y sólo la etapa superior era de utilidad real. En marzo de 1964 había desarrollado un nuevo concepto, la configuración de etapa y media. [1]
En un cohete de dos etapas, un cohete se dispara para levantar un segundo en el aire y luego se cae. El segundo luego dispara y viaja a la órbita. La ventaja de este diseño es que el peso del cohete disminuye a medida que sube, lo que reduce la cantidad de masa que debe llevarse hasta la órbita. La desventaja de este enfoque es que necesita dos cohetes completos, ambos costosos y una operación que requiere mucho tiempo.
En su configuración de etapa y media, Hunter solo tenía un cohete. Sin embargo, ningún cohete de la época tenía el rendimiento necesario para alcanzar la órbita por sí solo con una carga útil útil, por lo que se necesitaba algún tipo de puesta en escena. La solución de Hunter fue colocar solo los tanques de combustible en la "etapa", que serían expulsados durante el ascenso. Esto le dio al vehículo las ventajas de la puesta en escena, pero desechó solo el tanque y devolvió todas las piezas caras para su reutilización. Después de aterrizar, el vehículo sería reacondicionado, acoplado con otro tanque y listo para otra misión.
Hunter se mudó a Lockheed en el otoño de 1965. En su primer día le preguntaron si había algo que Lockheed debería estar mirando, e inmediatamente sugirió el desarrollo de su diseño de escenario y medio. Sus sugerencias llamaron la atención de Eugene Root, presidente de Lockheed Missiles and Space, quien le dio luz verde para estudiar lo que se conoció como Star Clipper. [1]
Sistema de transporte espacial
Cuando la construcción de Apollo comenzó a disminuir en 1966, la NASA comenzó a mirar su futuro durante y después de la década de 1970. A corto plazo, una serie de usos diferentes del hardware excedente de Saturno se agruparon en la oficina del Programa de Aplicaciones de Apolo , completando las misiones a mediados de la década de 1970. Más allá de eso, la NASA desarrolló un programa agresivo que incluía una estación espacial tripulada permanentemente , una pequeña base lunar y, finalmente, una misión tripulada a Marte. Casi como una ocurrencia tardía, la idea de un "vehículo logístico" se desarrolló para reducir el costo de las operaciones de la estación espacial. El vehículo se dedicó a cambiar de tripulación en la estación espacial semanalmente, o como dijo Walter Dornberger , "un avión espacial económico capaz de poner un huevo fresco, todas las mañanas, en la mesa de cada miembro de la tripulación de una estación espacial dando vueltas el mundo." [2]
En 1967, George Mueller organizó una reunión de un día para discutir el concepto de vehículo logístico. Un año antes, la Fuerza Aérea y la NASA habían colaborado en un estudio de las tecnologías existentes en el proyecto "Vehículo de Reingreso y Lanzamiento Integrado", o ILRV. ILRV había agrupado las diversas presentaciones de la industria en tres grupos, "Clase I", que colocaba un avión espacial reutilizable encima de un propulsor prescindible, "Clase II" eran diseños basados en cohetes totalmente reutilizables y "Clase III" utilizaba motores avanzados de respiración de aire. . Mueller desempolvó el trabajo de ILRV e invitó a los mismos socios de la industria a presentar, decidiendo concentrarse solo en los diseños de Clase II.
Lockheed presentó Star Clipper y McDonnell presentó otro diseño de etapa y media, Tip Tank . General Dynamics abordó las preocupaciones de los cazadores sobre la construcción de dos aviones para una misión en su triamés , que utilizó varias naves espaciales idénticas agrupadas con solo una en órbita. Chrysler tuvo la presentación más extraña , SERV , que era tan diferente que nunca se consideró en serio. La gran mayoría de las entradas, sin embargo, fueron aviones espaciales de dos etapas. Cuando quedó claro que el programa estaba avanzando, los propios equipos de la NASA entraron en la refriega y agregaron sus propios diseños a la mezcla.
La NASA apoyó el diseño de flyback "clásico" hasta 1971, cuando la Oficina de Administración y Presupuesto redujo a la mitad el presupuesto máximo de desarrollo , de aproximadamente $ 10 a $ 5 mil millones. Esto no fue suficiente para desarrollar un diseño completamente reutilizable, y todo el concepto volvió a la mesa de dibujo. Fue entonces cuando los argumentos de Hunter a favor del Star Clipper dejaron su huella duradera; los costos de desarrollo para un diseño de etapa y media fueron mucho más bajos porque solo se estaba desarrollando una nave espacial. Irónicamente, no era la nave espacial de Lockheed la que finalmente se construiría, sino la versión del concepto de North American Aviation .
Descripción
Star Clipper se basó en un gran vehículo de reentrada de cuerpos elevadores conocido como LSC-8MX, que se basó en los diseños FDL-5LD y FDL-8H desarrollados en el Laboratorio de Dinámica de Vuelo de la Fuerza Aérea. A velocidades hipersónicas, durante el reingreso, la nave tenía una relación de elevación a arrastre de 1.8 a 1, lo que le otorgaba una amplia capacidad de maniobra. En la atmósfera inferior, esto era demasiado bajo para permitir aterrizajes seguros en el caso de una vuelta, por lo que el Star Clipper presentaba pequeñas alas que giraban fuera del costado de la nave espacial a velocidades subsónicas, mejorando el L / D a 8.1: 1. Para ayudar en los aterrizajes, dos motores a reacción se extendían desde la parte superior del fuselaje, lo que le permitía abortar los aterrizajes. Tenía 57 m (186 pies) de largo y 32 m (106 pies) de ancho en la punta de las puntas de sus alas hacia arriba.
El Clipper estaba propulsado por tres motores M-1 de empuje de 1,5 millones de libras de fuerza (6.700 kN) . Las versiones públicas del diseño mostraron que los motores estaban equipados con boquillas expandibles , una forma de mejorar el rendimiento de los motores de cohetes al hacerlos coincidir mejor con la presión atmosférica local a medida que asciende. Sin embargo, más tarde se reveló que Lockheed en realidad estaba proponiendo el uso de un motor aerospike lineal para el diseño de producción. [3] El LOX y parte del combustible LH2 se transportaba en tanques en el fuselaje, pero la mayor parte del LH2 se transportaba en un tanque externo grande. El tanque tenía la forma de una V invertida, que coincidía con la forma del borde de ataque del cuerpo de elevación. La LH2 se extraería primero de este tanque y, cuando estuviera vacío, se desprendería y se liberaría durante el ascenso. Estaba montado y moldeado de tal manera que el flujo de aire alrededor de la nave empujaría el tanque hacia arriba y sobre la nave espacial.
A medida que las propuestas del Sistema de Transporte Espacial (STS) pasaron de los diseños iniciales de la Fase A al desarrollo detallado de la Fase B, la NASA estableció los requisitos de carga más pequeños que las capacidades del Star Clipper original. Surgió una nueva versión del mismo diseño, la LS-200. Aunque el LS-200 era muy similar a la versión anterior, era más pequeño en general, redujo el diámetro del tanque de 285 a 156 pulgadas (7.200 a 4.000 mm), el máximo permitido para el transporte por carretera, y redujo la carga útil de 50.000 a 25.000 lb ( 23.000 a 11.000 kg). Los motores M-1 fueron reemplazados por el motor principal del transbordador espacial , lo que redujo el empuje total de 5,000,000 a 915,085 lbf (22,241.11 a 4,070.50 kN), mientras que el peso bruto total de despegue cayó de 3,500,000 a 662,286 lb (1,587,573 a 300,408 kg).
Referencias
Notas
Bibliografía
- Thomas Heppenheimer, "La decisión del transbordador espacial: la búsqueda de la NASA de un vehículo espacial reutilizable" , NASA SP-4221, 1999
- George Mueller, "El nuevo futuro para el desarrollo de naves espaciales tripuladas", Astronautics and Aeronautics , Volumen 7 (marzo de 1969), págs. 24–32
- Mark Wade, "Starclipper"
Ver también
- Lista de diseños de sistemas de lanzamiento espacial