 Concepto de vehículo de lanzamiento reutilizable (RLV) McDonnell Douglas DC-XA | |
| Función | Vehículo prototipo SSTO |
|---|---|
| Fabricante | McDonnell Douglas ( Huntington Beach, California ) |
| País de origen | Estados Unidos |
| Costo del proyecto | $ 60 millones (1991) |
| Tamaño | |
| Altura | 12 metros (39 pies) |
| Diámetro | 4,1 metros (13 pies) |
| Masa | 18.900 kilogramos (41.700 libras) |
| Etapas | 1 |
| Historial de lanzamiento | |
| Estado | Retirado |
| Sitios de lanzamiento | Alcance de misiles de White Sands |
| Lanzamientos totales | 12 |
| Éxito (s) | 8 |
| Fracaso (s) | 1 |
| Fallas parciales | 3 |
| Primer vuelo | 18 de agosto de 1993 |
| Último vuelo | 31 de julio de 1996 |
| Primera etapa | |
| Diámetro | 4,1 metros (13 pies) |
| Masa vacía | 9.100 kilogramos (20.100 libras) |
| Masa bruta | 18.900 kilogramos (41.700 libras) |
| Motores | Cuatro 5 RL-10A- cohetes de combustible líquido motores de cuatro de oxígeno gaseoso / hidrógeno gaseosos propulsores |
| Empuje | Cohetes principales, 60 kN (13.000 lb f ) Propulsores, 2,0 kN (440 lbf) |
| Gasolina | Oxígeno líquido e hidrógeno líquido |
El DC-X , abreviatura de Delta Clipper o Delta Clipper experimental , fue un prototipo sin tripulación de un reutilizable -de una etapa a la órbita del vehículo de lanzamiento construido por McDonnell Douglas en conjunto con el Departamento de Estados Unidos de la defensa 's de Defensa Estratégica Organización Iniciativa ( SDIO) de 1991 a 1993. Desde 1994 hasta 1995, las pruebas continuaron gracias a la financiación de la agencia espacial civil estadounidense NASA . [1] En 1996, la tecnología DC-X se transfirió completamente a la NASA, que actualizó el diseño para mejorar el rendimiento para crear el DC-XA .
Antecedentes [ editar ]
Según el escritor Jerry Pournelle : "DC-X fue concebido en mi sala de estar y vendido al presidente del Consejo Nacional del Espacio , Dan Quayle, por el general Graham , Max Hunter y yo". Sin embargo, según Max Hunter, se había esforzado por convencer a Lockheed Martin del valor del concepto durante varios años antes de jubilarse. [2] Hunter había escrito un artículo en 1985 titulado "La Oportunidad", detallando el concepto de una nave espacial de una sola etapa a órbita construida con piezas comerciales "listas para usar" de bajo costo y tecnología actualmente disponible, [ 3] pero Lockheed Martin no estaba lo suficientemente interesado como para financiar un programa de este tipo por sí mismos.
El 15 de febrero de 1989, Pournelle, Graham y Hunter pudieron conseguir una reunión con el vicepresidente Dan Quayle. [4] Ellos "vendieron" la idea a SDIO al señalar que cualquier sistema de armas basado en el espacio necesitaría ser reparado por una nave espacial que fuera mucho más confiable que el Transbordador Espacial , y ofrecer costos de lanzamiento más bajos y tener tiempos de respuesta mucho mejores. [ cita requerida ]
Dadas las incertidumbres del diseño, el plan básico era producir un vehículo de prueba deliberadamente simple y "volar un poco, romper un poco" para ganar experiencia con naves espaciales de respuesta rápida totalmente reutilizables. A medida que se adquiriera experiencia con el vehículo, se construiría un prototipo más grande para pruebas suborbitales y orbitales. Finalmente, se desarrollaría un vehículo comercialmente aceptable a partir de estos prototipos. De acuerdo con la terminología aeronáutica general, propusieron que el pequeño prototipo debería llamarse DC-X, siendo X la designación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para "experimental". A esto le seguiría el "DC-Y", siendo Y la designación de la USAF para aviones de prueba y prototipos de preproducción (por ejemplo, YF-16). Finalmente, la versión de producción se conocería como "DC-1". El nombre "Delta Clipper" fue elegido para dar como resultado el acrónimo "DC" para establecer una conexión con la "Serie DC" de aviones de pasajeros de Douglas , comenzando con el Douglas DC-2 .
El vehículo está inspirado en los diseños del ingeniero de McDonnell Douglas, Phillip Bono , quien vio a los elevadores VTOL de una sola etapa en órbita como el futuro de los viajes espaciales. [5] El Delta Clipper era muy similar al vehículo SASSTO de Bono de 1967. Bono murió menos de tres meses antes del primer vuelo de prueba del DC-X. [6]
Requisito SDIO [ editar ]
SDIO quería un "cohete recuperable suborbital (SRR) capaz de levantar hasta 3000 libras (1361 kg) de carga útil a una altitud de 1,5 millones de pies (457 km); regresar al sitio de lanzamiento para un aterrizaje suave preciso; con la capacidad para lanzarse a otra misión dentro de tres a siete días ". [7] : 4
Especificación [ editar ]
Especificaciones DC-X: [8]
- 12 m de altura, 4,1 m de diámetro en la base, forma cónica
- Masa vacía: 9100 kg. Masa de combustible: Con carga completa de propulsores: 18.900 kg
- Propelentes: oxígeno líquido e hidrógeno líquido
- Propulsión: Cuatro motores cohete RL10 A5, cada uno genera 6.100 kgf de empuje. Cada motor regulable del 30% al 100%. Cada cardanes +/- 8 grados.
- Controles de reacción: cuatro propulsores de oxígeno gaseoso e hidrógeno gaseoso de 440 lb de empuje
- Aviónica de guía, navegación y control: Computadora avanzada de 32 bits, 4.5 mips, sistema de navegación F-15 con giroscopios láser de anillo . Acelerómetro F / A-18 y paquete de giroscopio de velocidad. Receptor de código P (Y) de satélite de posicionamiento global. Sistema de telemetría de datos digitales. Altímetro de radar.
- Sistema hidráulico: sistema hidráulico estándar tipo avión para impulsar las cinco aletas aerodinámicas del vehículo y los ocho actuadores de cardán del motor (dos por motor).
- Materiales de construcción: Aeroshell y escudo térmico base: compuesto epoxi de grafito con recubrimiento especial de protección térmica a base de silicio; Depósitos principales de propulsor: aleación de aluminio 2219; Soportes estructurales principales: aluminio; Tren de aterrizaje: acero y titanio.
Diseño [ editar ]
Construido como un prototipo a escala de un tercio de tamaño, [9] el DC-X nunca fue diseñado para alcanzar altitudes o velocidades orbitales, sino para demostrar el concepto de despegue y aterrizaje vertical . El concepto de despegue y aterrizaje vertical fue popular en las películas de ciencia ficción de la década de 1950 ( Rocketship XM , Destination Moon y otras), pero no se vio en los diseños de vehículos espaciales del mundo real. Despegaría verticalmente como los cohetes estándar , pero también aterrizaría verticalmente con el morro hacia arriba. Este diseño utilizó propulsores de control de actitud y cohetes retro para controlar el descenso, lo que permitió que la nave comenzara la entrada atmosférica.morro primero, pero luego ruede y aterrice en los puntales de aterrizaje en su base. La nave podría reabastecerse de combustible donde aterrizó y despegar nuevamente desde exactamente la misma posición, un rasgo que permitió tiempos de respuesta sin precedentes.
En teoría, sería más fácil organizar un perfil de reingreso de base primero. La base de la nave ya necesitaría cierto nivel de protección contra el calor para sobrevivir al escape del motor, por lo que agregar más protección sería bastante fácil. Más importante aún, la base de la nave es mucho más grande que el área de la nariz, lo que lleva a temperaturas máximas más bajas a medida que la carga de calor se extiende sobre un área más grande. Finalmente, este perfil no requeriría que la nave espacial "voltee" para aterrizar. [ cita requerida ]
Sin embargo, el papel militar hizo que esto fuera inviable. Un requisito de seguridad deseado para cualquier nave espacial es la capacidad de "abortar una vez alrededor", es decir, regresar para aterrizar después de una sola órbita. Dado que una órbita terrestre baja típica toma alrededor de 90 a 120 minutos, la Tierra girará hacia el este alrededor de 20 a 30 grados en ese tiempo; o para un lanzamiento desde el sur de los Estados Unidos, alrededor de 1.500 millas (2.400 km). Si la nave espacial se lanza hacia el este, esto no presenta un problema, pero para las órbitas polares requeridas de las naves espaciales militares., cuando se completa la órbita, la nave espacial sobrevuela un punto muy al oeste del sitio de lanzamiento. Para aterrizar de regreso en el sitio de lanzamiento, la nave debe tener una maniobrabilidad considerable de rango transversal, algo que es difícil de arreglar con una gran superficie lisa. Por lo tanto, el diseño de Delta Clipper utilizó una reentrada de nariz primero con lados planos en el fuselaje y grandes aletas de control para proporcionar la capacidad de rango cruzado necesaria. Los experimentos con el control de un perfil de reingreso de este tipo nunca se habían intentado y eran uno de los principales objetivos del proyecto. [ cita requerida ]
Otro enfoque del proyecto DC-X fue el mantenimiento minimizado y el soporte en tierra. Con este fin, la nave estaba altamente automatizada y solo requería tres personas en su centro de control (dos para operaciones de vuelo y una para apoyo en tierra). [ cita requerida ]
Prueba de vuelo [ editar ]
La construcción del DC-X comenzó en 1991 en las instalaciones de McDonnell Douglas en Huntington Beach. [10] El aeroshell fue construido a medida por Scaled Composites , pero la mayoría de la nave espacial se construyó a partir de piezas comerciales disponibles , incluidos los motores y los sistemas de control de vuelo.
El DC-X voló por primera vez, durante 59 segundos, el 18 de agosto de 1993; [4] Se afirmó que era la primera vez que un cohete aterrizaba verticalmente en la Tierra. [11] Realizó dos vuelos más el 11 de septiembre y el 30 de septiembre, cuando se agotaron los fondos como efecto secundario del cierre del programa SDIO; Además, los detractores consideraron que el programa era descabellado. [12] El astronauta del Apolo, Pete Conrad, estaba en los controles terrestres de algunos vuelos. [13] Estas pruebas se llevaron a cabo en White Sands Missile Range en Nuevo México.
Sin embargo, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA) proporcionaron más fondos, [1] y el programa de prueba se reinició el 20 de junio de 1994 con un vuelo de 136 segundos. El siguiente vuelo, el 27 de junio de 1994, sufrió una pequeña explosión durante el vuelo, pero la nave ejecutó con éxito un aborto y un aterrizaje automático. Las pruebas se reanudaron después de que se repararon los daños y se llevaron a cabo tres vuelos más el 16 de mayo de 1995, el 12 de junio y el 7 de julio. En el último vuelo, un aterrizaje forzoso rompió el aeroshell. En este punto, ya se habían recortado los fondos para el programa y no había fondos para las reparaciones necesarias. [14] El récord de altitud para el DC-X fue de 2.500 m, establecido durante su último vuelo antes de ser actualizado al DC-XA, el 7 de julio de 1995. [14]
DC-XA [ editar ]
La NASA acordó asumir el programa después del último vuelo DC-X en 1995. En contraste con el concepto original del demostrador DC-X, la NASA aplicó una serie de mejoras importantes para probar nuevas tecnologías. En particular, el tanque de oxígeno fue reemplazado por un tanque de aleación de aluminio-litio liviano (aleación 1460 equivalente a la aleación 2219) de Rusia, y el tanque de hidrógeno por un diseño compuesto de grafito-epoxi. [15] También se mejoró el sistema de control. El vehículo mejorado se llamó DC-XA , se renombró Clipper Advanced / Clipper Graham y reanudó el vuelo en 1996. [4]
El primer vuelo del vehículo de prueba DC-XA se realizó el 18 de mayo de 1996 y resultó en un incendio menor cuando el "aterrizaje lento" deliberado provocó el sobrecalentamiento del aeroshell. El daño se reparó rápidamente y el vehículo voló dos veces más los días 7 y 8 de junio, un tiempo de respuesta de 26 horas. [4] En el segundo de estos vuelos, el vehículo estableció sus récords de altitud y duración, 3,140 metros (10,300 pies) y 142 segundos de tiempo de vuelo. Su siguiente vuelo, el 7 de julio, resultó ser el último. Durante las pruebas, uno de los tanques de LOX se había roto. [ cita requerida ]Cuando un puntal de aterrizaje no se extendió debido a una línea hidráulica desconectada, el DC-XA se cayó y el tanque goteó. Normalmente, el daño estructural de tal caída constituiría solo un revés, pero la LOX del tanque con fugas alimentó un incendio que quemó severamente el DC-XA, [16] causando daños tan extensos que las reparaciones no eran prácticas. [14]
En un informe posterior al accidente, la Comisión de Marca de la NASA culpó del accidente a un equipo de campo quemado que había estado operando con financiamiento intermitente y amenazas constantes de cancelación total. La tripulación, muchos de ellos originarios del programa SDIO, también fueron muy críticos con el efecto "escalofriante" de la NASA en el programa, y la gran cantidad de papeleo que la NASA exigió como parte del régimen de pruebas. [ cita requerida ]
La NASA había aceptado el proyecto a regañadientes después de haber sido "avergonzada" por su éxito público bajo la dirección de la SDIO. [ cita requerida ] Su éxito continuo fue motivo de considerables luchas políticas internas dentro de la NASA debido a que compitió con su proyecto Lockheed Martin X-33 / VentureStar "de cosecha propia" . Pete Conrad valoró un nuevo DC-X en 50 millones de dólares, barato para los estándares de la NASA, pero la NASA decidió no reconstruir la nave a la luz de las limitaciones presupuestarias. [14] En cambio, la NASA se centró en el desarrollo de Lockheed Martin VentureStarlo que consideró respondió a algunas críticas del DC-X, específicamente el aterrizaje similar a un avión del VentureStar, que muchos ingenieros de la NASA prefirieron al aterrizaje vertical del DC-X. Solo unos años después, el fracaso repetido del proyecto Venturestar, especialmente el tanque compuesto LH2 ( hidrógeno líquido ), llevó a la cancelación del programa. [17]
Costo del programa [ editar ]
El DC-X original fue construido en 21 meses por un costo de $ 60 millones. [18] Esto equivale a $ 101 millones en términos actuales. [19]
Futuro [ editar ]
Varios ingenieros que trabajaron en el DC-X fueron contratados por Blue Origin , y su vehículo New Shepard se inspiró en el diseño del DC-X. [20] El DC-X sirvió de inspiración para muchos elementos de los diseños de naves espaciales de Armadillo Aerospace , [4] Masten Space Systems , [4] y TGV Rockets . [ cita requerida ]
Algunos ingenieros de la NASA [ ¿quién? ] creen que el DC-X podría proporcionar una solución para un módulo de aterrizaje tripulado en Marte . Si se hubiera desarrollado una nave de tipo DC que operara como un SSTO en el pozo de gravedad de la Tierra , incluso si solo tuviera una capacidad mínima de 4 a 6 tripulantes, sus variantes podrían resultar extremadamente capaces para las misiones tanto a Marte como a la Luna. El funcionamiento básico de tal variante tendría que "invertirse"; desde el despegue y luego el aterrizaje, hasta el aterrizaje primero y luego el despegue. Sin embargo, si esto pudiera lograrse en la Tierra, la gravedad más débil que se encuentra tanto en Marte como en la Luna generaría capacidades de carga útil dramáticamente mayores, particularmente en este último destino. [ cita requerida ]
Algunas personas propusieron cambios de diseño que incluyen el uso de una combinación de oxidante / combustible que no requiere el apoyo terrestre relativamente extenso requerido para el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido que utilizó DC-X, y agregar una quinta pierna para aumentar la estabilidad durante y después del aterrizaje. [ cita requerida ]
Ver también [ editar ]
- Lockheed Martin X-33 : demostrador de tecnología de avión espacial reutilizable sin tripulación para VentureStar
- Blue Origin New Shepard
- Quad (cohete) : demostrador de tecnología VTVL
- Zarya : diseño de vehículos orbitales soviéticos
- Programa de desarrollo del sistema de lanzamiento reutilizable SpaceX
- CORONA
- Proyecto Morpheus : vehículo de prueba de aterrizaje y despegue vertical de la NASA para continuar desarrollando ALHAT y Quad aterrizadores
- Pruebas de vehículos reutilizables : proyecto japonés de pruebas de cohetes reutilizables
- Kankoh-maru : diseño de vehículos orbitales japoneses
Referencias [ editar ]
- ^ a b "Programa de prueba de Delta Clipper Off to Flying Start" . McDonnell Douglas a través de la NASA. 20 de junio de 1994 . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ Declaración de Max Hunter, White Sands, 16 de mayo de 1995 en conversación con Dave Klingler
- ^ El ascenso y la caída del programa SSTO de SDIO, desde el X-Rocket hasta el Delta Clipper ", Andrew J. Butrica, NASA
- ↑ a b c d e f Lerner, Preston (agosto de 2010). "Día negro en White Sands" . Revista Air & Space . Institución Smithsonian . Consultado el 20 de diciembre de 2020 .
- ↑ Hernandez, Greg (27 de mayo de 1993). "Philip Bono, diseñador de cohetes propulsores reutilizables, muere a los 72" . Los Angeles Times . Consultado el 28 de septiembre de 2020 .
- ^ "La guía descriptiva de búsqueda de los documentos personales de Philip Bono" (PDF) .
- ^ Evaluación ambiental (para) Programa de prueba DC-X de tecnología de cohetes de una sola etapa, junio de 1992, 147 páginas
- ^ "DCX" . astronautix.com. Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2012 . Consultado el 4 de enero de 2013 .
- ^ Chris 'Xenon Hanson. "Acerca del DC-X" . Archivado desde el original el 23 de octubre de 2002.
- ^ McLaughlin, Hailey Rose (29 de octubre de 2019). "DC-X: el cohete de la NASA que inspiró a SpaceX y Blue Origin" . Descubrir . Editorial Kalmbach . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ "Cohete tiene buen vuelo de prueba" . Tampa Bay Times . Tampa. 20 de agosto de 1993 . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ Burdick, Alan (7 de noviembre de 1993). "¿Pastel en el cielo?" . The New York Times . Nueva York. pag. 6-46 . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ Klerkx, Greg: Perdidos en el espacio: la caída de la NASA y el sueño de una nueva era espacial , página 104. Secker & Warburg, 2004
- ^ a b c d "El experimento de Delta Clipper: archivo de pruebas de vuelo" . NASA; McDonnell Douglas. 6 de enero de 1998.
- ^ "¿El Delta Clipper hundirá el transbordador?" . Bloomberg . 8 de julio de 1996 . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ Norris, Guy (6 de agosto de 1996). "El vuelo de Clipper termina en desastre" . FlightGlobal . Consultado el 20 de diciembre de 2020 .
- ^ "VentureStar de Lockheed Martin en órbita - Gráfico de computadora" . Mayo de 1996.
- ^ Jason Moore y Ashraf Shaikh (diciembre de 2003). "Delta Clipper - Un camino hacia el futuro" (PDF) . Universidad de Texas, Austin . Consultado el 4 de enero de 2013 .
- ^ Banco de la Reserva Federal de Minneapolis. "Índice de precios al consumidor (estimación) 1800–" . Consultado el 1 de enero de 2020 .
- ^ "Una empresa aeroespacial secreta arroja un poco de luz sobre su programa de cohetes" . 2007-01-09 . Consultado el 23 de septiembre de 2018 .
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Delta Clipper (cohete) . |
- Página DC-X en Astronautix.com
- DC-X hoja informativa y DC-X vuelos de prueba en Nasa.gov
- Página DC-X en GlobalSecurity.org
- Acerca de DCX : incluye una cuenta en primera persona y un video
- Cómo llegar al espacio : explica los programas X y SSTO
- Nacimiento del DC-X : vender el DC-X a Dan Quayle
- Recursos y enlaces de DCX de hobbyspace.com
- Evaluación ambiental (para) Programa de prueba DC-X de tecnología de cohetes de una etapa Junio de 1992 147 páginas
