Cohete rotatorio

Compañía

Compañía de cohetes rotativos

Rotary Rocket Roton ATV en exhibición permanente en el puerto espacial de Mojave
Industria	Aeroespacial
Difunto	2001
Gente clave	Gary Hudson Bevin McKinney
Productos	Roton

Rotary Rocket Company era una empresa de cohetes que desarrolló el concepto Roton a fines de la década de 1990 como una nave espacial tripulada de una sola etapa a órbita (SSTO) completamente reutilizable . El diseño fue inicialmente concebido por Bevin McKinney, quien lo compartió con Gary Hudson . En 1996, se formó Rotary Rocket Company para comercializar el concepto. El Roton estaba destinado a reducir los costos de lanzamiento de cargas útiles a la órbita terrestre baja en un factor de diez.

La compañía reunió un capital de riesgo considerable de inversionistas ángeles y abrió una fábrica con sede en una instalación de 45,000 pies cuadrados (4200 m ² ) en Mojave Air and Space Port en Mojave, California . El fuselaje de sus vehículos fue realizado por Scaled Composites , en el mismo aeropuerto, mientras que la compañía desarrolló el novedoso diseño del motor y el sistema de aterrizaje similar a un helicóptero. Un vehículo de prueba a gran escala realizó tres vuelos estacionarios en 1999, pero la compañía agotó sus fondos y cerró sus puertas a principios de 2001.

Los orígenes de la empresa

Bevin McKinney había estado pensando en la idea de un vehículo de lanzamiento con palas de helicóptero durante varios años, cuando la revista Wired le pidió a Gary Hudson que escribiera un artículo sobre el concepto. ^[1] El artículo resultante resultó en un compromiso de financiación del multimillonario Walt Anderson , que se combinó con una inversión inicial del autor Tom Clancy y permitió que la empresa comenzara. Hudson y McKinney se unieron a los cofundadores Frederick Giarrusso , Dan DeLong , James Grote , Tom Broszy Anne Hudson, quienes juntos lanzaron la empresa en octubre de 1996.

Evolución del diseño del cohete rotatorio

Helicóptero en órbita

El concepto inicial de Gary Hudson y Bevin McKinney era fusionar un vehículo de lanzamiento con un helicóptero: las palas de rotor giratorias , impulsadas por chorros de propulsión , levantarían el vehículo en la etapa más temprana del lanzamiento. Una vez que la densidad del aire se redujo hasta el punto de que el vuelo en helicóptero no era práctico, el vehículo continuaría su ascenso con la potencia pura del cohete, con el rotor actuando como una turbobomba gigante . ^[2]

Los cálculos mostraron que las palas del helicóptero aumentaron modestamente el impulso específico efectivo ( I _sp ) en aproximadamente 20-30 segundos, esencialmente llevando las palas a la órbita "gratis". Por lo tanto, no hubo ganancia general de este método durante el ascenso. Sin embargo, las palas podrían usarse para aterrizar suavemente el vehículo, por lo que su sistema de aterrizaje no conlleva ningún costo adicional.

Un problema encontrado durante la investigación en Rotary fue que una vez que el vehículo abandonara la atmósfera, sería necesario un empuje adicional. Por tanto, se necesitarían varios motores en la base, así como en las puntas de los rotores.

Esta versión inicial del Roton se había diseñado pensando en el mercado de los pequeños satélites de comunicaciones. Sin embargo, este mercado colapsó, señalado por la falla de Iridium Communications . En consecuencia, era necesario rediseñar el concepto Roton para cargas útiles más pesadas.

Helicóptero desde órbita

El concepto Roton revisado y rediseñado era un vehículo de lanzamiento en forma de cono, con un rotor de helicóptero en la parte superior para usar solo durante el aterrizaje. Una bahía de carga interna podría usarse tanto para transportar cargas útiles a la órbita como para traer otras de regreso a la Tierra. El precio proyectado para la órbita de este diseño fue de $ 1,000 por kg de carga útil, menos de una décima parte del precio de lanzamiento actual. La capacidad de carga útil se limitó a unas 6.000 libras (2.700 kg) relativamente modestas. ^{[ cita requerida ]}

La versión revisada habría utilizado un motor aerospike anular giratorio único : el motor y la base del vehículo de lanzamiento girarían a alta velocidad (720 rpm ) para bombear combustible y oxidante a la llanta mediante la rotación. A diferencia del rotor de aterrizaje, debido al ángulo poco profundo de las boquillas en el rotor base, la velocidad de rotación se autolimitó y no requirió ningún sistema de control. Dado que la densidad del LOX ( oxígeno líquido ) era más alta que la del queroseno, se disponía de presión adicional con el LOX, por lo que se habría utilizado para enfriar la garganta del motor y otros componentes, en lugar de utilizar el queroseno como refrigerante como refrigerante. en un cohete LOX / queroseno convencional.Sin embargo, en los altos niveles de G en el borde exterior del bloque del motor giratorio, la claridad sobre cómo funcionaría LOX como refrigerante era desconocida y difícil de validar. Eso agregó una capa de riesgo.

Además, el escape giratorio actuó como una pared en el borde exterior de la base del motor, reduciendo la temperatura de la base por debajo de la temperatura ambiente debido al efecto de bomba eyectora y creando una ventosa en la parte inferior de la atmósfera. Esto podría aliviarse usando gas auxiliar para desarrollar la presión base, requiriendo un motor cohete adicional para llenar la base del motor cohete principal. (Habrían ocurrido problemas similares en un motor aerospike convencional , pero allí, la recirculación natural más el uso del escape del generador de gas de la turbobomba como gas auxiliar habrían aliviado en gran medida el problema "gratis").

En el borde, 96 chorros en miniatura agotarían los propulsores en llamas (LOX y queroseno ) alrededor del borde de la base del vehículo, lo que le dio al vehículo un empuje adicional a gran altitud, actuando como una boquilla de aerospike truncada de longitud cero. ^[3] Se estudió un sistema similar con motores no giratorios para el cohete N1 . Esa aplicación tenía un área de base mucho más pequeña y no creó el efecto de succión que induce un motor periférico más grande. El motor Roton tenía un I SP (impulso específico) de vacío proyectado de ~ 355 segundos (3,48 km / s), que es muy alto para un motor LOX / queroseno, y una relación de empuje a peso de 150, que es extremadamente ligera. ^[4]

Durante la reentrada, la base también servía como escudo térmico refrigerado por agua . En teoría, esta era una buena manera de sobrevivir a la reentrada, especialmente para un vehículo ligero reutilizable. Sin embargo, el uso de agua como refrigerante requeriría convertirla en vapor sobrecalentado, a altas temperaturas y presiones, y existía la preocupación de que el daño de los micrometeoritos en la órbita perforara el recipiente a presión, provocando que fallara el escudo de reentrada. Estas preocupaciones se resolvieron utilizando un sistema de flujo masivamente redundante resistente a fallas, creado con láminas de metal delgadas grabadas químicamente con un patrón de microporos que formaban un sistema de canales que era robusto contra fallas y daños.

Además, el enfriamiento se logró de dos formas diferentes; una forma fue la vaporización del agua, pero la segunda fue aún más significativa, y se debió a la creación de una capa de vapor "frío" que rodeaba la superficie de la base, reduciendo la capacidad de calentar. Además, el sistema de medición de agua tendría que ser extremadamente confiable, dando una gota por segundo por pulgada cuadrada, y se logró mediante un enfoque de diseño de prueba / error en hardware real. Al final del programa Roton, se habían construido y probado algunos equipos. La trayectoria de reentrada debía recortarse, similar a la Soyuz, para minimizar las cargas G sobre los pasajeros. Y el coeficiente balístico fue mejor para el Roton y podría adaptarse mejor. Cuando el sistema de ajuste de Soyuz falló y se volvió completamente balístico, los niveles de G aumentaron significativamente, pero sin incidentes para los pasajeros.

El vehículo también fue único en la planificación de usar sus rotores estilo helicóptero para aterrizar, en lugar de alas o paracaídas. Este concepto permitía aterrizajes controlados (a diferencia de los paracaídas) y era 1/5 del peso de las alas fijas. Otra ventaja era que un helicóptero podía aterrizar casi en cualquier lugar, mientras que los aviones espaciales alados como el transbordador espacial tenían que regresar a la pista. Las palas del rotor iban a ser impulsadas por cohetes con punta de peróxido. Las palas del rotor debían desplegarse antes de la reentrada; Se plantearon algunas preguntas sobre si las palas sobrevivirían hasta el aterrizaje.

El plan inicial era tenerlos casi verticales, pero se encontró que era inestable ya que necesitaban caer más y más y girar más rápido para la estabilidad, las tasas de calentamiento aumentaron drásticamente y el flujo de aire se volvió más frontal. La implicación de eso fue que las palas pasaron de ser una pieza de hardware ligeramente calentada a una que tenía que enfriarse activamente o estar hecha de SiC u otro material refractario. La idea de sacar las hojas se volvió mucho más atractiva en este punto, y se hicieron estudios iniciales para esa opción. Este concepto de diseño de rotor no carecía de precedentes. En 1955, uno de los cinco soviéticosLos diseños para misiones piloto suborbitales planificadas incluían rotores con punta de cohete como sistema de aterrizaje. El 1 de mayo de 1958, estos planes se abandonaron cuando se tomó la decisión de proceder directamente a los vuelos orbitales.

Rotary Rocket diseñó y probó a presión un tanque LOX compuesto excepcionalmente liviano pero fuerte . Sobrevivió a un programa de prueba que implicó que se sometiera a un ciclo de presión y, en última instancia, se le disparara deliberadamente para probar su sensibilidad de encendido.

Un nuevo motor

En junio de 1999, Rotary Rocket anunció que utilizaría un derivado del Fastrac motor en fase de desarrollo en la NASA 's Centro de Vuelo Espacial Marshall , en lugar de propio diseño del motor de giro poco convencional de la empresa. Según se informa, la empresa no había podido convencer a los inversores de que el diseño de su motor era viable; la estructura compuesta y la reentrada del girocóptero fue una venta más fácil.

Al mismo tiempo que se produjo este cambio, la empresa despidió a aproximadamente un tercio de sus empleados, lo que redujo la plantilla aproximada de 60 a 40. En ese momento, la empresa planeaba comenzar su servicio de lanzamiento comercial en algún momento de 2001. ^[5] Aunque la empresa había recaudado $ 30 millones, todavía necesitaba recaudar $ 120 millones adicionales antes de entrar en servicio.

El vehículo de prueba atmosférico (ATV)

La cabina del ATV fue apodada por sus pilotos como la 'Batcueva' debido a su campo de visión restringido.

Scaled Composites construyó bajo contrato un Vehículo de Prueba Atmosférica (ATV) de tamaño completo, de 19 m (63 pies) de altura, para su uso en vuelos de prueba en vuelo estacionario. El ATV de $ 2.8 millones no fue pensado como un artículo de prueba completo, ya que no tenía motor cohete ni protección térmica. El ATV salió de su hangar de Mojave el 1 de marzo de 1999, con un registro de la FAA de N990RR.

La cabeza del rotor se rescató de un Sikorsky S-58 estrellado , a un precio de 50.000 dólares, en contraposición a un millón de dólares por una cabeza nueva. Cada rotor estaba propulsado por un chorro de peróxido de hidrógeno de 350 lbf (1560 N) , como estaba previsto para el vehículo orbital. ^[6] El conjunto del rotor se probó en una cantera antes de la instalación en el ATV.

El ATV voló tres vuelos de prueba con éxito en 1999. El piloto de estos tres vuelos era Martí Sarigul-Klijn y el copiloto era Brian Binnie (que más tarde se hizo famoso como piloto de Scaled Composites' SpaceShipOne en su segundo Premio X de vuelo).

El ATV realizó su primer vuelo el 28 de julio. Este vuelo consistió en tres saltos verticales que totalizaron 4 min 40 seg de duración y alcanzaron una altitud máxima de 8 pies (2,4 m). Los pilotos encontraron el vuelo extremadamente desafiante por varias razones. La visibilidad en la cabina estaba tan restringida que los pilotos la apodaron Batcueva . La vista del suelo estaba completamente obstruida, por lo que los pilotos tuvieron que depender de un altímetro sonar para juzgar la proximidad al suelo. Toda la nave tenía una inercia rotacional baja, y el torque de las palas del rotor en rotación hacía que el cuerpo girara, a menos que fuera contrarrestado por un empuje de guiñada en la dirección opuesta. ^[7]

El segundo vuelo, el 16 de septiembre, fue un vuelo estacionario continuo que duró 2 minutos y 30 segundos, alcanzando una altitud máxima de 20 pies (6,1 m). El vuelo sostenido fue posible gracias a la instalación de propulsores de punta de rotor más potentes y un acelerador automático . ^[8]

El tercer y último vuelo se realizó el 12 de octubre. El ATV voló por la línea de vuelo en el puerto aéreo y espacial de Mojave , cubriendo 4.300 pies (1.310 m) en su vuelo y elevándose a una altitud máxima de 75 pies (23 m). La velocidad era tan alta como 53 mph (85 km / h). Esta prueba reveló cierta inestabilidad en el vuelo traslacional.

Se planeó una cuarta prueba para simular un descenso autorrotativo completo. El ATV subiría a una altitud de 10,000 pies (3,050 m) por su propia potencia, antes de reducir la velocidad y regresar para un aterrizaje suave. ^[9] En este punto, dado que no era probable que se recibieran más fondos, las consideraciones de seguridad impidieron que se intentara realizar la prueba.

Críticas al diseño

Rotary Rocket fracasó debido a la falta de fondos, pero algunos ^{[ ¿quién? ]} han sugerido que el diseño en sí era inherentemente defectuoso.

El Rotary Rocket realizó tres vuelos de prueba y un tanque de propulsor compuesto sobrevivió a un programa de prueba completo, sin embargo, estas pruebas revelaron problemas. Por ejemplo, el ATV demostró que aterrizar el cohete rotatorio era complicado, incluso peligroso. Los pilotos de prueba tienen un sistema de calificación, la escala de calificación Cooper-Harper , para vehículos entre 1 y 10 que se relaciona con la dificultad del piloto. El Roton ATV obtuvo un puntaje de 10: el simulador de vehículo resultó ser casi imposible de volar para cualquiera, excepto los pilotos de prueba de Rotary, e incluso entonces hubo períodos cortos en los que el vehículo estuvo fuera de control. ^{[ cita requerida ]}

Otros aspectos del plan de vuelo permanecieron sin probar y se desconoce si Roton podría haber desarrollado un rendimiento suficiente para alcanzar la órbita con una sola etapa y regresar, aunque en el papel esto podría haber sido posible.

Los últimos días de la empresa

Los hangares de cohetes rotatorios en el puerto aéreo y espacial de Mojave , como se vio en 2005. El hangar más alto a la izquierda era el edificio de montaje de cohetes rotativos.

El desarrollo del motor cesó en 2000, según se informa, dos semanas antes de que se realizara una prueba a gran escala. El vehículo no logró asegurar los contratos de lanzamiento y Rotary Rocket cerró sus puertas en 2001. ^{[ cita requerida ]}

El momento de la empresa fue desafortunado: la empresa Iridium Communications estaba al borde de la bancarrota y la industria espacial en general estaba experimentando tensiones financieras. Al final, la compañía no atrajo fondos suficientes, a pesar de que numerosas personas proporcionaron un total de $ 33 millones de apoyo, incluido el escritor Tom Clancy . ^[10]

Desde entonces, algunos de los ingenieros que trabajaron allí han creado otras empresas de cohetes, en particular XCOR Aerospace , t / Space y Space Launch. ^{[ cita requerida ]}

El vehículo de prueba atmosférico se exhibiría en el Classic Rotors Museum , un museo de helicópteros cerca de San Diego, California , pero un intento de moverlo allí el 9 de mayo de 2003 a través de una eslinga de línea corta debajo de un Chinook CH-47 de la Reserva del Ejército. falló cuando el Roton comenzó a oscilar a velocidades superiores a 35 nudos (65 km / h). En cambio, la administración del aeropuerto de Mojave trabajó para mantener este vehículo histórico en Mojave, y el 10 de noviembre de 2006, el Roton fue trasladado a su ubicación de exhibición permanente en la intersección de Airport Blvd y Sabovich Road. Para muchos, Roton representa el programa que lanzó a Mojave a la era espacial, y este tema se repitió durante la ceremonia de dedicación que tuvo lugar durante la celebración del Día de los Veteranos el 11 de noviembre, en la queBrian Binnie fue el orador principal. ^{[ cita requerida ]}

Los hangares de Rotary Rocket ahora están ocupados por la Escuela Nacional de Pilotos de Pruebas . ^{[ cita requerida ]}

Especificaciones de Roton C-9

Datos de ^{[11] [12]}

Características generales

• Capacidad: 7.000 lb (3.200 kg) de carga útil
• Longitud: 64 pies (20 m)
• Diámetro: 22 pies (6,7 m)
• Peso bruto: 400,000 lb (181,437 kg)
• Capacidad de combustible: 372,500 lb (169,000 kg)
• Planta motriz: 72 × motores de cohete RocketJet rotativos , 6,950 lbf (30,9 kN) de empuje cada uno en vacío
• Impulso específico: 340 s (3,3 km / s)
• Tiempo de combustión : 253 s

Rendimiento

• Alcance: 120 millas (190 km, 100 millas náuticas)

Ver también

• Hiller Hornet , un helicóptero con estatorreactores montados en las puntas de las palas del rotor.

Referencias

Citas

1. Cableado - ¿Increíblemente genial? o simplemente loco?
2. Cableado - ¿Increíblemente genial? o simplemente loco?
3. Patente de Estados Unidos 5842665
4. Anselmo, Joseph C., "Rotarios". Semana de la aviación y tecnología espacial , 5 de octubre de 1998, pág. 17.
5. Dornheim, Michael A., "Personal de cortes rotativos, motor de cambios". Semana de la aviación y tecnología espacial , 28 de junio de 1999, pág. 44.
6. Dornheim, Michael A., "Lanzamiento del arte de prueba de Roton". Semana de la aviación y tecnología espacial , 8 de marzo de 1999, pág. 40.
7. Dornheim, Michael A., "Roton salta del suelo". Semana de la aviación y tecnología espacial , 12 de agosto de 1999, pág. 36.
8. Smith, Bruce A., "Prueba de Roton". Semana de la aviación y tecnología espacial , 11 de octubre de 1999, pág. 21.
9. "Roton logra vuelo hacia adelante". Semana de la aviación y tecnología espacial , 25 de octubre de 1999, pág. 40.
10. Rotary Rocket presenta un nuevo diseño de RLV El gran inversor Tom Clancy se convierte en director
11. Rotary Rocket - Especificaciones archivadas el 8 de septiembre de 2006 en la Wayback Machine.
12. http://astronautix.com/r/roton.html

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Bibliografía

• Petit, Charles, "Cohetes para el resto de nosotros". Air & Space / Smithsonian Magazine , marzo de 1998. Una mirada al diseño inicial de Rotary Rocket.
• Sarigul-Klijn, Marti , "Sobreviví al cohete rotatorio". Air & Space / Smithsonian Magazine , marzo de 2002. El piloto de pruebas del ATV describe los tres vuelos de prueba.
• Weil, Elizabeth, todos se rieron de Cristóbal Colón: un soñador incurable construye la primera nave espacial civil . Bantam, 2003. Una visión privilegiada del desarrollo de Rotary Rocket. ISBN  978-0-553-38236-5

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Roton (cohete) .

• Artículo de Roton en Encyclopedia Astronautica
• Gary C. Hudson, ¿ increíblemente genial? o simplemente loco? - Artículo de la revista Wired sobre Roton, mayo de 1996
• Space.com en vuelos de prueba ; copia archivada
• Space.com en viaje en helicóptero al museo
• Imágenes QuickTime del vuelo de prueba final de Roton ATV, del sitio web de Air & Space Magazine
• Archivos del sitio web original rotaryrocket.com , de Internet Archive Wayback Machine
• Cuenta personal de Tom Brosz sobre Rotary Rocket y Fallout
• Especificaciones de Roton C-9
• Fotos del proyecto del Museo Virtual de Mojave
• Fotos de la inauguración del Roton

Coordenadas : 35.055321 ° N 118.158375 ° W35 ° 03′19 ″ N 118 ° 09′30 ″ O /  / 35.055321; -118.158375