El Lockheed Martin X-33 era un avión espacial suborbital demostrador de tecnología de subescala, sin tripulación, desarrollado en la década de 1990 bajo el programa de Iniciativa de Lanzamiento Espacial financiado por el gobierno de Estados Unidos . El X-33 fue un demostrador de tecnología para el avión espacial orbital VentureStar , que se planeó para ser un vehículo de lanzamiento reutilizable operado comercialmente de próxima generación . El X-33 probaría en vuelo una gama de tecnologías que la NASA creía que necesitaba para vehículos de lanzamiento reutilizables de una sola etapa a órbita (SSTO RLV), como sistemas de protección térmica metálica , tanques de combustible criogénico compuestos para hidrógeno líquido , el motor aerospike , control de vuelo autónomo (sin tripulación), tiempos de respuesta de vuelo rápidos a través de operaciones optimizadas y la aerodinámica de su cuerpo de elevación .
Función | Demostrador de tecnología de avión espacial reutilizable sin tripulación |
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Fabricante | Lockheed Martin |
País de origen | Estados Unidos |
Costo del proyecto | $ 922 millones NASA + $ 357 millones Lockheed Martin [1] |
Tamaño | |
Altura | 20 m (66 pies) [2] |
Masa | 129.000 kg (285.000 libras) [2] |
Etapas | 1 |
Historial de lanzamiento | |
Estado | Cancelado |
Detalles del motor | |
Motores | 2 Aerospikes lineales XRS-2200 [1] |
Empuje | 1.800 kN (410.000 lbf) [1] |
Propulsor | LOX / LH2 |
Las fallas de su envergadura de 21 metros y su tanque de combustible de material compuesto de varios lóbulos durante las pruebas de presión finalmente llevaron al retiro del apoyo federal para el programa a principios de 2001. Lockheed Martin ha realizado pruebas no relacionadas y ha tenido un solo éxito después de una serie de fallas tan recientemente como 2009 utilizando un modelo a escala de 2 metros. [3]
Historia
En 1994, la NASA inició el programa de vehículos de lanzamiento reutilizables (RLV) , que entre otras cosas condujo al desarrollo del X-33 en unos pocos años. [4] Otro vehículo importante en este programa fue el Orbital Sciences X-34 , que se desarrolló al mismo tiempo que el X-33 en 1996. [4] Objetivos del programa RLV: [4]
- Para "demostrar tecnologías que conducen a una nueva generación de impulsores espaciales capaces de entregar cargas útiles a un costo significativamente menor"
- "Proporcionar una base tecnológica para el desarrollo de sistemas de lanzamiento comerciales avanzados que harán que los fabricantes aeroespaciales estadounidenses sean más competitivos en el mercado global".
Las propuestas para el X-33 incluían diseños de: [5]
- Rockwell
- Lockheed Martin
- McDonnell Douglas
El contrato X-33 fue adjudicado a LM en 1996, y se gastaron mil millones de dólares hasta 1999, aproximadamente el 80 por ciento provino de la NASA y dinero adicional aportado por empresas privadas. [4] El objetivo era tener un primer vuelo en 1999 y un vehículo espacial operativo en 2005. [4]
.. para construir un vehículo que tarda días, no meses, en dar la vuelta; decenas, no miles, de personas para operar; con costos de lanzamiento que son una décima parte de lo que son ahora. Nuestro objetivo es un vehículo de lanzamiento reutilizable que reducirá el costo de llevar una libra de carga útil a la órbita de $ 10,000 a $ 1,000.
- Administrador de la NASA D. Goldin en el programa RLV [4]
Se presentaron tres propuestas de diseño para el X-33, y la versión LM ganó y se desarrolló aún más. [5] La propuesta de Lockheed Martin fue elegida el 2 de julio de 1996. [5] Sin embargo, el programa X-33 se canceló a principios de 2001 después de que el proyecto tuviera problemas con un tanque de combustible de hidrógeno compuesto de carbono. [6] El programa fue administrado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA . [5]
Varios años después de su cancelación, las empresas aeroespaciales resolvieron los problemas con el tanque de combustible de hidrógeno. [7]
Diseño y desarrollo
Mediante el uso de la forma del cuerpo de elevación, los tanques de combustible líquido compuestos de múltiples lóbulos y el motor aerospike, la NASA y Lockheed Martin esperaban probar volar una nave que demostraría la viabilidad de un diseño de una sola etapa a órbita (SSTO). . Una nave espacial capaz de alcanzar la órbita en una sola etapa no requeriría tanques de combustible externos o propulsores para alcanzar la órbita terrestre baja. Eliminar la necesidad de "organizar" los vehículos de lanzamiento, como el Transbordador y los cohetes Apolo, conduciría a un vehículo de lanzamiento espacial intrínsecamente más confiable y seguro. Si bien el X-33 no se acercaría a la seguridad de un avión, el X-33 intentaría demostrar una confiabilidad de 0,997, o 3 contratiempos de 1,000 lanzamientos, lo que sería un orden de magnitud más confiable que el Transbordador espacial . Los 15 vuelos experimentales X-33 planeados solo pudieron comenzar esta evaluación estadística.
La nave sin tripulación se habría lanzado verticalmente desde una instalación especialmente diseñada construida en la Base de la Fuerza Aérea Edwards, [8] y aterrizado horizontalmente ( VTHL ) en una pista al final de su misión. Se planearon vuelos de prueba suborbitales iniciales desde Edwards AFB hasta Dugway Proving Grounds al suroeste de Salt Lake City, Utah . Una vez que se completaron esos vuelos de prueba, se realizarían más pruebas de vuelo desde Edwards AFB hasta Malmstrom AFB en Great Falls, Montana , para recopilar datos más completos sobre el calentamiento de la aeronave y el rendimiento del motor a velocidades y altitudes más altas. [ cita requerida ]
El 2 de julio de 1996, la NASA seleccionó a Lockheed Martin Skunk Works de Palmdale, California , para diseñar, construir y probar el vehículo experimental X-33 para el programa RLV. El concepto de diseño de Lockheed Martin para el X-33 se seleccionó entre los conceptos competidores de Boeing y McDonnell Douglas . Boeing propuso un diseño derivado del transbordador espacial , y McDonnell Douglas propuso un diseño basado en su vehículo de prueba DC-XA de despegue y aterrizaje vertical ( VTVL ) . [ cita requerida ]
El X-33 sin tripulación estaba programado para volar 15 saltos suborbitales a cerca de 75,8 km de altitud. [9] Debía ser lanzado en posición vertical como un cohete y en lugar de tener una trayectoria de vuelo recta, volaría en diagonal hacia arriba durante la mitad del vuelo, alcanzando alturas extremadamente altas, y luego durante el resto del vuelo se deslizaría hacia una pista.
El X-33 nunca tuvo la intención de volar a más de 100 km de altitud, ni a más de la mitad de la velocidad orbital. Si se hubieran realizado pruebas satisfactorias, habría sido necesaria la extrapolación para aplicar los resultados a un vehículo orbital propuesto. [9]
La decisión de diseñar y construir el X-33 surgió de un estudio interno de la NASA titulado "Acceso al espacio". [10] A diferencia de otros estudios de transporte espacial, "Acceso al espacio" iba a resultar en el diseño y construcción de un vehículo.
Vuelo espacial comercial
Basado en la experiencia X-33 compartida con la NASA, Lockheed Martin esperaba presentar el caso comercial para un SSTO RLV a gran escala, llamado VentureStar , que se desarrollaría y operaría a través de medios comerciales. La intención era que en lugar de operar sistemas de transporte espacial como lo ha hecho con el Transbordador Espacial , la NASA buscaría en cambio a la industria privada para operar el vehículo de lanzamiento reutilizable y la NASA compraría servicios de lanzamiento del proveedor de lanzamiento comercial. Por lo tanto, el X-33 no solo se trataba de perfeccionar las tecnologías de vuelo espacial, sino también de demostrar con éxito la tecnología necesaria para hacer posible un vehículo de lanzamiento comercial reutilizable. [ cita requerida ]
El VentureStar iba a ser el primer avión comercial en volar al espacio. El VentureStar estaba destinado a vuelos intercontinentales largos y se suponía que estaría en servicio en 2012, pero este proyecto nunca fue financiado ni iniciado. [ cita requerida ]
Cancelación
El programa fue cancelado en febrero de 2001. [6] Se informó que la razón principal de esto fue un retraso causado en la terminación de los tanques de combustible. [6]
La construcción del prototipo estaba ensamblada en un 85% con el 96% de las piezas y la instalación de lanzamiento estaba completa en un 100% [8] cuando el programa fue cancelado por la NASA en 2001, después de una larga serie de dificultades técnicas que incluyeron inestabilidad de vuelo y exceso de peso .
En particular, el tanque de combustible de hidrógeno líquido compuesto falló durante las pruebas en noviembre de 1999. El tanque se construyó con paredes y estructuras internas compuestas en forma de panal para reducir su peso. Se necesitaba un tanque más ligero para que la nave demostrara las tecnologías necesarias para las operaciones de una sola etapa a la órbita. La fracción de masa de una nave SSTO alimentada con hidrógeno requiere que el peso del vehículo sin combustible sea el 10% del peso con combustible completo. Esto permitiría que un vehículo vuele a la órbita terrestre baja sin la necesidad del tipo de impulsores externos y tanques de combustible que utiliza el transbordador espacial. Pero, después de que el tanque compuesto fallara en el banco de pruebas durante las pruebas de carga de combustible y presión, la NASA llegó a la conclusión de que la tecnología de la época simplemente no era lo suficientemente avanzada para tal diseño. Si bien las paredes del tanque compuesto eran más livianas, la forma extraña del tanque de hidrógeno resultó en uniones complejas que aumentaron la masa total del tanque compuesto por encima de la de un tanque a base de aluminio. [11]
La NASA había invertido $ 922 millones en el proyecto antes de la cancelación y Lockheed Martin otros $ 357 millones. Debido a los cambios en el negocio de los lanzamientos espaciales, incluidos los desafíos que enfrentan empresas como Globalstar , Teledesic e Iridium y la caída resultante en el número anticipado de lanzamientos de satélites comerciales por año, Lockheed Martin consideró que el desarrollo continuo del X-33 de forma privada sin el apoyo del gobierno no sería rentable. [ cita requerida ]
Características generales
- Longitud: 69 pies (21 m)
- Ancho: 77 pies (23 m)
- Peso máximo al despegue: 285.000 lb (129.274 kg)
- Capacidad de combustible: 210,000 lb (95,000 kg)
- Planta motriz: 2 × motor de cohete aerospike lineal XRS-2200 , 410,000 lbf (1,800 kN) de empuje cada uno
Actuación
- Velocidad máxima: 9,896 mph (15,926 km / h, 8,599 kn)
- Velocidad máxima: Mach 13
Investigación continua
Después de la cancelación en 2001, los ingenieros pudieron hacer un tanque de oxígeno líquido en funcionamiento a partir de un compuesto de fibra de carbono. [12] Las pruebas demostraron que los compuestos eran materiales viables para tanques de oxígeno líquido [13]
El 7 de septiembre de 2004, Northrop Grumman y los ingenieros de la NASA dieron a conocer un tanque de hidrógeno líquido hecho de material compuesto de fibra de carbono que había demostrado la capacidad de repetidos repostajes y ciclos de lanzamiento simulados. [7] Northrop Grumman concluyó que estas pruebas exitosas han permitido el desarrollo y perfeccionamiento de nuevos procesos de fabricación que permitirán a la empresa construir grandes tanques compuestos sin autoclave ; y desarrollo de diseño e ingeniería de tanques de combustible conformados apropiados para su uso en un vehículo de una sola etapa a órbita. [14]
Las propuestas alternativas
Cinco empresas expresaron interés y propusieron conceptos. De esos cinco Lockheed Martin, Rockwell y McDonnell Douglas fueron seleccionados para elaborar propuestas más detalladas. [15]
Rockwell
Rockwell propuso un diseño derivado del transbordador espacial . [16] Habría utilizado un motor principal del transbordador espacial (SSME) y dos motores RL-10 -5A. [17] : 49
En un sistema posterior a gran escala para alcanzar la órbita, Rockwell planeó utilizar seis motores Rocketdyne RS-2100 . [17] : 49
McDonnell Douglas
McDonnell Douglas presentó un diseño que utiliza motores de campana de oxígeno / hidrógeno líquido basados en su vehículo de prueba DC-XA de despegue y aterrizaje vertical . [6] Habría utilizado un solo SSME para el sistema de propulsión principal. [17] : 47 [18]
Ver también
- Aeroespacial Armadillo
- Origen azul
- Blue Origin New Shepard
- Aviones espaciales de Bristol
- Sistemas interorbitales
- Kankoh-maru
- Lista de cancelaciones de la NASA
- Desafío de aterrizaje lunar
- Masten Space Systems
- McDonnell Douglas DC-X
- Quad (cohete)
- Programa de pruebas de vehículos reutilizables de JAXA
- Skylon (nave espacial)
- Retiro del transbordador espacial
- Zarya
Referencias
- ^ a b c Mark Wade. "X-33" . Enciclopedia Astronautica. Archivado desde el original el 15 de febrero de 2017 . Consultado el 25 de febrero de 2015 .
- ^ a b Wikisource: Demostrador de tecnología avanzada X-33
- ^ David, Leonard (15 de octubre de 2009). "Avión cohete reutilizable se eleva en vuelo de prueba" . NBC News . Consultado el 27 de octubre de 2009 .
- ^ a b c d e f Vehículo de lanzamiento reutilizable
- ^ a b c d Propuestas de diseño de contratista X-33 Septiembre de 2009 Muestra las tres propuestas
- ^ a b c d X-33 Propuesta de McDonnell Douglas - Gráfico de computadora septiembre de 2009
- ↑ a b Northrop Grumman. "Northrop Grumman, NASA Complete Testing of Prototype Composite Cryogenic Fuel Tank" , Comunicados de prensa , 7 de septiembre de 2004, consultado el 9 de enero de 2017.
- ^ a b "Complejo de lanzamiento X-33 (Área 1-54)" (PDF) . USAF. Archivado desde el original (PDF) el 2011-06-05 . Consultado el 30 de junio de 2011 .
- ^ a b "Declaración de impacto ambiental, aviso de intención 96-118" . NASA. 7 de octubre de 1996.
Las pruebas de vuelo involucrarían velocidades de hasta Mach 15 y altitudes de hasta aproximadamente 75,800 metros ... El programa de prueba se basó en un total combinado de 15 vuelos.
- ^ "Los orígenes de la política del X-33" . NASA. 23 de septiembre de 1998.
- ^ Bergin, Chris (4 de enero de 2006). "X-33 / VentureStar - Lo que realmente pasó" . Vuelo espacial de la NASA.
- ^ Graf, Neil (2001). "Prueba de tanque de oxígeno líquido compuesto de subescala" (PDF) . Compuestos de alto rendimiento .
- ^ Graf, Neil (2001). "Pruebas de compatibilidad de oxígeno de materiales compuestos" (PDF) . Compuestos de alto rendimiento .
- ^ Black, Sara (noviembre de 2005). "Actualización sobre tanques compuestos para criógenos" . Compuestos de alto rendimiento .
- ^ X33; Vadear
- ^ Imagen de propuesta de demostrador de tecnología Rockwell International X-33
- ^ a b c Taller de la Fuerza Aérea del Proyecto RAND 1995 sobre vehículos transatmosféricos - capítulo 3
- ^ Actas completas del taller de 1995 RAND TAV
enlaces externos
- Vuelo X-33 simulado en YouTube
- X-33 (Historia), EE. UU .: NASA.
- "X-33", aviones X , Federación de Científicos Estadounidenses.
- Estado del programa de vehículos de lanzamiento reutilizables X-33 (PDF) , EE. UU .: GAO, agosto de 1999.
- Cancelación del X-33 (comunicado de prensa), NASA, 1 de marzo de 2001[ enlace muerto permanente ] .
- Complejo de lanzamiento X-33 (Área 1-54) (PDF) , WP AFB: Fuerza aérea, archivado desde el original (PDF) el 2011-06-05