Локхид Мартин Х-33 - Lockheed Martin X-33

Х-33
2009VersionX33.JPG
Смоделированный вид Х-33 в полете
ФункцияБез винта многоразового использования космоплан демонстратор технологий
ПроизводительЛокхид Мартин
Страна происхожденияСоединенные Штаты
Стоимость проекта922 миллиона долларов НАСА + 357 миллионов долларов Lockheed Martin[1]
Размер
Высота20 м (66 футов)[2]
Масса129000 кг (285000 фунтов)[2]
Этапы1
История запуска
Положение делОтменено
Детали двигателя
Двигатели2 XRS-2200 линейные шипы[1]
Толкать1800 кН (410 000 фунтов-силы)[1]
ТопливоLOX /LH2

В Локхид Мартин Х-33 был непрофессиональным демонстратором технологий суборбитальный космоплан разработан в 1990-х годах в правительство США –Финансировано Инициатива космического запуска программа. X-33 был демонстратором технологий для VentureStar орбитальный космоплан, который планировалось стать следующим поколением, коммерчески эксплуатируется многоразовая ракета-носитель. X-33 должен был провести летные испытания ряда технологий, которые, по мнению НАСА, были необходимы. одноступенчатый на орбиту многоразовые ракеты-носители (SSTO RLV), например металлические системы тепловой защиты, составной криогенный топливные баки для жидкий водород, то аэрокосмический двигатель, автономное (без экипажа) управление полетом, быстрое время разворота полета за счет оптимизированных операций и подъемное тело аэродинамика.

Отказ его 21-метрового размаха крыла и многолепесткового топливного бака из композитного материала во время испытаний под давлением в конечном итоге привел к прекращению федеральной поддержки программы в начале 2001 года. Lockheed Martin провела не связанные испытания и добилась единственного успеха после череда неудач совсем недавно, в 2009 году, с использованием модели в масштабе 2 метра.[3]

История

В 1994 году НАСА инициировало Программа многоразовых ракет-носителей (RLV), что, среди прочего, привело к разработке X-33 за несколько лет.[4] Еще одним важным средством в этой программе было Орбитальные науки X-34, который к 1996 году разрабатывался одновременно с Х-33.[4]Цели программы RLV:[4]

  • «Продемонстрировать технологии, ведущие к новому поколению космических ускорителей, способных доставлять полезные нагрузки по значительно более низкой цене»
  • «Обеспечить технологическую базу для разработки передовых коммерческих систем запуска, которые сделают американских производителей аэрокосмической продукции более конкурентоспособными на мировом рынке».

Предложения по Х-33 включали конструкции от:[5]

  • Rockwell
  • Локхид Мартин
  • Макдоннелл Дуглас

Контракт с X-33 был заключен с LM в 1996 году, и в течение 1999 года было потрачено 1 миллиард долларов, из которых около 80 процентов поступило от НАСА, а дополнительные деньги были внесены частными компаниями.[4] Цель заключалась в том, чтобы к 1999 году совершить первый полет, а к 2005 году - запустить космический аппарат.[4]

.. построить автомобиль, который требует дней, а не месяцев, чтобы развернуться; десятки, а не тысячи людей для работы; с затратами на запуск, которые составляют десятую часть нынешних. Наша цель - создать многоразовую ракету-носитель, которая сократит стоимость доставки фунта полезной нагрузки на орбиту с 10 000 до 1 000 долларов.

— Д. Голдин Администратор НАСА по программе RLV[4]

Было представлено три проектных предложения для X-33, и версия L.M. победила и получила дальнейшее развитие.[5] Предложение Lockheed Martin было выбрано 2 июля 1996 года.[5] Однако программа X-33 была отменена в начале 2001 года после того, как у проекта возникли проблемы с топливным баком из углеродного композитного водорода.[6] Программа управлялась НАСА Центр космических полетов Маршалла.[5]

Спустя несколько лет после его отмены проблемы с водородным топливным баком решили авиакосмические компании.[7]

Дизайн и развитие

Модель Х-33 готовится к испытаниям в аэродинамической трубе 1997 г.
Испытание системы тепловой защиты Х-33, 1998 г.
Космическое искусство Х-33 на орбите
Еще одна концепция этого в космосе

За счет использования формы подъемного корпуса, композитных многолепестковых баков для жидкого топлива и аэрокосмического двигателя, НАСА и Локхид Мартин надеялся испытать самолет, который продемонстрирует жизнеспособность одноступенчатый на орбиту (ССТО) дизайн. Космическому кораблю, способному выйти на орбиту за одну ступень, не потребуются внешние топливные баки или ускорители для достижения низкой околоземной орбиты. Отказ от необходимости "постановки" с ракетами-носителями, такими как ракеты "Шаттл" и "Аполлон", приведет к созданию более надежной и безопасной космической ракеты-носителя. В то время как X-33 не приблизился бы к уровню безопасности самолета, X-33 попытался бы продемонстрировать надежность 0,997 или 3 неудачи из 1000 запусков, что было бы на порядок более надежным, чем Космический шатл. 15 запланированных экспериментальных полетов X-33 могли только начать эту статистическую оценку.

Стартовый комплекс Х-33 уже завершен на База ВВС Эдвардс.

Беспилотный аппарат должен был запускаться вертикально со специально спроектированного объекта, построенного на базе ВВС Эдвардс,[8] и приземлился горизонтально (VTHL ) на взлетно-посадочной полосе в конце своей миссии. Первоначальные суборбитальные испытательные полеты были запланированы с авиабазы ​​Эдвардс на Земельный полигон к юго-западу от Солт-Лейк-Сити, Юта После того, как эти испытательные полеты были завершены, дальнейшие летные испытания должны были проводиться с авиабазы ​​Эдвардс в База Мальмстрем в Грейт-Фолс, Монтана, чтобы собрать более полные данные о нагреве самолета и работе двигателя на больших скоростях и высотах.[нужна цитата ]

2 июля 1996 года НАСА выбрало Lockheed Martin. Скунс Работает из Палмдейл, Калифорния, чтобы спроектировать, построить и испытать экспериментальный автомобиль X-33 для программы RLV. Концепция дизайна Lockheed Martin для X-33 была выбрана среди конкурирующих концепций из Боинг и Макдоннелл Дуглас. Боинг предложил Космический шатл -предполагаемая конструкция, и Макдоннелл Дуглас предложил конструкцию, основанную на его вертикальном взлете и посадке (ВТВЛ ) DC-XA тестовый автомобиль.[нужна цитата ]

Беспилотный Х-33 должен был совершить 15 суборбитальных прыжков на высоту около 75,8 км.[9] Он должен был быть запущен в вертикальном положении, как ракета, и вместо того, чтобы иметь прямую траекторию полета, он должен был лететь по диагонали вверх на половине полета, достигая чрезвычайно больших высот, а затем на остальной части полета планировать обратно на взлетно-посадочную полосу.

X-33 никогда не предназначался для полетов выше 100 км и более половины орбитальной скорости. Если бы какие-либо успешные испытания прошли, потребовалась бы экстраполяция, чтобы применить результаты к предлагаемому орбитальному аппарату.[9]

Решение разработать и построить X-33 стало результатом внутреннего исследования НАСА под названием «Доступ в космос».[10] В отличие от других исследований космического транспорта, "Доступ в космос" должен был привести к проектированию и созданию транспортного средства.

Коммерческий космический полет

На основе опыта X-33, предоставленного НАСА, Локхид Мартин надеялся сделать экономическое обоснование для полномасштабного SSTO RLV, названного VentureStar, который будет разрабатываться и эксплуатироваться коммерческими средствами. Намерение состояло в том, чтобы вместо использования космических транспортных систем, как это было с Космический шатл Вместо этого НАСА обратится к частному сектору для эксплуатации многоразовой ракеты-носителя, а НАСА купит услуги по запуску у поставщика коммерческих запусков. Таким образом, X-33 предназначался не только для отработки технологий космических полетов, но и для успешной демонстрации технологий, необходимых для создания коммерческой многоразовой ракеты-носителя.[нужна цитата ]

VentureStar должен был стать первым коммерческим самолетом, который полетел в космос. VentureStar предназначался для длительных межконтинентальных рейсов и должен был быть введен в эксплуатацию к 2012 году, но этот проект так и не был профинансирован и начат.[нужна цитата ]

Двигатель Aerospike тест на Космический центр Стеннис, 6 августа 2001 г.

Аннулирование

Программа была отменена в феврале 2001 года.[6] Основной причиной этого была задержка с заполнением топливных баков.[6]

Конструкция прототипа была собрана на 85% с 96% деталей и стартовой площадкой на 100%.[8] завершено, когда программа была отменена НАСА в 2001 году после долгой серии технических трудностей, включая нестабильность полета и превышение масса.

В частности, композитный резервуар для жидкого водородного топлива вышел из строя во время испытаний в ноябре 1999 года. Резервуар был сконструирован из сотовых композитных стен и внутренних конструкций для уменьшения его веса. Более легкий танк потребовался для корабля, чтобы продемонстрировать необходимые технологии для одноступенчатого вывода на орбиту. Корабли SSTO, работающие на водороде массовая доля требует, чтобы вес автомобиля без топлива составлять 10% от полностью заправленного веса. Это позволило бы аппарату летать на низкую околоземную орбиту без необходимости в каких-то внешних ускорителях и топливных баках, используемых космическим шаттлом. Но после того, как композитный бак вышел из строя на испытательном стенде во время заправки топливом и испытаний под давлением, НАСА пришло к выводу, что технологии того времени просто не были достаточно развитыми для такой конструкции. В то время как сами композитные стенки резервуара были легче, странная форма резервуара для водорода привела к сложным соединениям, увеличившим общую массу композитного резервуара до большей, чем у резервуара на основе алюминия.[11]

Ученые НАСА обнаружили проблему микротрещин в многодольчатой ​​активной зоне жидкого водорода (LH2). Центр космических полетов Годдарда в конечном итоге заставило НАСА отменить программу X-33

НАСА инвестировало в проект 922 миллиона долларов до его отмены, а Lockheed Martin - еще 357 миллионов долларов. Из-за изменений в бизнесе космических запусков, включая проблемы, с которыми сталкиваются такие компании, как Глобалстар, Teledesic, и Иридий и, как следствие, снижение ожидаемого числа запусков коммерческих спутников в год - Lockheed Martin считал, что продолжение разработки X-33 в частном порядке без государственной поддержки будет невыгодным.[нужна цитата ]

Общие характеристики

  • Длина: 69 футов (21 м)
  • Ширина: 77 футов (23 м)
  • Максимальный взлетный вес: 285000 фунтов (129274 кг)
  • Вместимость топливных баков: 210,000 фунтов (95,000 кг)
  • Электростанция: 2 × XRS-2200 линейный аэроспайк ракетный двигатель, Тяги 410 000 фунтов-силы (1800 кН) каждый

Спектакль

  • Максимальная скорость: 9,896 миль / ч (15,926 км / ч, 8,599 узлов)
  • Максимальная скорость: Мах 13

Продолжение исследований

После отмены в 2001 году инженеры смогли сделать рабочий резервуар жидкого кислорода из углеродно-волокнистого композита.[12] Испытания показали, что композиты являются подходящими материалами для резервуаров с жидким кислородом.[13]

7 сентября 2004 года инженеры Northrop Grumman и NASA представили резервуар для жидкого водорода, сделанный из композитного материала из углеродного волокна, который продемонстрировал способность к повторной заправке топливом и моделированию циклов запуска.[7] Northrop Grumman пришел к выводу, что эти успешные испытания позволили разработать и усовершенствовать новые производственные процессы, которые позволят компании создавать большие композитные резервуары без автоклав; а также проектирование и инженерные разработки конформных топливных баков, пригодных для использования на одноступенчатом орбитальном аппарате.[14]

Альтернативные предложения

Пять компаний проявили интерес и предложили концепции. Из этих пяти Lockheed Martin, Rockwell и McDonnell Douglas были отобраны для проработки более подробных предложений.[15]

Rockwell

Роквелл предложил Космический шатл -дизайн.[16] Он бы использовал один Главный двигатель космического челнока (SSME) и два RL-10 -5А двигатели.[17]:49

В последующей полномасштабной системе для выхода на орбиту Rockwell планировал использовать шесть Rocketdyne RS-2100 двигатели.[17]:49

Макдоннелл Дуглас

Макдоннелл Дуглас отличался конструкцией с использованием колокольных двигателей на жидком кислороде / водороде на основе его вертикальный взлет и посадка DC-XA тестовый автомобиль.[6] В качестве главной двигательной установки он должен был использовать один SSME.[17]:47[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Марк Уэйд. «Х-33». Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинал 15 февраля 2017 г.. Получено 25 февраля 2015.
  2. ^ а б Wikisource: X-33 Advanced Technology Demonstrator
  3. ^ Дэвид, Леонард (15 октября 2009 г.). «Многоразовый ракетоплан взлетает в испытательном полете». Новости NBC. Получено 27 октября 2009.
  4. ^ а б c d е ж Многоразовая ракета-носитель
  5. ^ а б c d Предложения подрядчика по проектированию X-33 Сентябрь 2009 г. Показывает все три предложения
  6. ^ а б c d Предложение X-33 Макдоннелла Дугласа - компьютерная графика Сентябрь 2009 г.
  7. ^ а б Northrop Grumman. "Northrop Grumman, НАСА завершили испытания прототипа составного криогенного топливного бака", Выпуски новостей, 7 сентября 2004 г., по состоянию на 9 января 2017 г.
  8. ^ а б «Стартовый комплекс Х-33 (Зона 1-54)» (PDF). USAF. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-06-05. Получено 2011-06-30.
  9. ^ а б «Заявление о воздействии на окружающую среду, уведомление о намерении 96-118». НАСА. 7 октября 1996 г. Летные испытания предполагали скорость до 15 Маха и высоту примерно до 75 800 метров ... Программа испытаний предусматривала в общей сложности 15 полетов.
  10. ^ "Истоки политики X-33". НАСА. 23 сентября 1998 г.
  11. ^ Бергин, Крис (4 января 2006 г.). «X-33 / VentureStar - Что случилось на самом деле». Космический полет НАСА.
  12. ^ Граф, Нил (2001). «Подшкала испытаний композитного жидкого кислородного баллона» (PDF). Высокопроизводительные композиты.
  13. ^ Граф, Нил (2001). «Проверка кислородной совместимости композитных материалов» (PDF). Высокопроизводительные композиты.
  14. ^ Блэк, Сара (ноябрь 2005 г.). «Обновленная информация о композитных резервуарах для криогенов». Высокопроизводительные композиты.
  15. ^ X33; Уэйд
  16. ^ Предложение компании Rockwell International X-33 для демонстрации технологий изображение
  17. ^ а б c RAND 1995 Project Air Force Workshop по трансатмосферным транспортным средствам - глава 3
  18. ^ Полный протокол семинара RAND TAV 1995 года

внешняя ссылка