kosmo.cz - Nosiče - X-33, VentureStar

X-33 měl být letový model (postavený v polovičním měřítku - délka 20,3 m, rozpětí 20,6 m) vícenásobně použitelného nosného prostředku RLV (Reusable Launch Vehicle) VentureStar. Projekt VentureStar firmy Lockheed-Martin byl v červnu 1996 vybrán NASA jako budoucí náhrada raketoplánu (STS). Od RLV se očekávalo, že dokáže uskutečnit 20-30 letů ročně za cenu asi 40 mil. USD za let při nosné kapacitě nejméně 18000 kg na nízkou dráhu. To by umožnilo snížit cenu za dopravu 1 kg zatížení na oběžnou dráhu z 10000 USD (klasické rakety) či 20000 USD (raketoplán) na pouhých 2000 USD. O konečné konstrukci RLV se mělo rozhodnout v roce 1999 a dokončen měl být v roce 2003. Projekt X-33 měl tedy sloužit k ověření koncepce RLV. Dalším podpůrným programem pro RLV byl projekt X-34, který NASA svěřila firmě Orbital Sciences Corporation (OSC), ale který nebyl dokončen stejně jako X-33.

Konkurenčními projekty X-33 byly návrhy firmy McDonell Douglas, vycházející z DC-X (nepříznivým faktorem bylo vertikální přistání), a firmy Rockwell, která navrhovala bezpilotní raketoplán (neuspěla pro příliš velké křídlo).

Projekt VentureStar vycházel z konceptu vztlakového tělesa poháněného novým raketovým motorem s centrálním tělesem (tzv. "aerospike"). X-33 měl mít dva menší motory J-2S, VentureStar počítal s osmi velkými motory RS-2200.

Aerospike (aerodynamic spike) motor je raketový motor s toroidální spalovací komorou vně trysky, tvořené aerodynamicky tvarovaným centrálním tělesem. Tryska je tedy obtékána po vnější straně a není uzavřená; okolní atmosféra se chová, vzhledem k nadzvukovému proudění výtokových plynů, jako "pružná stěna". Jak raketa stoupá a atmosférický tlak působící na proud výtokových plynů klesá, mění se automaticky expanzní "průřez" trysky. Účinnost motoru je tak optimální pro značný rozsah výšek.

Desetkrát zmenšený model motoru byl ověřován na hřbetě upravenáho letounu NASA SR-71 Blackbird. Letoun se při experimentech pohyboval rychlostí až M=3 ve výšce asi 25 km. Doba hoření motoru LASRE (Linear Aerospike SR-71 Experiment) byla 2 - 3 sekundy, tah asi 35 kN. První let se uskutečnil 31.10.1997. Ověřování bylo úspěšné a ještě před koncem roku 1997 se potvrdila realizovatelnost motoru (v roce 2001 bylo testování ukončeno).

Pro tepelnou ochranu vztlakového tělesa měly být použity uhlíkové kompozity na přídi a na náběžných hranách, pro oblast s teplotami kolem 980°C kovové desky ze superslitiny Inco-617, pro teploty kolem 700°C měly stačit kovové desky z titanové slitiny Ti-1100 a pro části s teplotami pod 700°C jen izolační desky.

X-33 měl startovat vertikálně jako raketa a přistávat horizontálně jako letadlo. S výstavbou startovního komplexu pro X-33 bylo ve východní části Edwards AFB započato 14.11.1997.

Mělo proběhnout na 15 zkušebních letů (v automatickém režimu, na základně Edwards AFB). Maximální dosažená rychlost měla být cca M=15 (pro dosažení oběžné dráhy je třeba alespoň M=25).

X-33 tedy měla být plně automatická, plně funkční, poloviční verzeVentureStar - pohon je stejný, pohonné látky jsou stejné, aerodynamika je stejná a způsob letu je stejný. To mělo umožnit ověřit řadu technologií a zařízení potřebných pro VentureStar.

Koncem roku 1997 technický projekt X-33 prošel závěrečnou oponenturou a byla zahájena konstrukční fáze. Stavbu prováděla firma Lockheed Martin v Palmdale (Kalifornie). První dodanou důležitou součástí byla 10.02.1998 hliníková nádrž na kapalný kyslík (délka 7,9 m, hmotnost 2500 kg, obsah 82000 kg LOX).

V dalších letech se však objevily problémy, které způsobily velké zdržení a nakonec zrušení celého programu. Skluz měl vývoj aerospike motorů, ale hlavním problémem bylo prasknutí kompozitové nádrže na LH₂ při tlakové zkoušce koncem roku 1999. Nejprve bylo rozhodnuto ji na prototypu X-33 nahradit nádrží z duralových slitin i za cenu zhoršení letových parametrů, ale v roce 2001 byl projekt definitivně ukončen.

Následující tabulka ukazuje, co vše mohl X-33 ověřit pro VentureStar.

EXTERNÍ OVĚŘOVÁNÍ

X-33 Ověřované elementy VentureStar RLV

X-33 external diagram
Měřítko: 53%
Startovní hmotnost: 130 t
Délka: 21 m

Aerodynamický tvar

Zabudování aerospike motoru

Aerospike pohon

Uhlíkové elevony

Uhlíkové náběžné hrany

Uhlíková příď

Vysokoteplotní kovová kormidla

Kovová tepelná ochrana povrchu

VentureStar RLV external diagram
Měřítko: 100%
Startovní hmotnost: 1193 t
Délka: 46 m

INTERNÍ OVĚŘOVÁNÍ

X-33 Ověřované elementy VentureStar RLV

X-33 internal diagram

Kompozitové nosné konstrukce

Kompozitové nádrže vodíku

Vysokoteplotní nosné konstrukce povrchu

Vnitřní uspořádání

Vnitřní namáhání

Integrace kovové tepelné ochrany

VentureStar RLV internal diagram

OVĚŘOVÁNÍ POHONU

X-33 Ověřované elementy VentureStar RLV

X-33 propulsion diagram
Počet motorů: 2
Tah motoru: 0,9 MN
Tlak v komoře: 5,9 MPai
Počet trysek motoru: 10

Aerospike trysky

Namáhání mezi motorem a tělesem

Plynové generátory

Kryogenní pohonně hmoty

Vícenásobné trysky

Tvar a materiál trysky

Vektorování tahu

VentureStar propulsion diagram
Počet motorů: 8
Tah motoru: 1,9 MN
Tlak v komoře: 15,5 MPa
Počet trysek motoru: 14

Technologie, které nemohly být na X-33 přímo ověřeny, měly být ověřovány při pozemních testech a počítačových simulacích.

Následující tabulka ukazuje, jak měl X-33 ve spojení s pozemnímy testy posloužit při konečném návrhu VentureStar.

X-33: COUNTDOWN K VENTURESTAR

X-33 Pozemní testy VentureStar

Vztlakové těleso Série letových zkoušek aerodynamiky vztlakového tělesa, sestavování nosiče, kompozitových struktur a namáhání konstrukce testování ve větrném tunelu a počítačové simulace ověřený tvar vztlakového tělesa.

Lineární aerospike motor Dva poloviční lineární aerospike motory demonstrující začlenění této technologie do vztlakového tělesa pozemní testy letových aerospike motorů RS-2200 ověřující jejich parametry sedm lineárních aerospike motorů RS-2200 certifikovaných pro 100 letů s 20 lety mezi středními opravami a 60 lety mezi generálními opravami.

Nádrže na kapalný vodík Dvě poloviční kompozitové nádrže na kapalný vodík demonstrující jejich vhodnost série testů na kompozitové vodíkové nádrži ve čtvrtinové velikosti pro ověření trvanlivosti dvě velké kompozitové nádrže na kaplný vodík certifikované pro 100 letů.

Nádrže na kaplný kyslík Jedna poloviční kompozitová nádrž na kapalný kyslík demonstrující její vhodnost série testů na kompozitové kyslíkové nádrži pro ověření trvanlivosti a únosnosti velká kompozitová nádrž na kaplný kyslík certifikovaná pro 100 letů.

Dlaždice tepelné ochrany Kovové dlaždice tepelné ochrany na kritických částech X-33 demonstrující letovou vhodnost, robustnost a snadnost oprav série testů k potvrzení trvanlivosti kovových dlaždic tepelné ochrany ověřený systém tepelné ochrany s kovovými dlaždicemi certifikovaný pro 100 letů.

Subsystémy Prototyp subsystémů (podvozek, turbo alternátory, reaktivní řídicí systém, termoregulační systém, avionika) ověřovaných za letu vývoj nového podvozku a specializované avioniky ověřené subsystémy s vyhovující hmotností a certifikované pro 100 letů.

Pozemní operace Demonstrace bezpečnosti, spolehlivosti a automatizovaného pozemního vybavení vývoj plně automatizovaného pozemního vybavení plně automatizované pozemní operace.

Letové operace Demonstrace autonomního vzletu, návratu a přistání přidání vlastností pro autonomní operace na oběžné dráze a s nákladem, počítačová simulace autonomního spojování s mezinárodní kosmickou stanicí ISS plně autonomní letové operace.

Aktualizováno : 04.02.2006

[ Obsah | DC-X | X-34 ]

Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.

(originál je na https://mek.kosmo.cz/nosice/usa/x33/index.htm)