Макдоннелл Дуглас DC-X
 Концепт многоразовой ракеты-носителя (RLV) McDonnell Douglas DC-XA | |
| Функция | Прототип ССТО автомобиля |
|---|---|
| Производитель | Макдоннелл Дуглас ( Хантингтон-Бич, Калифорния ) |
| Страна происхождения | Соединенные Штаты |
| Стоимость проекта | 60 миллионов долларов (1991) |
| Размер | |
| Высота | 12 метров (39 футов) |
| Диаметр | 4,1 метра (13 футов) |
| Масса | 18 900 кг (41 700 фунтов) |
| Этапы | 1 |
| История запуска | |
| Статус | Ушедший на пенсию |
| Запуск сайтов | Ракетный полигон Уайт-Сэндс |
| Всего запусков | 12 |
| Успех(а) | 8 |
| Неудачи | 1 |
| Частичный отказ(ы) | 3 |
| Первый полет | 18 августа 1993 г. |
| Последний рейс | 31 июля 1996 г. |
| Первый этап | |
| Диаметр | 4,1 метра (13 футов) |
| Пустая масса | 9100 кг (20100 фунтов) |
| Полная масса | 18 900 кг (41 700 фунтов) |
| Питаться от | Четыре РЛ-10А-5. жидкостных ракетных двигателя четыре газообразных кислородно- водородных двигателя |
| Максимальная тяга | Основные ракеты, 60 кН (13 000 фунтов силы ) Подруливающие устройства, 2,0 кН (440 фунтов силы) |
| Порох | Жидкий кислород и жидкий водород |
DC -X , сокращение от Delta Clipper или Delta Clipper Experimental , представлял собой беспилотный прототип многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя, выводимой на орбиту , построенной компанией McDonnell Douglas совместно с обороны США Министерства Организацией стратегических оборонных инициатив (англ. SDIO) с 1991 по 1993 год. С 1994 по 1995 год испытания продолжались за счет финансирования американского гражданского космического агентства NASA . [1] В 1996 году технология DC-X была полностью передана НАСА, которое модернизировало конструкцию для улучшения характеристик для создания DC-XA . После того, как испытательный полет DC-XA в 1996 году привел к возгоранию, проект был отменен. Несмотря на отмену, программа вдохновила на создание более поздних многоразовых пусковых систем . Майкл Д. Гриффин с тех пор похвалил эту программу как «государственные исследования и разработки в лучшем виде». [2]
Фон
[ редактировать ]По словам писателя Джерри Пурнелла : «DC-X был задуман в моей гостиной и продан Национального космического совета председателю Дэну Куэйлу генералом Грэмом , Максом Хантером и мной». Однако, по словам Макса Хантера, он упорно пытался убедить Lockheed Martin в ценности этой концепции в течение нескольких лет, прежде чем уйти на пенсию. [3] В 1985 году Хантер написал статью под названием «Возможность», подробно описывающую концепцию одноступенчатого космического корабля, выходящего на орбиту, построенного с использованием недорогих готовых коммерческих деталей и доступных на тот момент технологий. [4] но Lockheed Martin не была настолько заинтересована, чтобы самостоятельно финансировать такую программу.
15 февраля 1989 года Пурнель, Грэм и Хантер смогли добиться встречи с вице-президентом Дэном Куэйлом. [5] Они успешно «продали» эту идею SDIO, отметив, что любая космическая система вооружения должна будет обслуживаться космическим кораблем, который будет гораздо более надежным, чем « Спейс Шаттл» , и будет предлагать более низкие затраты на запуск и иметь гораздо лучшие сроки выполнения работ. [ нужна ссылка ]
Учитывая неопределенность конструкции, основной план заключался в том, чтобы создать намеренно простой испытательный аппарат и «немного полетать, немного сломаться», чтобы получить опыт работы с полностью многоразовыми космическими кораблями быстрого оборота. По мере накопления опыта работы с кораблем сначала будет построен более крупный прототип для суборбитальных , а затем и орбитальных испытаний. Наконец, на основе этих прототипов будет разработан коммерчески приемлемый автомобиль. В соответствии с общей авиационной терминологией они предложили назвать небольшой прототип DC-X, где X — обозначение ВВС США, означающее «экспериментальный». За ним последует «DC-Y», где Y будет обозначением ВВС США для предсерийных испытательных самолетов и прототипов (например, YF-16 ). Наконец, серийная версия будет известна как «DC-1». [ нужна ссылка ] Название «Delta Clipper» было выбрано в результате аббревиатуры «DC», чтобы установить связь с авиалайнерами Douglas «серии DC», начиная с Douglas DC-1 . [ нужна ссылка ]
Транспортное средство вдохновлено проектами инженера McDonnell Douglas Филипа Боно , который видел в одноступенчатых подъемниках вертикального взлета и посадки будущее космических путешествий. [6] Delta Clipper был очень похож на автомобиль Боно SASSTO 1967 года. Боно умер менее чем за три месяца до первого испытательного полета DC-X. [7]
Требование SDIO
[ редактировать ]SDIO хотела создать «суорбитальную возвращаемую ракету (SRR), способную поднимать до 3000 фунтов (1361 кг) полезного груза на высоту 1,5 миллиона футов (457 км); возвращаться на стартовую площадку для точной мягкой посадки; с возможностью запустить новую миссию в течение трех-семи дней». [8] : 4
Спецификация
[ редактировать ]Технические характеристики DC-X: [9]
- Высота 12 м, диаметр основания 4,1 м, коническая форма.
- Масса пустого: 9100 кг. Заправленная масса: С полной загрузкой топлива: 18 900 кг.
- Топливо: жидкий кислород и жидкий водород.
- Силовая установка: четыре ракетных двигателя РЛ10А-5 с тягой по 6100 кгс каждый. Каждый двигатель можно дросселировать от 30% до 100%. Каждый подвес +/- 8 градусов.
- Органы управления реакцией: четыре двигателя на газообразном кислороде и газообразном водороде с тягой 440 фунтов.
- Авионика наведения, навигации и управления: усовершенствованный 32-битный компьютер со скоростью 4,5 миль в секунду, навигационная система F-15 с кольцевыми лазерными гироскопами . F/A-18 Комплект акселерометра и гироскопа . Приемник кода P(Y) спутника глобального позиционирования. Система цифровой телеметрии данных. Радарный высотомер.
- Гидравлическая система: стандартная гидравлическая система авиационного типа для привода пяти аэродинамических закрылков автомобиля и восьми приводов подвеса двигателя (по два на двигатель).
- Конструкционные материалы: Aeroshell и базовый теплозащитный экран: графитовый эпоксидный композит со специальным термозащитным покрытием на основе кремния; Основные топливные баки: алюминиевый сплав 2219; Основные опоры конструкции: алюминий; Шасси: сталь и титан.
Дизайн
[ редактировать ]Создан как прототип в масштабе одной трети. [10] DC-X никогда не проектировался для достижения орбитальной высоты или скорости, а вместо этого предназначен для демонстрации концепции вертикального взлета и посадки . Концепция вертикального взлета и посадки была популярна в научно-фантастических фильмах 1950-х годов ( «Ракетный корабль XM» , «Пункт назначения на Луну» и других), но не встречалась в реальных конструкциях космических аппаратов. Он взлетал бы вертикально, как стандартные ракеты , но также приземлялся бы вертикально с поднятой носовой частью. В этой конструкции использовались двигатели ориентации и ретро-ракеты для управления спуском, что позволяло кораблю начать вход в атмосферу носом вперед, но затем развернуться и приземлиться на посадочные стойки у его основания. Корабль можно было дозаправить там, где он приземлился, и снова взлететь из точно такой же позиции — особенность, которая позволила обеспечить беспрецедентное время выполнения заказа.
Теоретически было бы проще организовать профиль повторного входа по принципу «сначала база». Базе корабля уже потребуется некоторый уровень тепловой защиты, чтобы выдержать выхлоп двигателя, поэтому добавить дополнительную защиту будет достаточно легко. Что еще более важно, основание корабля намного больше, чем носовая часть, что приводит к более низким пиковым температурам, поскольку тепловая нагрузка распределяется по большей площади. Наконец, этот профиль не потребует от космического корабля «разворота» для приземления. [ нужна ссылка ]
Однако военная роль сделала это невозможным. Одним из желательных требований безопасности для любого космического корабля является возможность «прерваться один раз», то есть вернуться для посадки после одного витка. Поскольку типичная низкая околоземная орбита занимает от 90 до 120 минут, Земля за это время повернется на восток примерно на 20-30 градусов; или для запуска с юга США - около 1500 миль (2400 км). Если космический корабль запускается на восток, это не представляет проблемы, но для полярных орбит, необходимых для военных космических кораблей , когда орбита завершена, космический корабль пролетает над точкой, расположенной далеко к западу от стартовой площадки. Чтобы приземлиться обратно на стартовую площадку, корабль должен обладать значительной поперечной маневренностью, чего сложно добиться при большой гладкой поверхности. Таким образом, в конструкции Delta Clipper использовался вход в атмосферу носом вперед, плоские стороны фюзеляжа и большие закрылки, чтобы обеспечить необходимую дальность полета. Эксперименты с контролем такого профиля повторного входа никогда не проводились и были основным направлением проекта. [ нужна ссылка ]
Еще одним направлением проекта DC-X было минимизация технического обслуживания и наземной поддержки. Для этого корабль был высокоавтоматизирован, и в его центре управления требовалось всего три человека (два для управления полетами и один для наземного обслуживания). [ нужна ссылка ]
Летные испытания
[ редактировать ]
Строительство DC-X началось в 1991 году на заводе McDonnell Douglas в Хантингтон-Бич. [11] Аэрооболочка была изготовлена компанией Scaled Composites по индивидуальному заказу , но большая часть космического корабля была построена из коммерческих готовых деталей, включая двигатели и системы управления полетом.
DC-X впервые совершил полет продолжительностью 59 секунд 18 августа 1993 года; [5] утверждалось, что это был первый раз, когда ракета вертикально приземлилась на Землю. [12] Он совершил еще два рейса 11 и 30 сентября, когда финансирование закончилось как побочный эффект свертывания программы SDIO; кроме того, недоброжелатели сочли программу надуманной. [13] Астронавт Аполлона Пит Конрад находился за наземным управлением некоторыми полетами. [14] Эти испытания проводились на ракетном полигоне Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. [15]
Однако дальнейшее финансирование было предоставлено НАСА и Агентством перспективных исследовательских проектов (ARPA). [1] Программа испытаний возобновилась 20 июня 1994 года со 136-секундного полета. В следующем полете, 27 июня 1994 года, произошел небольшой взрыв в полете, но корабль успешно прервал полет и совершил автопосадку. Испытания возобновились после устранения повреждения, и еще три полета были выполнены 16 мая 1995 г., 12 июня и 7 июля. Во время последнего полета при жесткой посадке аэродинамическая оболочка треснула. К этому моменту финансирование программы уже было урезано, а средств на необходимый ремонт не было. [16] Рекорд высоты для DC-X составил 2500 м, установленный во время его последнего полета перед модернизацией до DC-XA 7 июля 1995 года. [16]
DC-XA
[ редактировать ]НАСА согласилось взяться за программу после последнего полета DC-X в 1995 году. В отличие от первоначальной концепции демонстратора DC-X, НАСА применило ряд крупных модернизаций для тестирования новых технологий. В частности, кислородный бак был заменен на легкий (сплав 1460 эквивалент сплава 2219) бак из алюминиево-литиевого сплава российского производства, а водородный бак - на графито-эпоксидную композитную конструкцию. [17] Система управления также была усовершенствована. Модернизированная машина получила название DC-XA , была переименована в Clipper Advanced / Clipper Graham и возобновила полеты в 1996 году. [5]
Первый полет испытательного автомобиля DC-XA был совершен 18 мая 1996 года и привел к незначительному возгоранию, поскольку преднамеренная «медленная посадка» привела к перегреву аэрооболочки. Повреждения были быстро устранены, и 7 и 8 июня машина совершила еще два полета, общий оборот занял 26 часов. [5] Во втором из этих полетов аппарат установил рекорды высоты и продолжительности полета: 3140 метров (10 300 футов) и время полета 142 секунды. Кроме того, во время полета 8 июня аппарат выполнил первый запланированный маневр поворота ракеты, в ходе которого она перешла от полета носовой частью вперед к управляемому полету назад. В кульминации этого маневра вращения DC-XA замедлился, повернувшись назад, и полетел назад, базой вперед, с носом на 10 градусов ниже горизонта, под управлением главных двигателей. Затем он выполнил контролируемое вращение, подняв нос, и выполнил мягкую посадку с электроприводом. Этот маневр показал, что одноступенчатый корабль, выведенный на орбиту, может эффективно вернуться с орбиты с помощью аэродинамического торможения в переднем положении, а затем развернуться до базовой станции и приземлиться в космопорте. [ нужна ссылка ]
Следующий полет, состоявшийся 31 июля 1996 года, оказался последним. Запуск и полет этой миссии прошли безупречно, однако после замедления до идеального приземления выдвинулись только 3 из 4 посадочных стоек. Машина не смогла балансировать на трех стойках и медленно завалилась боком на посадочную площадку. Когда борт автомобиля ударился о бетонную площадку, основной резервуар с жидким кислородом треснул, и LOX вытек на площадку. Этот LOX контактировал с небольшим количеством светящегося материала на теплозащитном экране основания и вызвал пожар. Послеполетный осмотр посадочных стоек показал, что линия пневматического азотирования вышедшей из строя стойки была отсоединена. Эта линия обычно отсоединялась от стойки во время предполетных испытаний, когда каждая стойка выдвигалась и убиралась наземной тележкой. Обычно структурные повреждения в результате такого падения представляли бы собой лишь неудачу, но LOX из протекающего бака вызвал пожар, который серьезно сжег DC-XA. [18] причинив такой значительный ущерб, что ремонт был нецелесообразен. [16]
В отчете после аварии Комиссия по бренду НАСА возложила вину за аварию на сгоревшую полевою команду, которая работала в условиях периодического финансирования и постоянных угроз полной отмены. Экипаж, многие из которых изначально были участниками программы SDIO, также резко критиковал «сдерживающее» влияние НАСА на программу, а также массу документов, которые НАСА требовало в рамках режима испытаний. [ нужна ссылка ]
НАСА неохотно взялось за этот проект после того, как ему было «пристыжено» его публичным успехом под руководством SDIO. [ нужна ссылка ] Его продолжающийся успех стал причиной серьезной политической борьбы внутри НАСА из-за того, что оно конкурировало с их «доморощенным» Lockheed Martin X-33 / VentureStar проектом . Пит Конрад оценил новый DC-X в 50 миллионов долларов, что дешево по меркам НАСА, но НАСА решило не перестраивать корабль из-за бюджетных ограничений. [16] Вместо этого НАСА сосредоточило разработку на Lockheed Martin VentureStar , который, по его мнению, ответил на некоторую критику в адрес DC-X, в частности, на самолетную посадку VentureStar, которую многие инженеры НАСА предпочли вертикальной посадке DC-X. Всего несколько лет спустя повторный провал проекта Venturestar, особенно композитного резервуара LH2 ( жидкий водород ), привел к отмене программы. [19]
Стоимость программы
[ редактировать ]Оригинальный DC-X был построен за 21 месяц и стоил 60 миллионов долларов. [20] В современном выражении это эквивалентно 120 миллионам долларов. [21]
Наследие
[ редактировать ]Несколько инженеров, работавших над DC-X, были наняты Blue Origin , и их автомобиль New Shepard был вдохновлен дизайном DC-X. [22] DC-X послужил источником вдохновения для многих элементов Armadillo Aerospace . [5] Компания «Мастен Спейс Системс », [5] и TGV Rockets . конструкции космических кораблей [ нужна ссылка ] Илон Маск заявил, что разработка SpaceX Falcon 9 «...продолжает великую работу проекта DC-X». [23]
Некоторые инженеры НАСА отметили, что DC-X может стать решением для пилотируемого спускаемого аппарата на Марс . [24] Если бы был разработан корабль типа DC, который работал бы как SSTO в гравитационном колодце Земли , даже если он имел бы минимум 4–6 экипажей, его варианты могли бы оказаться чрезвычайно пригодными как для миссий на Марс, так и на Луну. Базовую операцию такого варианта придется «перевернуть»; от взлета и посадки к сначала приземлению, а затем взлету. Тем не менее, если бы это можно было осуществить на Земле, более слабая гравитация, обнаруженная как на Марсе, так и на Луне, обеспечила бы значительно большую полезную нагрузку, особенно в последнем пункте назначения. [ нужна ссылка ]
Некоторые люди предложили изменения в конструкции, включая использование комбинации окислитель/топливо, которая не требует относительно обширной наземной поддержки, необходимой для жидкого водорода и жидкого кислорода , которую использовал DC-X, и добавление пятой опоры для повышения устойчивости во время и после приземления. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Lockheed Martin X-33 - демонстратор технологий беспилотного многоразового космического самолета для VentureStar.
- Blue Origin New Shepard — ракета, разработанная Blue Origin.
- Quad (ракета) – демонстратор технологии ВТВЛ.
- Заря - конструкция советского орбитального корабля.
- Программа разработки многоразовой ракетной системы SpaceX
- КОРОНА - российский прототип многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя на орбиту.
- Проект Морфеус - испытательная машина вертикальной посадки и взлета НАСА продолжит разработку посадочных аппаратов ALHAT и Quad.
- Испытания многоразовых транспортных средств - японский проект испытаний многоразовых ракет.
- Канко-мару - японская конструкция орбитального корабля.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «Программа испытаний Delta Clipper приступила к быстрому старту» . Макдоннелл Дуглас через НАСА. 20 июня 1994 года. Архивировано из оригинала 4 марта 2021 года . Проверено 21 декабря 2020 г. .
- ^ «Может ли молния ударить дважды в RLV?» . Космический обзор . Проверено 15 января 2023 г.
- ↑ Заявление Макса Хантера, White Sands, 16 мая 1995 г., в разговоре с Дэйвом Клинглером.
- ^ Взлет и падение программы SSTO SDIO, от X-Rocket до Delta Clipper», Эндрю Дж. Бутрика, НАСА
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Лернер, Престон (август 2010 г.). «Черный день в Уайт-Сэндс» . Журнал «Авиация и космос» . Смитсоновский институт . Проверено 20 декабря 2020 г.
- ^ Эрнандес, Грег (27 мая 1993 г.). «Филип Боно, конструктор многоразовой ракеты-носителя, умер в возрасте 72 лет» . Лос-Анджелес Таймс . Проверено 28 сентября 2020 г.
- ^ «Описательное руководство по поиску личных документов Филипа Боно» (PDF) .
- ^ Экологическая оценка (для) программы испытаний одноступенчатой ракетной технологии DC-X. Архивировано 8 мая 2021 г. в Wayback Machine, июнь 1992 г., 147 страниц.
- ^ «ДКС» . astronautix.com. Архивировано из оригинала 28 декабря 2012 года . Проверено 4 января 2013 г.
- ^ Крис 'Ксенон Хэнсон. «О DC-X» . Архивировано из оригинала 23 октября 2002 г.
- ^ Маклафлин, Хейли Роуз (29 октября 2019 г.). «DC-X: ракета НАСА, вдохновившая SpaceX и Blue Origin» . Обнаружить . Издательство Калмбах . Проверено 21 декабря 2020 г. .
- ^ «Ракета прошла хорошие испытательные полеты» . Тампа Бэй Таймс . Тампа. 20 августа 1993 года . Проверено 21 декабря 2020 г. .
- ^ Бердик, Алан (7 ноября 1993 г.). "Пирог в небе?" . Нью-Йорк Таймс . Нью-Йорк. стр. 6–46 . Проверено 21 декабря 2020 г. .
- ^ Клерккс, Грег: Затерянные в космосе: падение НАСА и мечта о новой космической эпохе , стр. 104. Secker & Warburg, 2004.
- ^ Брукс, Родни (2022). «Долгий путь к мгновенному успеху». IEEE-спектр . 59 (4): 21. doi : 10.1109/MSPEC.2022.9754499 . S2CID 248116398 .
- ^ Перейти обратно: а б с д «Экспериментальный самолет Delta Clipper: Архив летных испытаний» . НАСА; Макдоннелл Дуглас. 6 января 1998 года. Архивировано из оригинала 2 сентября 2018 года . Проверено 9 апреля 2004 г.
- ^ «Потопит ли «Дельта-клипер» шаттл?» . Блумберг . 8 июля 1996 года . Проверено 21 декабря 2020 г. .
- ^ Норрис, Гай (6 августа 1996 г.). «Полет Клипера закончился катастрофой» . FlightGlobal . Проверено 20 декабря 2020 г.
- ^ «VentureStar от Lockheed Martin на орбите — компьютерная графика» . Май 1996 г. Архивировано из оригинала 28 января 1999 г.
- ^ Джейсон Мур и Ашраф Шейх (декабрь 2003 г.). «Дельта Клипер – путь в будущее» (PDF) . Техасский университет, Остин . Проверено 4 января 2013 г.
- ^ 1634–1699: Маккаскер, Джей-Джей (1997). Сколько это в реальных деньгах? Исторический индекс цен для использования в качестве дефлятора денежных ценностей в экономике Соединенных Штатов: Addenda et Corrigenda (PDF) . Американское антикварное общество . 1700–1799: Маккаскер, Джей-Джей (1992). Сколько это в реальных деньгах? Исторический индекс цен для использования в качестве дефлятора денежных ценностей в экономике Соединенных Штатов (PDF) . Американское антикварное общество . 1800 – настоящее время: Федеральный резервный банк Миннеаполиса. «Индекс потребительских цен (оценка) 1800–» . Проверено 29 февраля 2024 г.
- ^ Шварц, Джон (9 января 2007 г.). «Секретная аэрокосмическая компания проливает немного света на свою ракетную программу» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 23 сентября 2018 г.
- ^ «Измерение прогресса в доступе в космос через 25 лет после DC-X» . Космический обзор . Проверено 15 января 2023 г.
- ^ «Автономная точная посадка космических ракет» . 2016 . Проверено 01 января 2020 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Страница DC-X на Astronautix.com
- Информационный бюллетень о DC-X. Архивировано 16 января 2009 г. на Wayback Machine и испытательных полетах DC-X на Nasa.gov. Архивировано 2 сентября 2018 г. на Wayback Machine.
- Страница DC-X на GlobalSecurity.org
- О DCX – включает аккаунт от первого лица и видео.
- Добраться до космоса – объясняет программы X и SSTO.
- Рождение DC-X – продажа DC-X Дэну Куэйлу
- Ресурсы и ссылки DCX с сайта Hobbyspace.com.
- Экологическая оценка (для) программы испытаний одноступенчатой ракетной технологии DC-X. Архивировано 8 мая 2021 г. в Wayback Machine , июнь 1992 г., 147 страниц.