Масштабированные композиты первого уровня

Космический корабль номер один и Белый рыцарь

Первый уровень представлял собой Scaled Composites в 1990–2004 годах программу суборбитальных пилотируемых космических полетов с использованием космического корабля многоразового использования SpaceShipOne и его ракеты-носителя White Knight . Судно было спроектировано Бертом Рутаном , а проект был профинансирован Полом Алленом на 20 миллионов долларов США . В 2004 году он совершил первый полет человека в космос, финансируемый из частных источников , и получил премию Ansari X Prize в размере 10 миллионов долларов США за первый негосударственный многоразовый пилотируемый космический корабль.

Целью проекта была разработка технологии недорогого повседневного доступа в космос. SpaceShipOne сам по себе не предназначался для перевозки платных пассажиров, но предполагалось, что у него будут коммерческие побочные эффекты, первоначально в сфере космического туризма . компания Mojave Aerospace Ventures. Образована управлять коммерческой эксплуатацией технологии. Сделка Вместе с Virgin Galactic в конце 2010-х годов можно было бы увидеть обычный космический туризм с использованием космических кораблей, основанных на технологии первого уровня.

Дизайн

Компоненты программы

Концепция проекта первого уровня заключалась в запуске по воздуху пилотируемого космического корабля из трех человек, который поднимается на высоту чуть выше 100 км (62 мили) с помощью гибридного ракетного двигателя, а затем планирует на землю и приземляется горизонтально. В Scaled Composites перечислены следующие компоненты программы:

• самолет-носитель ( Белый рыцарь )
• трехместный пилотируемый космический корабль ( SpaceShipOne )
• гибридная ракетная двигательная установка
• передвижной испытательный стенд для двигательной установки
• симулятор полета
• руководитель полета инерциально-навигационной системы
• мобильный управления полетами центр
• системы космического корабля
• пилотов программа обучения
• программа летных испытаний

• 
  6 ноября 2004 года представители Фонда X Prize символически вручили приз в десять миллионов долларов Берту Рутану и Полу Аллену из Mojave Aerospace Ventures. Трофей Ansari X Prize находится слева.
• 
  Предварительный запуск такси SpaceShipOne Flight 16P
• 
  Майк Мелвилл и Берт Рутан общаются со СМИ после первого полета в космос

Управление миссией

Помимо офисного центра управления полетами, на первом уровне имеется мобильный центр управления полетами . Он относительно небольшой, встроен в большой дорожный грузовик. На нем есть логотип Scaled Composites, но нет других явных указаний на его связь с первым уровнем. Автомобиль выполняет комплекс вспомогательных функций:

• телеметрии мониторинг и запись
• телекоммуникации
• вспомогательный контроль среды для White Knight и SpaceShipOne

Этот центр управления используется как для наземных испытаний ракетных двигателей, так и для всех летных испытаний White Knight и SpaceShipOne. Его основной функцией является мониторинг и запись данных испытаний, и для этой цели он оснащен компьютерами и средствами радиосвязи. SpaceShipOne Дисплеи авионики дублируются в системе управления полетами. Данные телеметрии поступают в систему обработки данных (DRS), которая автоматически направляет радиоантенны на контролируемое судно. Система телеметрии имеет дальность действия около 280 км (170 миль).

Центр управления оборудован для связи с офисами Scaled Composites, а также с самолетами и космическими кораблями.

Центр управления поддерживает атмосферу с контролируемой температурой для своего персонала и может быть подключен для обеспечения контроля температуры в каютах «Белого рыцаря» и «SpaceShipOne». Физическая структура управления полетом также обеспечивает более легкий доступ к каюте Белого Рыцаря.

Доставка закиси азота

В отличие от твердого топлива, закиси азота окислитель обрабатывается как сыпучий продукт и закачивается в бак окислителя космического корабля в полевых условиях. Поэтому у Tier One есть мобильная система доставки закиси азота, которую они называют MONODS (мобильная система доставки закиси азота).

MONODS построен на открытом прицепе, который можно перевозить по дороге обычным способом. Он состоит в основном из 6,5-метрового ³ (230 куб. футов), блок контроля температуры и генератор для питания блока контроля температуры. Закись азота хранится при комнатной температуре и давлении 4,8 МПа (700 фунтов на квадратный дюйм).

MONODS заправляется у коммерческого поставщика, который использует 50-метровый аккумулятор. ³ (1800 куб. футов) и доставляет закись азота при температуре около -17 ° C (1 ° F) и 2 МПа (290 фунтов на квадратный дюйм). MONODS нагревает закись азота до комнатной температуры, повышая ее давление.

Тестирование двигателя

На первом уровне имеется мобильный стенд для испытаний на тягу, известный как прицеп для испытательных стендов (TST). Преимущество его мобильной конструкции состоит в том, что все монтажные и приборные работы можно выполнить в ангаре, так что на полигоне достаточно лишь заправить бак окислителя (от МОНОДА) и провести обжиг.

Испытательный стенд повторяет основные конструктивные элементы космического корабля. Он имеет бак окислителя и связанную с ним арматуру, идентичную той, что использовалась в полете. Это означает, что испытание двигателя также автоматически выполняет соответствующие испытания на вибрацию , нагрузку и тепловые испытания конструкции космического корабля. Кабина экипажа, однако, не повторяется.

Для наземных испытаний тяги используется сопло ракеты со степенью расширения 10:1, отличающееся от сопла 25:1, используемого на высоте во время реального полета.

Испытательный стенд оборудован приборами для регистрации не только тяги, но и боковой силы, а также температуры и деформации, испытываемых компонентами. Данные записываются на компьютер в бункере на полигоне. Компьютер сбора данных управляется дистанционно из центра управления полетом.

Симулятор полета

SpaceShipOne Симулятор полета состоит из программы-симулятора и кабины пилота.

Программа симулятора полета призвана точно моделировать поведение SpaceShipOne при любых обстоятельствах и на всех этапах полета. Вместо модели общего поведения космического корабля SpaceShipOne он использует вычислительную гидродинамику для моделирования воздуха вокруг корабля. Он рассчитывает аэродинамические и другие силы, действующие на корабль, с учетом положения его рулей. Это моделирование основано на компьютерном моделировании, которое использовалось в процессе проектирования и уточнено с использованием данных летных испытаний. Это дает очень точную картину поведения корабля даже в непредвиденных режимах полета. (Это один из первых современных самолетов, спроектированных без испытаний в аэродинамической трубе .)

Копия кабины находится на статической основе и поэтому не может точно воспроизвести равновесные и ускоряющие аспекты полета. Тем не менее, White Knight способен работать как высококачественный симулятор движущейся базы. Кабина тренажера представляет собой точную копию кабины SpaceShipOne, включая его авионику . Моделируется не только пилот, но и система пилот плюс авионика. Программа симулятора полета управляет входными сигналами датчиков, которые используются авионикой, а также управляет двенадцатью компьютерами с дисплеем, которые используют коммерческое графическое программное обеспечение для создания изображений внешнего вида с высоким разрешением для пилота. Эти изображения отображаются на одиннадцати мониторах и одном экране проектора. Обратная связь по усилию рукоятки не моделируется в реальном времени.

Наземное моделирование полета используется не только для обучения пилотов. Он также используется для обучения наземного персонала, разработки процедур и тестирования программного и аппаратного обеспечения авионики.

История и статус

По данным Scaled Composites, концепция программы возникла в апреле 1996 года, предварительная разработка началась в 1999 году, а полная разработка началась в апреле 2001 года. Первоначально она держалась в секрете даже после того, как Белый Рыцарь впервые совершил полет 1 августа 2002 года. Программа была было объявлено публике 18 апреля 2003 года, когда программа была готова к летным испытаниям SpaceShipOne . Его первое летное испытание, полет SpaceShipOne 01C , состоялось 20 мая 2003 года.

После нескольких месяцев планирующих испытаний 17 декабря 2003 года был совершен первый полет с двигателем, SpaceShipOne, полет 11P . За этим последовали дальнейшие испытания с двигателем, достигающие все возрастающей высоты, кульминацией которых стал 21 июня 2004 года, когда состоялся первый финансируемый из частных источников полет человека в космос, SpaceShipOne, полет 15P . Ansari X Prize Затем последовали конкурсные полеты . Полет SpaceShipOne 16P 29 сентября 2004 г. и полет SpaceShipOne 17P 4 октября 2004 г. были успешными соревновательными полетами, получившими X Prize.

Программа Tier One, проводимая Scaled Composites, завершилась после вывода из эксплуатации SpaceShipOne и перешла к программе-преемнику для клиента Virgin Galactic .

Финансирование

Затраты на разработку, строительство и эксплуатацию первого уровня, хотя и не разглашаются публично, оцениваются в диапазоне от 20 до 30 миллионов долларов США , что примерно в два-три раза превышает стоимость премии Ansari X Prize . Единственным спонсором, первоначально секретным, оказался Пол Аллен , сооснователь Microsoft и 48-й богатейший человек в мире. Об этом стало известно 17 декабря 2003 года, в тот же день, когда состоялись первые летные испытания программы, и это последовало за предположениями о причастности Аллена.

Некоторые комментаторы сравнивают относительную дешевизну программы первого уровня и высокую стоимость программы «Спейс шаттл» , хотя технологические трудности этих двух программ совершенно разные. SpaceShipOne, поскольку он летает суборбитально, не нуждается в достижении высоких скоростей космического корабля "Шаттл" ( 3 Маха против 25 Маха) или той же высоты (100 км (62 мили) на суборбитальной орбите против 400 км (250 миль) на орбите). . SpaceShipOne также не имеет одинакового экипажа (3 человека против 7) или полезной нагрузки (незначительная против 25 тонн) и совершает гораздо более короткие полеты (несколько минут против нескольких дней). Программа SpaceShipOne — это техническое достижение, которое больше соответствует X-15, чем Шаттлу.

Сравнение программы SpaceShipOne с поправкой на инфляцию с бюджетом X-15 показывает, что стоимость программы первого уровня составляет 1/100 от стоимости программы X-15, хотя три самолета X-15 совершили почти 200 испытательных полетов за все испытания. программа, обычно исследующая гиперзвуковой полет со скоростью 4–7 Маха. Лишь несколько десятков полетов X-15 специально стремились достичь пиковых высот, а не максимальной скорости, хотя только два полета когда-либо достигли высот, близких к высотам, достигнутым SpaceShipOne. С другой стороны, проект первого уровня также оплачивал строительство базового корабля «Белый рыцарь» в рамках своего бюджета, в то время как НАСА почти бесплатно использовало уже существовавший бомбардировщик ВВС США B-52 , модифицированный для проведения испытаний на падение экспериментальных самолетов многих типов ( в настоящее время используется для запуска PegasusXL).

Реклама

Первоначально Tier One разрабатывался тайно, как и политика Scaled Composites в отношении новых программ. 18 апреля 2003 года о программе было публично объявлено, а SpaceShipOne и White Knight были продемонстрированы средствам массовой информации на презентации, на которой присутствовало от 550 до 600 человек. Интерес средств массовой информации был настолько сильным, что то, что было задумано как День семьи и друзей 24 апреля 2003 года, превратилось во второй день средств массовой информации.

Scaled Composites снова привлекла внимание общественности, заранее объявив о последнем испытательном полете SpaceShipOne Flight 15P , который должен был стать первым космическим полетом программы. Около 11 000 человек отправились на космодром Мохаве, чтобы посмотреть полет, который также транслировался по телевидению . Полет был организован как авиашоу : как основной корабль, так и самолеты-преследователи взлетали и приземлялись на глазах у толпы, а в случае успешного испытания совершали праздничные пролеты. Полет имел не только технический успех, но и успех среди населения, что стимулировало большой общественный интерес к космическим полетам.

Будущее

Во время интервью в документальном фильме « Черное небо: гонка за космос » Рутан заявил, что первый уровень будет охватывать суборбитальные полеты, второй уровень будет охватывать орбитальные полеты, а третий уровень будет охватывать полеты за пределы орбиты Земли (включая полеты на Луну и другие планеты). . В том же документальном фильме он продемонстрировал проекты орбитального корабля на базе SpaceShipOne, ракета которого примерно в два раза длиннее SpaceShipOne была установлена ​​в задней части корабля.

Коммерческие аспекты

Основная статья: Mojave Aerospace Ventures

Заявленная цель программы Tier One - продемонстрировать суборбитальные пилотируемые космические полеты при низких затратах. До того, как Берт Рутан начал рассматривать этот проект, на пути к доступному суборбитальному космическому полету существовало три основных препятствия:

• опасность и стоимость жидкого топлива (оно взрывается);
• неуправляемость твердотопливных ракетных двигателей (невозможность выключения);
• трудности с возвращением, не сгорая в атмосфере.

Сам Tier One не предназначен для перевозки платных пассажиров, и, если он действительно намеревается это сделать, потребуются разрешения правительства США. Это технологический испытательный стенд, и явно предполагается, что технология, разработанная в рамках программы, будет позже использоваться в коммерческих космических полетах. С этой целью Аллен и Рутан создали компанию Mojave Aerospace Ventures проекта , которая владеет интеллектуальной собственностью и управляет всей его коммерческой эксплуатацией.

Первоначально компания Scaled Composites выразила надежду, что примерно к 2013 году представители общественности смогут совершить суборбитальный полет примерно по цене роскошного круиза. 25 сентября 2004 года была заключена сделка с Virgin Galactic на разработку Virgin SpaceShip на основе увеличенной версии SpaceShipOne. Эти космические корабли будет построена компанией The Spaceship Company .

Внешние ссылки

• Домашняя страница первого уровня. Архивировано 9 апреля 2006 г. на сайте Wayback Machine на веб-сайте Scaled Composites.
• Статья в журнале Space Review «Прелюдия к истории?» с цитатой Рутана о модели 346
• Статья в журнале Space Review «Будущее начинается здесь»
• Статья Aerospace America «SpaceShipOne: Поездка на белом рыцаре в космос» с некоторыми техническими подробностями.
• Статья SPACE.com «Ракетный двигатель SpaceShipOne получает модернизацию»
• Статья в Регистре "Девственность предложит полеты в космос"
• Статья BBC News «Для SpaceShipOne никаких экспериментов»
• Почему SpaceShipOne никогда не делал, никогда не будет, и никто из его прямых потомков никогда не будет вращаться вокруг Земли (Карен Пиз)