McDonnell Douglas DC-X - McDonnell Douglas DC-X

Não deve ser confundido com McDonnell Douglas DC-10 .
"DC-X" e "DC-Y" redirecionam aqui. Para outros usos, consulte DCX (desambiguação) e DCY (desambiguação) .
DC-X
DC-XA.jpg
Conceito de veículo lançador reutilizável (RLV) McDonnell Douglas DC-XA
Função Protótipo de veículo SSTO
Fabricante McDonnell Douglas ( Huntington Beach, Califórnia )
País de origem Estados Unidos
Custo do projeto $ 60 milhões (1991)
Tamanho
Altura 12 metros (39 pés)
Diâmetro 4,1 metros (13 pés)
Massa 18.900 quilogramas (41.700 lb)
Estágios 1
Histórico de lançamento
Status Aposentado
Sites de lançamento White Sands Missile Range
Total de lançamentos 12
Sucesso (s) 8
Falha (s) 1
Falha (s) parcial (s) 3
Primeiro voo 18 de agosto de 1993
Último voo 31 de julho de 1996
Primeira etapa
Diâmetro 4,1 metros (13 pés)
Massa vazia 9.100 quilogramas (20.100 lb)
Massa bruta 18.900 quilogramas (41.700 lb)
Motores Quatro motores de foguete de combustível líquido RL-10A-5 quatro propulsores de oxigênio / hidrogênio gasoso
Impulso Foguetes principais, 60 kN (13.000 lb f )
, propulsores, 2,0 kN (440 lbf)
Propulsor Oxigênio líquido e hidrogênio líquido

O DC-X , abreviação de Delta Clipper ou Delta Clipper Experimental , era um protótipo sem parafusos de um veículo de lançamento reutilizável de estágio único para órbita construído por McDonnell Douglas em conjunto com a Organização de Iniciativa de Defesa Estratégica do Departamento de Defesa dos Estados Unidos ( SDIO) de 1991 a 1993. De 1994 a 1995, os testes continuaram por meio de financiamento da agência espacial civil dos EUA NASA . Em 1996, a tecnologia DC-X foi completamente transferida para a NASA, que atualizou o design para melhorar o desempenho para criar o DC-XA .

Fundo

De acordo com o escritor Jerry Pournelle : "DC-X foi concebido em minha sala de estar e vendido ao presidente do Conselho Nacional do Espaço , Dan Quayle, pelo General Graham , Max Hunter e eu." De acordo com Max Hunter, no entanto, ele havia tentado muito convencer a Lockheed Martin do valor do conceito por vários anos antes de se aposentar. Hunter havia escrito um artigo em 1985 intitulado "A oportunidade", detalhando o conceito de uma espaçonave de estágio único para órbita construída com peças comerciais "prontas para uso" de baixo custo e tecnologia disponível atualmente, mas a Lockheed Martin era não estão interessados ​​o suficiente para financiar eles próprios esse programa.

Em 15 de fevereiro de 1989, Pournelle, Graham e Hunter conseguiram uma reunião com o vice-presidente Dan Quayle. Eles "venderam" a ideia para a SDIO, observando que qualquer sistema de armas baseado no espaço precisaria ser atendido por uma espaçonave que fosse muito mais confiável do que o Ônibus Espacial e ofereceria custos de lançamento mais baixos e tempos de resposta muito melhores.

Dadas as incertezas do projeto, o plano básico era produzir um veículo de teste deliberadamente simples e "voar um pouco, quebrar um pouco" para ganhar experiência com espaçonaves totalmente reutilizáveis ​​de rotação rápida. Devido à experiência adquirida com o veículo, um protótipo maior seria construído para sub-orbitais testes e orbitais. Finalmente, um veículo comercialmente aceitável seria desenvolvido a partir desses protótipos. De acordo com a terminologia geral das aeronaves, eles propuseram que o pequeno protótipo fosse chamado de DC-X, sendo X a designação da Força Aérea dos Estados Unidos para "experimental". Isso seria seguido por "DC-Y", Y sendo a designação da USAF para aeronaves de teste de pré-produção e protótipos (por exemplo, YF-16 ). Finalmente, a versão de produção seria conhecida como "DC-1". O nome "Delta Clipper" foi escolhido para resultar na sigla "DC" para traçar uma conexão com a Douglas "DC Series" de aviões comerciais, começando com o Douglas DC-2 .

O veículo é inspirado nos designs do engenheiro da McDonnell Douglas Phillip Bono , que viu um único estágio para orbitar os elevadores VTOL como o futuro das viagens espaciais. O Delta Clipper era muito semelhante ao veículo SASSTO de Bono de 1967. Bono morreu menos de três meses antes do primeiro vôo de teste do DC-X.

Requisito SDIO

A SDIO queria um "foguete suborbital recuperável (SRR) capaz de elevar até 3.000 libras (1361 kg) de carga útil a uma altitude de 1,5 milhões de pés (457 km); retornar ao local de lançamento para um pouso suave preciso; com a capacidade para lançar para outra missão dentro de três a sete dias ".

Especificação

Especificações DC-X:

  • 12 m de altura, 4,1 m de diâmetro na base, formato cônico
  • Massa vazia: 9100 kg. Massa alimentada: Com carga total de propelentes: 18.900 kg
  • Propelentes: oxigênio líquido e hidrogênio líquido
  • Propulsão: Quatro motores de foguete RL10 A5, cada um gerando 6.100 kgf de empuxo. Cada motor é regulável de 30% a 100%. Cada gimbals +/- 8 graus.
  • Controles de reação: Quatro propulsores de oxigênio gasoso de impulso de 440 lb, hidrogênio gasoso
  • Aviônica de Orientação, Navegação e Controle: Computador avançado de 32 bits, 4,5 mips, Sistema de Navegação F-15 com giroscópios a laser . Acelerômetro F / A-18 e pacote de giroscópio de taxa. Receptor de código P (Y) do satélite de posicionamento global. Sistema de telemetria digital de dados. Altímetro de radar.
  • Sistema Hidráulico: Sistema hidráulico padrão do tipo aeronave para acionar os cinco flaps aerodinâmicos do veículo e oito atuadores do gimbal do motor (dois por motor).
  • Materiais de construção: Aeroshell e escudo térmico básico: compósito epóxi de grafite com revestimento especial de proteção térmica à base de silicone; Tanques principais de propelente: liga de alumínio 2219; Principais suportes estruturais: alumínio; Trem de pouso: aço e titânio

Projeto

Construído como um protótipo de escala de um terço do tamanho, o DC-X nunca foi projetado para atingir altitudes orbitais ou velocidade, mas sim para demonstrar o conceito de decolagem e pouso vertical . O conceito de decolagem e aterrissagem vertical era popular em filmes de ficção científica dos anos 1950 ( Rocketship XM , Destination Moon e outros), mas não era visto em designs de veículos espaciais do mundo real. Ele decolaria verticalmente como os foguetes padrão , mas também pousaria verticalmente com o nariz para cima. Este projeto usava propulsores de controle de atitude e foguetes retrô para controlar a descida, permitindo que a nave começasse a entrar na atmosfera com o nariz primeiro, mas então role e toque nos suportes de pouso em sua base. A nave poderia ser reabastecida onde pousou e decolar novamente exatamente da mesma posição - uma característica que permitiu tempos de rotação sem precedentes.

Em teoria, um perfil de reentrada na base inicial seria mais fácil de organizar. A base da nave já precisaria de algum nível de proteção contra o calor para sobreviver à exaustão do motor, portanto, adicionar mais proteção seria bastante fácil. Mais importante, a base da nave é muito maior do que a área do nariz, levando a picos de temperatura mais baixos, pois a carga de calor é espalhada por uma área maior. Finalmente, este perfil não exigiria que a espaçonave "girasse" para pousar.

O papel militar tornou isso inviável, no entanto. Um requisito de segurança desejado para qualquer espaçonave é a capacidade de "abortar uma vez ao redor", ou seja, retornar para um pouso após uma única órbita. Uma vez que uma órbita baixa típica da Terra leva cerca de 90 a 120 minutos, a Terra irá girar para o leste cerca de 20 a 30 graus nesse tempo; ou para um lançamento do sul dos Estados Unidos, cerca de 1.500 milhas (2.400 km). Se a espaçonave for lançada para o leste, isso não representa um problema, mas para as órbitas polares exigidas das espaçonaves militares , quando a órbita é concluída, a espaçonave sobrevoa um ponto distante a oeste do local de lançamento. Para pousar de volta no local de lançamento, a aeronave precisa ter uma capacidade de manobra cruzada considerável, algo que é difícil de arranjar com uma grande superfície lisa. O design do Delta Clipper, portanto, usou uma reentrada com o nariz primeiro com lados planos na fuselagem e grandes flaps de controle para fornecer a capacidade de alcance cruzado necessária. Experimentos com o controle de tal perfil de reentrada nunca haviam sido tentados e foram o foco principal do projeto.

Outro foco do projeto DC-X foi a manutenção minimizada e o suporte de solo. Para isso, a nave era altamente automatizada e requeria apenas três pessoas em seu centro de controle (duas para operações de vôo e uma para apoio em solo).

Teste de vôo

O Delta Clipper Advanced
Primeiro voo
Primeiro pouso. O escapamento amarelo é devido às configurações de baixa aceleração, que queima em temperaturas mais baixas e geralmente fica "sujo" como resultado.
Artigo principal: Lista de lançamentos da McDonnell Douglas DC-X

A construção do DC-X começou em 1991 nas instalações da McDonnell Douglas em Huntington Beach. O aeroshell foi construído sob encomenda pela Scaled Composites , mas a maioria da espaçonave foi construída a partir de peças comerciais prontas para uso, incluindo os motores e sistemas de controle de vôo.

O DC-X voou pela primeira vez, por 59 segundos, em 18 de agosto de 1993; alegou-se que foi a primeira vez que um foguete pousou verticalmente na Terra. Voou mais dois voos em 11 de setembro e 30 de setembro, quando o financiamento acabou como efeito colateral do encerramento do programa SDIO; além disso, o programa foi considerado rebuscado pelos detratores. O astronauta Pete Conrad da Apollo estava no controle terrestre de alguns voos. Esses testes foram conduzidos no White Sands Missile Range, no Novo México.

Financiamento adicional foi fornecido pela NASA e pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada (ARPA), no entanto, e o programa de teste foi reiniciado em 20 de junho de 1994 com um vôo de 136 segundos. O vôo seguinte, 27 de junho de 1994, sofreu uma pequena explosão a bordo, mas a nave executou com sucesso um aborto e uma aterrissagem automática. Os testes foram reiniciados depois que esse dano foi corrigido, e mais três voos foram realizados em 16 de maio de 1995, 12 de junho e 7 de julho. No último vôo, um pouso forçado rachou o aeroshell. A essa altura, o financiamento para o programa já havia sido cortado e não havia fundos para os reparos necessários. O recorde de altitude para o DC-X foi de 2.500 m, estabelecido durante seu último vôo antes de ser atualizado para o DC-XA, em 7 de julho de 1995.

DC-XA

A NASA concordou em assumir o programa após o último vôo DC-X em 1995. Em contraste com o conceito original do demonstrador DC-X, a NASA aplicou uma série de atualizações importantes para testar novas tecnologias. Em particular, o tanque de oxigênio foi substituído por um tanque leve (liga 1460 equivalente à liga 2219) de liga de alumínio-lítio da Rússia, e o tanque de hidrogênio por um design composto de grafite-epóxi. O sistema de controle também foi melhorado. O veículo atualizado foi chamado de DC-XA , rebatizado de Clipper Advanced / Clipper Graham e retomou o vôo em 1996.

O primeiro vôo do veículo de teste DC-XA foi feito em 18 de maio de 1996 e resultou em um pequeno incêndio quando o "pouso lento" deliberado resultou no superaquecimento do aeroshell. Os danos foram rapidamente reparados e o veículo voou mais duas vezes nos dias 7 e 8 de junho, um retorno de 26 horas. No segundo desses voos, o veículo estabeleceu seus recordes de altitude e duração, 3.140 metros (10.300 pés) e 142 segundos de tempo de voo. Seu próximo vôo, no dia 7 de julho, foi o último. Durante o teste, um dos tanques LOX foi quebrado. Quando um amortecedor de pouso não conseguiu estender devido a uma linha hidráulica desconectada, o DC-XA caiu e o tanque vazou. Normalmente, o dano estrutural de tal queda constituiria apenas um revés, mas a LOX do tanque com vazamento alimentou um incêndio que queimou gravemente o DC-XA, causando danos tão extensos que os reparos eram impraticáveis.

Em um relatório pós-acidente, a Comissão da Marca da NASA atribuiu o acidente a uma equipe de campo queimada que estava operando com financiamento intermitente e ameaças constantes de cancelamento total. A tripulação, muitos deles originalmente do programa SDIO, também foram altamente críticos do efeito "assustador" da NASA no programa, e as massas de papelada que a NASA exigiu como parte do regime de testes.

A NASA assumiu o projeto de má vontade, depois de ter ficado "envergonhada" por seu sucesso público sob a direção da SDIO. Seu sucesso contínuo foi causa de consideráveis ​​combates políticos dentro da NASA devido à competição com seu projeto Lockheed Martin X-33 / VentureStar "criado em casa" . Pete Conrad fixou o preço de um novo DC-X em US $ 50 milhões, barato para os padrões da NASA, mas a NASA decidiu não reconstruir a nave devido às restrições orçamentárias. Em vez disso, a NASA focou o desenvolvimento no Lockheed Martin VentureStar, que sentiu responder a algumas críticas do DC-X, especificamente o pouso em forma de avião do VentureStar, que muitos engenheiros da NASA preferiram ao pouso vertical do DC-X. Poucos anos depois, o repetido fracasso do projeto Venturestar, especialmente do tanque composto de LH2 ( hidrogênio líquido ), levou ao cancelamento do programa.

Custo do programa

O DC-X original foi construído em 21 meses por um custo de US $ 60 milhões. Isso equivale a US $ 102 milhões nos termos atuais.

Futuro

Vários engenheiros que trabalharam no DC-X foram contratados pela Blue Origin , e seu veículo New Shepard foi inspirado no design do DC-X. O DC-X inspirou muitos elementos dos projetos das naves espaciais da Armadillo Aerospace , Masten Space Systems e TGV Rockets .

Alguns engenheiros da NASA acreditam que o DC-X pode fornecer uma solução para uma sonda Mars com tripulação . Se uma nave do tipo DC tivesse sido desenvolvida para operar como um SSTO no poço gravitacional da Terra , mesmo que com apenas uma capacidade mínima de 4-6 tripulantes, as variantes dela poderiam se provar extremamente capazes para as missões de Marte e Lua. A operação básica de tal variante teria que ser "revertida"; de decolar e pousar, para pousar primeiro e depois decolar. No entanto, se isso pudesse ser realizado na Terra, a gravidade mais fraca encontrada em Marte e na Lua proporcionaria capacidades de carga útil dramaticamente maiores, particularmente no último destino.

Algumas pessoas propuseram mudanças no projeto, incluindo o uso de uma combinação de oxidante / combustível que não requer o suporte de solo relativamente extenso necessário para o hidrogênio líquido e oxigênio líquido que o DC-X utilizou e a adição de uma quinta perna para maior estabilidade durante e após o pouso.

Veja também

Referências

links externos