Foguete Rotativo - Rotary Rocket

Rotary Rocket Company
Indústria Aeroespacial
Extinto 2001
Pessoas chave
Gary Hudson
Bevin McKinney
Produtos Roton

A Rotary Rocket Company foi uma empresa de foguetes que desenvolveu o conceito Roton no final dos anos 1990 como uma nave espacial tripulada de estágio único para órbita (SSTO) totalmente reutilizável . O design foi inicialmente concebido por Bevin McKinney, que o compartilhou com Gary Hudson . Em 1996, a Rotary Rocket Company foi formada para comercializar o conceito. O Roton tinha como objetivo reduzir os custos de lançamento de cargas úteis na órbita terrestre baixa por um fator de dez.

A empresa reuniu considerável capital de risco de investidores anjos e abriu uma fábrica com sede em uma instalação de 45.000 pés quadrados (4.200 m 2 ) em Mojave Air and Space Port em Mojave, Califórnia . A fuselagem de seus veículos foi feita pela Scaled Composites , no mesmo aeroporto, enquanto a empresa desenvolvia o novo projeto de motor e sistema de pouso semelhante a um helicóptero. Um veículo de teste em escala real fez três voos pairando no ar em 1999, mas a empresa esgotou seus fundos e fechou no início de 2001.

As origens do empreendimento

Bevin McKinney vinha pensando há vários anos na ideia de um veículo de lançamento usando hélices de helicóptero, quando a revista Wired pediu a Gary Hudson para escrever um artigo sobre o conceito. O artigo resultante resultou em um compromisso de financiamento do bilionário Walt Anderson , que foi combinado com um investimento inicial do autor Tom Clancy e permitiu que a empresa começasse. Hudson e McKinney se juntaram aos co-fundadores Frederick Giarrusso , Dan DeLong , James Grote , Tom Brosz e Anne Hudson, que juntos lançaram a empresa em outubro de 1996.

Evolução do design do foguete rotativo

Helicóptero em órbita

O conceito inicial de Gary Hudson e Bevin McKinney era fundir um veículo de lançamento com um helicóptero: pás de rotor giratórias , movidas por jatos de ponta , levantariam o veículo no estágio inicial de lançamento. Uma vez que a densidade do ar diminuísse a ponto de tornar o voo de helicóptero impraticável, o veículo continuaria sua ascensão com pura potência de foguete, com o rotor atuando como uma turbobomba gigante .

Os cálculos mostraram que as pás do helicóptero aumentaram modestamente o impulso específico efetivo ( I sp ) em aproximadamente 20-30 segundos, essencialmente apenas carregando as pás em órbita "de graça". Portanto, não houve ganho geral com este método durante a subida. No entanto, as lâminas podiam ser usadas para pousar suavemente o veículo, de modo que seu sistema de pouso não acarretava nenhum custo adicional.

Um problema encontrado durante a pesquisa no Rotary foi que, uma vez que o veículo deixasse a atmosfera, seria necessário um impulso adicional. Assim, vários motores seriam necessários na base, bem como nas pontas do rotor.

Esta versão inicial do Roton foi projetada com o mercado de pequenos satélites de comunicação em mente. No entanto, esse mercado despencou, sinalizado pelo fracasso da Iridium Communications . Consequentemente, o conceito de Roton precisava ser redesenhado para cargas úteis mais pesadas.

Helicóptero em órbita

O conceito de Roton revisado e redesenhado era um veículo de lançamento em forma de cone, com um rotor de helicóptero no topo para uso apenas durante o pouso. Um compartimento de carga interno poderia ser usado para transportar cargas úteis para a órbita e trazer outras de volta à Terra. O preço projetado para a órbita deste projeto foi dado como $ 1.000 por kg de carga útil, menos de um décimo do preço de lançamento atual. A capacidade de carga útil foi limitada a um valor relativamente modesto de 2.700 kg (6.000 libras).

A versão revisada teria usado um motor aerospike anular rotativo exclusivo : o motor e a base do veículo lançador girariam em alta velocidade (720 rpm ) para bombear combustível e oxidante para o aro pela rotação. Ao contrário do rotor de pouso, devido ao ângulo raso dos bicos no rotor de base, a velocidade de rotação autolimitada e não exigia sistema de controle. Como a densidade da LOX ( oxigênio líquido ) era maior do que a do querosene, pressão extra estava disponível com a LOX, então ela teria sido usada para resfriar a garganta do motor e outros componentes, em vez de usar o querosene como refrigerante como em um foguete LOX / querosene convencional. No entanto, nos altos níveis de G na borda externa do bloco do motor em rotação, a clareza sobre como o LOX funcionaria como um refrigerante era desconhecida e difícil de validar. Isso acrescentou uma camada de risco.

Além disso, o escapamento giratório agia como uma parede na borda externa da base do motor, baixando a temperatura da base para abaixo da ambiente devido ao efeito da bomba ejetora e criando uma ventosa no fundo da atmosfera. Isso poderia ser aliviado com o uso de gás de reposição para desenvolver a pressão de base, exigindo um motor de foguete adicional para encher a base do motor de foguete principal. (Problemas semelhantes teriam ocorrido em um motor aerospike convencional , mas lá, a recirculação natural mais o uso da exaustão do gerador de gás turbo-bomba como gás de reposição teria aliviado amplamente o problema "de graça".)

No aro, 96 jatos em miniatura exauririam os propelentes em chamas (LOX e querosene ) ao redor do aro da base do veículo, o que ganhou impulso extra do veículo em alta altitude - agindo como um bico de aerospike truncado de comprimento zero. Um sistema semelhante com motores não rotativos foi estudado para o foguete N1 . Essa aplicação tinha uma área de base muito menor e não criou o efeito de sucção que um motor periférico maior induz. O motor Roton tinha um vácuo projetado I SP (impulso específico) de ~ 355 segundos (3,48 km / s), que é muito alto para um motor LOX / querosene - e uma relação empuxo / peso de 150, que é extremamente leve.

Durante a reentrada, a base também serviu como um escudo térmico resfriado a água . Teoricamente, essa era uma boa maneira de sobreviver à reentrada, especialmente para um veículo leve e reutilizável. No entanto, usar água como refrigerante exigiria convertê-la em vapor superaquecido, em altas temperaturas e pressões, e havia preocupações sobre danos de micrometeoritos na órbita perfurando o vaso de pressão, fazendo com que a proteção de reentrada falhasse. Essas preocupações foram resolvidas usando um sistema de fluxo massivamente redundante resistente a falhas, criado com folhas de metal finas quimicamente gravadas com um padrão de microporos formando um sistema de canal que era robusto contra falhas e danos.

Além disso, o resfriamento foi obtido de duas maneiras diferentes; uma forma foi a vaporização da água, mas a segunda foi ainda mais significativa, e foi devido à criação de uma camada de vapor "frio" em torno da superfície da base, reduzindo a capacidade de aquecimento. Além disso, o sistema de medição de água teria que ser extremamente confiável, dando uma gota por segundo por polegada quadrada, e foi obtido por meio de uma abordagem de projeto de tentativa / erro em hardware real. No final do programa Roton, algum hardware foi construído e testado. A trajetória de reentrada deveria ser aparada, semelhante ao Soyuz, para minimizar as cargas de G nos passageiros. E o coeficiente balístico era melhor para o Roton e poderia ser mais bem ajustado. Quando o sistema de guarnição Soyuz falhou e ficou totalmente balístico, os níveis de G aumentaram significativamente, mas sem incidentes para os passageiros.

O veículo também foi o único a planear utilizar seus helicópteros -style rotores para o pouso, ao invés de asas ou pára-quedas. Esse conceito permitia pousos controlados (ao contrário dos pára-quedas) e tinha 1/5 do peso das asas fixas. Outra vantagem era que um helicóptero podia pousar em quase qualquer lugar, enquanto os aviões espaciais alados como o Ônibus Espacial precisavam voltar para a pista. As pás do rotor deveriam ser movidas por foguetes com ponta de peróxido. As pás do rotor deveriam ser implantadas antes da reentrada; algumas questões foram levantadas sobre se as lâminas sobreviveriam até o pouso.

O plano inicial era deixá-los quase verticais, mas descobriu-se que era instável, pois eles precisavam cair cada vez mais e girar mais rápido para estabilidade, as taxas de aquecimento aumentaram drasticamente e o fluxo de ar tornou-se mais direto. A implicação disso era que as lâminas passaram de uma peça de hardware levemente aquecida para uma que precisava ser resfriada ativamente ou feita de SiC ou outro material refratário. A ideia de retirar as lâminas tornou-se muito mais atraente neste ponto, e os estudos iniciais foram feitos para essa opção. Este conceito de design de rotor não era sem precedentes. Em 1955, um dos cinco projetos soviéticos para missões pilotadas suborbitais planejadas era incluir rotores com ponta de foguete como sistema de pouso. Em 1º de maio de 1958, esses planos foram abandonados, pois foi tomada a decisão de prosseguir diretamente para voos orbitais.

O Foguete Rotativo projetou e testou a pressão de um tanque LOX de composto excepcionalmente leve, mas forte . Ele sobreviveu a um programa de teste que envolveu ser submetido a ciclos de pressão e, por fim, deliberadamente disparado para testar sua sensibilidade de ignição.

Um novo motor

Em Junho de 1999, Rotary foguete anunciou que iria usar um derivado do Fastrac motor em desenvolvimento na NASA 's Marshall Space Flight Center , em vez de design próprio motor de fiação convencional da empresa. Alegadamente, a empresa não conseguiu convencer os investidores de que o projeto do motor era viável; a estrutura composta e a reentrada do girocóptero foram mais fáceis de vender.

Ao mesmo tempo que essa mudança, a empresa demitiu cerca de um terço de seus funcionários, reduzindo o número de funcionários de 60 para 40. Nesse ponto, a empresa planejava iniciar seu serviço de lançamento comercial em 2001. Embora a empresa tivesse levantado $ 30 milhões, ainda precisava levantar mais US $ 120 milhões antes de entrar em serviço.

O Veículo de Teste Atmosférico (ATV)

A cabine do ATV foi apelidada de 'Batcaverna' por seus pilotos devido ao seu campo de visão restrito.

Um Veículo de Teste Atmosférico (ATV) de tamanho real, 63 pés (19 m) de altura foi construído sob contrato pela Scaled Composites para uso em voos de teste de vôo pairado. O ATV de US $ 2,8 milhões não foi concebido como um artigo de teste completo, uma vez que não tinha motor de foguete nem proteção térmica. O ATV foi retirado de seu hangar de Mojave em 1º de março de 1999, com o registro N990RR da FAA.

A cabeça do rotor foi resgatada de um Sikorsky S-58 acidentado , ao preço de US $ 50.000 - em oposição a US $ 1 milhão por uma nova cabeça. Cada rotor foi alimentado por um jato de peróxido de hidrogênio de 350 lbf (1.560 N) , como pretendido para o veículo orbital. A montagem do rotor foi testada em uma pedreira antes da instalação no ATV.

O ATV realizou três voos de teste com sucesso em 1999. O piloto desses três voos foi Marti Sarigul-Klijn e o copiloto foi Brian Binnie (que mais tarde ganhou fama como piloto da SpaceShipOne da Scaled Composites em seu segundo voo do X-Prize ).

O ATV fez seu primeiro vôo em 28 de julho. Este vôo consistiu em três saltos verticais, totalizando 4 min 40 seg de duração e atingindo uma altitude máxima de 8 pés (2,4 m). Os pilotos acharam o vôo extremamente desafiador por uma série de razões. A visibilidade na cabine era tão restrita que os pilotos a apelidaram de Batcaverna . A visão do solo estava totalmente obstruída, então os pilotos tiveram que contar com um altímetro de sonar para avaliar a proximidade do solo. A nave inteira tinha uma baixa inércia rotacional, e o torque das lâminas do rotor girando fazia o corpo girar, a menos que contrariado por impulso de guinada na direção oposta.

O segundo voo, em 16 de setembro, foi um voo pairado contínuo com duração de 2 minutos e 30 segundos, atingindo uma altitude máxima de 20 pés (6,1 m). O vôo sustentado foi possibilitado pela instalação de propulsores de ponta de rotor mais potentes e um autothrottle .

O terceiro e último vôo foi feito em 12 de outubro. O ATV voou pela linha de vôo no Mojave Air and Space Port , cobrindo 4.300 pés (1.310 m) em seu vôo e subindo a uma altitude máxima de 75 pés (23 m). A velocidade era tão alta quanto 53 mph (85 km / h). Este teste revelou alguma instabilidade no vôo translacional.

Um quarto teste foi planejado para simular uma descida totalmente autorotativa. O ATV subiria a uma altitude de 10.000 pés (3.050 m) sob sua própria força, antes de acelerar para trás e retornar para um pouso suave. Neste ponto, dado que mais financiamento era então improvável, considerações de segurança impediram que o teste fosse tentado.

Críticas ao design

O Rotary Rocket falhou devido à falta de fundos, mas alguns sugeriram que o projeto em si era inerentemente falho.

O Rotary Rocket voou três voos de teste e um tanque de propelente composto sobreviveu a um programa de teste completo, no entanto, esses testes revelaram problemas. Por exemplo, o ATV demonstrou que pousar o Foguete Rotativo era complicado, até perigoso. Os pilotos de teste têm um sistema de classificação, a escala de classificação Cooper-Harper , para veículos entre 1 e 10, que se relaciona com a dificuldade do piloto. O Roton ATV marcou 10 - o simulador do veículo foi considerado quase impossível de voar por qualquer pessoa, exceto os pilotos de teste do Rotary, e mesmo assim houve curtos períodos em que o veículo estava fora de controle.

Outros aspectos do plano de vôo permaneceram não comprovados e não se sabe se Roton poderia ter desenvolvido desempenho suficiente para alcançar a órbita com um único estágio e retornar - embora no papel isso pudesse ter sido possível.

Últimos dias do empreendimento

Os Hangares de Foguete Rotativos no Porto Aéreo e Espacial de Mojave , como visto em 2005. O hangar mais alto à esquerda era o Edifício de Montagem do Foguete Rotativo.

O desenvolvimento do motor cessou em 2000, supostamente duas semanas antes de um teste em escala real. O veículo não conseguiu garantir os contratos de lançamento e o Rotary Rocket fechou em 2001.

O momento do empreendimento foi infeliz: o empreendimento da Iridium Communications estava à beira da falência e a indústria espacial em geral estava passando por dificuldades financeiras. No final das contas, a empresa não atraiu financiamento suficiente - embora vários indivíduos tenham fornecido um total de US $ 33 milhões em apoio, incluindo o escritor Tom Clancy .

Alguns dos engenheiros que trabalharam lá já criaram outros empreendimentos de foguetes, notavelmente XCOR Aerospace , t / Space e Space Launch.

O Veículo de Teste Atmosférico seria exibido no Classic Rotors Museum , um museu de helicópteros perto de San Diego, Califórnia , mas uma tentativa de movê-lo para lá em 9 de maio de 2003 por meio de um estilingue de cabo curto sob um Chinook CH-47 da Reserva do Exército falhou quando o Roton começou a oscilar em velocidades acima de 35 nós (65 km / h). Em vez disso, a administração do Aeroporto de Mojave trabalhou para manter este veículo histórico em Mojave e, em 10 de novembro de 2006, o Roton foi transferido para seu local de exibição permanente na interseção da Airport Blvd com a Sabovich Road. Para muitos, o Roton representa o programa que lançou Mojave na Era Espacial, e este tema foi ecoado durante a cerimônia de dedicação que ocorreu durante a celebração do Dia dos Veteranos em 11 de novembro, na qual Brian Binnie foi o orador principal.

Os hangares do Rotary Rocket agora são ocupados pela National Test Pilot School .

Especificações do Roton C-9

Dados de

Características gerais

  • Capacidade: 7.000 lb (3.200 kg) de carga útil
  • Comprimento: 64 pés (20 m)
  • Diâmetro: 22 pés (6,7 m)
  • Peso bruto: 400.000 lb (181.437 kg)
  • Capacidade de combustível: 372.500 lb (169.000 kg)
  • Central de propulsão: motores de foguete RocketJet rotativos de 72 ×, 6.950 lbf (30,9 kN) de empuxo cada um no vácuo
  • Impulso específico: 340 s (3,3 km / s)
  • Tempo de queima: 253 s

atuação

  • Alcance: 120 mi (190 km, 100 nm)

Veja também

  • Hiller Hornet , um helicóptero com ramjets montados nas pontas das pás do rotor.

Referências

Citações
Bibliografia
  • Petit, Charles, "Rockets for the Rest of Us". Air & Space / Smithsonian Magazine , março de 1998. Uma análise dos primeiros projetos do Rotary Rocket.
  • Sarigul-Klijn, Marti , "I Survived the Rotary Rocket." Air & Space / Smithsonian Magazine , março de 2002. O piloto de teste do ATV descreve os três voos de teste.
  • Weil, Elizabeth, eles todos riram de Cristóvão Colombo: um sonhador incurável constrói a primeira nave espacial civil . Bantam, 2003. Uma visão de dentro do desenvolvimento do Rotary Rocket. ISBN  978-0-553-38236-5

links externos

Coordenadas : 35,055321 ° N 118,158375 ° W 35 ° 03 19 ″ N 118 ° 09 30 ″ W /  / 35.055321; -118.158375