Lockheed Martin X-33 представлял собой предлагаемый беспилотный суборбитальный космический самолет -демонстратор технологий , который разрабатывался в течение периода 1990-х годов. X-33 был демонстратором технологий орбитального космического самолета VentureStar , который должен был стать коммерческой многоразовой ракетой-носителем следующего поколения . X-33 будет проводить летные испытания ряда технологий, которые, по мнению НАСА, необходимы для одноступенчатых ракет-носителей многоразового использования (SSTO RLV), таких как металлические системы тепловой защиты , композитные криогенные топливные баки для жидкого водорода , аэроспайк. двигатель , автономное (беспилотное) управление полетом, быстрое время выполнения полета за счет оптимизации операций и аэродинамику несущего корпуса . [3]
Неисправности его 21-метрового размаха крыла и многолопастного топливного бака из композитного материала во время испытаний под давлением в конечном итоге привели к прекращению федеральной поддержки программы в начале 2001 года. Lockheed Martin провела несвязанные испытания и добилась единственного успеха после череда неудач совсем недавно, в 2009 году, с использованием модели двухметрового масштаба. [4]
В 1994 году НАСА инициировало программу многоразовой ракеты-носителя (RLV). После фазы I программы разработки предложений от Rockwell International , McDonnell Douglas и Lockheed Martin, контракт фазы II на разработку X-33 в качестве демонстрационной машины был заключен с Lockheed Martin в 1996 году. [5] В то же время компания Orbital Sciences была заключила контракт на разработку Х-34 , гиперзвукового исследовательского корабля воздушного базирования. [5]
Целями программы RLV были: [5]
В течение 1999 года было потрачено 1 миллиард долларов, из которых около 80 процентов поступило от НАСА, а дополнительные деньги внесли партнеры по отрасли. [5] Целью было осуществить первый полет к марту 1999 года, а VentureStar , действующий космический корабль многоразового использования, полететь в 2006 году. [5]
.. построить автомобиль, на развертывание которого уходят дни, а не месяцы; десятки, а не тысячи людей будут работать; с затратами на запуск, которые составляют десятую часть того, что они есть сейчас. Наша цель — многоразовая ракета-носитель, которая сократит стоимость доставки фунта полезной нагрузки на орбиту с 10 000 до 1 000 долларов.
- Д. Голдин, администратор НАСА по программе RLV [5]
Программа была отменена в феврале 2001 года. [6]
Конструкция прототипа была собрана примерно на 85%, 96% деталей и пусковая установка были завершены на 100% [7] , когда программа была отменена НАСА в 2001 году после долгой серии технических трудностей, включая нестабильность полета и избыточный вес .
В частности, композитный топливный бак с жидким водородом вышел из строя во время испытаний в ноябре 1999 года. Бак был построен из сотовых композитных стенок и внутренних конструкций для уменьшения его веса. Кораблю требовался более легкий танк для демонстрации необходимых технологий для одноступенчатых операций по выводу на орбиту. Массовая доля корабля SSTO, работающего на водороде, требует, чтобы вес корабля без топлива составлял 10% от веса полностью заправленного топлива. Это позволит аппарату летать на низкую околоземную орбиту без необходимости использования внешних ускорителей и топливных баков, используемых в космическом шаттле. Но после того, как композитный бак вышел из строя на испытательном стенде во время заправки и испытаний под давлением, НАСА пришло к выводу, что технологии того времени просто недостаточно развиты для такой конструкции. Хотя сами стенки композитного бака были легче, форма водородного бака, необходимая для размещения внутри аэродинамической формы, привела к появлению сложных соединений, увеличивающих общую массу композитного бака до уровня, превышающего массу бака на основе алюминия, и слишком тяжелого для транспортного средства SSTO. [8]
НАСА инвестировало в проект 922 миллиона долларов до его отмены, а Lockheed Martin еще 357 миллионов долларов. Из-за изменений в бизнесе космических запусков, включая проблемы, с которыми столкнулись такие компании, как Globalstar , Teledesic и Iridium , и связанное с этим снижение ожидаемого количества запусков коммерческих спутников в год, компания Lockheed Martin пришла к выводу, что продолжение разработки X-33 в частном порядке без государственной поддержки было бы нерентабельно. [ нужна цитата ]
В 2004 году компания Northrop Grumman успешно построила и испытала простой цилиндрический композитный криогенный водородный резервуар в рамках ранних работ по программе Constellation . [9]
Используя форму несущего корпуса, композитные многолопастные баки с жидким топливом и аэроспайковый двигатель, НАСА и Lockheed Martin надеялись испытать летательный аппарат, который продемонстрировал бы жизнеспособность конструкции одноступенчатого вывода на орбиту (SSTO). . Космическому кораблю, способному достичь орбиты за одну ступень, не потребуются внешние топливные баки или ускорители для достижения низкой околоземной орбиты . Отказ от необходимости «подготовки» ракет-носителей, таких как ракеты «Шаттл» и «Аполлон», приведет к созданию более надежной и безопасной космической ракеты-носителя. Хотя X-33 не будет приближаться к уровню безопасности самолета, X-33 попытается продемонстрировать надежность 0,997, или 3 неудачи на 1000 запусков, что будет на порядок более надежным, чем космический шаттл . 15 запланированных экспериментальных полетов X-33 могли только положить начало этой статистической оценке.
Беспилотный корабль должен был запускаться вертикально со специально спроектированного объекта, построенного на базе ВВС Эдвардс [7] , и приземляться горизонтально ( VTHL ) на взлетно-посадочной полосе в конце своей миссии. Первые суборбитальные испытательные полеты были запланированы с авиабазы Эдвардс на полигон Дагуэй к юго-западу от Солт-Лейк-Сити, штат Юта .
После завершения этих испытательных полетов должны были быть проведены дальнейшие летные испытания с авиабазы Эдвардс на авиабазу Мальмстром в Грейт-Фолс, штат Монтана , чтобы собрать более полные данные о нагреве самолета и характеристиках двигателей на более высоких скоростях и высотах. [ нужна цитата ]
2 июля 1996 года НАСА выбрало компанию Lockheed Martin Skunk Works из Палмдейла, Калифорния , для проектирования, строительства и испытаний экспериментального автомобиля X-33 для программы RLV. Концепция дизайна Lockheed Martin для X-33 была выбрана среди конкурирующих концепций Rockwell International и McDonnell Douglas . Роквелл предложил конструкцию, основанную на космическом шаттле , а Макдоннелл Дуглас предложил конструкцию, основанную на испытательном корабле вертикального взлета и посадки ( VTVL ) DC-XA . [ нужна цитата ]
Беспилотный X-33 должен был совершить 15 суборбитальных прыжков на высоту около 75,8 км. [10] Его нужно было запускать вертикально, как ракету, и вместо того, чтобы иметь прямую траекторию полета, половину полета он должен был лететь по диагонали вверх, достигая чрезвычайно больших высот, а затем на протяжении оставшейся части полета скользить обратно на взлетно-посадочную полосу.
X-33 никогда не предназначался для полетов на высоте более 100 км или на скорости, превышающей половину орбитальной скорости. Если бы какие-либо успешные испытания имели место, потребовалась бы экстраполяция для применения результатов к предлагаемому орбитальному аппарату. [10]
Решение спроектировать и построить X-33 возникло на основе внутреннего исследования НАСА под названием «Доступ в космос». [11] В отличие от других исследований космического транспорта, «Доступ в космос» должен был привести к проектированию и созданию транспортного средства.
Основываясь на опыте X-33, которым поделились с НАСА, компания Lockheed Martin надеялась обосновать экономическое обоснование полномасштабного РЛВ SSTO под названием VentureStar , который будет разрабатываться и эксплуатироваться коммерческими средствами. Намерение заключалось в том, что вместо того, чтобы использовать космические транспортные системы, как это было в случае со « Спейс Шаттлом» , НАСА вместо этого обратилось бы к частной промышленности для эксплуатации многоразовой ракеты-носителя, а НАСА закупило бы услуги запуска у поставщика коммерческих запусков. Таким образом, X-33 был не только оттачиванием технологий космических полетов, но и успешной демонстрацией технологий, необходимых для создания коммерческой многоразовой ракеты-носителя. [ нужна цитата ]
VentureStar должен был стать первым коммерческим самолетом, полетевшим в космос. VentureStar предназначался для длительных межконтинентальных перелетов и должен был быть введен в эксплуатацию к 2012 году, но этот проект так и не получил финансирования и не был начат. [ нужна цитата ]
Общие характеристики
Производительность
После списания в 2001 году инженеры смогли сделать работающий кислородно-кислородный бак из углепластикового композита. [12] Испытания показали, что композиты могут быть пригодными материалами для резервуаров с жидким кислородом [13]
7 сентября 2004 года компания Northrop Grumman и инженеры НАСА представили резервуар с жидким водородом, изготовленный из композитного материала из углеродного волокна, который продемонстрировал способность к повторным заправкам топливом и моделированию циклов запуска. [14] Компания Northrop Grumman пришла к выводу, что эти успешные испытания позволили разработать и усовершенствовать новые производственные процессы, которые позволят компании строить большие композитные резервуары без автоклава ; а также проектирование и разработка конформных топливных баков, подходящих для использования на одноступенчатом орбитальном корабле. [15]
Пять компаний выразили заинтересованность и предложили концепции. Из этих пяти компаний Lockheed Martin, Rockwell и McDonnell Douglas были выбраны для разработки более детальных предложений. [16]
Роквелл предложил конструкцию, основанную на космическом шаттле . [17] Он должен был использовать один главный двигатель космического челнока (SSME) и два двигателя RL-10-5A . [18] : 49
В последующей полномасштабной системе выхода на орбиту Роквелл планировал использовать шесть двигателей Rocketdyne RS-2100. [18] : 49
Компания McDonnell Douglas представила конструкцию с использованием колоколообразных двигателей на жидком кислороде и водороде, основанную на испытательном автомобиле DC-XA с вертикальным взлетом и посадкой . [6] В качестве главной двигательной установки использовался бы один SSME. [18] : 47 [19]
Летные испытания предполагали скорость до 15 Маха и высоту примерно до 75 800 метров... Программа испытаний была рассчитана в общей сложности на 15 полетов.
