Sistemul de lansare a personalului HL-20
Sistemul de lansare a personalului HL-20 a fost un concept de avion spațial NASA din 1990 pentru misiuni orbitale pilotate, studiat de Centrul de cercetare Langley al NASA din Hampton , Virginia . Avea un corp portant și era similar cu nava spațială sovietică BOR-4 . Obiectivele sale declarate au fost obținerea unor costuri de operare scăzute, îmbunătățirea siguranței zborului și capacitatea de a ateriza pe pistele tradiționale. Nu a fost construit niciun hardware de zbor.
Conceptul PLS
Odată cu creșterea interesului național de a avea acces la spațiul de rutină, o serie de sisteme de transport pe orbită joasă a Pământului au făcut obiectul studiului la mijlocul anilor '80. Unul dintre ei, denumit Sistemul de lansare a personalului (PLS), ar fi putut utiliza HL-20 și un sistem de lansare neutilizabil pentru a permite accesul echipat la spațiu alături de naveta spațială . Un model de cercetare de inginerie la scară completă a HL-20 a fost construit în 1990 de către studenți și facultăți de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord și Universitatea A&T din Carolina de Nord pentru a studia scaunele echipamentului, locuința și dispunerea navei. Echipamente și intrarea și ieșirea echipajului . Acest model de cercetare de inginerie lung de 9 m a fost utilizat la Langley pentru a defini limita externă și internă a HL-20 și pentru a studia utilizarea acestuia.
Misiunea PLS a fost de a transporta oameni și cantități mici de mărfuri pe orbită terestră joasă , și anume un taxi spațial mic. Deși nu a fost niciodată aprobată pentru dezvoltare, nava spațială PLS a fost concepută ca o completare a Navetei Spațiale și a fost considerată o completare a capacității de lansare cu echipaj american din trei motive principale:
- Acces la spațiu cu echipajul asigurat. În era Stației Spațiale Freedom și a misiunilor ulterioare ale Inițiativei de explorare a spațiului (SEI), este imperativ ca Statele Unite să aibă un mijloc alternativ de a determina oamenii să transporte mărfuri mici „valoroase”, independent de naveta spațială .
- Siguranță mai mare a echipajului. Spre deosebire de naveta spațială , PLS nu ar avea motoare de propulsie principale sau un compartiment mare de încărcare . Prin eliminarea cerințelor mari de încărcare utilă atunci când efectuează misiuni, PLS ar fi un vehicul compact mic. Prin urmare, este mai fezabil să proiectăm mai multe moduri de întrerupere pentru a recupera în siguranță echipajul în timpul fazelor critice de lansare și reintrare.
- Costuri accesibile. Fiind un vehicul mic proiectat cu tehnologiile disponibile, PLS era de așteptat să aibă un cost de dezvoltare redus. Simplificarea subsistemelor și o abordare aeriană a operațiunilor terestre și de zbor ale PLS ar putea, de asemenea, reduce semnificativ costurile de operare.
Două modele care au fost luate în considerare pentru PLS au diferit în ceea ce privește caracteristicile aerodinamice și capacitățile de misiune:
- o abordare a Centrului Spațial Johnson a folosit o formă de con contondent (similar cu Apollo CSM ), care a încorporat un sistem de parașută pentru aterizare;
- Centrul de cercetare Langley a propus un corp de ridicare care ar putea permite aterizarea pe o pistă convențională în timpul reintrării
Dezvoltarea corpului portant
Anticipând proiectarea navetei spațiale , mai mulți vehicule care transportă caroserii, cum ar fi M2-F2 , M2-F3 , HL-10 , X-24A și X-24B, au fost conduse de piloții de testare din 1966 până în 1975 . M2-F2 și HL-10 au fost propuse în 1960 pentru transportul a 12 persoane la o stație spațială după lansarea pe un Saturn IB . Conceptul HL-10 PLS a evoluat din aceste forme timpurii și a fost influențat în continuare de Cosmosul sovietic 1445 și Cosmos 1374 și mai târziu de MiG-105 . Denumirea „HL” înseamnă „lander orizontal” și „20” reflectă implicarea pe termen lung a lui Langley în conceptul de transportator, inclusiv Northrop HL-10 .
Un organism care transportă de transfer ar avea mai multe avantaje față de alte forme. Având caracteristici de rulment mai ridicate pe toată durata zborului înapoi de pe orbită , vehiculul poate ajunge mai bine la suprafață, iar numărul de oportunități disponibile pentru aterizare în anumite locuri ar fi crescut. Severitatea maximă la care ar fi supus echipajul este de aproximativ 1,5 G. Acest lucru este important atunci când se întorc membrii echipajului stației spațiale bolnavi, răniți sau decondiționați. Piste de aterizare cauciucate ar fi posibile, permițând recuperarea de precizie în multe locuri din întreaga lume, inclusiv în Centrul Spațial Kennedy .
Misiuni propuse
Inițial, livrarea echipajelor către stația spațială Freedom ar fi fost misiunea principală a PLS. Pentru misiunea de bază la stația spațială, în funcție de model, dimensiunea echipajului ar fi între opt și zece membri.
O misiune tipică HL-20 ar începe la Centrul Spațial Kennedy, HL-20 fiind procesat pe orizontală într-o instalație de construcție a vehiculului, în timp ce un vehicul de lansare nereutilizabil ar fi construit vertical într-o instalație separată. Vehiculul de lansare și HL-20 ar fi asociate pe platforma de lansare, iar secvența de lansare va fi inițiată pe măsură ce stația spațială va trece peste locul de lansare.
După lansare, HL-20 trebuia inițial să intre pe o orbită joasă de 200 km urmărind stația spațială și apoi să călătorească la stația spațială la o altitudine de 410 km. După întâlnirea și andocarea cu Stația Spațială Freedom, echipajele vor fi schimbate, iar HL-20 ar încetini pentru a se întoarce pe Pământ.
HL-20 ar fi aterizat orizontal pe o pistă similară cu cea a Navetei Spațiale. Durata totală a misiunii a fost de 72 de ore.
Alte misiuni potențiale definite pentru un PLS au inclus salvarea orbitală a astronauților blocați, misiunile de livrare și observare prioritare și misiunile de întreținere a satelitului. Pentru aceste alte misiuni, designul de bază HL-20 ar rămâne neschimbat, dar subsistemele și aspectul interior vor fi modificate în funcție de acomodarea echipajului, durata și echipamentul necesar pentru misiunea specifică.
Caracteristicile designului
Conceptul HL-20 PLS este adaptabil la diferite concepte de vehicule de lansare. Titan III era un sistem existent care ar fi putut fi folosit pentru lansarea prototipului fără pilot sau modificat, pentru a lansa un echipaj. O viitoare opțiune de sistem de lansare ar fi Sistemul Național de Lansare studiat de Forțele Aeriene și NASA în 1990. Alegerea unui sistem de lansare pentru HL-20 PLS ar depinde atât de data necesară pentru operațiunile PLS, cât și de costul ulciorului și pitch-uri.
Conceptul HL-20 PLS a fost de a completa naveta spațială cu un transport sigur cu echipaj la cel mai mic cost. Echipajul a avut cea mai mare importanță cu proiectul, subliniind siguranța echipajului HL-20 în timpul lansărilor avortate și al recuperării vehiculului. Alte cerințe s-au concentrat pe reducerea costurilor ciclului de viață al sistemului, asigurând operațiuni de producție simple, cu costuri reduse și cu potențial ridicat. Fără a include timpul misiunii, timpul de livrare trebuia să fie de 43 de zile.
Cu o lungime totală de aproximativ 9 m și o anvergură a aripilor de 7,2 m, HL-20 ar fi fost un vehicul mult mai mic decât Space Shuttle Orbiter; s-ar putea încadra în cabina de încărcare a navetei cu aripile pliate. Proiecția masei goale a HL-20 a fost 10.000 kg comparativ cu cel al Space Shuttle Orbiter de 84.000 kg. Cabina de pilotaj, deși mai mică decât cea a navetei, ar depăși cea a avioanelor mici de azi ale întreprinderilor mici.
Un accent pe ușurința întreținerii ar reduce costurile de funcționare ale HL-20 PLS. Vehiculul este plasat într-o poziție orizontală, iar panourile sale mari de acces extern ar permite accesul ușor la subsisteme, permițând o întreținere sau o înlocuire ușoară. Selectarea și proiectarea acestor subsisteme ar sublinia simplitatea și cerințele de întreținere reduse: de exemplu, sistemele hidraulice ar fi înlocuite cu comenzi complet electrice. De asemenea, spre deosebire de Space Shuttle, HL-20 nu ar avea un compartiment de încărcare sau un motor principal de propulsie, iar sistemul său de protecție termică, similar cu combinația de dale și acoperiri ablative a Space Shuttle, ar fi mult mai rapid. la dimensiunea mult mai mică a HL-20. Aceste modificări de proiectare și simplificări ale subsistemelor, coroborate cu adoptarea filozofiilor de întreținere a aeronavelor, ar putea reduce orele de lucru pentru pregătire la mai puțin de 10% din cerințele Space Shuttle Orbiter.
Pentru a proteja echipajul în timpul unei lansări avortate, HL-20 PLS a încorporat mai multe caracteristici de siguranță. Amenajarea interioară cu un aranjament de scară care se desfășoară a fost concepută pentru a permite o ieșire rapidă a echipajului în timpul situațiilor de urgență pe platforma de lansare. Pentru situații de urgență în care echipajul urma să plece imediat (incendiu sau explozie a vehiculului), HL-20, într-un mod foarte similar cu rachetele programului Apollo, ar fi echipat cu rachete de evacuare de urgență pentru a împinge PLS departe. Odată ajuns la o distanță sigură, trei parașute de rezervă ar fi deschise pentru a încetini coborârea vehiculului în ocean. La șanț, dispozitivele de plutire gonflabile vor asigura cel puțin una dintre cele două trape deasupra apei și vor permite echipajului să iasă din vehicul.
Eforturi în contract
În octombrie 1989, divizia de sisteme spațiale internaționale Rockwell a început un contract pe un an, administrat de Langley Research Center pentru a efectua un studiu aprofundat al proiectării și operațiunilor PLS, cu conceptul HL-20 ca bază pentru studiu. Folosind o abordare inginerească concordantă, Rockwell a construit un design suportabil și măsurători și operațiuni de proiectare eficiente în definirea unui proiect detaliat și rentabil, cu o evaluare a planului de producție și a operațiunilor. Una dintre principalele concluzii ale acestui studiu a fost realizarea că, deși factorii tehnologici și de proiectare ar putea reduce costurile unui nou sistem de transport spațial echipat cu personal, economii semnificative ar fi posibile doar dacă ar fi adoptată o nouă filozofie în operațiunile care se ocupă cu PLS în un mod similar cu un avion de zbor operațional, mai degrabă decât un proiect de cercetare și dezvoltare a navei spațiale.
În octombrie 1991, Lockheed Advanced Development Company a început un studiu pentru a determina fezabilitatea dezvoltării unui prototip al sistemului de operare. Obiectivele sale au fost să evalueze caracteristicile tehnice, să determine cerințele de calificare a zborului și să dezvolte estimări ale costurilor și planificării.
Un acord de cooperare între NASA, North Carolina State University și North Carolina A&T University a condus la construirea unui model la scară al HL-20 PLS pentru cercetarea ulterioară a factorilor umani asupra acestui concept. Studenții de facultate, cu cerințe furnizate de Langley și conduși de instructori de colegiu, au proiectat modelul de cercetare în primăvara anului 1990, cu construcție în timpul verii. Modelul rezultat a fost utilizat pentru a evalua factorii umani, cum ar fi operațiunile de intrare și ieșire ale echipajului, volumul echipajului și modurile de habitabilitate și cerințele de vizibilitate în timpul operațiunilor de andocare și aterizare.
Procesul, care a avut loc prin intermediul voluntarilor la Centrul de Cercetare Langley, a fost finalizat în macheta HL-20 în decembrie 1991. Voluntarii Langley purtau costume și căști de zbor nepresurizate și au efectuat teste cu vehiculul așezat orizontal și vertical.
Studiul orizontal a constatat, de exemplu, că un echipaj de 10 persoane avea un volum adecvat pentru intrarea și ieșirea rapidă și ordonată; volumul disponibil și apropierea de celelalte au fost mai mult decât rezonabil acceptabile pentru un echipaj de 10; spațiul lateral mai mare era de dorit pentru ultimul rând de scaune pentru a găzdui pe cineva mai înalt de 1,70m; un coridor mare, cu scaune detașabile și mai multă pregătire ar putea îmbunătăți abilitățile și performanța personalului de urgență; a fost de dorit mai multe capacități de vizualizare de jos pentru pilot. Designul afișajului cabinei și scaunul trebuiau integrate cu amplasarea ferestrei.
Testarea HL-20 în poziție verticală pentru lansare a reprezentat un nou set de factori. Urcarea printr-o trapă și în sus sau în jos o scară era necesară pentru a intra și ieși. În modul peisaj, membrii echipajului au mers pe un coridor prin coadă, care ar fi calea de ieșire-intrare către o stație spațială sau la sol pe o pistă de aterizare.
Costumele parțial presurizate, împrumutate de la Johnson Space Center din Houston, au fost utilizate pentru o parte a studiului. Participanții au observat mai puțin spațiu la cap și mișcare limitată cu haine mai voluminoase și mai grele.
Studiile despre factorii umani au arătat unde sunt de dorit îmbunătățiri ale valorii inițiale a HL-20. Îmbunătățirile ar fi trebuit să aibă un impact minim asupra formei generale a vehiculului sau a performanțelor aerodinamice.
Moştenire
Naveta Dream Chaser se bazează pe designul corpului portant HL-20. A fost dezvoltat de SpaceDev în 2004 pentru competiție în programul Commercial Orbital Transportation Services și a fost dezvoltat de Sierra Nevada Corporation pentru programul de dezvoltare a echipajului comercial pe care l-a pierdut.
Orbital Sciences Corporation a propus, de asemenea, un derivat HL-20 pentru a doua rundă de finanțare CCDev, nava spațială Prometheus.
Ambele vehicule au fost propuse să fie lansate deasupra unui vehicul de lansare Atlas V fără pilot fără carenaj.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre vehiculul de lansare a personalului HL-20
linkuri externe
- HL-20 , la oea.larc.nasa.gov , NASA (arhivat din original la 18 octombrie 2006) .
- HL-20 , pe astronautix.com , Astronautix (arhivat din original la 18 octombrie 2006) .
- Caracteristicile aerodinamice ale HL-20 , pe citeseerx.ist.psu.edu , CiteSeerX : 10.1.1.34.8652 .
- Îmbunătățirea performanței subsonice a conceptului propus de sistem de lansare a personalului ( PDF ), pe ninfinger.org .
- Proiectarea și fabricarea NASA HL-20 Support Cradle and Interior Mockup ( PDF ), la ntrs.nasa.gov , NASA.
- Launch-Pad Abort Capability of HL-20 Lifting Body ( PDF ), la ntrs.nasa.gov , NASA.
- Proiectarea și fabricarea modelului de cercetare la scară completă ( PDF ) NASA HL-20 , la ntrs.nasa.gov , NASA.
