SSTO

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Impresia artistului despre vehiculul SSTO proiectat de Lockheed Martin
Fără surse!
Această intrare sau secțiune despre subiectul navei spațiale nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți .
Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Un singur stadiu-pe-orbită (SSTO) este un vehicul orbital cu un singur stadiu, conceput pentru a intra pe orbită de la suprafața unui corp ceresc.

Vehicule spațiale de acest tip au fost propuse de multe ori pentru a ajunge pe orbita Pământului, dar nu s-au materializat niciodată: toate obiectele care au ajuns până acum pe orbita Pământului au fost lansate prin rachete cu mai multe etape , în care una sau mai multe etape sunt eliberate în timpul zborului ( acesta este cazul vehiculelor precum naveta spațială sau capsulele Soyuz ).

Una dintre principalele dificultăți care împiedică realizarea SSTO este necesitatea de a atinge rapid viteza necesară pentru a obține o Orbită Pământească Scăzută (LEO). O altă provocare provocatoare este de a traversa toate straturile atmosferei pământului . Pe alte corpuri cerești, cu densitate atmosferică mai mică sau chiar fără atmosferă , dificultatea este mai mică: un exemplu sunt modulele LEM cu o singură etapă, care de la suprafața lunară au reușit să ajungă pe o orbită lunară.

Istorie

În proiectele de nave spațiale timpurii, SSTO-urile erau rareori luate în considerare având în vedere provocările de proiectare. Primele SSTO au fost rachete fără scene care să fie aruncate pe drum. Una dintre aceste prime idei l-a determinat pe Philp Bono să proiecteze OOST, One stage-Orbital-Space-Truck în anii șaizeci. Cu stimulentul cercetării militare, Bono a început să studieze proiectele SSTO capabile să transporte atât încărcături pentru asamblarea în orbită, cât și trupe de intervenție rapidă pe tot globul. Initial ideea a fost de a crea un SSTO complet nou. În 1967 același Bono în loc a început să proiecteze un modul care a făcut etapele superioare ale Saturn IB ca SSTO real: a fost numit SASSTO, adică, Saturn Aplicație Single-Stage-To-Orbit, teoretic , capabil să aducă pe orbită un Capsulă Gemeni cu două persoane la bord.

SASSTO ca punct de plecare

Proiectele SSTO au fost abandonate de Bono după realizarea STS, Space-Transportation-System sau Space Shuttle : în orice caz, Bono merită creditul pentru că a studiat elementele de bază ale tuturor acelor funcții necesare unui SSTO.

În 1969, la Messerschmitt-Bolkow-Blohm, MMB, designerul D. Koelle a folosit vechiul proiect al SASSTO al lui Bono ca bază pentru proiectarea unui nou SSTO pentruAgenția Spațială Europeană , venind să concepă proiectul BETA, Ballistisches Enistufiges Traeger - Aggregat, în italiană, unitate balistică cu o singură etapă, capabilă să transporte o sarcină utilă de aproximativ două tone. ESA a considerat că proiectarea unui SSTO este prea scumpă, așa că a abandonat cercetarea.

Apoi a venit Phoenix, primul vehicul conceput pentru uz privat: în 1969, inginerii au lucrat la materiale mai ușoare, cum ar fi aluminiu, atât pentru a reduce greutatea, cât și pentru a-l face mai ieftin. S-a promis să se construiască o familie de vehicule, fiecare specializată într-o sarcină specifică: acest lucru nu s-a întâmplat însă și proiectul a fost depus.

Anii șaptezeci

Desen explicativ al proiectului SSTO Phoenix.

În 1970, unul dintre cele mai complete modele ale SSTO a fost modelul conceput de Divizia Spațială a Chrysler Corporation. Aici, un grup de designeri condus de Charles Tharratt a proiectat un proiect SSTO precis, numit SERV, sau vehicul reutilizabil orbital terestru cu o singură etapă, în italiană, vehicul reutilizabil orbital terestru cu o singură etapă. Proiectul a urmărit să aducă o sarcină utilă egală cu cea a navei spațiale pe orbită mică, rămânând în același timp un vehicul complet reutilizabil odată ce a revenit la suprafață. SERV a fost unul dintre primele proiecte care a avut posibilitatea, datorită mai multor motoare care lucrează în sinergie, să efectueze „suspendarea”, în italiană, „italiană”, înainte de aterizare, oferind astfel timp pilotului pentru a evalua terenul. pe care racheta urma să o aterizeze. Această caracteristică era deosebit de utilă în cazul în care SSTO trebuia să aterizeze în afara zonei prevăzute, unde terenul ar putea fi periculos. Cu toate acestea, SERV nu a fost niciodată construit din cauza reducerilor de finanțare ale NASA .

Controversat a fost cazul inginerului Edward Gomersall: el a conceput un SSTO fără pilot capabil să susțină o misiune de explorare lunară continuă. Eșaloanele superioare ale NASA nu au privit favorabil această idee, suprimând-o în stadiile incipiente; Gomersall a fost chiar eliminat din secțiunea de proiectare.

În competiție cu familia Phoenix, ATV-ul, Aerospace-Test-Vehicle, a fost proiectat în 1972 de George Detko de la inginerul Marshall Space Flight Center, cu o mică cooperare de la NASA. A fost o rachetă care a influențat toate proiectele concurente: avea o „strălucire”, în greutatea italiană maximă la decolare, de aproximativ 22 679 kg , mult sub celelalte SSTO-uri ale perioadei. A fost un exemplu al modului în care un proiect, chiar dacă nu este finanțat de organismele publice, ar putea fi mai mic, mai puțin complex și, în orice caz, competitiv.

În anii șaptezeci , guvernul SUA a dorit construirea unei rețele de SPS, energie solară prin satelit sau sateliți echipați cu panouri fotovoltaice pe orbită în jurul Pământului, pentru a satisface nevoile energetice americane [1] . Prin urmare, Boeing a început în 1977 proiectul unui SSTO cu specificul acestei utilizări: rezultatul a avut o sarcină utilă de aproximativ 226 796 kg . Proiectul a implicat utilizarea radiatoarelor răcite cu apă, o tehnică care va fi apoi preluată în multe vehicule ulterioare. Cu toate acestea, proiectul nu a văzut niciodată lumina, întrucât guvernul SUA însuși a dat înapoi ideea rețelei de satelit.

Anii optzeci

Impresia artistului despre realimentarea unui Phoenix.

Datorită nașterii Pacific American Launch Systems, axată pe crearea SSTO VTOL , în 1982 familia Phoenix a făcut obiectul unui avans tehnologic remarcabil, deoarece au fost implementate numeroase caracteristici derivate din ultimele modele SSTO. Această versiune a lui Phoenix a făcut racheta mai compactă și mai economică, de asemenea, în faza de testare, datorită în primul rând utilizării nu a unui singur motor, ci a 24 de motoare separate, mai ieftine și mai fiabile decât unul mai puternic.

La sfârșitul anilor 1980, un angajat al companiei Lockheed Missiles and Space Company numit Maxwell Hunter a conceput X-Rocket, un proiect care nu a trezit niciun interes pentru potențialii investitori. Lockheed a decis în continuare să creeze o divizie, numită Advanced Development, pentru dezvoltarea proiectului. Această diviziune a început studiul unui SSTO în formă de con, cu o greutate maximă la decolare de 226 796 kg , alimentat de un grup de motoare RL-10 . Lockheed a finalizat proiectul principal și l-a predat Diviziei de sisteme de rachete pentru o muncă ICBM . Un raport al USAF Aerospace Corporation despre X-Rocket a dezvăluit comoditatea încă scăzută a vehiculului, convingându-l pe Lockheed să abandoneze proiectul și pe Hunter însuși să renunțe, în timp ce continua să lucreze la SSTO ca consultant extern.

Anii nouăzeci

După numeroase teste efectuate de Aerospace Corporation, o secțiune de analiză civilă a USAF, a apărut gândul comun că SSTO-urile nu mai erau dincolo de acoperirea tehnologică a momentului și că proiectele nu erau deosebit de eficiente în scopul lor. În 1989, un anumit val de interes pentru proiectele SSTO a venit direct de la guvernul SUA, având în vedere potențialul mai mare pe care îl dețineau decât alții, deschizând astfel calea către programul SDIO.

SDIO, Organizația pentru Inițiativa de Apărare Strategică, a finanțat companii în această perioadă, precum McDonnell Douglas , Rockwell sau Boeing , pentru a începe proiectele SSTO. Prima discuție a apărut în rândul diferitelor industrii în alegerea dintre proiectarea unui vehicul VTOL, decolare și aterizare verticale sau un vehicul HTHL, decolare și aterizare orizontal. La început, SDIO a fost înclinat să limiteze această concurență numai la VTOL-uri, o restricție care nu a fost adoptată, însă lăsând industriile libere să aleagă metoda de decolare sau aterizare la discreția lor.

General Dynamics a început să proiecteze un nou SSTO cu capacități VTOL. În schimb, Boeing a optat pentru rafinarea modelului său SSTO HTHL, numit RASV, prin modernizarea principalelor motoare ale navetei spațiale printr-o lansare cu sania sau feroviară. Rockwell a mers, în schimb, într-o direcție intermediară, cu designul unui VTHL (decolare verticală și vehicul de aterizare orizontală) care l-a condus în mod necesar să semene cu Space Shuttle Orbiter; pe de altă parte, motoarele includeau un motor Aerospike .

Ultimele proiecte

Unul dintre cele mai recente modele, care chiar a reușit să fie construit la scară pentru testare, a fost Delta Clipper prescurtat ca McDonnell Douglas DC-X . Cu toate acestea, celelalte versiuni, cum ar fi DC-X2, o versiune pe jumătate, și versiunea finală numită DC-Y au rămas doar pe hârtie. Proiectul a fost depus când DC-X, după ce NASA a achiziționat proiectul, a aterizat cu doar trei din cele patru picioare de aterizare în timpul aterizării de testare, provocând eșecul vehiculului și apoi explodând în zona de aterizare.

Fotografia primei aterizări a DC-XA.

Un alt vehicul remarcabil a fost Roton, proiectat de Rotary Rocket , care, după ce a atras o atenție considerabilă a mass-media și a putut finaliza testele la scară, a trebuit să fie abandonat din cauza impracticabilității ideii unui elicopter cu propulsie de rachetă.

Diverse idei ale SSTO

În timpul diferitelor modele, s-au suprapus mai multe idei despre tipul de vehicul de adoptat. Alegerea dintre SSTO HTHL și SSTO VTOL a creat două curente de gândire. Ambele modele, de fapt, au necesitat depășirea provocărilor inginerești de o anumită complexitate. În special, HTHL a prevăzut utilizarea motoarelor cu atmosferă de respirație aeriană , cum ar fi Scramjet . Acest lucru a condus la studiul materialelor adecvate pentru utilizare sub solicitări aerodinamice și termodinamice severe, dar în prezent încă în afara posibilității tehnologice.

Un vehicul VTOL era cu siguranță mai puțin complex de proiectat. Cu toate acestea, problema propulsiei și a sarcinii utile a rămas. Scopul a fost, de asemenea, de a avea un vehicul care să poată fi refolosit de mai multe ori, astfel încât să se reducă și mai mult costurile fiecărei misiuni.

Printre cele mai bizare și purtate idei a fost cea a glonțului SSTO care a constat în „împușcarea” vehiculului pe orbită. De fapt, ideea a fost de a-i oferi o viteză de lansare inițială considerabilă pentru a reduce propulsorul transportabil.

Alegerea combustibililor

Alegerea combustibilului într-un vehicul care urma să atingă astfel de distanțe și viteze a fost unul dintre cele mai importante aspecte ale proiectului. La început s-a crezut că se folosește un amestec de oxigen și kerosen , pentru a permite arderea în vid. Ulterior, pe măsură ce progresează cercetarea, este preferată o propulsie prin utilizarea oxigenului și a hidrogenului, capabilă să producă un impuls specific mult mai mare [2] .

Hidrogenul nu avea aspecte negative indiferente: fiind mult mai puțin dense decât rivalii săi, pompele și mecanismul de injecție trebuiau neapărat să fie mai puternice și, prin urmare, mai grele decât un propulsor mai dens. Acest lucru a dus inevitabil la proiectarea unui vehicul mai greu, care a necesitat o curbă de urcare mai abruptă pentru a evita utilizarea prea mult combustibil în cursul ascensiunii. Această ascensiune mai abruptă a dus, în consecință, la o împingere orizontală mai mică, care, pentru a obține orbita, a trebuit compensată odată ce spațiul a fost atins, printr-o aprindere mai lungă, astfel încât să se obțină viteza orbitală necesară.

Tipuri de propulsie

Tipul de propulsie a văzut succesiunea diferitelor idei pentru a face vehiculul mai eficient și mai rapid. La început, tipul de propulsie preferat era cel comun tuturor rachetelor, cu un motor cu duză de clopot , care ardea hidrogen sau kerosen. Ulterior, a fost dezvoltat SSTO cu mai multe motoare.

Reprezentarea comparației dintre motoarele cu duze cu clopot și motoarele aerospike.

Nuclear

De-a lungul anilor, s-a teorizat utilizarea motoarelor de propulsie nucleară, care cu siguranță a avut o eficiență considerabilă, dar a ridicat multe probleme atât pentru siguranță, cât și pentru impulsul generat. Motoarele nucleare care au reușit să aibă un raport putere / greutate mai mare de 1 erau de fapt foarte puține. În orice caz, problemele de siguranță au eliminat ulterior această idee care a pus în pericol atât tehnicienii, cât și echipajul și teritoriul, în cazul în care racheta s-a prăbușit la sol.

Aerospike

Aerospike a fost unul dintre cei mai buni candidați pentru a înlocui propulsia SSTO. Acest motor a permis rachetei să mențină aceeași eficiență în multe straturi ale atmosferei. Avea o formă de V care permitea aceeași presiune atmosferică să fie utilizată pentru a crea o duză virtuală. La presiune ridicată duza rămâne mică, presată de presiune, dar pe măsură ce presiunea scade și dispare, duza virtuală se extinde. În acest fel, aceeași presiune atmosferică este utilizată pentru a compensa automat schimbarea altitudinii. Cu toate acestea, greutatea excesivă a duzei a fost o problemă [3] . De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că o duză de acest tip are o suprafață mai mare decât o duză tradițională cu clopot, ceea ce înseamnă o zonă mai mare de răcit și un sistem de răcire mai complex.

Propulsie "respirație aeriană"

Acest tip de propulsie, în italiană pentru „respirația aerului ”, implică utilizarea motoarelor care funcționează în interiorul atmosferei și care, așa cum spune cuvântul, pentru a permite arderea combustibilului, trebuie să „respire” oxigen, prin prize de aer.

Cu toate acestea, apar probleme la atingerea vitezei orbitale. Pe lângă faptul că nu există motoare capabile de o asemenea putere, o viteză mare implică în mod necesar o cantitate mare de frecare și căldură, la care vehiculul este supus în timpul ascensiunii. Mai mult, în cazul în care vehiculul nu atinge viteza orbitală în atmosferă, ar avea nevoie de motoare pentru utilizare în vid. Acest lucru ar determina SSTO să aibă două tipuri de propulsie, făcându-l ineficient în comparație cu un vehicul cu un singur tip de propulsie.

Metode de lansare

Proiectanții au conceput diverse metode de lansare care ar putea optimiza eficiența SSTO și a-i oferi un plus de impuls, în comparație cu cea generată de vehicul. Unii au prezis că racheta a fost lansată de la sol, în timp ce alții, precum Space Shuttle Enterprise și Shuttle Carrier Aircraft [4] , se așteptau ca vehiculul să fie lansat în aer, transportat de o altă aeronavă (în principal un avion ).

Lista de mai jos prezintă cele mai comune metode de lansare.

Exemplu clasic de lansare „Captive on top”.

„Captiv pe partea de sus”

Tradus literal înseamnă „Prizonier deasupra”. Această metodă constă în fixarea SSTO pe spatele unei aeronave capabile să-și susțină greutatea și să atingă anumite altitudini de lansare. Apoi, vehiculul eliberează și continuă ascensiunea cu propriile sale motoare. Dacă, pe de o parte, acest lucru cu avioane precum Boeing 747 vă permite să transportați sarcini considerabile [5] , în alte privințe se poate dovedi a fi problematic.

De fapt, în momentul detașării, deoarece cele două vehicule trebuie să evite ciocnirea, SSTO necesită o suprafață minimă a aripii care să îi permită să se îndepărteze treptat. Protecția termică în punctele în care SSTO a fost atașat la aeronava mamă este, de asemenea, neapărat absentă.

„Captiv pe fund”

Acest mod, similar cu „captivul de sus”, prevede că vehiculul, în loc să fie fixat pe spatele avionului, este agățat de burta sau de aripile sale. Acest lucru, deși face detașarea mult mai ușoară, limitează dimensiunea vehiculului; în plus, aeronava-mamă ar avea nevoie de modificări grele pentru a putea suporta greutatea.

Urmărit

După cum sugerează și numele, acest mod implică faptul că vehiculul care urmează să fie lansat este remorcat de un alt avion ca planor. Această metodă impune puternic ca SSTO să aibă o suprafață aripă care să îi permită să se întrețină autonom. Detașarea, totuși, este foarte simplă, iar avionul de remorcare trebuie să sufere modificări minime. Problemele pot apărea în cazul unor probleme tehnice, cum ar fi cablurile care se rup în timpul călătoriei și posibilele prăbușiri ale căruciorului care în timpul fazei de decolare trebuie să susțină întreaga greutate a vehiculului.

Realimentat în zbor

Cu această metodă, care nu este o metodă reală de lansare, se planifică o realimentare în zbor imediat după plecare pentru a compensa propulsorul utilizat la decolare. Acest lucru vă permite să decolați cu o cantitate mai mică de combustibil și, de asemenea, să vă oferiți libertate completă în ceea ce privește dimensiunea vehiculului, care, în orice caz, trebuie să fie echipat cu o suprafață aripă pentru a-i permite să realimenteze în atmosferă.

Transportat intern

În această opțiune, vehiculul este transportat în interiorul aeronavei de la care va fi lansat. Pozitivele sunt multe și includ un cost redus de modificare, siguranța totală a SSTO în interiorul compartimentului și, de asemenea, posibilitatea de a ridica astronauții chiar înainte de eliberare, făcând întreaga misiune mai puțin stresantă.

Alte beneficii se referă la altitudinea pe care o poate atinge aeronava mamă, având în vedere că fricțiunea este mai mică decât într-un transport extern, dar și momentul eliberării care, în acest fel, alunecă pe platforme speciale din interiorul transportului, mai simplu și mai fiabil. Singurele limitări sunt în mod evident cele ale dimensiunii vehiculului care trebuie să intre în compartimentul de încărcare, cu excepția cazului în care creați un plan mama specific pentru SSTO-ul special pe care doriți să îl lansați.

Decolare verticală

Similar cu avioanele VTOL , unele modele SSTO au fost concepute pentru a decola vertical ca lansatoarele convenționale. SSTO-urile de decolare verticală sunt Lockheed Martin X-33 , VentureStar , Roton și McDonnell Douglas DC-X . Ultimele două au fost, de asemenea, proiectate să aterizeze pe verticală, spre deosebire de celelalte care ar fi aterizat planând ca planorele. Curios este Roton, care poate fi considerat un hibrid, în condițiile în care în prima fază a zborului ar fi folosit un motor cu elice care funcționa ca un elicopter . Odată ce a atins o anumită altitudine, când atmosfera era prea subțire, avea să funcționeze motoare cu reacție. Pentru reintrare, el ar fi folosit, ca toate navele spațiale, atmosfera pentru a decelera și, în cele din urmă, ar fi frânat până când va ateriza vertical folosind același motor cu elice.

Notă

  1. ^ (EN) John Mankins, SPS-ALPHA: Primul satelit practic de energie solară prin intermediul unei matrici în fază arbitrară mare , NASA, Loura Hall, în august 2017.
  2. ^ (EN) Hidrogen lichid - combustibilul ales pentru explorarea spațiului , NASA.
  3. ^ (EN) Motor Linear Aerospike - Propulsie pentru vehiculul X-33 , NASA, în august 2000.
  4. ^ (EN) Chris Gebhardt, Space Shuttle Enterprise - Orbiter care a început totul , NASA Spaceflight.com, aprilie 2012.
  5. ^ (RO) Avionul original Shuttle Carrier de la NASA pleacă de la Dryden , NASA, noiembrie 2012.

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Astronautică Portalul astronauticii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronautică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=SSTO&oldid=121918124 ”