Célegyenesben a Roton, a világ első magánfejlesztésű, egyfokozatú, személyzettel ellátott kereskedelmi űrhajója

 

 

A fejlesztő cég

A világűr meghódításának legsúlyosabb gátló tényezője jelenleg az űrszállítórendszerek tetemes költsége, s a hordozóeszközök magas hibaszázaléka. A Rotary Rocket Company célja biztonságos és alacsony költséghányadú, személyzettel ellátott, minden szempontból megbízható rendszer megépítése és üzemeltetése. Ennek a hordozóeszköznek a kifejlesztésével a teljes űripar gyökeres, soha nem látott átalakulása fog bekövetkezni

 

A cég termékei és szolgáltatásai

A Rotary Rocket Company tervei szerint Roton űrhajók flottájára fog hamarosan rendelkezésre állni különböző hasznos terhek világűrbe juttatására. Mihelyt elkészül a megfelelő infrastruktúra, az egyszerű kézműves módszerekkel folyó gyártás helyét átveszi a nagyüzemi termelés, a kereskedelmi partner minél jobb kiszolgálásának érdekében.

A társaság elsődleges célja, hogy telekommunikációs és egyéb kereskedelmi műholdakat juttasson fel alacsony földkörüli pályára (LEO), az űr-szállítóiparban a legalacsonyabb áron. A tervek szerint a Roton űrhajó körülbelül 3200 kg hasznos terhet lesz képes felvinni az űrbe felszállásonként. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk ezeket a lehetőségeket.

A Roton rakodóterébe helyezhető hasznos teher mérete és tömege megfelel a már létező és a tervezés alatt álló, LEO pályára juttatandó kereskedelmi célú mesterséges holdaknak. Mivel a Roton személyzettel ellátott űrhajó, s képes a rakodóterében hasznos terhet a Földre visszaszállítani is, így minden joggal elvárható az az igény, hogy közvetlenül a pályára helyezés előtt az indítandó mesterséges holdon egy végső ellenőrzést végezzenek, s ha bármi probléma adódik, a mesterséges égitest visszahozható a rakodótérben. A tervezők további fejlesztésekben is gondolkoznak, eszerint a személyzetet szeretnék kiképezni műholdmentésre, beleértve az orbitális pályán történő javítást, valamint a sérült vagy működésképtelen szatellitek befogását, s a Földre való visszaszállítását. Ehhez támogatást a biztosítótársaságoktól és a gyártóktól várnak.

Az elképzelések szerint minden eddiginél alacsonyabb árat kínálnak szolgáltatásaikért, beleértve a jelenleg működő és a tervezés alatt álló rendszereket egyaránt. A bejelentés szerint egy start hétmillió dollárba kerül, s ez azt jelenti, hogy a felviteli költség 2200 dollár/kg.

Bármilyen starthiba esetén a Rotary Rocket Company vállalja, hogy további költségek felszámítása nélkül tesz további indítási kísérleteket mindaddig, amíg a hasznos teher pályára nem kerül. A megrendelő számára ez két előnnyel is jár:

1. Kisebb kockázat - a megrendelő - a jelenlegi piaci feltételekkel ellentétben - csak a sikeres indításért fizet,

2. Alacsonyabb biztosítási költségek - mivel a megrendelőnek csak a műhold cseréjének biztosítási költsége terheli, a startköltségek biztosítása nem, így jóval alacsonyabb biztosítási költségekre számíthat.

Fizetési feltételek: Az indítási költséget a start előtt letéti számlára kell helyezni. Az összeg csak a mesterséges hold sikeres pályára állítását követően kerül a Rotary Rocket Company számlájára. Jelenleg azonban a programon dolgozók a két év múlva esedékes startokra vissza nem térítendő letéti összeget kérnek.

Rugalmasság: A Rotary Rocket Company vállalja, hogy hirtelen felmerült igény esetén, a vevő által kívánt dátumhoz képest legfeljebb minimális halasztással elvégzi az indítást. Ezzel ellentétben, a jelenlegi piaci viszonyok feltételek azt diktálják, hogy az egyes indítási terveket már két évvel korábban be kell jelenteni az indítási terv összeállításához. Ennek a feltételnek a társaság úgy tud megfelelni, hogy kisebb űrflottát tart üzemben, mely űrflotta csak minimális kiszolgálást és karbantartást igényel az egyes repülések között. A személyzettel ellátottság és az újrafelhasználhatóság meg kell hogy győzze a felhasználókat, hogy a Roton űrhajóra úgy tekintsenek, mint igazi szállítóeszközre. Emiatt a körülmény miatt figyelmen kívül hagyható a piaci szereplők jelentős részének beállítottsága, akik az újrafelhasználható űreszközök fogalmát összekapcsolják az indítási gyakorisággal és az indítási helyszínnel.

.Megbízhatóság: Majdnem a teljes repülés időtartama alatt a pilótának lehetősége van a küldetés megszakítására, s a Roton űrhajó biztonságos visszahozatalára anélkül, hogy akár a személyzet, akár a hasznos teher, vagy akár maga az űrhajó a legkisebb sérülést is elszenvedné. A megbízhatósághoz még azt is hozzávehetjük, hogy az űrhajóval rendkívül sokrétű repülési tesztsorozatot hajtanak végre, amivel demonstrálják az űrhajó igen magasszintű megbízhatóságát a kereskedelmi partnerek számára, ez a lehetőség a jelenleg üzemeltetett újrafelhasználható hordozórakéták esetében nem elérhető. Az Egyesült Államok Haditengerészetének adatbázisa szerint a pilótás repülések hibaszázaléka 2000-szer kisebb, mint a pilóta nélkülieké. Ez a tény vezetett elsődlegesen ember-vezette űrhajó megtervezéséhez, miáltal a repülések sokkal rugalmasabbakká válnak, s a döntési folyamatok is sokkal inkább kézben tarthatók, mint egy computer-vezérelte küldetésnél, ahol nincs semmiféle más lehetőség, mint az önmegsemmisítés repülés-megszakítás, vagy rendszerhiba esetén. Amint a Roton igazolja képességeit, a Rotary Rocket Company számára hatalmas lehetőségek nyílnak. A Roton ideális eszköz lehet a felhasználók széles köre számára, valamint a jelenleg még teljes mértékben ki sem használt piaci területekre törhet be, mint például napenergia termelés- és továbbítás, orbitális pályán történő műholdjavítás, űrturizmus és nyersanyagok felkutatása az űrben. Jelenleg is alkalmazott rakétafokozatok felhasználásával magasabb orbitális pályák is elérhetővé válnak, vagy akár kutatóexpedíciók indítható a világűr távoli térségei felé.

Profil: A Roton pilótával ellátott kereskedelmi űrhajó, melyet abból a célból építettek, hogy rutinszerűen juttassa el orbitális pályára mind a kéttagú személyzetet, mind a hasznos terhet. A Roton teljes egészében újrafelhasználható, egyfokozatú (SSTO - Single Stage To Orbit), 3200 kg hasznos terhet LEO pályára állítani képes, a legkedvezőbb áron igénybe vehető űrhajó. Kereskedelmi tevékenységét néhány év múlva kezdi meg, a pénzügyi támogatás függvényében, repülésenként 7 millió dolláros áron.

 

Adatlap:

  • Kétfőnyi személyzet: pilóta és hasznos teher specialista

  • Teljesen újrafelhasználható

  • Egyfokozatú (SSTO)

  • Bármilyen időjárási körülmények között képes repülni

  • Függőlegesen indul, s úgy is száll le (VTOL)

  • Szabályozható tolóerejű főhajtómű - a felszálláshoz aktuálisan szükséges tolóerő beállítására

  • Irányított, lágy leszállás automatikus rotor és gázsugár-kormány felhasználásával

  • Meghajtás: kerozin és folyékony oxigén

  • Magasság: 21.3 méter

  • Átmérő: maximum 7.3 méter

  • Tömeg: kevesebb mint 200 tonna

  • 3200 kg 50°-os 300 km magas körpályára

  • A hasznos teher mérete: 3.65X5.00 méter

  • 4 g maximális gyorsulás felszálláskor

  • 8 g maximális gyorsulás leszálláskor

  • 1.5 g oldalirányú gyorsulás

  • Pirotechnikai eszközök nem használtak a hasznos teher pályára helyezésénél

  • A kabinban felszálláskor maximum 32°C lehet

  • Tisztasági osztály: 100.000

  • Indítási helyszín: Mojave, Kalifornia

 

A technológia

A Roton lesz a világ első, teljes egészében újrafelhasználható, egyfokozatú kereskedelmi űrhajója. Kéttagú személyzet irányítja, s a tervek szerint 3200 kg (7000 font) hasznos terhet visz fel alacsony földkörüli pályára. A Roton gyökeresen át fogja alakítani az űrszállító rendszerekre épülő ipart, mivel biztonságos, megbízható, ember-vezette űrhajót állít szolgálatba, a jelenleg elérhető áraknál drasztikusan alacsonyabb árakon. Ezeknek a hordozóeszközöknek a flottája rugalmas, azonnal igénybe vehető szolgáltatásokat kínál, hasonlóan a jelenlegi szállítóvállalatokhoz, azonban áraival alapjaiban alapjaiban változtatja meg az űripart.

A Roton függőlegesen száll fel, hasonlóan a hagyományos rakétákhoz, folyékony hajtóanyaggal üzemelő, a NASA által fejlesztett Fastrac hajtóműve oxigént és kerozint éget. A hajtóműtől csúcsszinten való működést, magas megbízhatóságot és hosszú élettartamot várnak el. Amint a hasznos terhet orbitális pályára helyezték, a Roton egy, az orr-részén elhelyezett, s a világűrben összehajtogatott állapotban tárolt, rotorrendszer segítségével tér vissza a Földre, ez segít stabilizálni az űrhajót. A burkolat hővédelmét aktív vízhűtéses rendszer látja el, mely a burkolat hőmérsékletét olyan alacsonyan tartja, mint amilyen hőfokot a kísérleti szuperszonikus repülőgépeknél sikerült elérni. A légkörben az űrhajó siklórepüléssel repül, hasonlóan egy autorotorral felszerelt helikopterhez, és függőlegesen száll le, stabilizáló hajtóművei segítségével.

Mindezeket a berendezéseket már kifejlesztették, anélkül, hogy a fejlesztések során problémák vagy plusz költségek merültek volna fel. Hasonlóan a sugárhajtású repülőgépekhez, itt is csak folyékony hajtóanyagot használnak fel. A világűrben töltött idő egy és két nap közé esik, a startelőkészítési idő mindössze néhány nap, nem hónapok vagy akár évek, mint a jelenleg bevett gyakorlat. Csak ily módon érhető el alacsony áron való űrtevékenység.

 

Tervezési filozófia

A Rotary Rocket Company érdekelt egy olyan piac megteremtésében, mely olcsóbb, biztonságosabb és megbízhatóbb az űrszállítások terén. Ezen követelmények megvalósításához új, alacsony szervizelési és működtetésű hordozóeszközt kellett tervezni. Ezeket az elvárásokat magas megbízhatósággal és rugalmas felhasználással kell párosítani. Ráadásul, az ilyen hordozóeszköz kifejlesztése is a lehető legalacsonyabb költségekkel történhet csak. Csak ilyen szempontok figyelembe vételével lehetséges egy magánalapítású vállalat számára alacsony árakat kínálva versenyképessé válni az űrszállítások terén.

A Rotary Rocket Company célja, hogy mindezeknek az elvárásoknak feleljen meg a Roton űrhajó. A fejlesztési program minden egyes vonatkozása, a globális tervezés szintjétől, a hasznos teherrel kapcsolatos tevékenységeken, a földi kiszolgáláson és az űrhajó alrendszerein át ennek az elvárásnak kíván megfelelni. Ezek az elvárások határozzák meg a tervezőcsoport munkáját.

 

 

A Roton űrhajó

 

Újrafelhasználhatóság

 

Az elsődleges szempont az újrafelhasználható űrhajó mellett a repülésenkénti legalacsonyabb költségszint megteremtése volt. Az egész hordozóeszköz vagy akárcsak egyes részeinek az eldobása is jelentősen megnöveli a költségeket. A megrendelések kiszolgálása jóval alacsonyabb áron megoldható újrafelhasználható hordozóeszközzel, ezáltal csökkennek a startelőkészítési költségek is, ami szintén a pályára juttatandó egységnyi tömeg költségvonzatát mérsékli.

Az összes jelenleg használatos hordozórakéta (az amerikai űrrepülőgép kivételével) egyszeri használatra készült. Azonban maga az űrrepülőgépe sem teljes mértékben újrafelhasználható, ha összehasonlítjuk az autókkal, vagy a repülőgépekkel. Az űrrepülőgép tartozékai megmenthetők. Számos meglehetősen alapos vizsgálaton kell átmenniük mielőtt újból felhasználhatók lennének. Ez nem költséghatékony módszer. A Roton űrhajót úgy tervezték, hogy jónéhány küldetést teljesíthessen, mielőtt alaposabb átvizsgálást igényel, s a flotta minden egyes tagjától elvárják, hogy legalább száz repülést végrehajtson, mielőtt nyugdíjba megy.

Ha a tervezési munkák megfelelőek voltak, a hordozórakéta más módon is profitálhat az újrafelhasználhatóság mellett, ez pedig a hasznos teher visszaszállítása az űrből. Az űrsiklónak megvan ez a képessége, s a Rotont is úgy tervezték, hogy képes legyen teljesen megrakodva is biztonságosan visszatérni és leszállni. Ez képessé teszi orbitális pályán keringő műholdak mentésére, de a világűrben gyártott termékek visszaszállítására is. Ezek a képességek nem szerepelnek egyetlen fejlesztés alatt álló és tervezett hordozórakéta-rendszer fejlesztési tervei között sem.

 

Egyfokozatú űrhajó

Az egyfokozatúság elve a létező legegyszerűbb módja annak, hogy az újrafelhasználható hordozóeszköz a lehető leggyorsabban ismét felbocsátható legyen, hiszen nem igényli a részelemeinek bonyolult mentési műveletét, s ezek újbóli összeépítését az egyes repüléseket követően. Az egyes összeszerelések nemcsak a felbocsátási gyakoriságot csökkentik, hanem jelentősen megnövelik a földi kiszolgálási költségeket is. Az egyfokozatú hordozóeszköz nagymértékben csökkenti a startköltségeket összehasonlítva bármilyen más hordozórakétával.

Két alapos oka van, hogy a Roton egyetlen fokozattal képes eljutni a világűrbe. Az egyik, hogy igen könnyű. A Mercury űrhajó Atlas hordozórakétája áll legközelebb a létező hordozóeszközök közül a Rotonhoz. Hasonlóan a Rotonhoz, az Atlas is oxigén/kerozin keverékkel működteti hajtóműveit, s felszállási össztömege is hasonló. Majdnem újrafelhasználható eszköznek tekinthető, mindössze a hajtóműveit dobja le, ezenkívül minden más orbitális pályára kerül. Azonban a Roton viszonylag több hajtóanyagot szállít, habár, mint említettem, össztömegük hasonló.

A másik ok: a Roton igen erős hajtóművekkel rendelkezik. Ismét az Atlast alapul véve, a Roton hajtóművei jóval magasabb tüzelőtérnyomáson dolgoznak, s a magassági kompenzáció előnyeit is kihasználják. Mindez azt jelenti, hogy a Roton a hajtóanyag minden egyes kilogrammjának elégetésével több mint 10%-al nagyobb tolóerőt tud felhasználni, mint az Atlas.

 

Függőleges fel- és leszállás

A függőleges fel- és leszállás jelentős előnyt kínál más tervezési elképzelésekkel szemben. Az egyik ezek közül az, hogy sokkal egyszerűbb műveleteket igényel a hordozórakéta felszállása, visszatérése a légkörbe és a leszállása. A szerkezeti felépítését figyelembe véve ez azt jelenti, hogy az eszközt csak egy irányban kell fokozottan megerősíteni. A függőleges indítási és vízszintesen leszálló (VHTL) eszközöknél úgy függőleges, mind vízszintes irányban erős szerkezeti hordozóelemeket kell beépíteni, aminek eredményeként megnövekedik a szerkezeti tömeg.

A Lockheed Martin által gyártott X-33 és a Roton űrhajó ugyanannyi hajtóanyagot szállít, azonban az üres tömege az X-33-nak majdnem négyszerese a Rotonénak, s ráadásul az X-33 el sem hagyja a légkört. Ez az ellentmondás abból adódik, hogy az X-33 függőleges irányú felszállása miatt vertikálisan, a vízszintes irányú leszállása miatt pedig horizontálisan is erős szerkezeti elemekkel kell rendelkeznie. Még a McDonnell Douglas DC-X (Delta Clipper) jelű kísérleti eszköze sem használta volna ki a VTVL technika előnyeit, hiszen úgy tervezték, hogy az atmoszférába való visszatéréskor az orra fordul a Föld felé, s a leszállás előtt nem sokkal hajtott volna végre egy átfordulós manővert.

A függőleges irányú működésnek további előnyei is vannak. A Rotonnak mindössze egy 33 m átmérőjű terület kell a felszálláshoz és a leszálláshoz, ezáltal nagyban csökkentve a starthoz szükséges infrastruktúra méretét. A tényleges repülésekkor a Roton egészen egyszerű startasztalról emelkedik fel és le. Ugyanez a startasztal tökéletesen megfelel akkor is, ha a valamilyen okból félbeszakított repülés miatt vészleszállás válik szükségessé. A Rotonnak nincs szüksége kifutópályára, képes bármilyen elérhető, lapos területen leszállni, ezzel is növelve a működés biztonságát.

 

Ballisztikus visszatérőpálya

Az aerodinamikai felmelegedés csökkentése érdekében a Roton ballisztikus pályán tér vissza a világűrből. A ballisztikus visszatérő pályán kisebb hőterhelés éri az űrhajót, mint az "emelő test" (lifting body) koncepciót használó űrrepülőgépet és az X-33-at, mert ezen utóbbi űreszközök hosszabb időt töltenek a légkörben igen nagy sebességgel haladva.

Az emelő testeknek nagyobb felülettel is kell rendelkezniük, abból a célból, hogy ez a bizonyos emelő hatás létrejöjjön, emiatt nagyobb területen szükséges hővédelmüket biztosítani. Ennek következtében ismét súlyosabbá válnak. A Roton űrhajó legnagyobb terhelésnek kitett hővédőpajzsának területe körülbelül egytizede csak az űrrepülőgépének, az űrhajó teljes felszínéhez képest a hővédő rész aránya 50%-os. Ráadásul, a Roton oldalfalainak hajlásszögét úgy tervezték, hogy kikerüljön azokból melegedést okozó légörvényekból, ezáltal is csökkentve a hőterhelést. Mindezek eredményeképpen a hőterhelés kérdése a Roton számára sokkal lényegtelenebb, mint más hordozóeszközöknél.

 

Üzemanyag

Üzemanyagként a hajtómű folyékony oxigén és kerozin keveréket használ. Az egyfokozatú rakétahajtóművek tervezői gyakran választják hajtóanyagként a folyékony hidrogént, mivel magas fajlagos impulzus érhető el általa, azonban egy ilyen hajtómű elkészítése sokkal bonyolultabb. A hidrogén kis sűrűsége miatt tartályának nagysága több mint hétszerese az azonos mennyiségű kerozintartályhoz képest. A nagyobb tank nehezebb, fokozottabb légellenállást vált ki, kiterjedtebb hővédőrendszert igényel, mint a kisebb, alacsonyabb hőmérsékletet igénylő, folyékony kerozint tartalmazó tartály. A hidrogént égető hajtóművek kétszer nehezebbek a kerozint égetőknél ugyanakkora tolóerő mellett.

 

Kompozit anyagok

Az egyik kulcseleme az újrafelhasználható, egyfokozatú hordozóeszköznek a könnyű, tartós felépítés. Az egyszer használatos hordozórakétáknál a vázat általában valamilyen alumíniumötvözetből készítik el, vagy, ritkábban, acélból. Miközben a fémek erősek, egyben nehezek is, s ez plusz tömeget jelent. Az elmúlt harminc évben jónéhány új hordozórakétát terveztek. Konzekvenciaként levonható, hogy csak igen kevés használta ki közülük a manapság jelentős eredményeket felmutató epoxy-szálas kompozit anyagok fejlesztése terén elért eredményeket. Ezek a kemény, igen könnyű anyagok már régóta használatban vannak a polgári repülőgépeken, mint például a Boeing 777-en, illetve egyes űrprogramokban is szerepet kaptak, mint például a McDonnell Douglas DC-X kísérleti eszközén. A modern kompozit anyagok akár acélkeménységűek is lehetnek, miközben tömegük 1/5 része annak.

 

Rotor használata

Számos koncepciót vitattak meg a légkörbe visszatérő hordozóeszköz lefékezésére és stabilizálására: ejtőernyőt, szárnyakat, rakétás fékezést, míg eljutottak a jelenleg felhasznált elképzelésig. A rotor-bázison alapuló rendszernek számos előnye van más fékezési-stabilizálási eljárásokkal szemben. Ezek közül néhány. A rotor:

  • jelentősen könnyebb, mint más rendszerek

  • az emelkedés során csak ki légellenállás-növekedést okoz

  • a teljes visszatérési szakasz alatt stabilizálja a hordozóeszközt

  • eközben fékezi, s az irányításhoz is besegít

  • a repülést egyenletessé teszi, nem okoz hirtelen sebességváltozást

  • lehetővé teszi a leszállás kontrollálását és a pontos földet érést

  • csökkenti a leszállással kapcsolatos infrastruktúra mértékét (nem szükséges kifutópálya)

  • közel nulla sebességű leszállást tesz lehetővé

  • lehetővé teszi a függőleges fel- és leszállást, ami azt jelenti, hogy az űrhajót érő maximális terhelés csak ebben az irányban hat.

A rotor felépítése és szuperszonikus tartományban működése az a terület, melyet a legtöbb ember a Roton koncepcióval kapcsolatban alaposan problémaként felvet. Néhány kutató azonban tudja, hogy rotorok használatát, mint a visszatérés egyik lehetséges módját, már megvizsgálták az Apollo kapszula világűrből való visszatérése során. Visszatekintve a hatvanas évek elejére, ezen kísérletek eredményei azt mutatják - a rotorokat a Mach szám 40%-án próbálták ki - hogy a dinamikus terhelés tízszerese volt annak az értéknek, mely a Roton rotorján fel fog lépni, ahogy azt a NASA sikeres tesztek során igazolta szuperszonikus szélcsatornájában a repülési tesztek részeként.

 

Stabilitás és kontrol

Hasonlóan a az Apollo asztronautáit a Holdra szállító Saturn hordozórakétához, a Roton esetében is átveheti a pilóta az irányítást, ha az automatikával problémák adódnak. A Saturn rakéta azonban nem volt stabil, ezért speciális képesítéssel felruházott asztronautákat igényelt kézi vezérlése, a Roton elkeskenyedő formája, valamint az orr-részben elhelyezett oxigéntartály olyan tervezési kialakítás, mely igen stabillá teszi az űrhajót. Bármilyen perturbációs áramlat jelentkezése esetén sokkal nagyobb az esélye annak, hogy ezeknek a háborgásoknak gyengíti a hatását, mintsem a rakéta letérne a pályájáról.

A visszatérés során és a leszállópályára való ereszkedés közben a Roton az alsó részével közelít, üres oxigén és kerozintartályokkal, miközben a rotorlapátok nyitva vannak, s mintegy 45 fokos szöget zárnak be az űrhajó testéhez képest. Ez a repülési helyzet további stabilitást ad az űrhajónak. A repülésirányító rendszer hibája esetén tehát az űrhajó nem sérül meg és nem semmisül meg. Hihetetlen stabilitást mutat repülési körülmények között. Ez a stabilitási fok elérhetetlen az űrrepülőgép számára, vagy bármely más, addig használt és használatban lévő hordozóeszköz számára.

Számos katonai harci gép instabil normál repülési helyzetben, s irányításához aktív számítógépes rásegítést igényel. A Roton stabilitása lehetővé teszi a computeres irányítás nélküli, X-15 típusú vezérlést. Kissé ironikus, de meg kell jegyezni, hogy az X-15 kísérleti repülései során bekövetkezett egyetlen baleset éppen akkor történt, amikor a gépet automata irányította. A számítógépes repülési rendszerek csak ritkán hatékonyabbak, vagy kínálnak jobb alternatívát mint az aerodinamikai stabilitás vagy a pilóta jelentette kontroll.

 

Automata kontra pilóta

A pilóta nélküli repülőgépek (UAV) jelenleg igen népszerűek katonai körökben, hiszen olyan körülmények között is használhatók, melyek az emberek számára túl veszélyesek lennének. Következésképpen számos pilóta nélküli eszközt fejlesztettek ki, s a történetük is jól érthető. Ezeket a repülőgépeket kétféleképpen irányítják, akár a kettő kombinációjával is: távvezérléssel, vagy önvezérléssel. Egyetlen egy pilótanélküli gép (kivéve a NASA jelenleg tesztelt X-36 kísérleti eszközét) sem úszta meg a próbarepüléseket legalább egy lezuhanás nélkül. Majdnem az összes ilyen baleset amiatt következett be, hogy a gép kicsúszott az irányítás alól, vagy programhiba, vagy hardverhiba, vagy adatkimaradás miatt. Egy másik ok, ami miatt minden pilótanélküli gép lezuhant az az volt, hogy egy ilyesfajta baleset nem olyan súlyos, mintha egy ember-vezette repülőgép zuhan le. Valójában minden egyes UAV programhoz számos repülőgépet építettek, s már eleve bekalkulálták egy vagy több gép elvesztését.

Igen fontos szerepet kap a Roton űrhajó biztonságában és megbízhatóságában a pilóták repülési gyakorlata. Azon képességeiknek, hogy korrigálni tudnak bizonyos manővereket, illetve elromlott eszközök hibáját kiküszöbölik, nincs alternatívája. Természetesen a személyzet nem tud ellensúlyozni totális vagy katasztrófikus meghibásodást (mint ahogy egy Boeing 747-es legénysége sem tudna megbirkózni azzal a problémával, ha közvetlenül a felszállás után leállna mind a négy hajtómű), de képesek bizonyos hibaelhárító tevékenységeket elvégezni, hogy az egyetlen hibás működés problémák sorozatát kiváltva ne vezessen a teljes űrhajó pusztulásához. Még a magasan automatizált katonai repülőgépek is nagyban függnek a pilóta helyes döntéseitől - a megbízhatóság tekintetében. Például, a pilóta képes ellenőrzése alá vonni a gépet, ha a robotpilóta eltér a kijelölt repülési útvonaltól. Ilyesfajta döntés nem hozható egy pilóta nélküli repülőn. A legtöbb esetben ilyenkor egy pilóta nélküli gép egész egyszerűen folytatja tovább repülését, a veszélyhelyzet érzékelése nélkül, egészen addig amíg szó szerint, bele nem pusztul. Éppen ez történt meg az első Ariane 5 hordozórakétával is, melynek számítógépes programhibája hibát okozott a repülésirányító rendszerben.

A pilótás repülőgépek fejlesztési filozófiája messze a legbiztosabb útját adja a majdani működtetésnek, és éppen ez a pilótás repülésben rejlő biztonság volt az, ami a Rotary Rocket Company-t arra sarkalta, hogy e mellett a tervezési filozófia mellett döntsön a Roton űrhajó megépítése kapcsán.

 

Kényszerleszállás

A Roton további különleges képessége az, hogy adott esetben kényszerleszállást tud végrehajtani. Ez olyan képesség, mellyel minden kereskedelmi és általános célokra használt repülőgép is rendelkezik. A Roton képes korrigálni valamelyik alrendszer súlyos hibáját, mint például a számítógépek, vagy a hajtómű leállását, s vagy befejezni a repülést, vagy biztonságosan leereszkedni a földre. Egyetlen jelenleg használatos hordozóeszköz sem rendelkezik ezzel a képességgel, enélkül pedig nem lehet minden részletre kiterjedő repülési teszteket végezni. Filozofikusan megfogalmazva: a kényszerleszállás képessége jelenti a legfontosabb különbséget aközött, hogy építünk egy rakétát (fegyver), vagy egy hordozóeszközt (szállítás). Ez a képesség bizonyítottan rendkívül fontos, s ez ki is derült a DC-X kísérleti eszköz automatikus leszállításánál, amikor egyik kísérlet során félbe kellett szakítani a repülését. Itt szükséges megjegyezni, hogy a DC-X mindezidáig az egyetlen hordozóeszköz, melyet egy súlyos robbanás után sikerült biztonságban leszállítani.

 

Minden részletre kiterjedő repülési tesztek

A legtöbb hordozórakéta fejlesztőnek azzal a kellemetlen körülménnyel kell szembesülnie, hogy egész egyszerűen nincs lehetőség minden részletre kiterjedő repülési tesztsorozatot végrehajtani. Ez egyáltalán nem meglepő, s ezért bizonyos tervezési elképzeléseknél gondot is okoz a hordozóeszköz vagy a rakéta pontos működés közbeni tesztelése. Eszerint a filozófia szerint minden egyes alkatrészt már összeszerelt állapotban kell tesztelni, miközben a mérnökök hada figyel minden egyes alkotóelemet.

Természetesen jó oka van az alapos tesztelésnek. Minden egyes szerkezet meghibásodására akkor van a legnagyobb esély, amikor még márka-újak. Ezért kapunk garanciát is szinte mindenre, amit vásárolunk. Ha egy új berendezése nem romlik el a vásárlástól számított első 90 napon belül (vagy gépkocsi esetében az első 20.000 km megtétele közben), akkor igen valószínű, hogy sokkal később sem fog elromlani, akár a teljes elhasználódásig is kibírja. Minden újonnan fellőtt hordozórakéta márka-új, "frissen kerül ki a dobozból". A személy gépkocsijainkkal ellentétben, egy meghibásodott hordozórakétát nem lehet visszavinni az üzletbe és kérni helyette egy másikat. A rakéták megsemmisülnek, ha meghibásodnak. Minden egyes hordozórakéta dollár tízmilliókba kerül, s csak egyetlen használatra van lehetőség. Érdemes tehát a dollárok millióit a fellövés körüli műveletekre költeni, azért, hogy megnöveljék annak a biztonságát, hogy a befektetett dollár tízmilliók ne vesszenek el már az első alkalommal, amikor a hordozórakétát üzembe helyezik.

A fentebb vázolt rakétafejlesztési mód költséges. Mivel a Roton űrhajó minden részletre kiterjedő repülési tesztsorozaton megy át, a Rotary Rocket Company-nak nem kell követnie az igen drága egyszer használatos hordozórakéták esetében paradigmaként alkalmazott filozófiát.

 

Az űrhajó

A Roton kúp alakú, 7.3 m átmérőjű az alapjánál és körülbelül 21.3 m magas. Tömege kisebb mint 180 tonna teljesen feltöltve hajtóanyaggal, kilövésre készen. A köralakú alsó rész tartalmazza az űrhajó főhajtóműveit, a hajtóművek függőlegesen lefelé irányított fúvókáit. Az orbitális pályáról való visszatéréskor az űrhajó alapja hővédő pajzsként szolgál. Közvetlenül a főhajtómű felett van a kerozin tank. Az üzemanyagtartályon merevítő elemek vezetnek át egészen a rakodótérig, mely pontosan a tartály felett található. A rakodótér mellett található a pilótafülke. A pilótafülkéből a rakodótérhez vezető összeköttetést egy tolóajtó nyújtja. A rakodótér felett a folyékonyoxigén-tartály, e felett pedig a Roton orr-része van, melyben megtalálható a rotor rendszer központja, a tartozékelemek, s maguk a rotorlapátok.

 

Az űrhajó váza és az üzemanyagtartályok

A Roton üzemanyagtartályai, rakodóterének oldalfala, az űrhajó burkolata, s a legtöbb vázeleme karbonszálas epoxy kompozitanyagokból készül el, kihasználva ennek az anyagnak a rendkívüli képességeit. A folyékony oxigén igen alacsony hőmérséklete ellenére az igen nagyméretű tartály is kompozitanyagokból fog készülni. A Rotary Rocket Company egyik legfontosabb szerződéses partnere a Scaled Composites kifejlesztett egy különleges burkolóanyagot a tartály belsejének bevonására, hogy maga a tartály fala ne legyen kitéve a folyékony oxigén hatásainak. Igen alapos tesztek bizonyították ennek a megközelítésnek a létjogosultságát.

 

A főhajtómű

A program rizikófaktorának csökkentése érdekében a Rotary Rocket Company egy alacsony kockázatú, hagyományos rakétahajtóművet választott az űrhajó meghajtására. A hajtómű a NASA által fejlesztett fastrac rakétamotor, ennek számos példányát építik be a hajtóműtérbe, hogy a kívánt, 2200 kN tolóerő előálljon. (fastrac = fast track - gyors ösvény, gyors pálya. Bővebben az alábbi internetcímen érhető el: http://www1.msfc.nasa.gov/NEWS/background/facts/fastrac.htm) Ez a hajtómű kerozint és oxigént használ. A hajtómű tovább fejlesztése megfontolás alatt áll, amint a kivitelezési szakasz folytatódik.

Ennek a hagyományos tervezésű rakétahajtóműnek a használata a fejlesztési program részeként gyorsabb megvalósítást és kisebb kockázat vállalását jelenti. A korábban kiválasztott rotary RocketJet hajtómű kifejlesztését elhalasztották. Mind a megrendelői kör, mind a beruházó társaságok támogatásukat fejezték ki a változtatással kapcsolatban. A Rotary Rocket Company fenntartja az opciós jogot, hogy a jövőben megépülő Roton űrhajóknál visszatér az eredeti tervekben szereplő hajtómű elképzeléseihez.

 

Segédhajtóművek

A Roton segédhajtómű rendszere és tolóerő ellenőrző rendszere (RCS) független a főhajtómű rendszertől, s a hajtóanyagot is saját üzemanyagtartályaiból kap. Néhány körülbelül 450 N tolóerejű segédrakéta állítja megfelelő helyzetbe az űrhajót, szolgáltat kiegészítő impulzusokat a megfelelő pályára álláshoz, segít az űrben való manőverezésben, s az orbitális pályáról való visszatérésben. Ezek a hajtóművek a Roton űrhajón oly módon vannak elhelyezve, hogy képesek legyenek az űrhajót orsózó, bólintó és mozgások végrehajtására, de pályaváltoztatásra és visszatérési manőverek végzésére is alkalmasak.

 

Hővédelem

A hővédelem igazi kihívást jelent a mérnökök számára minden egyes nagysebességű repülőgép megtervezésekor. A Roton aktív vízhűtéses rendszert használ burkolata túlmelegedésének védelmére. A kezdeti tanulmányok azt mutatták, hogy az ilyentípusú rendszereknek a kifejlesztése olcsóbb, s könnyebb beépíteni is, mint a hagyományos hővédő rendszereket.

Ez az innovatív rendszer a következőképpen működik: vizet pumpál az eddigi tapasztalatok szerint az űrhajó burkolata hőterhelésnek legjobban kitett részei alá a kilövés és a légkörbe való visszatérés közben. A kilövés alatt az űrhajó alján lévő hővédő pajzs megvédi a hordozóeszközt a hajtóművek termelte hőtől, s a keletkező gázsugaraktól. A magasabb részek hűtése a légköri hatások által kiváltott melegedés ellen véd. A visszatérés közben a hővédelem ismét bekapcsolódik, fokozottan kell védeni a hőterhelésnek legjobban kitett alsó részt, valamint a leszálláshoz szükséges berendezéseket. Az űrhajó efféle védelme következtében kisebb hőterhelési nyomásnak vannak kitéve a Roton szerkezeti elemei, emiatt pedig egyszerűbb rendszer-ellenőrző berendezéseket lehet beépíteni. A hővédelmi rendszer használ passzív szigetelést és aktív technikát is; mindkettő továbbfejlesztése folyamatos.

 

A rotor rendszer

Roton visszatérésekor alkalmazásra kerülő rotor-rendszer kistömegű, segítségével a pilóta lassú közelítésben tud repülni a leszállóhely felé. A rendszer négy darab, acélból készült rotorlapátból áll, ezek teszik lehetővé az űrhajó siklórepülését mintegy 8500 méteres magasságtól. Az 1:1 siklási arány eredményeként a siklási távolság körülbelül 8 km. A Roton siklási sebessége viszonylag lassú, mindössze 80 km/h, élesen különbözik az űrrepülőgép 400-550 km/h siklási sebességétől.

A rotorok központi agya az űrhajó csúcsán kapott helyet az orrkúp alatt. Itt vannak az egyes csuklós illesztések, az áttételek, ezek segítségével állíthat a rotor és a rotorlapátok hajlásszöge. A rotor agya autogiroszkóp jellegű, meghajtás nélkül és szabadon forognak a rotorlapátok a tengelyen. A rotor agyának szerkezete hagyományos kereskedelmi helikopterek technológiáján alapul. A rotorlapátok végére kis rakétákat építettek be, hogy a leszállás végső pillanataiban tolóerejőkkel felpörgessék a lapátok forgási sebességét. Ezeket a rakétákat ugyanaz a hajtóanyagkeverék hajtja meg, mint a korrekciós hajtóműveket. Ez a plusz energia lehetővé teszi a lágy leszállást, viszonylag kis rotorlapát méretek mellett.

 

Avionika

A Roton repülésirányító rendszere az alábbi elemeket tartalmazza: fedélzeti elektronika és számítógépek, érzékelők, kommunikációs vonalak és telemetria, navigációs és irányítóberendezések, elektromos energiatelepek, kábelek, kontrol és adatértékelő szoftverek.

A Rotary Rocket Company által használt repülésirányító rendszer sok szempontból eltér azoktól a rendszerektől, melyeket a hagyományos rakéták irányítórendszere keretében használnak. A legtipikusabb, hogy az űrhajó vezérlő számítógépeinek nagy része a földön kapott helyet, a kilövést és a repülés előtti ellenőrzéseket végző számítógépes rendszerekkel együtt, nagy számú repülésirányító szakember felügyeletére bízva. A visszaszámlálás nagy része, a hajtóművek indítása és a kilövési műveletek közvetlenül a földről irányítottak.

A Rotary Rocket Company elhatározta, hogy konzekvensen követi az avionika repülőgépes megközelítését. A fedélzeti számítógépek átfogó önellenőrző és az űrhajót felügyelő programokat futtatnak. Továbbá, a fedélzeti számítógépek elvégzik a szükséges repüléselőtti és start közbeni ellenőrzéseket, miközben a kulcsfontosságú lépéseket és rendszerfelügyeletet a földi kiszolgáló bázis végzi.

A Roton központi számítógépe közvetlenül ellenőrzése alatt tartja valamennyi alrendszert, beleértve a rotorokat, és a hajtóműveket. A hajtómű számírógépe üzenet-alapú elven működik, a központi számítógéptől kapja az utasításokat, s annak jelzi vissza az aktuális állapotokat. A Globális Helymeghatározó/Inerciális Navigációs rendszer (GPS/INU) határozza meg az űrhajó pozícióját, helyzetét, sebességét és továbbítja mindezeket az információt a Roton központi számítógépéhez.

Az űrhajó avionikai rendszere többszörös redundanciát tartalmaz, képes automatikusan újrakonfigurálnia önmagát, beleértve a központi számítógépet, a hajtóműveket felügyelő számítógépeket és a navigációs számítógépeket is.

 

Leszállótalpak

A Roton kormányhajtóművei lágy, helikopterszerű leszállást biztosítanak. Ennek eredményeként az űrhajónak könnyű leszállótalpai vannak. Négy behúzható leszállótalpat erősítettek a külső burkolatra. Ezek a leszállótalpak felveszik az űrhajó billegését leszálláskor anélkül, hogy károsítanák a külső burkolatot. A leszállótalpak elhelyezése, s az űrhajó aljának talajfeletti magassága, a kereskedelmi helikopter-technikában jól ismert minimális borulási szög tétel alapján lett meghatározva. A nagy borulási szög, az űrhajó alacsony súlypontja, a kis aerodinamikai ellenállása vezet oda együttesen, hogy a Roton képes a kilövőálláson 80 km/h szelet is elviselni anélkül, hogy felborulna.

A Roton és a Boeing 747-es összehasonlítása

Repülőgépeket azóta ismerünk, mióta a Wright testvérek megtették első útjukat. Azóta a repülőgépeket fantasztikus mértékben fejlesztették, manapság már rendkívül biztonságosan közlekednek, s egyre több és több ember utazik velük. A Rotonhoz a repülőgépek állnak a legközelebb, hasonlítsuk most össze az egyik legismertebb utasszállítóval.

 

Boeing 747

Roton

Több hajtóműve van

Több hajtóműve van

Képes kényszerleszállást végrehajtani veszély esetén

Képes kényszerleszállást végrehajtani veszély esetén

Többszörös kontrolberendezéssel rendelkezik

Többszörös kontrolberendezéssel rendelkezik

Habár a modern repülőgépek igen magas fokon automatizáltak, a repülőszemélyzetnek lehetősége van súlyos hiba esetén gyors közbeavatkozásra, s a legközelebbi repülőtéren való biztonságos leszállásra

A Roton személyzetnek is lehetősége van súlyos hiba esetén gyors közbeavatkozásra, s az űrhajó biztonságos leszállítására

 

Bizonyos szempontból a Roton még az utasszállítóknál is biztonságosabb. A Roton a Boeing 747-hez képes csak ötödannyi kerozint szállít, s bárhol képes leszállni, ahol van egy 33 m átmérőjű sima terület, miközben a 747-nek több ezer méteres kifutópálya kell.

 

Forrás: www.rotaryrocket.com - 2001

Fordítás: Aranyi László

 

 

Vissza a nyitólapra