Egyfokozatú rakéta - a VTOL

A fő akadálya annak, hogy az Egyesült Államok előtt a világűr határai sokkal szélesebbre táruljanak, a folyamatos függőség az egyszerhasználatos űreszközöktől. Elképzelések és meghajtás-tervezetek a nem-feláldozható űreszközökről természetesen már egy ideje rendelkezésre állnak. A használatuk nagyon tetszetős lenne, de technikailag igen sok követelménnyel kell szembenézni ahhoz, hogy megalkotható lehessen az az egyfokozatú (Single-Stage-to-Orbit - SSTO) rakéta, mely képes kijutni a világűrbe és vissza is térni onnan.

 

Amikor a tesztekre sor került az elmúlt évben az 1/3-os léptékű modellel, a McDonell Douglas által gyártott Delta Clipperrel (DC-X) White Sandsen, a sikeresen végrehajtott függőlegesen fel- és leszállás úgy tűnt, hogy körvonalazza az elkövetkezendő lépéseket.

Orbitális repülés, illetve nagy magasság elérése még nem volt a célja ezeknek az első teszteknek; mindössze 400 méteres magasság. Azonban a demonstráció elég volt arra, hogy a technikusokat és az érdeklődőket gondolkodásra késztesse, a jövővel kapcsolatban, fejezzék ki reményeiket (vagy kétségeiket) arról, hogy ezzel az eszközzel mi az ami megvalósítható. A kísérleteket követő rövid időszakban annyi bizonyos csak, hogy elegendő pénz érkezett a további repülési tesztekre, s a munkába valamilyen formába bekapcsolódók kíváncsian várják a folytatást.

1994 májusában határozottan kijelentették, hogy a White Sands-i repülési tesztek folytatására a tervek szerint '94 júniusában sor kerül. A Virginiában dolgozó Paul Blase további részletekkel szolgál a jelenlegi fejlesztésekről:

A DC-X legutolsó repülésére 1993 szeptember 30-án került sor. Nem sokkal ezután a program kifutott a pénzéből, és a BMDO (Ballistic Missile Defense Organization - Ballisztikus Rakéták Védelmi Szervezete) annak az elképzelésének adott hangot, hogy minden további tesztet el kell halasztani. Ugyanebben az időben a DC-X program irányítása átkerült az ARPÁ-hoz (Advanced Research Projects Agency - Fejlett Kutatási Projektek Hivatala), mely a már létező BMDO irányítás égisze alatt futtatta a programot. A helyzetet súlyosbítja, hogy különböző okok miatt az ARPA nem különösebben érdeklődik az SSTO technológiák iránt, s halogatja a további tesztek elvégzését annak ellenére, hogy a Kongresszustól direkt utasítást kapott arra, hogy újítsák fel a kísérleteket amilyen hamar csak lehet. A Kongresszus még a pénzt is rendelkezésre bocsátotta, azonban az ARPA egyszerűen megtagadta az elköltését!

Jelentős összeget sikerült összelobbizni különböző társaságoktól, melyeknek űrkutatási érdekeltségeik vannak, ezáltal meggyőzni a program irányítóit, hogy a 990 000 dollár elegendő ahhoz, hogy a DC-X-et készenlétben tartsák a további kísérletekre, s a pénz elegendő arra is, hogy a kísérleteket végző csapat együtt maradjon, valamint, hogy a kiegészítő-berendezések üzem-képesek maradjanak '94 áprilisáig. Végül, igen kemény lobbizások eredményeként, a csapat '94 május harmadikán üzenetet kapott, hogy az ARPA felhasználta az 5 millió dollárt a következő repülési tesztek végrehajtásához. A kísérletsorozat, melynek valahol három és öt repülési kísérletből kellene állnia, az ütemezés szerint '94 június elején kezdődne. Ezek a repülési tesztek arra irányulnak, hogy a DC-X-et 7000 méteres magasság fölé vigyék és hogy gyakorolják a különböző irányú forgatási manővereket, melyek akkor lesznek majd szükségesek, amikor a rakéta a repülési pozícióból a leszállási helyzetbe áll majd.

Ahelyett, hogy egyenesen a DC-Y megvalósítását céloznák meg, a jelenlegi tervek szerint sor fog kerülni az SX-2 megépítésére, egy majdnem orbitális repülést végrehajtó prototípusra, mely a DC-X-hez hasonló lesz. Az SX-2-vel szemben az az elvárás, hogy az elérhető repülési magasságot messze kitolja elődjéhez képest, s eközben tesztelje a továbbfejlesztett kompozit anyagokat, melyeket nem használtak hangsúlyozottan a DC-X-nél.

A kongresszus további 35 millió dollárt foglalt le az SX-2-n való munkálatok megkezdése céljából. Sajnálatos módon azonban elég komoly vita bontakozott ki arról, hogy pontosan ki legyen az, aki az SX-2 megvalósítási műveleteit irányítja, az ARPA vagy a NASA, s egy adag vonakodással is találkozni lehet azzal kapcsolatban, hogy pontosan mire is költsék a pénzt. A NASA kifejezett érdeklődést mutat az SSTO rakéták iránt, a jelzéseik azonban azt sejtetik, hogy az SSTO programot valamiféle "nemzeti programmá" szeretnék emelni, hasonlóan az űrrepülőgép-programhoz, mely milliárdokba kerül, s talán 2010-ig működik majd.

Az SX-2 megvalósításának megkezdése még két Kongresszusi bizottság szavazásán múlik, mely az USA jövőbeni űrprogramjára vonatkozik: A Védelmi Minisztérium "Moorman jelentésén" és a Fehér Ház Bizottsága, az OSTP (Tudományos és Technológiai Politika Irodája) tervezetén, mely a "Nemzeti Űrszállítási Stratégia" nevet viseli. Mindkét dokumentum elkészülte már régen esedékes. Most még túl korai megtippelni, vajon mi lesz a következő lépés, mindenesetre az űrérdekeltségű társaságok már készek jelentős erőfeszítések megtételére, hogy ezzel is elősegítsék a számukra is kedvező döntés megszületését.

Javaslat érkezett arra nézve is, hogy a DC-X esetleg felhasználható lenne, mint hiperszonikus szuborbitális űrrepülőgép. Az ötlet Ms Nienna Tropmlintól érkezett, aki Bristolban él az Egyesült Királyságban:

Figyelemmel kísérte a különböző híradásokat melyeket a Spaceflight-ban adtak közre a DC-X kísérleti rakétával kapcsolatban, s ezek alapján körvonalazódott elképzelése.

Az eredeti terveket változtatás nélkül hagyva a rakéta egy potenciális űreszközzé válhat, azonban a javaslat szerint kis módosításokat eszközölve a tervezett eszköz képes lehet arra is, hogy hiperszonikus szuborbitális űrrepülőgépként funkcionáljon.

Ha két hajtóműrendszert összekötünk a DC-X kapcsolt hajtóműveiből, s felszereljük a távirányítás képességével és a már ismert computertechnológiákkal, melyek kiterjesztették ismereteinket a bizonytalan alakú repülő testek repülési karakterisztikáiról, ami azt jelenti, hogy mi (végül is még csak hipotetikusan) nem vagyunk többé kötve ahhoz, hogy egy szuborbitális űrrepülőgépnek feltétlenül szárnyakkal kell rendelkeznie (mint például a HOTOL esetében már láthatjuk ezt).

A DC-X törzsére úgy kell tekinteni, mint nagy sebességgel emelkedő testre, s habár ezeket a szokásos rakétatest kialakításokat általában nagy sebességekre tervezik, nem pedig a hangsebesség alatti tartományra, a modern, nagysebességű számítógépek képesek arra, hogy megfelelő sebességgel kompenzálják a hirtelen fellépő instabilitásokat, ily módon áthidalható az az időtartam amíg a repülőgép eléri a nagysebességű tartományt, illetve amikor lelassul a szuperszonikus cirkálósebességről, s elfoglalja a leszállási pozíciót, amikor a gép a vertikális irányban működő hajtóművei lehetővé teszik a függőleges leszállást.

A DC-X fő motorjait csak addig szükséges működtetni, amíg a gép el nem éri a repülési fázis megfelelő pozícióját és természetesen a leszállás közben. A repülés közbenső időszaka alatt a gép ugyanúgy funkcionálhat, mint egy szuperszonikus vitorlázógép. Ez lehet, hogy úgy hangzik mint egy valóságtól elrugaszkodott elképzelés, azonban a gondolat kiagyalója emlékeztet arra, hogy az amerikai űrrepülőgép lényegében ugyanezt teszi, s ily módon vált a világ "legértékesebb vitorlázógépévé".

Ez az elképzelés már a nyilvánosság előtt is ismert tudásanyagon alapul, a kísérleti jármű számos rendszere már működő repülőgépekről lett átvéve (és nem feltétlen űreszközöktől). A legtöbb technológiai ismeret, mely majd szükséges lesz, már most rendelkezésre áll. Ez a ma technikája, nem a holnap álma. Potenciális lehetőség van arra, hogy egy ilyenféle jármű még ezen évtized vége előtt repüljön (és ez pesszimista elképzelés).

A Concorde gépre olyformán gondol mindenki, mint igen drága nagysebességű utasszállító repülőgépre, s mintha a nagy sebességgel a magas árnak is együtt kellene járnia. A DC-X azonban messze nem igényel ekkora ellátási- és fenntartási költségeket. A DC-X VTOL képessége másik megtakarítási lehetőséget is mutat, nincs ugyanis szüksége hosszú kifutópályára.

A DC-X fejlesztett változata elméletileg a legkisebb helyi repülőtéren is képes leszállást végrehajtani.

Úgy tűnik, hogy összehasonlítva más eszközökkel, a DC-X nagyon gyorsan újratölthető, s igen rövid időciklus alatt ismét felszállóképessé tehető, ezen körülmények pedig az általános utasellátást kényelmessé tehetik, s az extrém magas árakat letörhetik.

Ha egy ilyen szuborbitális űrrepülőgép kifejlesztésre kerül, akkor meg kell keresni a piacát is, ahol készségesen fogadják, s Ms Nienna úgy gondolja, hogy hosszútávon a fejlesztés extraprofitot hozhat. Ez a haszon képes fedezni a fejlesztési költségek nagy részét egy kellően nagyméretű, a világűrbe tekintélyes nagyságú hasznos terhet kijuttatni képes űrjármű részére is.

A fenti elképzelésről kifejtette a véleményét Paul Blase is:

Igen, a Delta Clippert lehet használni szuborbitális módban is, mint föld-föld szállítási eszközt. Bono és Gattland a témát érintő könyvükben az SSTO járművekről a "Határok az Űrben" címűben, leírják a gazdasági előnyeit a ballisztikus utasszállításnak, melyek használata oda vezethet, hogy a London Tokió távolság 34 perc alatt megtehető.

G. Harry Stine szépen összegzi a helyzetet a "Jön a Forradalom" című cikkében, melyek 1993 december közepén tett közzé az Analog című magazinban, s ebben az írásában "titkos piacnak" nevezte a szuborbitális repüléseket az SSTO szolgáltatások számára. Amint Mr Stine rámutat: "Bármelyik SSTO űrrakéta amelyik képes hasznos terhet orbitális pályára állítani, képes arra is, hogy utasokat és teherszállítmányokat juttasson a világ bármely pontjára kevesebb idő alatt mint egy óra." A csomagok legtöbbje, ahol ilyen nagysebességű továbbításra van igény, általában a legkönnyebb: kicsomagolt IC egységek, nyilvános dokumentumok, alkatrészek fontos berendezések számára és gyógyszerek. Ezek manapság 20 dollárba kerülnek kilónként, ha a kézbesítést másnapra kérik. Stine el tud képzelni üzletembereket akik hajlandók lennének kifizetni a 100 dollár per kilogrammos árat az aznapi továbbításért. (Már tudomására jutott, hogy legalább egy jelentős éjszakai szállítóvállalat különösen érdeklődik jelenleg is a Delta Clipper iránt.)

Utasok szállítása egy kicsivel később jöhet szóba, azonban az árakat le lehet nyomni egészen a 10 dollár per kilogrammos szintre egy Clipper jegy esetén, összehasonlításul, a repülés a Concorde gépen (körülbelül 3000 dollár egy 100 kg-os személy esetén, beleértve a magával vihető csomag árát, mely kétszereződik a határérték túllépése esetén, s figyelembe kell venni a túlnyomásos kabin, az életfenntartó-berendezések és az ülések költségeit is.) Nyilvánvaló, hogy egy ügyvéd, vagy egy jelentős üzletember képes kifizetni 500 dollárt óránként - megtakarítva magának a 14 órás repülőutat könnyedén megadja ezt az árat.

Még feltétlen kell egy megjegyzést fűzni Ms Tromlin elképzeléséhez: nem szükséges semmiféle új konfigurációját összeállítani a Clippernek ahhoz, hogy hiperszonikus repülőgépként üzemeljen, az alap orbitális kiépítés működik a legjobban. Végül is egy szuborbitális repülés (ballisztikus) csak annyiban különbözik egy orbitális repüléstől, hogy az atmoszférában végrehajtott repülési idő más. A felszállás és a leszállás pontosan ugyanolyan. Ráadásul egy szuborbitális repülés során kétszer akkora tömegű hasznos teher szállítható, mint egy orbitálisnál, hiszen a pálya csúcspontja nyilván nem ér el akkora magasságot, s ehhez természetesen kevesebb hajtóanyag is szükségeltetik (a felszabadult tömeg egy része felhasználható hasznos teher behelyezésére).

Az azonban tény, hogy a Delta Clipper intenzív használata nagyban azon alapul, hogy a fejlett kompozitanyagokat milyen mértékben sikerül beépíteni szerkezetébe, s ez a mérték arányosan csökkenti a rakéta tömegét is. 1993 szeptemberében, amikor erről a kérdésről Paul Blase először nyilatkozott még nem sikerült elérnie a McDonell Douglas-nek a követelményeknek megfelelő szintet. Paul Blase 1994 közepén a következő, friss információkat adta:

Nemrégiben bepillantást kaphattam a McDonnell Douglas jelentésének másolatába, melyet a Nemzeti Kutatási Tanács számára készítettek. Ez a jelentés beszámol arról, hogy a DC-Y üres tömege mintegy 50 000 kg lesz, a teljes felszállótömeg pedig 600 tonna, s a következőket állítja:

"Fejlett harcászati repülőgépeknél a szerkezeti tömeg a teljes tömeg másfél százaléka... Az alap DC-Y, felhasználva a fejlett kompozit anyagok technológiáját, s a szerkezeti anyagok tömegét tovább csökkentve, képes lehet arra, hogy 12.5 tonnát felemeljen 100 fokos hajlásszögű keleti irányú orbitális pályára."

Az alapterv főként grafit-epoxit és továbbfejlesztett alumínium-lítium ötvözeteken alapszik. Abban az esetben, ha ezeket kicseréljük az űrrepülőgépeken jelenleg használt alumínium-ötvözetekkel, a hasznos teher 7 tonnával növelhető, ami már csak 15%-kal kisebb, mint az űrrepülőgépek teherbírása.

A jövő tehát úgy tűnik a Dleta Clipperé, vagy valamilyen hasonló típusú repülő eszközé. A jelen azonban az űrrepülőgépeké, s az egyszerhasználatos eszközöké. Ezeket is meg kell becsülni, hiszen például az amerikai űrrepülőgép még mindig az emberi technológia csúcsát testesíti meg, még akkor is, ha költséges, és idestova 15 éves. Az álmot, hogy ember juthasson a világűrbe napról-napra szorgalmasan teljesíti.

"Kitárulnak a világűr határai az emberiségért"

A Kistler Aerospace Corporation (KAC) szándéka szerint tervezni fog, megépíteni és működtetni újrafelhasználható, egyfokozatú rakétákat, melyek a világűrbe való feljuttatás és visszaszállítás költségeit legalább egy tízszeres faktorral csökkentik és ezáltal forradalmasítják az űrszállító ipart és megnyitják az űr határait az emberiség előtt.

A KAC magántársaság, mely nem függ kormány-érdekeltségektől és más olyan vállalatoktól, melyeknek kormány-érdekeltségeik vannak. A cégnek az a szándéka, hogy megtervez, megépít és saját erejéből működtet - beleértve a felbocsátást és a leszállást - egyfokozatú rakétákat, s ehhez létrehozza a szükséges kiszolgáló- és működtető apparátust. A KAC már túljutott az első lépéseken abban a tekintetben, hogy megkeressék a magán-befektetőket, akik hajlandók áldozni mintegy 2 milliárd dollárt a fejlesztésekre az elkövetkezendő öt év során, társasági és ipari hátteret nyújtanak.

 

Kistler Rakéták

A Kistler Aerospace már meg is kezdte a kifejlesztését egy újrafelhasználható rakétarendszer prototípusának, mely kísérleti és demonstrációs célokat szolgál majd (K-0), mind földi kipróbálásra, mind próbarepülések céljára. Már nekiláttak a rakétakilövő építésének, s a repülések megkezdését az 1995-ös évre tervezik. Ezek a próbarepülések vezetnek majd ahhoz, hogy megtervezzék a további repülési teszteket és orbitális műveleteket a teljes mértékben újrafelhasználható K-1-es rakéta számára, mely képes lesz arra, hogy legalább 1 tonna hasznos terhet helyezzen alacsony földkörüli pályára valamikor az 1990-es évek végén és azután. A K-1-es rakétát a sikeres működés esetén továbbfejlesztik egy szintén teljes mértékben újrafelhasználható, egyfokozatú rakétává, a K-2-sé, melyet úgy terveznek, hogy mintegy 10 tonnát legyen képes alacsony földkörüli pályára helyezni - valamikor közvetlenül a századforduló után.

 

A tervezet állása

A társaságot 1993 novemberében alakították. Az alábbi lépések egy része már lezajlott, más részük folyamatban van:

- A K-0 rakétarendszer tervezésének megkezdése.

- A tervek gyakorlati megvalósítása, a földi- és a repülési tesztek megkezdése a K-0 rendszerrel a Mojave sivatagban, Kaliforniában 1995 első és második negyedévében.

- A tervek gyakorlati megvalósításának színhelyét, a K-0 rakétarendszer földi- és repülési tesztjeinek helyszínét átköltöztetik a kaliforniai Mojave sivatagból a White Sands rakétakísérleti terepre, Új Mexikóba, az 1995-ös év második negyedében.

- A K-1 rakétarendszer részletes tervei kidolgozásának megkezdése.

- Tárgyalások megkezdése más jelentős űrrepüléssel foglalkozó társaságokkal, akiktől segítségre számítanak a K-1-es rakétarendszer első fázisának megvalósításában, melyre a tervek szerint 1994 nyarán kerülne sor.

- Megbeszéléseket kezdeni a NASÁ-val, abból a célból, hogy számos SSTO technikát alkalmazó társult vállalkozás és technológiai fejlesztés induljon el 1995-ben és 1996-ban.

- A megbeszélések odavezethetnek, hogy a Kistler Aerospace részesévé válhat a Southwest Spaceport-nak a White Sands-i rakétakísérleti terepet használva, itt kilövőállást építve 1996 utolsó negyedévére.

 

Jövőbeni finanszírozás

Körülbelül 250 millió dollár szükséges a tervezésre, a fejlesztésre, a földi- és a repülési tesztek végrehajtására a K-1-es rakétarendszerrel (hat orbitális eszköz épülne), valamint a Kistler Spaceport működtetésére 1995 és 1998 között. Körülbelül egy és két milliárd dollár közötti az az összeg, mely a tervezésre, a fejlesztésre, a földi- és a repülési tesztek kivitelezésére kell a K-2 SSTO rakétarendszer esetén (hat orbitális eszköz épülne), és a Kistler Spaceport vállalat finanszírozására 1996 és 2002 között.

 

A KAC munkatársai

A KAC olyan magasan kvalifikált szakemberek társasága akik hivatásos programirányítók, rakéta- és űrrendszerek fejlesztő-mérnökei, fellövési- és repülésirányítási szakemberek serege, akik az összes jelentős amerikai űrprogramon, kezdve a Saturn rakétáktól, folytatva az űrrepülőgéppel, az űrállomással és a DC-X programmal - dolgoztak.

 

Ajánlólevél

A társaság alapítói kitűnő ajánlólevéllel rendelkeznek. Walt Kistler alapítótagja számos sikeres tudományos társaságnak, illetve ipari berendezések gyártó cégeknek - például a Kistler-Morse Corporation Redmondban, Washington államban. Bob Citron jónéhány sikeres, a kommunikációval foglalkozó, vállalat alapítója, részese a kereskedelmi célú űrfejlesztéseknek, beleértve a SPACEHAB Incorporationt Arlingtonban, Virginia Államban.

Úgy tűnik tehát, hogy ismét valami megmozdult az űrkutatás és űrfelhasználás terén is. Csak remélni lehet - ha már ennyien érdekeltek - nem fog hamvában holni, mint már annyiszor.

 

Fordítás: Aranyi László

Forrás: Spacefligh 1994 Július, 218-219. o.-i cikke alapján, és a

Magyar Asztronautikai Társaság anyagaiból

 

 

Vissza a nyitólapra