Az X-34 technológiai demonstrátor - előkísérletek az egyfokozatú hordozórakéta megvalósításához

Kutatási anyag - 2001. február

 

A NASA X-34-es technológiai demonstrátora tulajdonképpen egy repülő laboratórium, mindazon technikai megoldások és üzemeltetési műveletek tesztelésére, melyek a jövő egyfokozatú, olcsó hordozórakétáinak megvalósításához szükségesek. A technológiai demonstrátorok családjának csak egyik tagja, a cél valamennyiük esetében közös: a jelenlegi hasznos teher költségek 20.000 dollár/kg-ról 2000 dollár/kg-ra való csökkentése.

 

1996. augusztus 28-án a NASA 85.7 millió dollár értékű szerződést kötött a Dulles-i székhelyű Orbital Sciences Corporanionnel az X-34-es megtervezésére, kifejlesztésére és a kísérleti repülések lebonyolítására. Az 50 hónapos futamidejű szerződés magába foglal három darab kísérleti eszköz megépítését is. A NASA és más kormányhivatalok további 16 millió dollárt költenek a hővédő pajzs szélcsatornás vizsgálatára, a hordozóeszköz állapotát felügyelő monitor rendszer, a hajtóművek, valamint a repülésirányító rendszer tesztelésére. Az Orbital további 10 millió dollárt ruházott be alapítványok támogatásának köszönhetően az L-1011 szállítógépen szükséges módosítások végrehajtására, az X-34-es illesztésének érdekében. A NASA Huntsville-i Marshall Űrrepülési központja menedzseli a programot Alabamában.

 

Adatok, repülési tulajdonságok

A szuborbitális repüléseket végrehajtó kísérleti eszköz 17.77 méter hosszú, szárnyfesztávolsága 8.44 méter, magassága pedig 3.5 méter. A tervek szerint az Orbital Sciences Corporation az X-34-est az L-1011, kereskedelmi forgalomból kivont, a társaság egyszerhasználatos Pegazus hordozórakéták indítása számára átalakított repülőgépe indítja. Az X-34-est leválasztják az L-1011 szállítógépről, aztán indítják a hajtóműveit, s a kísérleti gép végrehajtja az előre beprogramozott repülési tervet, majd automatikus közelítést és leszállást hajt végre egy hagyományos kifutópályán.

A X-34 az előzetes várakozásoknak megfelelően képes lesz elérni a nyolcszoros hangsebességet, s a körülbelül 80 kilométeres magasságot. A kutatók kezében egyfajta "igásló" lesz, a magasfokú megbízhatóság, az alacsony technológiai- és üzemeltetési költségek kifejlesztéséhez, hogy a későbbiekben, az űrszállító rendszerek következő generációjának üzemeltetésekor már kellő tapasztalat álljon rendelkezésre.

 

Gurulási- és függesztett repülési tesztek

Az előzetes elképzelések szerint az X-34 összesen 27 tesztrepülést fog végrehajtani, ezek között lesznek olyanok, ahol csak a kísérleti eszköz siklási tulajdonságait vizsgálják, de természetesen olyanok is, amikor saját hajtóművét bekapcsolva, szuborbitális repülést hajt végre. A kísérleti eszköz önálló viselkedését tanulmányozó tesztsorozat 2000 júliusában vette kezdetét. Azonban már 1999 júniusától végeztek olyan kísérleteket, melyek során az X-34-est felfüggesztették az L-1011 szállítógépre, s a két eszköz közös repülési profilját vizsgálták. Az első X-34-est, jele A-1A, először földi tesztsorozat elvégzésére használták a NASA Dryden Repüléskutató Központjában, az Edwards légitámaszponton, Kalifornia államban. Ezeknek a kísérleteknek is elsődleges célja a megfelelő felfüggesztés kialakítása volt. A sorozat elvégzését követően az A-1A jelű kísérleti eszközzel, a már említett időpont, 2000 júliusától, megkezdték a kísérletek következő sorozatát. A tesztek folyamán az X-34-est egy kamionszerű járművel vontatták Edwards kiszáradt sóstavain, majd szabadon engedték. Az első kísérlet alkalmával két gurulási tesztet végeztek. Először nyolc, majd 16 km/h sebességnél engedték el. Néhány nappal később a sebességet 16 km/h-ról 48 km/h-ra növelték az újabb két gurulási kísérlet során.

12 gurulási kísérletet hajtottak összesen végre, eközben a gurulási távolságot három kilométerre növelték, a gurulási sebességet pedig 128 km/h-ra. A kísérletsorozat közel két hónapot vett igénybe.

A tesztsorozat az X-34-es leszállása utáni kigurulását volt hivatott megfigyelni, s mindeközben ellenőrizték az eszköz irányító- és navigációs rendszerét, az első kerekek kormányozhatóságát, a fékeket, a hirtelen fékezési műveleteket és a fékek kopását nagyobb megterhelés alatt.

A tesztek alkalmával az X-34-est 150 méteres kábellel rögzítették a vontatóhoz. Rádióösszeköttetés látta el a kapcsolatot a kísérleti eszköz és a vontató operátora között.

Hajtómű nélküli és hajtóműves repülési tesztek

A következő lépésként az X-34-est az Orbital Sciencess Corporation szállítógépére, az L-1011 (Starglazer) rögzítve emelik magasba, a Hadsereg White Sands-i Rakétakísérleti terepén, majd választják le hordozójáról, s figyelik miként hajtja végre az előre beprogramozott automatikus leszállást.

Mindeközben az Orbital befejezi a második, A-2 jelű X-34-es összeszerelését. Fastrac típusú hajtóművét. (A hajtóműről részletesen az alábbi internet címen olvasható: http://www1.msfc.nasa.gov/NEWS/background/facts/fastrac.htm) a Légierő Holloman bázisán szerelik rá, s itt végzik el a vele a földi teszteket is. Ezeket a hajtóműteszteket követően az X-34-est átszállítják a Dryden kísérleti terepre, ahol a kísérletek újabb fázisa kezdődik, ezúttal az X-34-es már saját hajtóművét is használja.

 

A kísérletek eme újabb sorozata folyamán az X-34-es

repülési képességeit vizsgálják mind nagyobb és nagyobb megterhelés közepette. A tesztrepülések kezdetén a rakétahajtómű körülbelül 2.2-szeres hangsebességre gyorsítja a kísérleti eszközt, majd a teljesítmény további növelésével szeretnék elérni az ötszörös hangsebességet a tervezett nyolc repülés során.

Az A-2-es kísérleti eszközt ezt követően átszállítják a NASA Kennedy Űrközpontjába, Floridába, ahol a tesztrepülések következő sorozata veszi kezdetét. Ezen kísérletek során a fő cél az X-34 minél sűrűbb indítása, a földi kiszolgálás minél gyorsabbá tétele, mindazon eljárások gyakorlása, melyek a jövőben használatos egyfokozatú hordozóeszközökkel szemben követelmény. A kísérletek során körülbelül 4.6-szeres hangsebességet fognak elérni. A hétnaponta sorra kerülő indítások gyakorisága el fogja érni átlagosan a 14 napot, azonban lesz két olyan indítás ebben a sorozatban, amikor mindössze 24 óra fog eltelni két repülés között, ellen is demonstrálva az X-34 képességeit.

A kísérleti program utolsó szakaszának végrehajtására - ami magában foglalja a harmadik X-34-es gép, az A-3 jelű, elkészítését és berepülését -, szintén Drydenben kerül sor. A tesztrepülések eme utolsó sorozata folyamán el szeretnék érni a kísérleti eszköz maximális teljesítményét, ami nyolcszoros hangsebesség és körülbelül 80 kilométeres magasság elérését jelenti, emellett további újrafelhasználható rakéta technikákat is tesztelnek a "vidd magaddal" kísérleti csomagok keretében. A program egyik fő célkitűzése az is, hogy az egyes repülések költségét leszorítsák 500 ezer dollárra.

A Marshall Űrközpont 1999 elején környezeti tanulmányok elvégzését kezdte meg a kísérleti program részére. A terv magába foglalta Kaliforniát, Új Mexikót és Floridát, mint lehetséges alternatív helyszíneket, az X-34-es kísérleti eszköz siklási, valamint hajtóműves berepüléseihez, illetve a NASA esetleges egyéb kísérleti eszközeinek berepüléséhez a távolabbi jövőben. További államok neve is felmerült, főként Nevada és Utah, melyek felett az x-34-es elrepül, feltételezve a kaliforniai indítást. Ezek az államok mint szükségleszállóhelyek kerültek mindenekelőtt számításba. Észak- és Dél-Karolina hasonló ok miatt, szükségleszállóhelyként, szerepelt a tanulmányban, a floridai indításokat tekintetbe véve. A végső repülési tervet nem fogadják el addig, amíg a környezeti tanulmány figyelembe vételével a végső döntésre vonatkozó szerződés meg nem születik.

 

Elvárások, csúcstechnológiai alkalmazások

A NASA X-34-es és más, fejlett technikát felhasználó technológiai demonstrátorai mind egyazon célból készülnek: nagymértékben növelni ezen berendezések megbízhatóságát, s radikálisan csökkenteni a világűrbe feljuttatandó hasznos teher egységre jutó költségét.

A hasznos teher felviteli költségeinek csökkentése révén egy, a kereskedelembe bevont, hordozóeszköz új lehetőségeket tárhat fel mind a tudományos mind az oktatási törekvések területén, s számottevően javíthatja az USA üzleti pozícióit az űrszállítási világpiacon. A NASA a megrendelője lehet - nem pedig üzemeltetője - a kereskedelembe bevont újrafelhasználható hordozóeszközöknek.

 

Az X-34-esnél a következő csúcstechnológiai megoldásokat alkalmazták:

  • Kis tömegű, kevés ellenőrzést igénylő kompozit anyagokból készült szerkezeti elemek

  • Újrafelhasználható, kompozit anyagból készült hajtóanyagtartályok, az üzemanyagtartályok közötti szigetelés, valamint a hajtómű további elemei, szintén kompozit anyagokból

  • Fejlett hővédelmi rendszer, mely kibírja a szubszonikus repüléseket esős és ködös időjárási körülmények között is

  • Integrált (beépített) alacsony költségű avionika, beleértve a Globális Helymeghatározó rendszert és az Inerciális Navigációs rendszert

  • Integrált automatikus rendszerfigyelés és -ellenőrzés

  • Háromdimenziós térképként megjelenített adathalmaz szerepel a légiirányítási rendszer bemeneteként, ez a vezérlési mód fogja felváltani a hagyományos, síkban ábrázolt irányítási technikát, mely használatával a légkörbe való visszatéréskor a hővédő rendszer felmondhatná a szolgálatot.

 

Forrás:

http://www1.msfc.nasa.gov/NEWSROOM/backround/facts/x-34.htm

http://www1.msfc.nasa.gov/NEWROOM/news/releases/2000/00-230.html

 

 

Vissza a nyitólapra