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Articulo de referencia

McDonnell Douglas DC-X

four gaseous oxygen/[[gaseous hydrogen]] thrusters\n |thrust = Main rockets, {{convert|60|kN|abbr=on}} Thrusters, {{convert|440|lbf|kN|abbr=on|disp=flip}}\n |total = \n |SI = \n...

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El DC-X , abreviatura de Delta Clipper o Delta Clipper Experimental , fue un prototipo no tripulado de un vehículo de lanzamiento reutilizable de una sola etapa a órbita , construido por McDonnell Douglas en colaboración con la Organización de la Iniciativa de Defensa Estratégica (SDIO) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos entre 1991 y 1993. Desde 1994 hasta 1995, las pruebas continuaron con financiación de la agencia espacial civil estadounidense NASA . [ 1 ] En 1996, la tecnología del DC-X se transfirió completamente a la NASA, que mejoró el diseño para optimizar su rendimiento y crear el DC-XA . Tras un incendio en un vuelo de prueba del DC-XA en 1996, el proyecto fue cancelado. A pesar de su cancelación, el programa inspiró sistemas de lanzamiento reutilizables posteriores. Michael D. Griffin ha elogiado el programa como "I+D gubernamental en su máxima expresión". [ 2 ]

Los vehículos de lanzamiento reutilizables New Shepard de Blue Origin y Falcon 9 de SpaceX se inspiraron en el DC-X, y muchos de los mismos ingenieros participaron en él. Elon Musk ha señalado que su programa era "simplemente una continuación del gran trabajo del proyecto DC-X". [ 3 ] [ 4 ]

Fondo

Según el escritor Jerry Pournelle : "El DC-X fue concebido en mi sala de estar y vendido al presidente del Consejo Espacial Nacional, Dan Quayle, por el general Graham , Max Hunter y yo". Sin embargo, según Max Hunter, intentó convencer a Lockheed Martin del valor del concepto durante varios años antes de jubilarse. [ 5 ] Hunter había escrito un artículo en 1985 titulado "La oportunidad", que detallaba el concepto de una nave espacial de una sola etapa a órbita construida con piezas comerciales de bajo costo y la tecnología disponible en ese momento, [ 6 ] pero Lockheed Martin no estaba lo suficientemente interesado como para financiar un programa de este tipo. [ 7 ]

El 15 de febrero de 1989, Pournelle, Graham y Hunter lograron concertar una reunión con el vicepresidente Dan Quayle. [ 8 ] Consiguieron convencer a SDIO de la idea señalando que cualquier sistema de armas espacial necesitaría ser operado por una nave espacial mucho más fiable que el transbordador espacial , con menores costes de lanzamiento y tiempos de respuesta mucho mejores. [ 9 ]

Dadas las incertidumbres del diseño, el plan básico era producir un vehículo de prueba deliberadamente simple y "volar un poco, romper un poco" para adquirir experiencia con naves espaciales totalmente reutilizables de respuesta rápida. A medida que se adquiriera experiencia con el vehículo, se construiría un prototipo más grande primero para pruebas suborbitales y luego orbitales. Finalmente, se desarrollaría un vehículo comercialmente aceptable a partir de estos prototipos. De acuerdo con la terminología aeronáutica general, propusieron que el prototipo pequeño se llamara DC-X, siendo X la designación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. para "experimental". A este le seguiría el "DC-Y", siendo Y la designación de la USAF para aeronaves de prueba de preproducción y prototipos (por ejemplo, YF-16 ). Finalmente, la versión de producción se conocería como "DC-1". El nombre "Delta Clipper" se eligió para dar como resultado el acrónimo "DC" para establecer una conexión con la "Serie DC" de aviones de pasajeros de Douglas, comenzando con el Douglas DC-1 .

El vehículo está inspirado en los diseños del ingeniero de McDonnell Douglas, Philip Bono , quien consideraba que los lanzadores VTOL de una sola etapa a órbita representaban el futuro de los viajes espaciales. [ 10 ] El Delta Clipper era muy similar al vehículo SASSTO de Bono de 1967. Bono falleció menos de tres meses antes del primer vuelo de prueba del DC-X. [ 11 ]

Requisito SDIO

SDIO buscaba un «cohete suborbital recuperable (SRR) capaz de elevar hasta 3000 libras (1361 kg) de carga útil a una altitud de 1,5 millones de pies (457 km); regresar al sitio de lanzamiento para un aterrizaje suave y preciso; con la capacidad de lanzar para otra misión dentro de tres a siete días». [ 12 ] : 4

Especificación

Especificaciones del DC-X: [ 13 ]

  • 12 m de altura, 4,1 m de diámetro en la base, forma cónica
  • Masa en vacío: 9100  kg. Masa con combustible: Con carga completa de propelentes: 18 900  kg.
  • Propelentes: Oxígeno líquido e hidrógeno líquido
  • Propulsión: Cuatro motores cohete RL10A-5 , cada uno con una potencia de 6100 kgf de empuje. Cada motor es regulable entre el 30 % y el 100 %. Cada uno tiene un ángulo de giro de +/-8 grados.
  • Controles de reacción: Cuatro propulsores de oxígeno gaseoso e hidrógeno gaseoso de 440 libras de empuje.
  • Aviónica de guiado, navegación y control: Computadora avanzada de 32 bits y 4,5 mips, sistema de navegación F-15 con giroscopios láser de anillo . Acelerómetro y giroscopio de velocidad angular F/A-18 . Receptor de código P(Y) del sistema de posicionamiento global (GPS). Sistema de telemetría de datos digitales. Altímetro radar.
  • Sistema hidráulico: Sistema hidráulico estándar de tipo aeronáutico para accionar los cinco flaps aerodinámicos del vehículo y los ocho actuadores de cardán del motor (dos por motor).
  • Materiales de construcción: Aeroshell y escudo térmico de la base: compuesto de epoxi de grafito con revestimiento especial de protección térmica a base de silicio; Tanques principales de propulsor: aleación de aluminio 2219; Soportes estructurales principales: aluminio; Tren de aterrizaje: acero y titanio

Diseño

Construido como un prototipo a escala de un tercio, [ 14 ] el DC-X nunca fue diseñado para alcanzar altitudes o velocidades orbitales, sino para demostrar el concepto de despegue y aterrizaje vertical . Este concepto era popular en las películas de ciencia ficción de la década de 1950 ( Rocketship XM , Destination Moon y otras), pero no se había visto en diseños reales de vehículos espaciales. Despegaría verticalmente como los cohetes estándar , pero también aterrizaría verticalmente con la nariz hacia arriba. Este diseño utilizaba propulsores de control de actitud y retrocohetes para controlar el descenso, lo que permitía que la nave comenzara la entrada atmosférica con la nariz hacia adelante, para luego girar y aterrizar sobre los puntales de aterrizaje en su base. La nave podía reabastecerse de combustible en el lugar de aterrizaje y despegar de nuevo desde la misma posición, una característica que permitía tiempos de respuesta sin precedentes.

En teoría, un perfil de reentrada con la base primero sería más fácil de implementar. La base de la nave ya necesitaría cierto nivel de protección térmica para resistir los gases de escape del motor, por lo que añadir más protección sería bastante sencillo. Más importante aún, la base de la nave es mucho más grande que la zona de la nariz, lo que resulta en temperaturas máximas más bajas, ya que la carga térmica se distribuye sobre una superficie mayor. Finalmente, este perfil no requeriría que la nave espacial girara para aterrizar.

Sin embargo, el papel militar lo hacía inviable. Un requisito de seguridad indispensable para cualquier nave espacial es la capacidad de "abortar una vez", es decir, regresar para aterrizar después de una sola órbita. Dado que una órbita terrestre baja típica dura entre 90 y 120 minutos, la Tierra rotará hacia el este entre 20 y 30 grados en ese tiempo; o, para un lanzamiento desde el sur de Estados Unidos, unos 2400 km (1500 millas ) . Si la nave se lanza hacia el este, esto no representa un problema, pero para las órbitas polares requeridas para las naves espaciales militares , al completarse la órbita, la nave sobrevuela un punto muy al oeste del sitio de lanzamiento. Para aterrizar de nuevo en el sitio de lanzamiento, la nave necesita una considerable maniobrabilidad transversal, algo difícil de lograr con una superficie lisa y extensa. Por lo tanto, el diseño del Delta Clipper utilizó una reentrada con la nariz primero, con laterales planos en el fuselaje y grandes flaps de control para proporcionar la capacidad transversal necesaria. Nunca se habían realizado experimentos para controlar un perfil de reentrada de este tipo, y este era uno de los principales objetivos del proyecto. 

Otro objetivo del proyecto DC-X fue minimizar el mantenimiento y el apoyo en tierra. Para ello, la aeronave estaba altamente automatizada y solo requería tres personas en su centro de control (dos para las operaciones de vuelo y una para el apoyo en tierra).

Pruebas de vuelo

El Delta Clipper Advanced
Primer vuelo
Primer aterrizaje. El humo amarillo del escape se debe a la baja potencia del motor, que se quema a temperaturas más bajas y, por lo tanto, suele ser "sucio".

La construcción del DC-X comenzó en 1991 en las instalaciones de McDonnell Douglas en Huntington Beach. [ 15 ] La cubierta aerodinámica fue construida a medida por Scaled Composites , pero la mayor parte de la nave espacial se construyó con piezas comerciales estándar , incluidos los motores y los sistemas de control de vuelo.

El DC-X voló por primera vez, durante 59 segundos, el 18 de agosto de 1993; [ 8 ] se afirmó que era la primera vez que un cohete aterrizaba verticalmente en la Tierra. [ 16 ] Voló dos veces más el 11 y el 30 de septiembre, cuando se agotaron los fondos como consecuencia de la finalización del programa SDIO; además, el programa era considerado descabellado por sus detractores. [ 17 ] El astronauta del Apolo, Pete Conrad, estuvo a los mandos terrestres en algunos vuelos. [ 18 ] Estas pruebas se llevaron a cabo en el Campo de Pruebas de Misiles de White Sands en Nuevo México. [ 19 ]

Sin embargo, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA) proporcionaron financiación adicional. [ 1 ] El programa de pruebas se reinició el 20 de junio de 1994 con un vuelo de 136 segundos. El siguiente vuelo, el 27 de junio de 1994, sufrió una pequeña explosión en pleno vuelo, pero la aeronave realizó con éxito un aborto y un aterrizaje automático. Las pruebas se reiniciaron después de que se reparara este daño, y se llevaron a cabo tres vuelos más el 16 de mayo de 1995, el 12 de junio y el 7 de julio. En el último vuelo, un aterrizaje forzoso agrietó la cubierta aerodinámica. Para entonces, la financiación del programa ya se había recortado y no había fondos para las reparaciones necesarias. [ 20 ] El récord de altitud para el DC-X fue de 2500 m, establecido durante su último vuelo antes de ser actualizado al DC-XA, el 7 de julio de 1995. [ 20 ]

DC-XA

La NASA aceptó hacerse cargo del programa tras el último vuelo del DC-X en 1995. A diferencia del concepto original del demostrador DC-X, la NASA aplicó una serie de mejoras importantes para probar nuevas tecnologías. En particular, el tanque de oxígeno fue reemplazado por un tanque ligero de aleación de aluminio-litio (aleación 1460 equivalente a la aleación 2219) procedente de Rusia, y el tanque de hidrógeno por un diseño compuesto de grafito-epoxi. [ 21 ] El sistema de control también se mejoró. El vehículo mejorado se denominó DC-XA , luego Clipper Advanced / Clipper Graham , y reanudó sus vuelos en 1996. [ 8 ]

El primer vuelo del vehículo de prueba DC-XA se realizó el 18 de mayo de 1996 y resultó en un incendio menor cuando el aterrizaje lento deliberado provocó el sobrecalentamiento de la cubierta aerodinámica. El daño se reparó rápidamente y el vehículo voló dos veces más el 7 y 8 de junio, con un intervalo de 26 horas. [ 8 ] En el segundo de estos vuelos, el vehículo estableció sus récords de altitud y duración, 3140 metros (10 300 pies) y 142 segundos de tiempo de vuelo. Además, durante el vuelo del 8 de junio, el vehículo ejecutó la primera maniobra de rotación planificada para un cohete, donde pasó de un vuelo hacia adelante con la nariz primero a un vuelo controlado hacia atrás. En el ápice de esta maniobra de rotación, el DC-XA se desaceleró girando hacia atrás y voló hacia atrás, con la base primero, con su nariz 10 grados por debajo del horizonte, bajo el control de los motores principales. Luego, realizó una rotación controlada hacia una actitud de nariz hacia arriba y ejecutó un aterrizaje suave propulsado. Esta maniobra demostró que un vehículo de una sola etapa para alcanzar la órbita podía regresar eficientemente desde la órbita utilizando el frenado aerodinámico en una actitud de avance, y luego girar para realizar un aterrizaje propulsado con la base en un puerto espacial. 

Su siguiente vuelo, el 31 de julio de 1996, resultó ser el último. El lanzamiento y el vuelo de esta misión transcurrieron sin problemas; sin embargo, tras reducir la velocidad para un aterrizaje perfecto, solo se extendieron 3 de los 4 puntales de aterrizaje. El vehículo no pudo mantener el equilibrio sobre 3 puntales y cayó lentamente de lado sobre la plataforma de aterrizaje. Al impactar el lateral del vehículo contra la losa de hormigón, el tanque principal de oxígeno líquido se agrietó y derramó LOX sobre la plataforma. Este LOX entró en contacto con una pequeña cantidad de material incandescente en el escudo térmico de la base y provocó un incendio. La inspección posterior al vuelo de los puntales de aterrizaje reveló que la línea de actuación neumática de nitrógeno del puntal averiado estaba desconectada. Esta línea normalmente se desconectaba del puntal durante las pruebas previas al vuelo, cuando cada puntal se extendía y retraía mediante un carro de tierra. Normalmente, el daño estructural de tal caída constituiría solo un contratiempo, pero el LOX del tanque con fugas alimentó un incendio que quemó gravemente el DC-XA, [ 22 ] causando daños tan extensos que las reparaciones resultaron inviables. [ 20 ]

En un informe posterior al accidente, la Comisión de Marca de la NASA atribuyó el accidente a un equipo de campo agotado que había estado trabajando con financiación intermitente y bajo constantes amenazas de cancelación definitiva. El equipo, muchos de ellos provenientes del programa SDIO, también criticó duramente el efecto disuasorio de la NASA sobre el programa y la enorme cantidad de papeleo que exigía como parte del régimen de pruebas.

La NASA había asumido el proyecto a regañadientes tras haber sido "avergonzada" por su éxito público bajo la dirección de la SDIO. Su éxito continuado provocó considerables luchas internas dentro de la NASA debido a que competía con su proyecto propio , el Lockheed Martin X-33 / VentureStar . Pete Conrad cotizó un nuevo DC-X en 50 millones de dólares, un precio bajo para los estándares de la NASA, pero esta decidió no reconstruir la aeronave debido a las restricciones presupuestarias. [ 20 ] En cambio, la NASA centró el desarrollo en el Lockheed Martin VentureStar, que, según creía, respondía a algunas críticas del DC-X, específicamente al aterrizaje tipo avión del VentureStar, que muchos ingenieros de la NASA preferían al aterrizaje vertical del DC-X. Tan solo unos años después, el repetido fracaso del proyecto VentureStar, especialmente del tanque de hidrógeno líquido (LH2 ) de material compuesto, llevó a la cancelación del programa. [ 23 ]

Costo del programa

El DC-X original se construyó en 21 meses a un costo de 60 millones de dólares. [ 24 ] Esto equivale a 127 millones de dólares en términos actuales. [ 25 ] 

Legado

Varios ingenieros que trabajaron en el DC-X fueron contratados por Blue Origin , y su vehículo New Shepard se inspiró en el diseño del DC-X. [ 4 ] El DC-X sirvió de inspiración para muchos elementos de los diseños de naves espaciales de Armadillo Aerospace , [ 8 ] Masten Space Systems , [ 8 ] y TGV Rockets . Elon Musk afirmó que el desarrollo del Falcon 9 de SpaceX era "... una continuación del gran trabajo del proyecto DC-X". [ 3 ]

Algunos ingenieros de la NASA han señalado que el DC-X podría proporcionar una solución para un módulo de aterrizaje tripulado en Marte . [ 26 ] Si se hubiera desarrollado una nave tipo DC que operara como SSTO en el pozo gravitatorio de la Tierra , incluso con una capacidad mínima de 4 a 6 tripulantes, sus variantes podrían resultar extremadamente capaces para misiones tanto a Marte como a la Luna. El funcionamiento básico de dicha variante tendría que "invertirse"; de despegar y luego aterrizar, a aterrizar primero y luego despegar. Sin embargo, si esto pudiera lograrse en la Tierra, la menor gravedad que se encuentra tanto en Marte como en la Luna daría lugar a capacidades de carga útil considerablemente mayores, particularmente en este último destino.

Algunas personas propusieron cambios en el diseño, como el uso de una combinación de oxidante y combustible que no requiera el apoyo en tierra relativamente extenso que se necesitaba para el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido que utilizaba el DC-X, y la adición de una quinta pata para aumentar la estabilidad durante y después del aterrizaje.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 "El programa de pruebas Delta Clipper arranca con buen pie" . McDonnell Douglas vía NASA. 20 de junio de 1994. Archivado del original el 4 de marzo de 2021. Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
  2. ↑ "¿Puede repetirse la suerte con los vehículos de lanzamiento reutilizables?" . The Space Review . Consultado el 15 de enero de 2023 .
  3. 1 2 "Medición del progreso en el acceso al espacio, 25 años después del DC-X" . The Space Review . Consultado el 15 de enero de 2023 .
  4. 1 2 Schwartz, John (2007-01-09). "Una empresa aeroespacial secreta arroja algo de luz sobre su programa de cohetes" . The New York Times . Recuperado el 23 de septiembre de 2018 .
  5. ↑ Declaración de Max Hunter, White Sands, 16 de mayo de 1995, en conversación con Dave Klingler
  6. ↑ " El auge y la caída del programa SSTO del SDIO, del cohete X al Delta Clipper", Andrew J. Butrica, NASA
  7. ↑ "Hoja informativa n.° 1" . hq.nasa.gov . 2 de agosto de 2012. Consultado el 5 de junio de 2024 .{{cite web}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  8. 1 2 3 4 5 6 Lerner, Preston (agosto de 2010). "Día negro en White Sands" . Revista Air & Space . Institución Smithsonian . Recuperado el 20 de diciembre de 2020 .
  9. ↑ "Prueba de aterrizaje de cola: la ciencia ficción impulsa el cohete", Charles Petit, San Francisco Chronicle , 17 de junio de 1993.
  10. ↑ Hernandez, Greg (27 de mayo de 1993). "Philip Bono, diseñador del propulsor de cohete reutilizable, muere a los 72 años" . Los Angeles Times . Consultado el 28 de septiembre de 2020 .
  11. ↑ "Guía descriptiva para la búsqueda de los documentos personales de Philip Bono" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 10 de octubre de 2020. Consultado el 7 de octubre de 2020 .
  12. ↑ Evaluación ambiental (para) Programa de prueba de tecnología de cohetes de una sola etapa DC-X Archivado el 8 de mayo de 2021 en Wayback Machine Junio ​​de 1992 147 páginas
  13. ↑ "DCX" . astronautix.com. Archivado del original el 28 de diciembre de 2012. Consultado el 4 de enero de 2013 .
  14. ↑ Chris 'Xenon' Hanson. "Acerca del DC-X" . Archivado del original el 23 de octubre de 2002.
  15. ↑ McLaughlin, Hailey Rose (29 de octubre de 2019). "DC-X: El cohete de la NASA que inspiró a SpaceX y Blue Origin" . Discover . Kalmbach Publishing . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
  16. ↑ "El cohete tuvo un buen vuelo de prueba" . Tampa Bay Times . Tampa. 20 de agosto de 1993. Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
  17. ↑ Burdick, Alan (7 de noviembre de 1993). " ¿ Un sueño imposible?" . The New York Times . Nueva York. págs. 6–46 . Recuperado el 21 de diciembre de 2020 . 
  18. ↑ Klerkx, Greg: Perdidos en el espacio: La caída de la NASA y el sueño de una nueva era espacial , página 104. Secker & Warburg, 2004
  19. ↑ Brooks, Rodney (2022). "El largo camino hacia el éxito de la noche a la mañana". IEEE Spectrum . 59 (4): 21. doi : 10.1109/MSPEC.2022.9754499 . S2CID 248116398 . 
  20. 1 2 3 4 "El Delta Clipper Experimental: Archivo de Pruebas de Vuelo" . NASA; McDonnell Douglas. 6 de enero de 1998. Archivado del original el 2 de septiembre de 2018. Recuperado el 9 de abril de 2004 .
  21. ↑ "¿El Delta Clipper acabará con el transbordador espacial?" . Bloomberg . 8 de julio de 1996 . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
  22. ↑ Norris, Guy (6 de agosto de 1996). "El vuelo de Clipper termina en desastre" . FlightGlobal . Recuperado el 20 de diciembre de 2020 .
  23. ↑ "VentureStar de Lockheed Martin en órbita - Gráfico por computadora" . Mayo de 1996. Archivado del original el 28 de enero de 1999.
  24. ↑ Jason Moore y Ashraf Shaikh (dic. 2003). "Delta Clipper: un camino hacia el futuro" (PDF) . Universidad de Texas, Austin . Consultado el 4 de enero de 2013 .
  25. ↑ 1634–1699: McCusker, JJ (1997). ¿Cuánto es eso en dinero real? Un índice de precios histórico para usar como deflactor de valores monetarios en la economía de los Estados Unidos: Addenda et Corrigenda (PDF) . American Antiquarian Society .1700–1799: McCusker, JJ (1992). ¿Cuánto es eso en dinero real? Un índice de precios histórico para usar como deflactor de los valores monetarios en la economía de los Estados Unidos (PDF) . American Antiquarian Society .1800–presente: Banco de la Reserva Federal de Minneapolis. "Índice de precios al consumidor (estimación) 1800–" . Consultado el 29 de febrero de 2024 .
  26. ↑ "Aterrizaje de precisión autónomo de cohetes espaciales" . 2016. Consultado el 1 de enero de 2020 .
  • Página de DC-X en Astronautix.com
  • Hoja informativa del DC-X archivada el 16/01/2009 en Wayback Machine y vuelos de prueba del DC-X en Nasa.gov archivados el 02/09/2018 en Wayback Machine.
  • Página de DC-X en GlobalSecurity.org
  • Acerca de DCX : incluye un relato en primera persona y un video.
  • Cómo llegar al espacio : se explican los programas X y la SSTO.
  • El nacimiento de la DC-X : la venta de la DC-X a Dan Quayle.
  • Recursos y enlaces de DCX en hobbyspace.com
  • Evaluación ambiental (para) Programa de prueba de tecnología de cohetes de una sola etapa DC-X Archivado el 8 de mayo de 2021 en Wayback Machine Junio ​​de 1992, 147 páginas