Boeing X-20 Dyna-Soar

El Boeing X-20 Dyna-Soar ("Planeador Dinámico") fue un programa de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) para desarrollar un avión espacial que pudiera usarse para una variedad de misiones militares, incluyendo reconocimiento aéreo , bombardeo , rescate espacial, mantenimiento de satélites y como interceptor espacial para sabotear satélites enemigos. ^{[ 1 ]} El programa se desarrolló desde el 24 de octubre de 1957 hasta el 10 de diciembre de 1963, costó US$ 660  millones (US$ 6.94 mil millones en dólares de 2024 ^{[ 2 ]} ), y fue cancelado justo después de que comenzara la construcción de la nave espacial. 

Otras naves espaciales en desarrollo en ese momento, como Mercury o Vostok , eran cápsulas espaciales con perfiles de reentrada balística que culminaban en un aterrizaje con paracaídas. Dyna-Soar se parecía más a un avión. Podía viajar a objetivos distantes a la velocidad de un misil balístico intercontinental , estaba diseñada para planear hasta la Tierra como un avión bajo el control de un piloto y podía aterrizar en un aeródromo. Dyna-Soar también podía alcanzar la órbita terrestre, como las cápsulas espaciales tripuladas convencionales. ^{[ 3 ]}

Estas características hicieron de Dyna-Soar un concepto mucho más avanzado que otras misiones de vuelos espaciales tripulados de la época. La investigación sobre un avión espacial se concretó mucho más tarde en otras naves espaciales reutilizables, como el transbordador espacial de 1981-2011 ^{[ 4 ] [ 5 ]} y las naves espaciales más recientes Boeing X-40 y X-37B .

El concepto subyacente al X-20 fue desarrollado en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial por Eugen Sänger e Irene Bredt como parte de la propuesta Silbervogel de 1941. Se trataba del diseño de un bombardero propulsado por cohete capaz de atacar la ciudad de Nueva York desde bases en Alemania y luego volar para aterrizar en algún lugar del Océano Pacífico controlado por el Imperio de Japón . La idea era utilizar las alas del vehículo para generar sustentación y ascender en una nueva trayectoria balística, saliendo de la atmósfera nuevamente y dándole tiempo al vehículo para enfriarse entre los saltos. ^{[ 6 ]} Después de la guerra, se demostró que la carga térmica durante los saltos era mucho mayor de lo calculado inicialmente y habría fundido la nave espacial. ^{[ 7 ]}

Tras la guerra, muchos científicos alemanes fueron llevados a Estados Unidos por la Operación Paperclip de la Oficina de Servicios Estratégicos , trayendo consigo un conocimiento detallado del proyecto Silbervogel. ^{[ 8 ]} Entre ellos, Walter Dornberger y Krafft Ehricke se trasladaron a Bell Aircraft , donde, en 1952, propusieron lo que era esencialmente una versión de lanzamiento vertical del Silbervogel conocida como el "Bomber Missile" o "BoMi". ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Todos estos estudios propusieron diversos vehículos propulsados ​​por cohetes que podrían recorrer grandes distancias planeando tras ser impulsados ​​a alta velocidad y altitud por una etapa de cohete. ^{[ 11 ]} El propulsor del cohete colocaría el vehículo en una trayectoria suborbital , pero exoatmosférica , lo que resultaría en un breve vuelo espacial seguido de una reentrada en la atmósfera . En lugar de una reentrada y aterrizaje completos, el vehículo usaría la sustentación de sus alas para redirigir su ángulo de planeo hacia arriba, intercambiando velocidad horizontal por velocidad vertical. De esta manera, el vehículo sería "rebotado" de vuelta al espacio. Este método de planeo con saltos ^{[ 12 ]} se repetiría hasta que la velocidad fuera lo suficientemente baja como para que el piloto del vehículo necesitara elegir un punto de aterrizaje y planear el vehículo hasta aterrizar. Este uso de la sustentación atmosférica hipersónica significaba que el vehículo podía extender enormemente su alcance en comparación con una trayectoria balística utilizando el mismo propulsor de cohete. ^{[ 11 ]}

El interés en BoMi fue tal que, para 1956, se había convertido en tres programas separados:

• RoBo (Bombardero Cohete), versión actualizada de BoMi. ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• Brass Bell, un vehículo de reconocimiento de largo alcance. ^{[ 15 ] [ 16 ]}
• Hywards (sistema de apoyo para la investigación y el desarrollo de armas hipersónicas), un sistema prototipo más pequeño para desarrollar las tecnologías necesarias para Robo y Brass Bell. ^{[ 17 ]}

Días después del lanzamiento del Sputnik 1 el 4 de octubre de 1957, el 10 de octubre ^{[ 18 ]} o el 24 de octubre ^{[ 19 ]} , el Comando de Investigación y Desarrollo Aéreo (ARDC) de la USAF consolidó los estudios de Hywards, Brass Bell y Robo en el proyecto Dyna-Soar, o Sistema de Armas 464L, con un plan de desarrollo abreviado de tres etapas. La propuesta reunió las propuestas existentes de planeo propulsado en un solo vehículo diseñado para llevar a cabo todas las tareas de bombardeo y reconocimiento examinadas en los estudios anteriores, y actuaría como sucesor del programa de investigación X-15 . ^{[ 19 ]}

Las tres etapas del programa Dyna-Soar consistían en un vehículo de investigación ( Dyna-Soar I ), un vehículo de reconocimiento ( Dyna-Soar II , anteriormente Brass Bell) y un vehículo con capacidad de bombardeo estratégico ( Dyna-Soar III , anteriormente Robo). Se esperaba que las primeras pruebas de planeo del Dyna-Soar I se llevaran a cabo en 1963, seguidas de vuelos propulsados, alcanzando Mach 18, al año siguiente. Se preveía el despliegue de un misil robótico de planeo en 1968, y el sistema de armas completamente operativo (Dyna-Soar III) estaría listo en 1974. ^{[ 20 ]}

En marzo de 1958, nueve compañías aeroespaciales estadounidenses presentaron ofertas para el contrato del Dyna-Soar. De estas, la competencia se redujo a las propuestas de Bell y Boeing. Aunque Bell contaba con la ventaja de seis años de estudios de diseño, el contrato para el avión espacial se adjudicó a Boeing en junio de 1959 (para entonces, su diseño original había cambiado notablemente y ahora se parecía mucho al que Bell había presentado). A finales de 1961, se eligió el Titan III como vehículo de lanzamiento. ^{[ 21 ]} El Dyna-Soar se lanzaría desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida.

El diseño general del X-20 Dyna-Soar se esbozó en marzo de 1960. Tenía forma de delta de ala baja, con winglets para el control en lugar de una cola más convencional. La estructura de la aeronave se fabricaría con la superaleación René 41 , al igual que los paneles de la superficie superior. La superficie inferior se fabricaría con láminas de molibdeno colocadas sobre René 41 aislante, mientras que el cono de la nariz se fabricaría con grafito y varillas de circonia . ^{[ 22 ]}

Debido a los requisitos cambiantes, se consideraron varias versiones del Dyna-Soar, todas con la misma forma y disposición básicas. Un único piloto se sentaba en la parte delantera, con un compartimento de equipos situado detrás. Este compartimento contenía equipos de recopilación de datos, armamento, equipos de reconocimiento o una cubierta intermedia para cuatro personas en el caso del vehículo espacial X-20X. Una etapa superior Martin Marietta Transtage acoplada a la parte trasera de la nave permitiría realizar maniobras orbitales y la capacidad de abortar el lanzamiento antes de ser desechada antes del descenso a la atmósfera. Durante la caída a través de la atmósfera, un escudo térmico opaco hecho de un metal refractario protegería la ventana en la parte delantera de la nave. Este escudo térmico se desecharía después del frenado aerodinámico para que el piloto pudiera ver y aterrizar de forma segura. ^{[ 23 ]}

Un dibujo publicado en la revista Space/Aeronautics antes de la cancelación del proyecto muestra la nave rozando la atmósfera para modificar su inclinación orbital . Posteriormente, encendería su cohete para retomar la órbita. Esta sería una capacidad única para una nave espacial, ya que las leyes de la mecánica celeste normalmente implican que un cambio de plano orbital requiere un enorme gasto de energía. Se proyectaba que el Dyna-Soar podría utilizar esta capacidad para acoplarse con satélites incluso si el objetivo realizaba maniobras evasivas.

A diferencia del transbordador espacial posterior, el Dyna-Soar no tenía ruedas en su tren de aterrizaje triciclo , ya que los neumáticos de caucho se habrían incendiado durante la reentrada. En su lugar, Goodyear desarrolló patines retráctiles de cepillo de alambre hechos de la misma aleación René 41 que la estructura del avión. ^{[ 24 ]}

En abril de 1960, siete astronautas fueron elegidos en secreto para el programa Dyna-Soar: ^{[ 25 ]}

• Neil Armstrong (1930–2012; NASA) 1960–1962
• William H. "Bill" Dana (1930–2014; NASA) 1960–1962
• Henry C. Gordon (1925–1996; Fuerza Aérea) 1960–1963
• Pete Knight (1929–2004; Fuerza Aérea) 1960–1963
• Russell L. Rogers (1928–1967; Fuerza Aérea) 1960–1963
• Milt Thompson (1926–1993; NASA) 1960–1963
• James W. Wood (1924–1990; Fuerza Aérea) 1960–1963

Neil Armstrong y Bill Dana abandonaron el programa a mediados de 1962. El 19 de septiembre de 1962, Albert Crews se incorporó al programa Dyna-Soar y se anunciaron al público los nombres de los seis astronautas restantes de Dyna-Soar. ^{[ 26 ]}

A finales de 1962, Dyna-Soar había sido designado X-20, el propulsor (que se usaría en las pruebas de caída de Dyna Soar I) se encendió con éxito y la USAF celebró una ceremonia de presentación del X-20 en Las Vegas . ^{[ 27 ] [ 28 ]}

La Minneapolis-Honeywell Regulator Company (más tarde Honeywell Corporation ) completó las pruebas de vuelo de un subsistema de guía inercial para el proyecto X-20 en la base de la Fuerza Aérea Eglin , Florida, utilizando un NF-101B Voodoo en agosto de 1963. ^{[ 29 ]}

El Boeing B-52C-40-BO Stratofortress 53-0399 ^{[ 30 ]} fue asignado al programa para el lanzamiento aéreo del X-20, de forma similar al perfil de lanzamiento del X-15 . Cuando se canceló el X-20, se utilizó para otras pruebas de lanzamiento aéreo, incluida la de la cápsula de escape B-1A . ^{[ 31 ]}

Problemas

Además de los problemas de financiación que suelen acompañar a los esfuerzos de investigación, el programa Dyna-Soar sufrió dos problemas importantes: la incertidumbre sobre el cohete propulsor que se utilizaría para enviar la nave a órbita y la falta de un objetivo claro para el proyecto.

Se propusieron muchos propulsores diferentes para lanzar Dyna-Soar a la órbita.

La propuesta original de la USAF sugería motores LOX /JP-4, de amoníaco fluorado, de hidracina fluorada o RMI (X-15), pero Boeing, el contratista principal, prefería una combinación Atlas - Centaur . Finalmente, en noviembre de 1959, la Fuerza Aérea estipuló un Titan , ^{[ 27 ] : 18} como sugirió el competidor fallido Martin, pero el Titan I no era lo suficientemente potente como para lanzar el X-20 de cinco toneladas a la órbita.

Los cohetes Titan II y Titan III podían lanzar Dyna-Soar a la órbita terrestre, al igual que el Saturno C-1 (posteriormente renombrado Saturno I ), y todos fueron propuestos con diversas combinaciones de etapas superiores y cohetes. En diciembre de 1961, se eligió el Titan IIIC, ^{[ 27 ] : 19} ), pero las vacilaciones sobre el sistema de lanzamiento retrasaron el proyecto y complicaron la planificación.

La intención original del Dyna-Soar, descrita en la propuesta del Sistema de Armas 464L, contemplaba un proyecto que combinara la investigación aeronáutica con el desarrollo de sistemas de armamento. Muchos cuestionaron si la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) debía tener un programa espacial tripulado, dado que ese era el ámbito principal de la NASA. La Fuerza Aérea hizo hincapié en que, a diferencia de los programas de la NASA, el Dyna-Soar permitía la reentrada controlada, y en esto se centró el mayor esfuerzo del programa X-20.

El 19 de enero de 1963, el Secretario de Defensa , Robert McNamara , ordenó a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos que realizara un estudio para determinar si Gemini o Dyna-Soar era el enfoque más viable para un sistema de armas espaciales. A mediados de marzo de 1963, tras recibir el estudio, el Secretario McNamara "declaró que la Fuerza Aérea había puesto demasiado énfasis en la reentrada controlada cuando no tenía objetivos reales para el vuelo orbital". ^{[ 32 ]} Esto se interpretó como un cambio de postura respecto a la posición anterior del Secretario sobre el programa Dyna-Soar.

Dyna-Soar fue un programa costoso que no realizaría una misión tripulada hasta mediados de la década de 1960, como muy pronto. Este alto costo y su dudosa utilidad dificultaron que la Fuerza Aérea de los Estados Unidos justificara el programa.

Finalmente, el programa X-20 Dyna-Soar fue cancelado el 10 de diciembre de 1963. ^{[ 4 ]} El mismo día de la cancelación del X-20, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos anunció otro programa, el Laboratorio Orbital Tripulado , derivado del programa Gemini. Este programa también fue cancelado posteriormente.

Otro programa secreto, ISINGLASS , que iba a ser lanzado desde el aire desde un bombardero B-52, fue evaluado y se realizaron algunos trabajos en el motor, pero finalmente también fue cancelado. ^{[ 33 ]}

Características generales

• Tripulación: Un piloto
• Longitud: 35,34  pies (10,77  m)
• Envergadura: 20,8  pies (6,3  m)
• Altura: 2,6  m (8,5 pies  )
• Superficie del ala: 345 pies  cuadrados  (32,1  m² ⁾
• Peso en vacío: 10.395  lb (4.715  kg)
• Peso máximo al despegue: 11.387  lb (5.165  kg)
• Planta motriz: 2 motores cohete AJ10-138 , 8000 lbf (36 kN) de empuje cada uno  

Actuación

• Velocidad máxima: 17.500  mph (28.200  km/h, 15.200  nudos)
• Alcance: 25.000  millas (41.000  km, 22.000  millas náuticas)
• Techo de servicio: 530.000  pies (160.000  metros)
• Velocidad de ascenso: 100.000  pies/min (510  m/s)
• Carga alar: 33  lb/  pie cuadrado (160  kg/ ^m² )

• El episodio de la primera temporada de Twilight Zone de 1959 titulado " Y cuando se abrió el cielo " hacía referencia a una nave espacial llamada X-20, que tenía un perfil similar pero podía transportar una tripulación de tres personas.
• En 1962, el quinto libro de la serie de Mike Mars de Donald A. Wollheim , titulado Mike Mars vuela el Dyna-Soar , presentaba al personaje principal en una misión de rescate de emergencia a bordo del Dyna-Soar.
• El cuento de John Berryman de 1963, "El problema con Telstar", mostraba un Dyna-Soar siendo utilizado para interceptar satélites de comunicaciones para su reparación. ^{[ 36 ]}
• La película dramática de Hollywood de 1969, Marooned, mostraba una nave de rescate inspirada en el Dyna-Soar (llamada X-RV, por vehículo de rescate experimental) que se desplegaba apresuradamente para rescatar a los astronautas a bordo de una cápsula de mando Apolo averiada. Esto fue parodiado en la revista Mad como el XRT, el dispositivo de rescate experimental.

• Boeing X-37  : avión espacial robótico reutilizable utilizado por el ejército estadounidense desde 2010.
• Cazador de sueños
• Saturno-Transbordador  : Concepto de lanzamiento del orbitador del transbordador espacial utilizando el cohete Saturno V.
• Hermes
• Hypersoar  : programa estadounidense para desarrollar un arma hipersónica. Páginas que muestran breves descripciones de objetivos de redirección.

Desarrollo relacionado

• Laboratorio orbital tripulado

Aeronaves de función, configuración y época comparables

• ASSET  : un vehículo de prueba de reentrada a escala reducida diseñado para verificar el escudo térmico de superaleación del DynaSoar.
• BOR-4
• BOR-5
• Mikoyan-Gurevich MiG-105
• X-15 norteamericano
• Silbervogel

• Dyna Soar en la Enciclopedia Astronáutica
• Película oficial de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos de la década de 1960 que describe la nave espacial.
• Avión espacial Tsien 1949 en la Enciclopedia Astronáutica
• Avión espacial Tsien 1978
• Características aerodinámicas transónicas del planeador Dyna-Soar y la configuración del vehículo de lanzamiento Titan 3 con diversas disposiciones de aletas (formato PDF). Informe de la NASA – abril de 1963.
• Vehículos X estadounidenses: Inventario X-1 a X-50 , SP-2000-4531 – junio de 2003; Monografía en PDF de la NASA en línea
• Artículo de la revista LIFE del 22 de febrero de 1963 sobre el X-20 y el entrenamiento de los pilotos para volarlo.