El Lockheed Star Clipper fue un avión espacial propuesto para la conexión Tierra-órbita, basado en una nave espacial de gran sustentación y un tanque de combustible externo envolvente . Propuesto originalmente durante un programa de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1966, el concepto básico del Star Clipper perduró durante los primeros años del programa del Transbordador Espacial de la NASA y, a medida que ese proyecto evolucionó, en diversas versiones nuevas como el LS-200 .
Aunque el diseño de la Star Clipper no avanzó mucho en el programa del Sistema de Transporte Espacial (STS), tuvo una enorme influencia en el diseño del transbordador espacial . El estudio detallado de las ventajas económicas del diseño del tanque de combustible externo demostró una drástica reducción del riesgo de desarrollo y, por consiguiente, de los costes. Cuando se recortó la financiación para el desarrollo del STS, se adoptó el tanque de combustible externo como solución para ajustar los presupuestos de desarrollo, lo que dio lugar al diseño semirreutilizable del transbordador espacial.
Historia
Max Hunter
Maxwell Hunter trabajaba en Douglas Aircraft, donde formalizó el cálculo de la economía operativa de las aeronaves. Sus metodologías se publicaron por primera vez en 1940 y posteriormente se aplicaron a los Douglas DC-6 y DC-7 . La Asociación de Transporte Aéreo adoptó más tarde estas metodologías como estándar. [ 1 ]
Posteriormente se unió al proyecto del misil Thor como ingeniero jefe de diseño, lo que le introdujo en el mundo de los lanzadores espaciales. Con nuevas etapas superiores, el Thor se convirtió en el Delta , uno de los lanzadores más utilizados en la década de 1960. A pesar del éxito del Thor, Hunter estaba insatisfecho con el estado del mercado de lanzadores y más tarde escribió que «a finales de 1963, el estado de los cohetes recuperables era terrible». [ 1 ] Estaba convencido de que mientras se siguieran desechando lanzadores, el acceso al espacio nunca sería asequible.
Varias compañías ya habían completado estudios preliminares de viabilidad de naves espaciales totalmente reutilizables, como el Martin Marietta Astrorocket y el Douglas Astro . Los diseños utilizaban dos etapas de retorno, una de las cuales regresaba al punto de lanzamiento, mientras que la otra entraba en órbita y aterrizaba tras su misión. Hunter pensaba que cualquier diseño de este tipo equivalía a construir dos aeronaves para realizar el trabajo de una, y que solo la etapa superior era realmente útil. En marzo de 1964, desarrolló un nuevo concepto: la configuración de etapa y media. [ 1 ]
En un cohete de dos etapas, una etapa se enciende para elevar la segunda a gran altura y luego se desprende. La segunda etapa se enciende y entra en órbita. La ventaja de este diseño es que el peso del cohete disminuye a medida que asciende, reduciendo la masa que debe transportar hasta la órbita. La desventaja es que requiere dos cohetes completos, ambos costosos, y una operación que consume mucho tiempo.
En su configuración de etapa y media, Hunter solo disponía de un cohete. Sin embargo, ningún cohete de la época tenía el rendimiento necesario para alcanzar la órbita por sí solo con una carga útil considerable, por lo que se requería algún tipo de sistema de etapas. La solución de Hunter consistió en colocar únicamente los tanques de combustible en la "etapa", que se eyectarían durante el ascenso. Esto le proporcionaba al vehículo las ventajas de la configuración por etapas, pero solo se desechaban los tanques, recuperando así todas las piezas costosas para su reutilización. Tras el aterrizaje, el vehículo se reacondicionaba, se acoplaba otro tanque y quedaba listo para una nueva misión.
Hunter se incorporó a Lockheed en el otoño de 1965. En su primer día, le preguntaron si había algo que Lockheed debería considerar, e inmediatamente sugirió el desarrollo de su diseño de etapa y media. Sus sugerencias llamaron la atención de Eugene Root, presidente de Lockheed Missiles and Space, quien le dio luz verde para estudiar lo que se conocería como el Star Clipper. [ 1 ]
Sistema de transporte espacial
Cuando el programa Apolo comenzó a concluir en 1966, la NASA empezó a planificar su futuro para la década de 1970 y más allá. A corto plazo, se agruparon diversos usos del excedente de hardware del Saturno en la oficina del Programa de Aplicaciones Apolo , completando así las misiones hasta mediados de la década de 1970. Posteriormente, la NASA desarrolló un ambicioso programa que incluía una estación espacial tripulada permanentemente , una pequeña base lunar y, finalmente, una misión tripulada a Marte. Casi como una idea secundaria, surgió el concepto de un "vehículo logístico" para reducir el costo de las operaciones de la estación espacial. Este vehículo se dedicaba al relevo semanal de tripulaciones en la estación espacial, o como lo expresó Walter Dornberger , "un avión espacial económico capaz de llevar un huevo fresco cada mañana a la mesa de cada miembro de la tripulación de una estación espacial que orbita el globo". [ 2 ]
En 1967, George Mueller organizó una reunión de un día para debatir el concepto de vehículo logístico. Un año antes, la Fuerza Aérea y la NASA habían colaborado en un estudio de las tecnologías existentes en el proyecto "Vehículo Integrado de Lanzamiento y Reentrada" (ILRV). El ILRV había agrupado las diversas propuestas de la industria en tres categorías: "Clase I", que consistía en un avión espacial reutilizable sobre un propulsor desechable; "Clase II", diseños basados en cohetes totalmente reutilizables; y "Clase III", que utilizaba motores avanzados de respiración atmosférica. Mueller retomó el trabajo del ILRV e invitó a los mismos socios de la industria a presentar sus propuestas, decidiendo centrarse únicamente en los diseños de Clase II.
Lockheed presentó el Star Clipper, y McDonnell introdujo otro diseño de etapa y media, el Tip Tank . General Dynamics abordó las preocupaciones de Hunter sobre la construcción de dos aeronaves para una misma misión con su Triamese , que utilizaba varias naves espaciales idénticas agrupadas, de las cuales solo una viajaba a la órbita. Chrysler presentó la propuesta más extraña, el SERV , tan diferente que nunca se tomó en serio. Sin embargo, la gran mayoría de las propuestas eran aviones espaciales de dos etapas. A medida que se hizo evidente que el programa avanzaba, los propios equipos de la NASA se unieron a la competencia, aportando sus propios diseños.
La NASA apoyó el diseño clásico de retorno al espacio hasta 1971, cuando la Oficina de Administración y Presupuesto redujo a la mitad el presupuesto máximo de desarrollo , de aproximadamente 10.000 a 5.000 millones de dólares. Esto no fue suficiente para desarrollar un diseño completamente reutilizable, y todo el concepto volvió a la mesa de dibujo. Fue entonces cuando los argumentos de Hunter a favor de la Star Clipper dejaron una huella imborrable: los costos de desarrollo para un diseño de etapa y media eran mucho menores porque solo se estaba desarrollando una nave espacial. Irónicamente, no fue la nave espacial de Lockheed la que finalmente se construyó, sino la versión del concepto de North American Aviation .
Descripción
El Star Clipper se basaba en un vehículo de reentrada de gran sustentación conocido como LSC-8MX, que a su vez se basaba en los diseños FDL-5LD y FDL-8H desarrollados en el Laboratorio de Dinámica de Vuelo de la Fuerza Aérea. A velocidades hipersónicas, durante la reentrada, la nave tenía una relación sustentación-resistencia de 1,8 a 1, lo que le proporcionaba una amplia capacidad de maniobra. En la atmósfera inferior, esta relación era demasiado baja para permitir aterrizajes seguros en caso de una maniobra de aterrizaje frustrado, por lo que el Star Clipper incorporaba pequeñas alas que se desplegaban lateralmente a velocidades subsónicas, mejorando la relación sustentación-resistencia a 8,1:1. Para facilitar los aterrizajes, dos motores a reacción se extendían desde la parte superior del fuselaje, lo que le permitía abortarlos. Tenía 57 m de largo y 32 m de ancho en las puntas de sus alas curvadas hacia arriba.
El Clipper estaba propulsado por tres motores M-1 de 1,5 millones de libras de fuerza (6700 kN) de empuje . Las versiones públicas del diseño mostraban los motores equipados con toberas expansibles , una forma de mejorar el rendimiento de los motores cohete al adaptarlos mejor a la presión atmosférica local durante el ascenso. Sin embargo, más tarde se reveló que Lockheed en realidad proponía utilizar un motor aerospike lineal para el diseño de producción. [ 3 ] El LOX y parte del combustible LH2 se transportaban en tanques en el fuselaje, pero la mayor parte del LH2 se transportaba en un gran tanque externo. El tanque tenía forma de V invertida, coincidiendo con la forma del borde de ataque de flecha pronunciada del cuerpo sustentador. El LH2 se extraería primero de este tanque, y cuando estuviera vacío, se desprendería y se liberaría durante el ascenso. Estaba montado y configurado de tal manera que el flujo de aire alrededor de la nave lo impulsaría hacia arriba y por encima de la nave espacial.
A medida que las propuestas del Sistema de Transporte Espacial (STS) pasaron de los diseños iniciales de la Fase A al desarrollo detallado de la Fase B, la NASA estableció requisitos de carga menores que las capacidades originales de la Star Clipper. Surgió una nueva versión del mismo diseño, la LS-200. Aunque la LS-200 era muy similar a la versión anterior, era más pequeña en general, redujo el diámetro del tanque de 285 a 156 pulgadas (7200 a 4000 mm) , el máximo permitido para el transporte por carretera, y redujo la carga útil de 50 000 a 25 000 libras (23 000 a 11 000 kg) . Los motores M-1 fueron reemplazados por el motor principal del transbordador espacial , lo que redujo el empuje total de 5.000.000 a 915.085 lbf (22.241,11 a 4.070,50 kN) , mientras que el peso bruto total al despegue disminuyó de 3.500.000 a 662.286 lb (1.587.573 a 300.408 kg) .
Véase también
Referencias
Notas
Bibliografía
- Thomas Heppenheimer, "La decisión del transbordador espacial: la búsqueda de la NASA de un vehículo espacial reutilizable" , NASA SP-4221, 1999
- George Mueller, "El nuevo futuro del desarrollo de naves espaciales tripuladas", Astronáutica y Aeronáutica , Volumen 7 (marzo de 1969), págs. 24-32
- Mark Wade, "Starclipper"
Enlaces externos
- El avión espacial LS-200 Star Clipper de Lockheed, una alternativa al transbordador espacial , renderizado en vídeo por Hazegrayart.
- Nave espacial cancelada de la NASA
- Programa del transbordador espacial
- Aviones espaciales estadounidenses cancelados
- Aviones Lockheed