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Articulo de referencia

NASA X-43

El NASA X-43 fue un avión hipersónico experimental no tripulado con múltiples variaciones de escala planificadas, diseñado para probar diversos aspectos del vuelo hipersónico . ...

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El NASA X-43 fue un avión hipersónico experimental no tripulado con múltiples variaciones de escala planificadas, diseñado para probar diversos aspectos del vuelo hipersónico . Formó parte de la serie X-plane y, específicamente, del programa Hyper-X de la NASA , desarrollado a finales de la década de 1990. [ 1 ] Estableció varios récords de velocidad para aviones a reacción . El X-43 es el avión a reacción más rápido registrado, alcanzando aproximadamente Mach 9,6. [ 2 ] 

Un cohete propulsor alado con el X-43 colocado en la parte superior, denominado "pila", fue lanzado desde un Boeing B-52 Stratofortress . Después de que el cohete propulsor (una primera etapa modificada del cohete Pegasus ) llevó la pila a la velocidad y altitud objetivo, fue desechada y el X-43 voló libremente usando su propio motor, un estatorreactor de combustión supersónica ( scramjet ).

El primer avión de la serie, el X-43A, era un vehículo de un solo uso, del cual se construyeron tres unidades. El primer X-43A se destruyó tras un fallo en vuelo en 2001. Los otros dos volaron con éxito en 2004, estableciendo récords de velocidad, con los motores scramjet funcionando durante aproximadamente 10 segundos, seguidos de planeos de 10 minutos y choques intencionados contra el océano. Los planes para construir más aviones de la serie X-43 se han suspendido o cancelado, y han sido reemplazados por el programa X-51, gestionado por la USAF .

Desarrollo

El X-43 formó parte del programa Hyper-X de la NASA, en el que participaron la agencia espacial estadounidense y contratistas como Boeing , Micro Craft Inc., Orbital Sciences Corporation y General Applied Science Laboratory (GASL). Micro Craft Inc. construyó el X-43A y GASL construyó su motor.

Uno de los objetivos principales de la Empresa Aeronáutica de la NASA era el desarrollo y la demostración de tecnologías para el vuelo hipersónico con respiración de aire. Tras la cancelación del programa del Avión Aeroespacial Nacional (NASP) en noviembre de 1994, Estados Unidos carecía de un programa coherente de desarrollo de tecnología hipersónica. Como uno de los programas "mejores, más rápidos y más baratos" desarrollados por la NASA a finales de la década de 1990, el Hyper-X utilizó tecnología e investigación del programa NASP, lo que lo impulsó hacia la demostración de la propulsión hipersónica con respiración de aire, [ 3 ].

La Fase I del programa Hyper-X fue un programa de la NASA (Aeronáutica y Tecnología Espacial) llevado a cabo conjuntamente por el Centro de Investigación Langley , en Hampton, Virginia , y el Centro de Investigación de Vuelo Dryden , en Edwards, California . Langley fue el centro principal y responsable del desarrollo de la tecnología hipersónica. Dryden se encargó de la investigación de vuelo.

La Fase I fue un programa de siete años y aproximadamente 230 millones de dólares para validar en vuelo la propulsión scramjet , la aerodinámica hipersónica y los métodos de diseño. Las fases posteriores no se continuaron, ya que la serie de aeronaves X-43 fue reemplazada en 2006 por la X-51 .

Diseño

Concepto artístico del X-43A con un motor scramjet acoplado a la parte inferior.
El avión de lanzamiento B-52B de la NASA despega transportando el vehículo de investigación hipersónico X-43A (27 de marzo de 2004).

El avión X-43A era un pequeño vehículo de prueba no tripulado que medía poco más de 3,7 m (12 pies) de longitud . [ 4 ] El vehículo tenía un diseño de cuerpo sustentador , donde el cuerpo del avión proporcionaba una cantidad significativa de sustentación para el vuelo, en lugar de depender de las alas . El avión pesaba aproximadamente 1400 kg (3000 lb) . El X-43A fue diseñado para ser totalmente controlable en vuelo a alta velocidad, incluso cuando planeaba sin propulsión . Sin embargo, el avión no fue diseñado para aterrizar y ser recuperado. Los vehículos de prueba se estrellaron en el Océano Pacífico cuando terminó la prueba.    

Viajar a velocidades Mach genera un calor considerable debido a las ondas de choque de compresión que intervienen en la resistencia aerodinámica supersónica . A altas velocidades Mach, el calor puede ser tan intenso que las partes metálicas del fuselaje podrían fundirse. El X-43A compensaba esto haciendo circular agua detrás de la cubierta del motor y los bordes de ataque de las paredes laterales, enfriando así esas superficies. En las pruebas, la circulación de agua se activaba aproximadamente a Mach 3. 

Motor

Maqueta a escala real del avión X-43 en el túnel de viento de alta temperatura de 2 metros (8 pies ) de Langley . 

La aeronave fue creada para desarrollar y probar un motor estatorreactor de combustión supersónica, o " scramjet ", una variante de motor donde la combustión externa tiene lugar dentro del aire que fluye a velocidades supersónicas. [ 5 ] Los desarrolladores del X-43A diseñaron la estructura de la aeronave para que formara parte del sistema de propulsión : la parte delantera forma parte del flujo de aire de admisión, mientras que la sección trasera funciona como una tobera de escape. [ 6 ]

El motor del X-43A se alimentaba principalmente con hidrógeno . En la prueba exitosa, se utilizó aproximadamente un kilogramo (dos libras) de combustible. Para el encendido inicial, se empleó una mezcla de hidrógeno con un 20 % de monosilano , un gas pirofórico . [ 7 ] A diferencia de los cohetes, los vehículos propulsados ​​por estatorreactores no transportan oxígeno a bordo para alimentar el motor. Eliminar la necesidad de transportar oxígeno reduce significativamente el tamaño y el peso del vehículo. En el futuro, estos vehículos más ligeros podrían llevar cargas útiles más pesadas al espacio o transportar cargas útiles del mismo peso de forma mucho más eficiente.

Los estatorreactores de combustión supersónica (scramjets) solo operan a velocidades de Mach  4.5 o superiores, por lo que se requieren cohetes u otros motores a reacción para impulsar inicialmente las aeronaves propulsadas por scramjets hasta esta velocidad base. En el caso del X-43A, la aeronave se aceleró a alta velocidad con un cohete Pegasus lanzado desde un bombardero Boeing B-52 Stratofortress modificado . El conjunto formado por el X-43A y el Pegasus era conocido como el "conjunto" por los miembros del equipo del programa. [ 6 ]

Los motores de los vehículos de prueba X-43A fueron diseñados específicamente para un rango de velocidad determinado, pudiendo comprimir e encender la mezcla de combustible y aire únicamente cuando el flujo de aire entrante se mueve según lo previsto. Los dos primeros aviones X-43A estaban destinados a volar a aproximadamente Mach  7, mientras que el tercero fue diseñado para operar a velocidades superiores a Mach 9,8 (10.600 km/h; 6.610 mph) a altitudes de 30.000 m (98.000 pies) o más.     

Pruebas operativas

Imagen de dinámica de fluidos computacional (CFD) del X-43A a Mach 7
El misil X-43A siendo lanzado desde debajo del ala de un bombardero NB-52B Stratofortress.

La primera prueba del X-43A de la NASA, realizada el 2 de junio de 2001, fracasó debido a que el propulsor Pegasus perdió el control aproximadamente 13 segundos después de ser liberado del avión portador B-52. El cohete experimentó una oscilación de control al alcanzar la velocidad transónica , lo que finalmente provocó la falla del alerón de estribor . Esto causó que el cohete se desviara significativamente de la trayectoria prevista, y fue destruido como medida de seguridad. Una investigación sobre el incidente determinó que la información imprecisa sobre las capacidades del cohete, así como sobre su entorno de vuelo, contribuyeron al accidente. Varias imprecisiones en el modelado de datos para esta prueba dieron como resultado un sistema de control inadecuado para el cohete Pegasus específico utilizado, aunque no se pudo atribuir la falla a un solo factor. [ 8 ]

En la segunda prueba, en marzo de 2004, el Pegasus se encendió con éxito y liberó el vehículo de prueba a una altitud de aproximadamente 29 000 metros (95 000 pies) . Tras la separación, se abrió la entrada de aire del motor, este se encendió y la aeronave aceleró alejándose del cohete, alcanzando Mach 6,83 (7488 km/h; 4653 mph) . El combustible fluyó hacia el motor durante 11 segundos, tiempo en el que la aeronave recorrió más de 24 km (15 millas) . Tras la separación del propulsor Pegasus, el vehículo experimentó una pequeña caída de velocidad, pero el motor scramjet lo aceleró posteriormente en vuelo ascendente. [ 8 ] Tras el agotamiento del combustible, los controladores aún pudieron maniobrar el vehículo y manipular los controles de vuelo durante varios minutos; la aeronave, frenada por la resistencia del aire, cayó al océano. Con este vuelo, el X-43A se convirtió en la aeronave de respiración aérea de vuelo libre más rápida del mundo.      

La NASA lanzó una tercera versión del X-43A el 16 de noviembre de 2004. El cohete propulsor Pegasus se separó de su portador B-52 a 40 000 pies y su cohete sólido llevó la combinación a Mach 10 a 110 000 pies. [ 9 ] El X-43A se separó a Mach 9,8 y el motor se puso en marcha a Mach 9,65 durante 10-12 segundos con un empuje aproximadamente igual a la resistencia, y luego planeó hasta el Océano Pacífico después de 14 minutos. [ 9 ] La presión dinámica durante el vuelo fue de 1050 psf (0,50 bar) . [ 9 ] Alcanzó Mach 9,68, [ 10 ] [ 11 ] 6755 mph (10 870 km/h) a 109 440 pies (33 357 m), [ 12 ] y probó aún más la capacidad del vehículo para soportar las cargas térmicas involucradas. [ 13 ]     

Repuestos

En enero de 2006, la USAF anunció el misil reutilizable FALCON, con motor scramjet, para su lanzamiento desde Estados Unidos continental . [ 14 ] En marzo de 2006, se anunció que el vehículo de prueba de vuelo "WaveRider", un estatorreactor de combustión supersónica del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL), había sido designado como X-51A. El Boeing X-51 de la USAF realizó su primer vuelo el 26 de mayo de 2010, lanzado desde un B-52.

Variantes

Tras las pruebas del X-43 en 2004, los ingenieros del Centro Dryden de la NASA afirmaron que esperaban que todos sus esfuerzos culminaran en la producción de un vehículo tripulado de dos etapas para alcanzar la órbita en unos 20 años. Los científicos expresaron serias dudas sobre la posibilidad de que existiera un vehículo tripulado de una sola etapa para alcanzar la órbita, como el Avión Aeroespacial Nacional (NASP), en un futuro próximo.

Se planificaron otros vehículos X-43, pero a junio de 2013 Han sido suspendidos o cancelados. Se esperaba que tuvieran el mismo diseño básico que el X-43A, aunque se preveía que las aeronaves serían de tamaño moderado a considerablemente mayor.

X-43B

El X-43B era un vehículo de tamaño real que incorporaba un motor de ciclo combinado basado en turbina (TBCC) o un motor ISTAR de ciclo combinado basado en cohete (RBCC) . Inicialmente, las turbinas o los cohetes impulsaban el vehículo a velocidad supersónica. Un estatorreactor podía tomar el control a partir de Mach 2,5, y el motor se convertía a una configuración de estatorreactor supersónico (scramjet) aproximadamente a Mach 5.  

X-43C

El X-43C habría sido algo más grande que el X-43A y se esperaba que probara la viabilidad del combustible de hidrocarburos, posiblemente con el motor HyTech . Si bien la mayoría de los diseños de estatorreactores de combustión supersónica han utilizado hidrógeno como combustible, HyTech funciona con combustibles de hidrocarburos convencionales tipo queroseno, que son más prácticos para el mantenimiento de vehículos operativos. Se planeó la construcción de un motor a escala real que utilizaría su propio combustible para la refrigeración. El sistema de refrigeración del motor habría actuado como un reactor químico, descomponiendo los hidrocarburos de cadena larga en hidrocarburos de cadena corta para una combustión rápida.

El proyecto X-43C fue suspendido indefinidamente en marzo de 2004. [ 15 ] El artículo enlazado informa sobre la suspensión indefinida del proyecto y la comparecencia del contralmirante Craig E. Steidle ante una audiencia del subcomité de Espacio y Aeronáutica de la Cámara de Representantes el 18 de marzo de 2004. A mediados de 2005, el X-43C parecía contar con financiación hasta finales de año. [ 16 ]

X-43D

El X-43D habría sido casi idéntico al X-43A, pero ampliaba el rango de velocidad a Mach  15. En septiembre de 2007, Donald B. Johnson de Boeing y Jeffrey S. Robinson del Centro de Investigación Langley de la NASA solo habían realizado un estudio de viabilidad . Según la introducción del estudio, "El propósito del X-43D es recopilar información sobre el entorno de vuelo a Mach alto y la operatividad del motor, información que es difícil, si no imposible, de obtener en tierra". [ 17 ]

Véase también

Aeronaves de función, configuración y época comparables

Listas relacionadas

Referencias

  1. ↑ "28 de abril de 2001: Primer vuelo de transporte cautivo del vehículo de investigación hipersónico X-43A de la NASA" . 28 de abril de 2021.
  2. ↑ Thompson, Elvia, Keith Henry y Leslie Williams. «Más rápido que una bala: Guinness reconoce el Scramjet de la NASA». Archivado el 30 de julio de 2021 en Wayback Machine NASA . Consultado el 1 de agosto de 2011.
  3. ↑ Peebles, Curtis (2010). Once segundos en lo desconocido: una historia del programa Hyper-X . Virginia: AIAA. ISBN 978-1-60086-776-7.
  4. ↑ Harsha, Phillip T., Lowell C. Keel, Anthony Castrogiovanni y Robert T. Sherrill. “Diseño y fabricación del vehículo X-43A”. AIAA 2005-3334. Consultado el 1 de agosto de 2011.
  5. ↑ Swinerd, Graham. Cómo vuelan las naves espaciales: vuelos espaciales sin fórmulas. Nueva York: Springer, 2010. ISBN 978-1-44192-629-6pág. 113.
  6. 1 2 Martin, Guy. “Pionero hipersónico: El X-43A”. AircraftInFormation.info. Recuperado: 16 de agosto de 2012.
  7. ↑ Hidding, Bernhard; Pfitzner, Michael; Simone, Domenico; Bruno, Claudio (julio de 2008). "Revisión del potencial de los silanos como combustibles para cohetes/estatorreactores". Acta Astronautica . 63 (1): 379– 388. doi : 10.1016/j.actaastro.2007.12.056 . ISSN 0094-5765 . 
  8. 1 2 Bentley, Matthew A. Aviones espaciales: Del aeropuerto al puerto espacial (El universo de los astrónomos). Nueva York: Springer, 2008. ISBN 978-0-38776-509-9, págs. 110–111.
  9. 1 2 3 Thomas A. Heppenheimer (septiembre de 2007). "Enfrentando la barrera del calor: una historia de la hipersónica" (PDF) . División de Historia de la NASA. pág. 277. Archivado del original (PDF) el 20 de julio de 2011. 
  10. ↑ Richard R. Kazmar (2005). "Propulsión hipersónica con respiración aérea en Pratt & Whitney: descripción general" (PDF) . Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. Archivado del original (PDF) el 21 de octubre de 2007.
  11. ↑ Charles McClinton (9 de enero de 2006). X-43: La potencia del motor scramjet rompe la barrera hipersónica (PDF) . 44.ª Reunión y Exposición de Ciencias Aeroespaciales de la AIAA. Centro de Investigación Langley de la NASA. Archivado del original (PDF) el 24 de julio de 2011.
  12. ↑ "Avión más rápido con motor de respiración aérea: X-43" . Récords Guinness . 16 de noviembre de 2004.
  13. ↑ "El programa "Hyper-X" de la NASA demuestra tecnologías de estatorreactores" . NASA. 7 de agosto de 2017.
  14. ↑ "Falcon." space.com. Consultado el 1 de agosto de 2011.
  15. ↑ Morris, Jefferson. "X-43C, motor RS-84 entre las bajas de la revisión de la NASA". Archivado el 18 de noviembre de 2004 en Wayback Machine Aviation Week , 19 de marzo de 2004. Consultado el 9 de enero de 2010.
  16. ↑ "Las buenas noticias corren rápido." Boeing Frontiers , agosto de 2005. Cita: "Gracias a una solicitud de financiación de 25 millones de dólares para la NASA, patrocinada por el representante estadounidense Jim Talent (republicano por Missouri), el trabajo en el programa X-43C continuará durante 2005."
  17. ↑ "Diseño conceptual y estudio de viabilidad del X-43D". Archivado el 29 de febrero de 2008 en Wayback Machine AIAA. Consultado el 1 de agosto de 2011.

Notas

  • Animación del lanzamiento del X-43 de la NASA
  • Página de la NASA sobre el proyecto X-43. Archivada el 13 de febrero de 2016 en Wayback Machine.
  • Colección de fotografías del X-43 del Centro de Investigación de Vuelo Dryden
  • Componentes internacionales del X-43a. Archivado el 14/10/2012 en Wayback Machine.
  • Lanzamiento desde B-52 , infrarrojo
  • https://web.archive.org/web/20150316013940/http://videoclip.pk/watch_video.php?v=H1M8DKHXN2HO