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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 ]

On February 15, 1989, Pournelle, Graham and Hunter were able to procure a meeting with Vice-President Dan Quayle.[8] They successfully "sold" the idea to SDIO by noting that any space-based weapons system would need to be serviced by a spacecraft that was far more reliable than the Space Shuttle, and offer lower launch costs and have much better turnaround times.[9]

Given the uncertainties of the design, the basic plan was to produce a deliberately simple test vehicle and to "fly a little, break a little" in order to gain experience with fully reusable quick-turnaround spacecraft. As experience was gained with the vehicle, a larger prototype would be built first for sub-orbital and then orbital tests. Finally a commercially acceptable vehicle would be developed from these prototypes. In keeping with general aircraft terminology, they proposed the small prototype should be called the DC-X, X being the US Air Force designation for "experimental". This would be followed by the "DC-Y", with Y being the USAF designation for pre-production test aircraft and prototypes (e.g. YF-16). Finally the production version would be known as the "DC-1". The name "Delta Clipper" was chosen to result in the acronym "DC" to draw a connection with the Douglas "DC Series" of airliners, beginning with the Douglas DC-1.

The vehicle is inspired by the designs of McDonnell Douglas engineer Philip Bono, who saw single stage to orbit VTOL lifters as the future of space travel.[10] The Delta Clipper was very similar to Bono's SASSTO vehicle from 1967. Bono died less than three months before the DC-X's first test flight.[11]

SDIO requirement

SDIO wanted a "suborbital, recoverable rocket (SRR) capable of lifting up to 3,000 pounds (1361 kg) of payload to an altitude of 1.5 million feet (457 km); returning to the launch site for a precise soft landing; with the capability to launch for another mission within three to seven days".[12]:4

Specification

DC-X Specifications:[13]

  • 12 m high, 4.1 m diameter at base, conical shape
  • Empty mass: 9100 kg. Fueled mass: With full load of propellants:18,900 kg
  • Propellants: Liquid oxygen and liquid hydrogen
  • Propulsion: Four RL10A-5 rocket engines, each generating 6,100 kgf thrust. Each engine throttleable from 30% to 100%. Each gimbals +/-8 degrees.
  • 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 . Paquete de acelerómetro y giroscopio de velocidad del F/A-18 . Receptor de código P(Y) del sistema de posicionamiento global (GPS). Sistema de telemetría de datos digitales. Altímetro de 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. 

Its next flight, on 31 July 1996, proved to be its last. The launch and flight portion of this mission was flawless, however, after slowing to a perfect touchdown, only 3 of the 4 landing struts extended. The vehicle could not balance on 3 struts, and slowly fell sideways on the landing pad. When the side of the vehicle struck the concrete pad, the main liquid oxygen tank cracked open and leaked LOX onto the pad. This LOX contacted a small amount of glowing material on the base heat shield, and started a fire. Post flight inspection of the landing struts revealed that the pneumatic nitrogen actuation line to the failed strut was disconnected. This line was normally disconnected from the strut during pre-flight testing, when each strut was extended and retracted by a ground cart. Normally the structural damage from such a fall would constitute only a setback, but the LOX from the leaking tank fed a fire which severely burned the DC-XA,[22] causing such extensive damage that repairs were impractical.[20]

In a post-accident report, NASA's Brand Commission blamed the accident on a burnt-out field crew who had been operating under on-again/off-again funding and constant threats of outright cancellation. The crew, many of them originally from the SDIO program, were also highly critical of NASA's "chilling" effect on the program, and the masses of paperwork NASA demanded as part of the testing regimen.

NASA had taken on the project grudgingly after having been "shamed" by its very public success under the direction of the SDIO. Its continued success was cause for considerable political in-fighting within NASA due to it competing with their "home grown" Lockheed Martin X-33/VentureStar project. Pete Conrad priced a new DC-X at $50 million, cheap by NASA standards, but NASA decided not to rebuild the craft in light of budget constraints.[20] Instead, NASA focused development on the Lockheed MartinVentureStar which it felt answered some criticisms of the DC-X, specifically the airplane-like landing of the VentureStar, which many NASA engineers preferred over the vertical landing of the DC-X. Just a few years later, the repeated failure of the Venturestar project, especially the composite LH2 (liquid hydrogen) tank, led to program cancellation.[23]

Program cost

The original DC-X was built in 21 months for a cost of $60 million.[24] This is equivalent to $127 million in present-day terms.[25]

Legacy

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