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Compuestos a escala Nivel uno

Nave espacial uno y Caballero blanco Tier One fue un programa de Scaled Composites que, entre 1990 y 2004, consistió en vuelos espaciales tripulados suborbitales utilizando la n...

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Nave espacial uno y Caballero blanco

Tier One fue un programa de Scaled Composites que, entre 1990 y 2004, consistió en vuelos espaciales tripulados suborbitales utilizando la nave espacial reutilizable SpaceShipOne y su lanzador White Knight . La nave fue diseñada por Burt Rutan y el proyecto fue financiado con 20 millones de dólares estadounidenses por Paul Allen . En 2004, realizó el primer vuelo espacial tripulado financiado con fondos privados y ganó el premio Ansari X Prize de 10 millones de dólares estadounidenses a la primera nave espacial tripulada reutilizable no gubernamental.

El objetivo del proyecto era desarrollar tecnología para el acceso rutinario y económico al espacio. SpaceShipOne no estaba diseñado para transportar pasajeros de pago, pero se preveía que tendría aplicaciones comerciales derivadas, inicialmente en el turismo espacial . La empresa Mojave Aerospace Ventures se creó para gestionar la explotación comercial de la tecnología. Un acuerdo con Virgin Galactic podría haber propiciado el turismo espacial rutinario a finales de la década de 2010 utilizando una nave espacial basada en tecnología de primera categoría. Esto dio lugar al programa SpaceShipTwo de Virgin Galactic , que concluyó en junio de 2024, con tan solo unos pocos vuelos con turistas realizados a partir de 2023.

Diseño

Componentes del programa

El concepto de diseño del Nivel Uno consistía en lanzar desde el aire una nave espacial tripulada por tres personas que ascendería a una altitud ligeramente superior a los 100 km (62 millas; 54 millas náuticas) mediante un motor cohete híbrido , para luego planear hasta el suelo y aterrizar horizontalmente. Scaled Composites enumera los siguientes componentes del programa:   

Control de misión

Además de un centro de control de misiones en la oficina, Tier One cuenta con un centro de control de misiones móvil . Este es relativamente pequeño y está integrado en un camión grande. Lleva el logotipo de Scaled Composites, pero ninguna otra indicación explícita de su vínculo con Tier One. El vehículo realiza una combinación de funciones de apoyo:

Este centro de control se utiliza para dar soporte tanto a las pruebas en tierra de los motores de cohete como a todas las pruebas de vuelo de White Knight y SpaceShipOne. Su función principal es monitorizar y registrar los datos de las pruebas, y para ello está equipado con ordenadores y equipos de radiocomunicación. Las pantallas de aviónica de SpaceShipOne se duplican en el centro de control de la misión. Los datos de telemetría se reciben en un sistema de reducción de datos (DRS), que dirige automáticamente las antenas de radio hacia la nave que se está monitorizando. El sistema de telemetría tiene un alcance de unos 280 km (170 millas) .  

El centro de control está equipado para comunicarse con las oficinas de Scaled Composites, así como con la aeronave y la nave espacial.

El centro de control mantiene una temperatura controlada para su personal y puede conectarse para proporcionar climatización a las cabinas de White Knight y SpaceShipOne. La estructura física del centro de control de la misión también facilita el acceso a la cabina de White Knight.

Suministro de óxido nitroso

A diferencia del combustible sólido, el oxidante de óxido nitroso se maneja a granel y se bombea al tanque de oxidante de la nave espacial en el campo. Por lo tanto, Tier One cuenta con un sistema móvil de suministro de óxido nitroso, al que denominan MONODS (sistema móvil de suministro de óxido nitroso).

El sistema MONODS está montado sobre un remolque abierto, que puede transportarse por carretera de forma convencional. Consta principalmente de un tanque de 6,5 m³ (230 pies cúbicos ) , una unidad de control de temperatura y un generador para alimentar dicha unidad. El óxido nitroso se almacena a temperatura ambiente, a una presión de 4,8 MPa (700 psi) .     

El sistema MONODS se recarga desde un proveedor comercial que utiliza camiones cisterna de 50 m³ (1800 pies cúbicos ) y suministra el óxido nitroso a unos -17 °C (1 °F) y 2 MPa (290 psi) . El sistema MONODS calienta el óxido nitroso a temperatura ambiente, aumentando así su presión.       

Pruebas de propulsión

Tier One dispone de un banco de pruebas de empuje móvil, conocido como remolque de banco de pruebas (TST). La ventaja de su movilidad radica en que todo el montaje y la instrumentación pueden realizarse en el hangar, de modo que en el lugar de la prueba solo es necesario llenar el tanque de oxidante (del MONODS) y llevar a cabo el encendido.

El banco de pruebas reproduce los componentes estructurales esenciales de la nave espacial. Cuenta con un tanque de oxidante y sus accesorios, idénticos a los utilizados en vuelo. Esto significa que la prueba del motor también realiza automáticamente las pruebas de vibración , tensión y temperatura adecuadas para la estructura de la nave. Sin embargo, la cabina de la tripulación no se reproduce.

Para las pruebas de empuje en tierra, se utiliza una tobera de cohete con una relación de expansión de 10:1, a diferencia de la tobera de 25:1 utilizada en altitud durante el vuelo real.

El banco de pruebas está equipado con instrumentos para registrar no solo el empuje, sino también la fuerza lateral, la temperatura y la tensión a la que se someten los componentes. Los datos se registran en un ordenador ubicado en un búnker en el lugar de la prueba. El ordenador de adquisición de datos se controla de forma remota desde el centro de control de la misión.

Simulador de vuelo

El simulador de vuelo SpaceShipOne consta de un programa de simulación y una cabina de mando.

El programa de simulación de vuelo tiene como objetivo simular con precisión el comportamiento de SpaceShipOne en cualquier circunstancia y en todas las fases del vuelo. En lugar de contar con un modelo del comportamiento de vuelo general de SpaceShipOne, utiliza dinámica de fluidos computacional para modelar el aire que rodea la nave. Calcula las fuerzas aerodinámicas y otras fuerzas que actúan sobre ella, teniendo en cuenta la posición de sus superficies de control. Esta simulación se basa en el modelado informático utilizado durante el proceso de diseño y se perfeccionó con datos de pruebas de vuelo. Esto proporciona una imagen muy precisa del comportamiento de la nave, incluso en modos de vuelo imprevistos. (Esta es una de las primeras aeronaves modernas diseñadas sin pruebas en túnel de viento ).

La réplica de la cabina está sobre una base estática, por lo que no puede reproducir con precisión los aspectos de equilibrio y aceleración del vuelo. Sin embargo, White Knight está equipado para funcionar como un simulador de base móvil de alta fidelidad. La cabina del simulador es una copia exacta de la cabina de SpaceShipOne, incluyendo su aviónica . Se simula el sistema completo de piloto y aviónica, no solo al piloto. El programa del simulador de vuelo controla las entradas de los sensores que utiliza la aviónica, así como doce ordenadores de visualización que utilizan software gráfico comercial para generar imágenes de alta resolución de la vista exterior para el piloto. Estas vistas aparecen en once monitores y una pantalla de proyección. La retroalimentación de la fuerza de la palanca de mando no se simula en tiempo real.

La simulación de vuelo en tierra no solo se utiliza para el entrenamiento de pilotos. También se emplea para capacitar al personal de tierra, desarrollar procedimientos y probar el software y el hardware de aviónica.

Historial y estado

Según Scaled Composites, el concepto del programa surgió en abril de 1996, el desarrollo preliminar comenzó en 1999 y el desarrollo completo en abril de 2001. Inicialmente se mantuvo en secreto, incluso después del primer vuelo de White Knight el 1 de agosto de 2002. El programa se anunció al público el 18 de abril de 2003, cuando estaba listo para realizar las pruebas de vuelo de SpaceShipOne . Su primer vuelo de prueba, el vuelo 01C de SpaceShipOne , tuvo lugar el 20 de mayo de 2003.

Tras meses de pruebas de planeo, el primer vuelo propulsado, el vuelo 11P de SpaceShipOne , se realizó el 17 de diciembre de 2003. Le siguieron más pruebas propulsadas, alcanzando altitudes cada vez mayores, culminando el 21 de junio de 2004 con el primer vuelo espacial tripulado financiado con fondos privados, el vuelo 15P de SpaceShipOne . Posteriormente, se llevaron a cabo vuelos competitivos del Premio X de Ansari . Los vuelos 16P de SpaceShipOne, el 29 de septiembre de 2004, y 17P, el 4 de octubre de 2004, fueron vuelos competitivos exitosos que les valieron el Premio X.

El programa Tier One, gestionado por Scaled Composites, concluyó tras la retirada de SpaceShipOne, dando paso a un programa sucesor para el cliente Virgin Galactic .

Fondos

Aunque no se han hecho públicos los costos de desarrollo, construcción y operación del Nivel Uno, se estima que oscilan entre los 20 y los 30 millones de dólares estadounidenses , aproximadamente dos o tres veces el valor del premio Ansari X Prize . El único patrocinador, inicialmente secreto, resultó ser Paul Allen , cofundador de Microsoft y la cuadragésima octava persona más rica del mundo. Esta revelación, el 17 de diciembre de 2003, el mismo día del primer vuelo de prueba del programa, se produjo tras las especulaciones sobre la participación de Allen.

Algunos analistas han comparado el bajo coste del programa Tier One con el elevado coste del programa del Transbordador Espacial , si bien las dificultades tecnológicas de ambos programas son completamente diferentes. SpaceShipOne, al volar a velocidad suborbital, no necesita alcanzar las altas velocidades del Transbordador Espacial ( Mach 3 frente a Mach 25), ni la misma altitud ( 100 km suborbitales frente a 400 km en órbita ) . SpaceShipOne tampoco transporta la misma tripulación (3 miembros frente a 7) ni la misma carga útil (insignificante frente a 25 toneladas), y realiza vuelos mucho más cortos (unos minutos frente a varios días). El programa SpaceShipOne representa un logro técnico más comparable al del X-15 que al del Transbordador.    

Comparaciones ajustadas a la inflación del programa SpaceShipOne con el presupuesto del X-15 indican que el programa Tier One costó 1/100 del programa X-15, aunque los tres aviones X-15 realizaron casi 200 vuelos de prueba en todo su programa de pruebas, explorando típicamente el vuelo hipersónico entre Mach 4 y 7. Solo unas pocas docenas de vuelos del X-15 buscaron específicamente alcanzar altitudes máximas en lugar de lograr velocidades máximas, aunque solo dos vuelos alcanzaron altitudes cercanas a las alcanzadas por SpaceShipOne. Por otro lado, el proyecto Tier One también pagó la construcción de la nave nodriza White Knight dentro de su presupuesto, mientras que la NASA tuvo el uso casi gratuito de un bombardero B-52 de la USAF preexistente modificado para realizar pruebas de lanzamiento de aeronaves experimentales de muchos tipos (actualmente en uso para lanzamientos de PegasusXL).

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El programa Tier One se desarrolló inicialmente en secreto, como es habitual en Scaled Composites con sus nuevos programas. El 18 de abril de 2003 se anunció públicamente, y SpaceShipOne y White Knight se presentaron a los medios de comunicación en un evento al que asistieron entre 550 y 600 personas. El interés mediático fue tan grande que lo que se había planeado como un Día de Familias y Amigos el 24 de abril de 2003 se convirtió en un segundo día dedicado a la prensa.

Scaled Composites volvió a acaparar la atención mediática anunciando con antelación el vuelo de prueba final, el vuelo 15P de SpaceShipOne , que pretendía ser el primer vuelo espacial del programa. Unas 11.000 personas acudieron al puerto espacial de Mojave para presenciar el vuelo, que también fue televisado . El vuelo se desarrolló como un espectáculo aéreo , con la nave principal y los aviones de apoyo despegando y aterrizando frente al público, y realizando sobrevuelos de celebración cuando la prueba tuvo éxito. El vuelo no solo fue un éxito técnico, sino también un éxito de público, que despertó un gran interés por los vuelos espaciales.

Futuro

Durante una entrevista en el documental Black Sky: The Race For Space , Rutan afirmó que el Nivel Uno abarcará los vuelos suborbitales, el Nivel Dos los vuelos orbitales y el Nivel Tres los vuelos más allá de la órbita terrestre (incluidos los vuelos a la Luna y otros planetas). En el mismo documental, mostró diseños para una nave orbital basada en SpaceShipOne, que tenía un cohete aproximadamente el doble de largo que SpaceShipOne montado en la parte trasera de la nave.

Aspectos comerciales

El objetivo declarado del programa Tier One es demostrar operaciones de vuelos espaciales tripulados suborbitales a bajo costo. Antes de que Burt Rutan comenzara a considerar este proyecto, existían tres barreras principales para lograr vuelos espaciales suborbitales asequibles:

  • los peligros y costes de los combustibles líquidos para propulsión (explotan);
  • la naturaleza incontrolable de los motores de cohetes de combustible sólido (no se pueden apagar);
  • las dificultades para regresar sin quemarse en la atmósfera.

El Nivel Uno no está diseñado para transportar pasajeros de pago, y requeriría permisos del gobierno estadounidense si así lo deseara. Se trata de un banco de pruebas tecnológicas, y se prevé expresamente que la tecnología desarrollada en el programa se utilice posteriormente en vuelos espaciales comerciales. Con este fin, Allen y Rutan crearon la empresa Mojave Aerospace Ventures , propietaria de la propiedad intelectual del proyecto y encargada de su explotación comercial.

Scaled Composites expresó inicialmente la esperanza de que, hacia 2013, el público pudiera experimentar un vuelo suborbital por un precio similar al de un crucero de lujo. El 25 de septiembre de 2004, se llegó a un acuerdo con Virgin Galactic para desarrollar la Virgin SpaceShip, basada en una versión ampliada de la SpaceShipOne. Estas naves espaciales serán construidas por The Spaceship Company .

Referencias

  • Página principal de Tier One archivada el 9 de abril de 2006 en la Wayback Machine del sitio web de Scaled Composites.
  • El artículo de The Space Review titulado "¿Preludio a la historia?" incluye una cita de Rutan sobre el Modelo 346.
  • Artículo de The Space Review titulado "El futuro comienza aquí"
  • Artículo de Aerospace America titulado "SpaceShipOne: Viajando al espacio en un caballero blanco" , con varios detalles técnicos.
  • Artículo de SPACE.com: "El motor del cohete SpaceShipOne recibe una actualización".
  • Artículo de The Register titulado "Virgin ofrecerá vuelos espaciales"
  • Artículo de BBC News titulado "'No habrá experimentos' para SpaceShipOne"
  • Por qué SpaceShipOne nunca orbitó la Tierra, ni lo hará jamás, y ninguno de sus descendientes directos lo hará (por Karen Pease)