Compuestos escalados de nivel uno

El Nivel Uno era un compuesto escalado' Década de 1990 a 2004 programa de 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 con financiación privada y ganó el premio Ansari X de 10 millones de dólares estadounidenses por la primera nave espacial tripulada reutilizable no gubernamental.

El objetivo del proyecto era desarrollar tecnología para el acceso rutinario al espacio de bajo coste. SpaceShipOne no estaba destinado a transportar pasajeros de pago, pero se preveía que tendría consecuencias comerciales, inicialmente en el turismo espacial. Se formó la empresa Mojave Aerospace Ventures para gestionar la explotación comercial de la tecnología. Un acuerdo con Virgin Galactic podría generar un turismo espacial rutinario a finales de la década de 2010 utilizando una nave espacial basada en tecnología de nivel uno.

Diseño

Componentes del programa

El concepto de diseño del Nivel Uno era lanzar desde el aire una nave espacial pilotada por tres personas que se eleva ligeramente por encima de los 100 km (62 millas) de altitud utilizando un motor de cohete híbrido y luego se desliza hacia el suelo y aterriza horizontalmente. Scaled Composites enumera los siguientes componentes del programa:

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  Representantes de la X Prize Foundation presentaron simbólicamente el premio de diez millones de dólares a Burt Rutan y Paul Allen de Mojave Aerospace Ventures el 6 de noviembre de 2004. El trofeo del Premio Ansari X está a la izquierda.
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  SpaceShipOne Vuelo 16P taxi pre lanzamiento
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  Mike Melvill y Burt Rutan hablan con los medios de comunicación después del primer vuelo al espacio

Control de misión

Además de un control de misión en la oficina, Tier One tiene un centro de control de misión móvil. Es relativamente pequeño y está integrado en un camión grande de carretera. Lleva el logotipo de Scaled Composites, pero ninguna otra indicación abierta de su vínculo con el Nivel Uno. El vehículo realiza una combinación de funciones de apoyo:

• monitoreo y grabación de telemetría
• telecomunicaciones
• control de entorno auxiliar para Caballero Blanco y SpaceShipOne

Este centro de control se utiliza para respaldar las pruebas en tierra de motores de cohetes y todas las pruebas de vuelo de White Knight y SpaceShipOne. Su función principal es monitorear y registrar datos de prueba, y para ello está equipado con computadoras y equipos de comunicación por radio. Las pantallas de aviónica de SpaceShipOne están duplicadas en el 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 para que apunten a la nave que se está monitoreando. El sistema de telemetría tiene un alcance de unos 280 km (170 millas).

El centro de control está equipado para comunicarse con Scaled Composites' oficinas, así como aviones y naves espaciales.

El centro de control mantiene una atmósfera con temperatura controlada para su personal y se puede conectar para proporcionar control de temperatura para las cabinas White Knight y SpaceShipOne. La estructura física del control de la misión también proporciona un acceso más fácil a la cabina del Caballero Blanco.

Entrega de óxido nitroso

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

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

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

Pruebas de propulsión

El Nivel Uno tiene un banco de pruebas de empuje móvil, conocido como remolque del banco de pruebas (TST). La ventaja de hacerlo móvil es que todo el trabajo de montaje e instrumentación se puede realizar en el hangar, de modo que en el lugar de prueba todo lo que hay que hacer es llenar el tanque de oxidante (de los MONODS) y realizar el disparo.

El banco de pruebas replica los componentes estructurales esenciales de la nave espacial. Dispone de un depósito de oxidante y accesorios asociados idénticos al utilizado en vuelo. Esto significa que la prueba del motor también realiza automáticamente pruebas apropiadas de vibración, tensión y calor de la estructura de la nave espacial. La cabina de la tripulación, sin embargo, no se reproduce.

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

El banco de pruebas está equipado para registrar no solo el empuje sino también la fuerza lateral, la temperatura y la tensión experimentadas por los componentes. Los datos se registran en una computadora en un búnker en el sitio de prueba. La computadora de adquisición de datos se controla remotamente desde el control de la misión.

simulador de vuelo

El simulador de vuelo SpaceShipOne consiste en un programa simulador y una cabina.

El programa simulador de vuelo tiene como objetivo simular con precisión el comportamiento de SpaceShipOne bajo cualquier circunstancia y en todas las fases de vuelo. En lugar de tener un modelo de comportamiento global de vuelo de SpaceShipOne, utiliza dinámicas de fluido computacional para modelar el aire alrededor de la nave. Calcula las fuerzas aerodinámicas y de otra índole que operan en la nave, teniendo en cuenta las posiciones de sus superficies de control. Esta simulación se basa en el modelado informático que se utilizó durante el proceso de diseño y se refina utilizando datos de las pruebas de vuelo. Esto produce una imagen muy precisa del comportamiento artesanal, incluso en modos imprevistos de vuelo. (Este es uno de los primeros aviones modernos que se diseñarán sin pruebas de túnel de viento.)

La réplica de la cabina está en una base estática, por lo que no puede reproducir con precisión los aspectos equilibrioceptivos y acelerados del vuelo. Sin embargo, White Knight está equipado para operar como un simulador de alta fidelidad en movimiento. La cabina del simulador es una copia exacta de la cabina SpaceShipOne, incluyendo sus aviónicos. Es el sistema de piloto más aviónicos, no sólo el piloto, que se está simulando. El programa simulador de vuelo conduce las entradas de sensores que son utilizadas por los aviónicos, y también conduce doce ordenadores de visualización que utilizan software de gráficos comerciales para generar imágenes de alta resolución de la vista exterior para el piloto. Estas vistas aparecen en once monitores y una pantalla de proyector. La retroalimentación de la fuerza de palo no se simula en tiempo real.

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

Historial y estado

Según Scaled Composites, el concepto del programa se originó en abril de 1996, el desarrollo preliminar comenzó en 1999 y el desarrollo completo comenzó en abril de 2001. Inicialmente se mantuvo en secreto, incluso después de que White Knight voló por primera vez el 1 de agosto de 2002. El programa fue anunciado al público el 18 de abril de 2003, cuando estaba listo para probar en vuelo la nave espacial SpaceShipOne. Su primera prueba de vuelo, el vuelo 01C del SpaceShipOne, tuvo lugar el 20 de mayo de 2003.

Después de meses de pruebas de planeo, el primer vuelo propulsado, el vuelo 11P de SpaceShipOne, se realizó el 17 de diciembre de 2003. Siguieron más pruebas propulsadas, alcanzando altitudes cada vez mayores, que culminaron el 21 de junio de 2004 con el primer vuelo espacial tripulado con financiación privada, SpaceShipOne. vuelo 15P. Siguieron los vuelos competitivos del Premio Ansari X. El vuelo 16P de SpaceShipOne el 29 de septiembre de 2004 y el vuelo 17P de SpaceShipOne el 4 de octubre de 2004 fueron vuelos competitivos exitosos y ganaron el Premio X.

El programa Tier One dirigido por Scaled Composites concluyó después del retiro de SpaceShipOne, pasando a un programa sucesor para el cliente Virgin Galactic.

Financiación

Los costos de desarrollo, construcción y operación del Nivel Uno, aunque no se hacen públicos, se estiman en el rango de 20 a 30 millones de dólares estadounidenses, aproximadamente dos o tres veces el valor del premio Ansari X. . Se reveló que el único patrocinador, inicialmente secreto, era Paul Allen, cofundador de Microsoft y la 48ª persona más rica del mundo. La revelación, el 17 de diciembre de 2003, el mismo día de la primera prueba de vuelo motorizada del programa, siguió a la especulación de que Allen estaba involucrado.

Algunos comentaristas han hecho comparaciones entre el costo relativo del programa Tier One y el alto costo del programa del Transbordador Espacial, aunque las dificultades tecnológicas de los dos programas son completamente diferentes. SpaceShipOne, debido a que vuela suborbitalmente, no necesita alcanzar las altas velocidades del transbordador espacial (Mach 3 vs. Mach 25), ni la misma altitud (100 km (62 mi) suborbital vs. 400 km (250 mi) de órbita) . SpaceShipOne tampoco lleva la misma tripulación (3 miembros frente a 7) ni carga útil (insignificante frente a 25 toneladas) y realiza vuelos mucho más cortos (unos pocos minutos frente a varios días). El programa SpaceShipOne es un logro técnico más a la par del X-15 que del Shuttle.

Las comparaciones ajustadas por 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, que normalmente explora vuelos hipersónicos entre mach 4 y 7. Sólo unas pocas docenas de vuelos del X-15 buscaron específicamente alcanzar altitudes máximas en lugar de alcanzar velocidades máximas, aunque sólo 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 aviones experimentales de muchos tipos ( actualmente en uso para lanzamientos de PegasusXL).

Publicidad

Tier One se desarrolló inicialmente en secreto, al igual que Scaled Composites' política con nuevos programas. El 18 de abril de 2003, el programa se anunció públicamente y se demostró a los medios SpaceShipOne y White Knight en un lanzamiento al que asistieron entre 550 y 600 personas. El interés de los medios fue tan intenso que lo que se había previsto como el Día de la Familia y los Amigos el 24 de abril de 2003 se convirtió en un segundo día de los medios.

Scaled Composites volvió a cortejar la publicidad al anunciar con antelación el vuelo de prueba final, el vuelo 15P de SpaceShipOne, que pretende ser el primer vuelo espacial del programa. Unas 11.000 personas acudieron al puerto espacial de Mojave para ver el vuelo, que también fue televisado. El vuelo se llevó a cabo como un espectáculo aéreo, con la nave principal y los aviones de persecución realizando despegues y aterrizajes frente a la multitud, y sobrevuelos de celebración cuando la prueba tuvo éxito. El vuelo no fue sólo un éxito técnico sino también un éxito popular, que estimuló un intenso interés público en los vuelos espaciales.

Futuro

Durante una entrevista en el documental Black Sky: The Race For Space, Rutan afirmó que el Nivel Uno cubrirá vuelos suborbitales, el Nivel Dos cubrirá vuelos orbitales y el Nivel Tres cubrirá vuelos más allá de la órbita de la Tierra (incluidos vuelos a la luna y otros planetas). En el mismo documental, mostró diseños para una nave orbital basada en SpaceShipOne, que tenía un cohete de aproximadamente el doble de longitud que el 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, había tres barreras principales para lograr el objetivo de vuelos espaciales suborbitales asequibles:

• los peligros y costos de los combustibles de propulsión líquida (explotan);
• la naturaleza incontrolable de los motores de cohetes de combustible sólido (no se puede apagar);
• las dificultades para volver sin quemar en la atmósfera.

El Nivel Uno en sí no está destinado a transportar pasajeros que paguen, y se necesitarían permisos del gobierno de EE. UU. si tuviera la intención de hacerlo. Se trata de un banco de pruebas de tecnología y está expresamente previsto que la tecnología desarrollada en el programa se utilice posteriormente en vuelos espaciales comerciales. Para ello, Allen y Rutan crearon una empresa, Mojave Aerospace Ventures, que posee la propiedad intelectual del proyecto y gestiona toda la explotación comercial del mismo.

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