El DC-X , abreviatura de Delta Clipper o Delta Clipper Experimental , era un prototipo no tripulado de un vehículo de lanzamiento reutilizable de una sola etapa a órbita construido por McDonnell Douglas en conjunto con la Organización de Iniciativa de Defensa Estratégica del Departamento de Defensa de los Estados Unidos ( SDIO) de 1991 a 1993. Desde 1994 hasta 1995, las pruebas continuaron gracias a la financiación de la agencia espacial civil estadounidense NASA . [1] En 1996, la tecnología DC-X se transfirió completamente a la NASA, que actualizó el diseño para mejorar el rendimiento para crear el DC-XA . Después de que un vuelo de prueba del DC-XA en 1996 provocara un incendio, el proyecto fue cancelado. A pesar de su cancelación, el programa inspiró sistemas de lanzamiento reutilizables posteriores . Desde entonces, Michael D. Griffin ha elogiado el programa como "investigación y desarrollo gubernamental en su máxima expresión". [2]
Según el escritor Jerry Pournelle : "DC-X fue concebido en mi sala de estar y vendido al presidente del Consejo Nacional del Espacio, Dan Quayle, por el general Graham , Max Hunter y yo". Sin embargo, según Max Hunter, había intentado con todas sus fuerzas convencer a Lockheed Martin del valor del concepto durante varios años antes de jubilarse. [3] Hunter había escrito un artículo en 1985 titulado "La Oportunidad", que detalla el concepto de una nave espacial de una sola etapa a órbita construida con piezas comerciales de bajo costo "disponibles en el mercado" y tecnología disponible en ese momento, [4 ] pero Lockheed Martin no estaba lo suficientemente interesado como para financiar un programa de este tipo.
El 15 de febrero de 1989, Pournelle, Graham y Hunter lograron reunirse con el vicepresidente Dan Quayle. [5] "Vendieron" con éxito la idea a SDIO al señalar que cualquier sistema de armas espacial necesitaría ser reparado por una nave espacial que fuera mucho más confiable que el transbordador espacial , y que ofreciera costos de lanzamiento más bajos y tuviera tiempos de respuesta mucho mejores. . [ cita necesaria ]
Dadas las incertidumbres del diseño, el plan básico era producir un vehículo de prueba deliberadamente simple y "volar un poco, frenar un poco" para adquirir experiencia con naves espaciales de respuesta rápida totalmente reutilizables. A medida que se adquiriera experiencia con el vehículo, primero se construiría un prototipo más grande para pruebas suborbitales y luego orbitales. Finalmente se desarrollaría un vehículo comercialmente aceptable a partir de estos prototipos. De acuerdo con la terminología general de los aviones, propusieron que el pequeño prototipo debería llamarse DC-X, siendo X la designación de la Fuerza Aérea de EE. UU. para "experimental". A esto le seguiría el "DC-Y", siendo Y la designación de la USAF para prototipos y aviones de prueba de preproducción (por ejemplo, YF-16 ). Finalmente la versión de producción sería conocida como "DC-1". [ cita necesaria ] El nombre "Delta Clipper" fue elegido para dar como resultado el acrónimo "DC" para establecer una conexión con la "Serie DC" de aviones de pasajeros Douglas, comenzando con el Douglas DC-1 . [ cita necesaria ]
El vehículo está inspirado en los diseños del ingeniero de McDonnell Douglas, Philip Bono , quien vio los elevadores VTOL de una sola etapa en órbita como el futuro de los viajes espaciales. [6] El Delta Clipper era muy similar al vehículo SASSTO de Bono de 1967. Bono murió menos de tres meses antes del primer vuelo de prueba del DC-X. [7]
SDIO quería un "cohete suborbital recuperable (SRR) capaz de levantar hasta 3.000 libras (1.361 kg) de carga útil a una altitud de 1,5 millones de pies (457 km); regresar al sitio de lanzamiento para un aterrizaje suave y preciso; con la capacidad lanzarse para otra misión dentro de tres a siete días". [8] : 4
Especificaciones de DC-X: [9]
Construido como un prototipo a escala de un tercio, [10] el DC-X nunca fue diseñado para alcanzar altitudes o velocidades orbitales, sino para demostrar el concepto de despegue y aterrizaje vertical . El concepto de despegue y aterrizaje vertical fue popular en las películas de ciencia ficción de la década de 1950 ( Rocketship XM , Destination Moon y otras), pero no se vio en los diseños de vehículos espaciales del mundo real. Despegaría verticalmente como los cohetes estándar , pero también aterrizaría verticalmente con el morro hacia arriba. Este diseño utilizó propulsores de control de actitud y retrocohetes para controlar el descenso, lo que permitió a la nave comenzar la entrada atmosférica con el morro primero, pero luego girar y aterrizar en los puntales de aterrizaje en su base. La nave podría repostarse en el lugar donde aterrizó y despegar nuevamente exactamente desde la misma posición, una característica que permitió tiempos de respuesta sin precedentes.
En teoría, sería más fácil organizar un perfil de reingreso basado en la base primero. La base de la nave ya necesitaría cierto nivel de protección contra el calor para sobrevivir al escape del motor, por lo que agregar más protección sería bastante fácil. Más importante aún, la base de la nave es mucho más grande que el área de la nariz, lo que lleva a temperaturas máximas más bajas a medida que la carga de calor se distribuye en un área más grande. Finalmente, este perfil no requeriría que la nave espacial "girara" para aterrizar. [ cita necesaria ]
Sin embargo, el papel militar hizo que esto fuera inviable. Un requisito de seguridad deseado para cualquier nave espacial es la capacidad de "abortar una vez", es decir, regresar para aterrizar después de una única órbita. Dado que una órbita terrestre baja típica tarda entre 90 y 120 minutos, la Tierra girará hacia el este entre 20 y 30 grados en ese tiempo; o para un lanzamiento desde el sur de Estados Unidos, a unas 1.500 millas (2.400 km). Si la nave espacial se lanza hacia el este, esto no representa ningún problema, pero en las órbitas polares requeridas por las naves espaciales militares , cuando la órbita está completa, la nave espacial sobrevuela un punto muy al oeste del lugar de lanzamiento. Para volver a aterrizar en el lugar de lanzamiento, la nave debe tener una considerable maniobrabilidad en todo el rango, algo que es difícil de lograr con una gran superficie lisa. Por lo tanto, el diseño del Delta Clipper utilizó un reingreso por el morro con lados planos en el fuselaje y grandes aletas de control para proporcionar la capacidad de alcance cruzado necesaria. Nunca se habían intentado experimentos con el control de dicho perfil de reingreso y fueron un foco importante del proyecto. [ cita necesaria ]
Otro objetivo del proyecto DC-X fue minimizar el mantenimiento y el apoyo en tierra. Para ello, la nave estaba altamente automatizada y sólo requería tres personas en su centro de control (dos para operaciones de vuelo y una para apoyo en tierra). [ cita necesaria ]
La construcción del DC-X comenzó en 1991 en las instalaciones de McDonnell Douglas en Huntington Beach. [11] El aeroshell fue construido a medida por Scaled Composites , pero la mayoría de la nave espacial se construyó a partir de piezas comerciales disponibles en el mercado , 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; [5] se afirmó que era la primera vez que un cohete aterrizaba verticalmente en la Tierra. [12] Realizó dos vuelos más el 11 de septiembre y el 30 de septiembre, cuando se acabó la financiación como efecto secundario de la liquidación del programa SDIO; Además, los detractores consideraron que el programa era inverosímil. [13] El astronauta del Apolo, Pete Conrad, estuvo en los controles en tierra de algunos vuelos. [14] Estas pruebas se llevaron a cabo en el campo de misiles White Sands en Nuevo México. [15]
Sin embargo, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA) proporcionaron más financiación. [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 durante el vuelo, pero la nave ejecutó con éxito un aborto y un aterrizaje automático. Las pruebas se reiniciaron después de que se repararon estos daños y se realizaron 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 rompió el aeroshell. En ese momento ya se habían recortado los fondos para el programa y no había fondos para las reparaciones necesarias. [16] El récord de altitud para el DC-X fue de 2.500 m, establecido durante su último vuelo antes de ser actualizado al DC-XA, el 7 de julio de 1995. [16]
La NASA aceptó asumir el programa después del último vuelo del DC-X en 1995. A diferencia del concepto original del demostrador DC-X, la NASA aplicó una serie de importantes mejoras para probar nuevas tecnologías. En particular, el tanque de oxígeno fue reemplazado por un tanque de aleación de aluminio y litio liviano (aleación 1460 equivalente a la aleación 2219) de Rusia, y el tanque de hidrógeno por un diseño compuesto de grafito y epoxi. [17] También se mejoró el sistema de control. El vehículo mejorado se llamó DC-XA , pasó a llamarse Clipper Advanced / Clipper Graham y reanudó el vuelo en 1996. [5]
El primer vuelo del vehículo de prueba DC-XA se realizó el 18 de mayo de 1996 y provocó un incendio menor cuando el "aterrizaje lento" deliberado provocó un sobrecalentamiento del aeroshell. Los daños se repararon rápidamente y el vehículo voló dos veces más los días 7 y 8 de junio, en un plazo de 26 horas. [5] En el segundo de estos vuelos, el vehículo estableció sus récords de altitud y duración, 3.140 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 del vuelo delantero con el morro al vuelo controlado hacia atrás. En la cúspide de esta maniobra de rotación, el DC-XA desaceleró girando hacia atrás y voló hacia atrás, con la base primero, con su morro a 10 grados por debajo del horizonte, bajo el control de los motores principales. Luego ejerció una rotación controlada hasta una actitud de morro hacia arriba y ejecutó un aterrizaje suave y motorizado. Esta maniobra demostró que un vehículo de una sola etapa en órbita podría regresar eficientemente de la órbita utilizando el frenado aerodinámico en una actitud hacia adelante y luego girar hasta una base de aterrizaje motorizado en un puerto espacial. [ cita necesaria ]
Su siguiente vuelo, el 31 de julio de 1996, resultó ser el último. La parte de lanzamiento y vuelo de esta misión fue perfecta; sin embargo, después de reducir la velocidad hasta un aterrizaje perfecto, solo se extendieron 3 de los 4 puntales de aterrizaje. El vehículo no pudo mantener el equilibrio sobre los 3 puntales y lentamente cayó de lado sobre la plataforma de aterrizaje. Cuando el costado del vehículo golpeó la plataforma de concreto, el tanque principal de oxígeno líquido se abrió y derramó LOX sobre la plataforma. Este LOX entró en contacto con una pequeña cantidad de material brillante en el escudo térmico de la base y provocó un incendio. La inspección posterior al vuelo de los puntales de aterrizaje reveló que la línea de accionamiento neumático de nitrógeno al puntal averiado estaba desconectada. Esta línea normalmente se desconectaba del puntal durante las pruebas previas al vuelo, cuando un carro de tierra extendía y retraía cada puntal. Normalmente, el daño estructural de una caída de este tipo constituiría solo un revés, pero la LOX del tanque con fugas alimentó un incendio que quemó gravemente el DC-XA, [18] causando daños tan extensos que las reparaciones no fueron prácticas. [dieciséis]
En un informe posterior al accidente, la Comisión de Marca de la NASA culpó del accidente a un equipo de campo agotado que había estado operando con financiación intermitente y amenazas constantes de cancelación total. La tripulación, muchos de ellos originarios del programa SDIO, también fueron muy críticos con el efecto "escalofriante" de la NASA en el programa y con la gran cantidad de papeleo que la NASA exigía como parte del régimen de pruebas. [ cita necesaria ]
La NASA había asumido el proyecto a regañadientes, después de haber sido "avergonzada" por su éxito público bajo la dirección del SDIO. [ cita necesaria ] Su éxito continuo fue motivo de considerables luchas políticas internas dentro de la NASA debido a que competía con su proyecto "local" Lockheed Martin X-33 / VentureStar . Pete Conrad fijó el precio de un nuevo DC-X en 50 millones de dólares, barato para los estándares de la NASA, pero la NASA decidió no reconstruir la nave a la luz de limitaciones presupuestarias. [16] En cambio, la NASA centró el desarrollo en el Lockheed Martin VentureStar , que consideró que respondía a algunas críticas del DC-X, específicamente el aterrizaje tipo avión del VentureStar, que muchos ingenieros de la NASA preferían al aterrizaje vertical del DC-X. Sólo unos años más tarde, los repetidos fracasos del proyecto Venturestar, especialmente del tanque compuesto LH2 ( hidrógeno líquido ), llevaron a la cancelación del programa. [19]
El DC-X original se construyó en 21 meses y costó 60 millones de dólares. [20] Esto equivale a 120 millones de dólares en términos actuales. [21]
Blue Origin contrató a varios ingenieros que trabajaron en el DC-X , y su vehículo New Shepard se inspiró en el diseño del DC-X. [22] El DC-X sirvió de inspiración para muchos elementos de los diseños de naves espaciales de Armadillo Aerospace , [5] Masten Space Systems , [5] y TGV Rockets. [ cita necesaria ] Elon Musk declaró que el desarrollo del SpaceX Falcon 9 era "... la continuación del gran trabajo del proyecto DC-X". [23]
Algunos ingenieros de la NASA han notado que el DC-X podría proporcionar una solución para un módulo de aterrizaje tripulado en Marte . [24] Si se hubiera desarrollado una nave tipo DC que operara como SSTO en el pozo de gravedad de la Tierra , incluso si tuviera solo 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 "revertirse"; desde el despegue y luego el aterrizaje, hasta el aterrizaje primero y luego el despegue. Sin embargo, si esto pudiera lograrse en la Tierra, la gravedad más débil encontrada tanto en Marte como en la Luna generaría capacidades de carga útil dramáticamente mayores, particularmente en este último destino. [ cita necesaria ]
Algunas personas propusieron cambios de diseño que incluyen el uso de una combinación de oxidante y combustible que no requiere el soporte terrestre relativamente extenso requerido para el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido que utilizó DC-X, y agregar una quinta pata para aumentar la estabilidad durante y después del aterrizaje. [ cita necesaria ]
