SASSTO de Douglas Aircraft , abreviatura de "Saturn Application Single Stage to Orbit", era un sistema de lanzamiento reutilizable de una sola etapa a órbita (SSTO) diseñado por el equipo de Philip Bono en 1967. SASSTO fue un estudio de diseños minimalistas, un lanzador con la intención específica de colocar repetidamente una cápsula Gemini en órbita por el menor costo posible. El propulsor SASSTO se basó en el diseño de la etapa superior S-IVB de la familia Saturn , modificado con una boquilla de tapón . Aunque el diseño SASSTO nunca fue seguido en Douglas, se hace referencia a él ampliamente en estudios más recientes para lanzadores SSTO, en particular el diseño MBB "Beta" (Ballistisches Einstufiges Träger-Aggregat) [1] , que era en gran medida una versión actualizada de SASSTO.
En 1962, la NASA envió una serie de estudios sobre las necesidades posteriores al lanzamiento del Apolo , que generalmente suponían lanzadores muy grandes para una misión tripulada a Marte. En Douglas, creadores del S-IVB , Philip Bono dirigió un equipo que estudió varios propulsores de combustible líquido de gran tamaño como una forma de reducir el costo de la exploración espacial. Sus diseños se basaron en una economía de escala que hace que los cohetes más grandes sean más económicos que los más pequeños, ya que la estructura representa cada vez menos del peso total del lanzador. [2] En algún momento, el peso seco del lanzador se vuelve menor que la carga útil que puede lanzar, después de lo cual los aumentos en la fracción de carga útil son esencialmente gratuitos. Sin embargo, este punto se cruza en vehículos de tamaño relativamente grande (el estudio OOST original de Bono de 1963 tenía más de 500 pies (150 m) de largo) y este camino hacia la reducción de costos sólo tiene sentido si hay una enorme cantidad de carga útil que necesita ser lanzada. .
Después de diseñar varios vehículos de este tipo, incluidos ROOST y la serie ROMBUS /Ithacus/Pegasus, Bono notó que la etapa S-IVB, que entonces apenas comenzaba a usarse operativamente, estaba muy cerca de poder alcanzar la órbita por sí sola si se lanzaba. desde el suelo. Intrigado, Bono comenzó a analizar qué misiones podría realizar un pequeño SSTO basado en S-IVB, y se dio cuenta de que sería capaz de lanzar una cápsula Gemini tripulada si estuviera equipada con algunas mejoras, en particular un motor aerospike que mejoraría el impulso específico y Proporcionar compensación de altitud . [3] Llamó al diseño "SASSTO", abreviatura de "Aplicación de Saturno de una sola etapa en órbita".
Estas mismas actualizaciones también tendrían el efecto secundario de reducir el peso del SASSTO en comparación con el S-IVB original, al mismo tiempo que aumentarían su rendimiento. Por lo tanto, el estudio también describió varias formas en que podría usarse en lugar del S-IV en las pilas existentes de Saturn IB y Saturn V , aumentando su rendimiento. Cuando se usa con la etapa inferior existente de Saturn I, mejoraría la carga útil en la órbita terrestre baja de 35 000 a 52 500 lb (23 800 kg), o 57 000 lb (26 000 kg) si se quitara el tren de aterrizaje y se gastara como el S-IVB. . De este modo, SASSTO daría a la NASA una capacidad de lanzamiento tripulada económica a corto plazo, al tiempo que ofrecería una capacidad mejorada de lanzamiento pesado en la infraestructura existente de Saturno.
Sin embargo, SASSTO requirió una serie de nuevas tecnologías, lo que hizo que el desarrollo fuera riesgoso. En particular, el rendimiento del motor aerospike tenía que ser considerablemente mayor que el del J-2 al que reemplazaría, pero también ofrecer la capacidad de reiniciarse varias veces, ya que se usaba un solo motor para el lanzamiento, la salida de órbita y el aterrizaje. De particular interés fue el encendido final del aterrizaje, que requirió que los motores se reiniciaran a 2500 pies (760 m) durante el descenso. El peso del vehículo también se redujo considerablemente, casi a la mitad, lo que no habría sido trivial teniendo en cuenta el rendimiento relativamente bueno del diseño S-IVB.
Aunque SASSTO afirmó que el S-IVB era su punto de partida, esto era una presunción y el vehículo tenía poco en común con el S-IVB excepto su tamaño. [ cita necesaria ]
El tanque de combustible interno era considerablemente diferente al del S-IV. El LH2 ya no era cilíndrico, sino esférico, y se trasladó a la ubicación delantera del fuselaje. El tanque de LOX , originalmente encima del LH2, fue reubicado en una serie de tanques esféricos más pequeños dispuestos en un anillo debajo del LH2. Todos los tanques se movieron hacia adelante dentro del fuselaje en comparación con el motor, y todos estos cambios se realizaron para reducir los cambios en el centro de gravedad a medida que se quemaba el combustible. La sección del fuselaje inmediatamente encima del motor estaba estrechada, formando lo que parecía ser una bujía única más grande. La sección superior del fuselaje, sobre la parte superior del tanque de hidrógeno, también estaba estrechada.
Para aumentar la cantidad de LH2 transportada, dadas las dimensiones fijas, SASSTO propuso congelar el 50% del combustible para producir una mezcla de hidrógeno . Esta mejora no era infrecuente en los diseños de la época, aunque no fue hasta la década de 1990 que se llevó a cabo un trabajo serio de desarrollo del concepto. [4]
La parte más trasera de la nave espacial era una única boquilla de tapón grande, alimentada por una serie de 36 inyectores que operaban a 1500 psia, produciendo 277 000 lbf (1230 kN) de empuje. Dado que las boquillas de obturación ganan eficiencia a medida que crecen, el impulso específico de 465 segundos (en comparación con los 425 del J-2) no fue particularmente agresivo. El motor también sirvió como escudo térmico primario, enfriado activamente por hidrógeno líquido que luego se arrojó por la borda.
Cuatro patas de aterrizaje se extendían desde los carenados a los lados del fuselaje y se retraían hasta un punto casi al mismo nivel que la parte "activa" del área del motor. Cuatro grupos de pequeños motores de maniobra estaban ubicados entre las patas, aproximadamente a mitad de camino de adelante hacia atrás a lo largo del fuselaje. Una serie de seis tanques más pequeños dispuestos en los espacios entre los tanques LOX y LH2 alimentaban los motores de maniobra.
SASSTO entregó 2.800 kg (6.200 lb) de carga a una órbita de 200 km (110 nmi) cuando se lanzó hacia el este desde el Centro Espacial Kennedy . El peso en vacío era de 14,700 lb (6,700 kg), considerablemente más liviano que los 28,500 lb (12,900 kg) del S-IVB, y el peso bruto de despegue fue de 216,000 lb (98,000 kg). La carga útil típica era el Gemini, que estaba cubierto con un gran carenado aerodinámico.
La maniobrabilidad de reingreso se realizó a través de un perfil de elevación de cuerpo romo, similar al Apollo CSM . El alcance transversal era limitado, aproximadamente 230 millas (370 km), y básicamente no había ninguna maniobrabilidad en la aproximación final. Había suficiente combustible para unos 10 segundos de vuelo estacionario y pequeñas maniobras para seleccionar un lugar de aterrizaje plano. Debido a que SASSTO tenía el mismo tamaño básico que el S-IVB, Douglas propuso transportarlo en el Aero Spacelines Super Guppy existente después de aterrizar en la Base de la Fuerza Aérea Wendover en Utah o en Fort Bliss en las afueras de El Paso, Texas .
Dietrich Koelle utilizó SASSTO como punto de partida para un desarrollo similar en Messerschmitt-Bölkow-Blohm a finales de los años 1960. A diferencia de la versión de Bono, Koelle utilizó tanta tecnología y materiales existentes como fue posible, abandonando al mismo tiempo la necesidad del tamaño específico S-IVB. El resultado fue una nave espacial un poco más grande, la Beta, que lanzó 4.000 lb (1.800 kg) de carga útil sin el uso de combustible líquido, construcción liviana avanzada o un motor aerospike real. Como parte de la propuesta Beta, Koelle señaló que incluso el S-IVB existente podría alcanzar la órbita, con carga útil cero, si está equipado con un motor LOX/LH2 de alta presión de 460 Isp. [5]
Gary Hudson , en 1991, señaló que existía tal motor, el RS-25 , utilizando un S-IVB propulsado por un RS-25 como experimento mental para demostrar la viabilidad en el mundo real de los lanzadores SSTO. [6] Este estudio fue parte de su serie de lanzadores "Phoenix", todos similares al SASSTO. [7]