El sistema de lanzamiento de personal HL-20 fue un concepto de avión espacial de la NASA para misiones orbitales tripuladas estudiado por el Centro de Investigación Langley de la NASA alrededor de 1990. Fue concebido como un vehículo de reentrada con cuerpo sustentador similar al diseño del avión espacial soviético BOR-4 . [1] Sus objetivos declarados eran lograr bajos costos operativos, mayor seguridad de vuelo y la posibilidad de aterrizar en pistas convencionales. [2] No se construyó ningún hardware de vuelo.
Con el creciente interés nacional en obtener acceso rutinario al espacio, a mediados de la década de 1980 se estudiaron varios sistemas de transporte de la Tierra a la órbita. Uno, conocido como Sistema de Lanzamiento de Personal (PLS), podría utilizar el HL-20 y un sistema de lanzamiento desechable para proporcionar acceso tripulado que complemente al Transbordador Espacial . En 1990, los estudiantes y el cuerpo docente de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad A & T de Carolina del Norte construyeron un modelo de investigación de ingeniería de tamaño real del HL-20 para estudiar la disposición de los asientos de la tripulación, la habitabilidad, la disposición del equipo y el ingreso y egreso de la tripulación. Este modelo de investigación de ingeniería de 29 pies (9 m) de largo se utilizó en Langley para definir la definición externa e interna a escala real del HL-20 para estudios de utilización.
La misión del PLS era transportar personas y pequeñas cantidades de carga hacia y desde la órbita baja terrestre, es decir, un pequeño sistema de taxi espacial. Aunque nunca se aprobó su desarrollo, el concepto de avión espacial PLS fue diseñado como complemento del transbordador espacial y se estaba considerando como una adición a la capacidad de lanzamiento tripulado de los Estados Unidos por tres razones principales: [3]
Se consideraron dos diseños para el PLS que diferían en sus características aerodinámicas y capacidades de misión:
Precediendo e influyendo en el diseño del transbordador espacial , varias naves con fuselaje sustentador , incluidas M2-F2 , M2-F3 , HL-10 y las X-24 A y X-24B , fueron voladas por pilotos de pruebas desde 1966 hasta 1975. La M2-F2 y la HL-10 fueron propuestas en la década de 1960 para transportar 12 personas a una estación espacial después del lanzamiento en un Saturno IB . El concepto HL-20 PLS evolucionó a partir de estas primeras formas, recibiendo además influencias del MiG-105 soviético y especialmente del BOR-4 . La designación "HL" significa módulo de aterrizaje horizontal, y "20" refleja la participación a largo plazo de Langley con el concepto de fuselaje sustentador, que incluía el Northrop HL-10.
Una nave espacial con cuerpo sustentador tendría varias ventajas sobre otras formas. Con características de sustentación más altas durante el vuelo a través de la atmósfera mientras regresa de la órbita, la nave espacial puede alcanzar más área terrestre y aumentaría el número de oportunidades de aterrizaje disponibles en sitios específicos. La carga de desaceleración durante la entrada estaría limitada a aproximadamente 1,5 G. [4] Esto es importante cuando los miembros de la tripulación de la Estación Espacial regresen a la Tierra enfermos, heridos o en mala forma física. Los aterrizajes en pistas con ruedas serían posibles, lo que permitiría una recuperación simple y precisa en muchos sitios alrededor del mundo, incluido el sitio de lanzamiento del Centro Espacial Kennedy . [3]
Originalmente, la entrega de pasajeros a la Estación Espacial Freedom habría sido la misión principal de un PLS. Para la misión básica a la estación espacial, dependiendo del diseño, el tamaño de la tripulación sería de 8 o 10 miembros. [5] [6]
Una operación típica de la misión HL-20 comenzaría en el Centro Espacial Kennedy, donde el HL-20 se procesaría horizontalmente en una instalación de procesamiento de vehículos, mientras que un vehículo de lanzamiento desechable se procesaría verticalmente en una instalación separada. El vehículo de lanzamiento y el HL-20 se acoplarían en la plataforma de lanzamiento y la secuencia de lanzamiento se iniciaría cuando la estación espacial pase sobre el sitio de lanzamiento.
Tras el lanzamiento, el HL-20 entraría inicialmente en una órbita baja de 100 millas náuticas (200 km) para perseguir a la estación espacial y luego ascendería a la altitud de la órbita de la estación espacial de 220 millas náuticas (410 km). Después del encuentro y el atraque en la Estación Espacial Freedom, se intercambiarían las tripulaciones y el HL-20 desaceleraría para regresar a la Tierra .
El HL-20 aterrizaría horizontalmente en una pista similar a la del regreso del transbordador espacial . La duración total de la misión podría ser de tan solo 72 horas. [3]
Otras posibles misiones definidas para un PLS incluían el rescate orbital de astronautas varados, misiones de entrega y observación prioritarias y misiones para realizar mantenimiento a satélites. Para estas otras misiones, el diseño básico del HL-20 no se modificaría, pero los subsistemas y la disposición interior se modificarían de acuerdo con el alojamiento de la tripulación, la duración y el equipo requerido para la misión en particular. [3]
El concepto HL-20 del PLS es adaptable a varios conceptos de vehículos de lanzamiento. El Titan IV era un sistema de propulsión existente que podría haberse utilizado para lanzamientos de prototipos sin tripulación o, con modificaciones, como un sistema tripulado. [6] Una opción futura de sistema de lanzamiento habría sido el Sistema Nacional de Lanzamiento que la Fuerza Aérea y la NASA estudiaron en la década de 1990. La elección de un sistema de lanzamiento para el HL-20 PLS dependería tanto de la fecha requerida para las operaciones iniciales del PLS como del costo del desarrollo del propulsor y los lanzamientos.
El concepto del HL-20 PLS era complementar al transbordador espacial con un transporte tripulado seguro y fiable al menor coste. [3] La seguridad de la tripulación era de suma importancia, y el diseño del HL-20 hacía hincapié en la protección de la tripulación durante los lanzamientos abortados y la recuperación del vehículo. [3] Otros requisitos se habían centrado en minimizar los costes del ciclo de vida del sistema garantizando operaciones sencillas, fabricación a bajo coste y un alto potencial de utilización. [3] Sin incluir el tiempo de la misión, se esperaba que el tiempo de respuesta fuera de 43 días. [5]
Con una longitud total de unos 8,8 m y una envergadura de 7,2 m, el HL-20 sería una nave mucho más pequeña que el transbordador espacial Orbiter; podría caber en el compartimento de carga del transbordador con las alas plegadas. El peso vacío proyectado del HL-20 era de 10 t, en comparación con el peso vacío del transbordador espacial Orbiter de 84 t. Su cabina, aunque más pequeña que la del transbordador, superaría a la de los pequeños aviones comerciales corporativos actuales. [6]
Un enfoque en el mantenimiento fácil reduciría los costos operativos del HL-20 PLS. El vehículo estaría preparado en posición horizontal y sus grandes paneles de acceso exterior permitirían un fácil acceso a los subsistemas, lo que permitiría un fácil mantenimiento o reemplazo. La selección y el diseño de estos subsistemas enfatizarían la simplicidad y reducirían los requisitos de mantenimiento: por ejemplo, los sistemas hidráulicos serían reemplazados por controles totalmente eléctricos. Además, a diferencia del transbordador espacial, el HL-20 no tendría un compartimento de carga útil ni propulsión de motor principal, y su sistema de protección térmica , aunque similar a la combinación de baldosas y recubrimientos ablativos del transbordador espacial, sería mucho más rápido de inspeccionar y mantener debido al tamaño mucho más pequeño del HL-20. Estos cambios de diseño y simplificaciones de subsistemas, junto con la adopción de filosofías de mantenimiento de aeronaves, podrían reducir las horas-hombre de preparación del HL-20 a menos del 10 por ciento de las necesidades del transbordador espacial Orbiter.
Para proteger a la tripulación durante un lanzamiento abortado, el HL-20 PLS incorpora varias características de seguridad. Su diseño interior con una escalera y una escotilla fue diseñado para permitir una rápida salida de los pasajeros y la tripulación en caso de emergencia en la plataforma de lanzamiento. Para emergencias en las que la tripulación debe salir de inmediato (incendio o explosión del vehículo de lanzamiento), el HL-20, de manera muy similar a los cohetes del programa Apolo, estaría equipado con cohetes de escape de emergencia para empujar al PLS lejos del cohete. Una vez a una distancia segura, se abrirían tres paracaídas de emergencia para frenar el descenso del vehículo hacia el océano. Tras el amerizaje, dispositivos de flotación inflables garantizarían que al menos una de las dos escotillas del PLS esté por encima del agua y disponible para la salida de emergencia de la tripulación.
En octubre de 1989, Rockwell International (Space Systems Division) inició un proyecto contratado de un año de duración, gestionado por Langley Research Center, para realizar un estudio en profundidad del diseño y las operaciones del PLS con el concepto HL-20 como base para el estudio. Utilizando un enfoque de ingeniería concurrente, Rockwell tuvo en cuenta medidas de diseño y operaciones sostenibles y eficientes para definir un diseño detallado y rentable junto con un plan de fabricación y una evaluación de las operaciones. Un hallazgo clave de este estudio fue la constatación de que, si bien los factores de diseño y tecnológicos podían reducir los costos de un nuevo sistema de transporte espacial tripulado, sólo sería posible lograr ahorros significativos adicionales si se adoptaba una nueva filosofía de operaciones que tratara al PLS de manera similar a un avión de pasajeros operativo en lugar de un vehículo espacial de investigación y desarrollo.
En octubre de 1991, la Lockheed Advanced Development Company inició un estudio para determinar la viabilidad de desarrollar un prototipo y un sistema operativo. Sus objetivos eran evaluar los atributos técnicos, determinar los requisitos de calificación de vuelo y elaborar estimaciones de costos y plazos.
Un acuerdo de cooperación entre la NASA, la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad A&T de Carolina del Norte condujo a la construcción de un modelo a escala real del HL-20 PLS para realizar más investigaciones sobre factores humanos en este concepto. Los estudiantes de las universidades, con los requisitos proporcionados por Langley y la orientación de los instructores universitarios, diseñaron el modelo de investigación durante el semestre de primavera de 1990 y la construcción se realizó durante el verano. El modelo resultante se utilizó para evaluar factores humanos como las operaciones de entrada y salida de la tripulación, el volumen de la tripulación y las disposiciones de habitabilidad, y los requisitos de visibilidad para la tripulación durante las operaciones de atraque y aterrizaje. [3]
La nave espacial Dream Chaser se basa en el diseño de fuselaje sustentador HL-20. Fue desarrollada por SpaceDev para la competencia de Servicios de Transporte Orbital Comercial de 2004 y estaba siendo desarrollada por Sierra Nevada Corporation para el programa de Desarrollo de Tripulación Comercial (CCDev). [7] La Dream Chaser tripulada no fue seleccionada por la NASA para la fase final de desarrollo de la tripulación comercial (CCtCap). Sin embargo, la Dream Chaser de carga fue seleccionada por la NASA para su programa de Servicios de Reabastecimiento Comercial 2 (CRS2).
Orbital Sciences Corporation también ha propuesto un derivado del HL-20 para la segunda ronda de financiación de CCDev: la nave espacial Prometheus .
Se propuso que ambos vehículos fueran lanzados sin carenado encima de un vehículo de lanzamiento Atlas V apto para humanos .
