El sistema de lanzamiento de personal HL-20 era 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. Se concibió como un vehículo de reentrada con cuerpo elevador similar al diseño del avión espacial soviético BOR-4 . [1] Sus objetivos declarados eran lograr bajos costos operativos, mejorar la seguridad de los vuelos y la posibilidad de aterrizar en pistas convencionales. [2] No se construyó ningún hardware de vuelo.
Ante el creciente interés nacional por obtener acceso rutinario al espacio, a mediados de los años 1980 se estudiaron varios sistemas de transporte entre la Tierra y la órbita. Uno, denominado Sistema de Lanzamiento de Personal (PLS), podría utilizar el HL-20 y un sistema de lanzamiento prescindible para proporcionar acceso tripulado que complemente el Transbordador Espacial . En 1990, los estudiantes y profesores 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 completo del HL-20 para estudiar la disposición de los asientos de la tripulación, la habitabilidad, la disposición del equipo y la entrada y salida 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 gran escala del HL-20 para estudios de utilización.
La misión del PLS era transportar personas y pequeñas cantidades de carga hacia y desde la órbita terrestre baja, es decir, un pequeño sistema de taxi espacial. Aunque nunca se aprobó para su desarrollo, el concepto de avión espacial PLS fue diseñado como complemento del transbordador espacial y se consideraba una adición a la capacidad de lanzamiento tripulado de los Estados Unidos por tres razones principales: [3]
Dos diseños que se consideraron para PLS diferían en sus características aerodinámicas y capacidades de misión:
Antes del diseño del transbordador espacial e influyendo en él , varias naves con cuerpo elevador , incluidas M2-F2 , M2-F3 , HL-10 y X-24 A y X-24B , fueron pilotadas por pilotos de pruebas desde 1966 hasta 1975. El M2-F2 y el HL-10 fueron propuestos en la década de 1960 para transportar a 12 personas a una estación espacial tras el lanzamiento de un Saturn IB . El concepto HL-20 PLS evolucionó a partir de estas primeras formas, siendo influenciado aún más por el MiG-105 ruso y especialmente por el BOR-4 . La designación "HL" significa módulo de aterrizaje horizontal y "20" refleja la participación a largo plazo de Langley con el concepto de cuerpo elevador, que incluía el Northrop HL-10.
Una nave espacial con cuerpo elevador tendría varias ventajas sobre otras formas. Con características de elevación más altas durante el vuelo a través de la atmósfera al regresar de la órbita, la nave espacial puede alcanzar una mayor superficie terrestre y aumentaría el número de oportunidades de aterrizaje disponibles en sitios específicos. La carga de desaceleración durante la entrada se limitaría a aproximadamente 1,5 G. [4] Esto es importante cuando se regresa a la Tierra a miembros de la tripulación de la Estación Espacial enfermos, heridos o en mal estado físico. Serían posibles aterrizajes en pistas con ruedas, 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 de la estación espacial básica, según el diseño, el tamaño de la tripulación sería de 8 o 10 miembros. [5] [6]
Una operación típica de misión HL-20 comenzaría en el Centro Espacial Kennedy con el HL-20 siendo procesado horizontalmente en una instalación de procesamiento de vehículos, mientras que un vehículo de lanzamiento prescindible se procesa 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.
Después del lanzamiento, el HL-20 entraría inicialmente en una órbita baja de 100 millas náuticas (200 km) para perseguir la estación espacial y luego se trasladaría a la altitud orbital de la estación espacial de 220 millas náuticas (410 km). Después del encuentro y el acoplamiento 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 al regreso del transbordador espacial . La duración total de la misión podría ser tan solo 72 horas. [3]
Otras posibles misiones definidas para un PLS incluyeron el rescate orbital de astronautas varados, misiones prioritarias de entrega y observación y misiones para realizar servicios satelitales. Para estas otras misiones, el diseño básico del HL-20 no se modificaría, pero los subsistemas y disposiciones interiores se modificarían según el alojamiento de la tripulación, la duración y el equipo requerido para la misión en particular. [3]
El concepto HL-20 del PLS se puede adaptar a varios conceptos de vehículos de lanzamiento. Titan IV era un sistema propulsor existente que podría haberse utilizado para lanzamientos de prototipos sin tripulación o, con modificaciones, como un sistema tripulado. [6] Una futura opción de sistema de lanzamiento habría sido el Sistema Nacional de Lanzamiento que estaba siendo estudiado por la Fuerza Aérea y la NASA en la década de 1990. La elección de un sistema de lanzamiento para el HL-20 PLS dependería tanto de la fecha requerida de las operaciones iniciales del PLS como del costo del desarrollo y los lanzamientos del propulsor.
El concepto del HL-20 PLS pretendía complementar el transbordador espacial con un transporte tripulado seguro y fiable al menor coste. [3] La seguridad de la tripulación era de suma importancia, ya que el diseño del HL-20 enfatizaba la protección de la tripulación durante los lanzamientos abortados y la recuperación del vehículo. [3] Otros requisitos se habían centrado en minimizar los costos del ciclo de vida del sistema garantizando operaciones simples, fabricación de bajo costo 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 aproximadamente 29 pies (8,8 m) y una envergadura de 23,5 pies (7,2 m), el HL-20 sería una nave mucho más pequeña que el Space Shuttle Orbiter; Podría caber dentro del compartimento de carga útil del Shuttle con las alas plegadas. El peso vacío proyectado del HL-20 fue de 23.000 libras (10 t) en comparación con el peso vacío del Space Shuttle Orbiter de 185.000 libras (84 t). Su cabina, aunque más pequeña que la del Shuttle, superaría a la de los pequeños aviones corporativos actuales. [6]
Centrarse en un mantenimiento sencillo reduciría los costes operativos del HL-20 PLS. El vehículo estaría preparado en posición horizontal y sus grandes paneles de acceso exteriores permiten un fácil acceso a los subsistemas, lo que permite 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 revestimientos 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 los requisitos del Space Shuttle Orbiter.
Para proteger a la tripulación durante un lanzamiento abortado, el HL-20 PLS incorpora varias características de seguridad. Su diseño interior con escalera y escotilla fue diseñado para permitir la salida rápida de pasajeros y tripulación en caso de emergencia en la plataforma de lanzamiento. Para emergencias durante las cuales la tripulación debe partir de inmediato (incendio o explosión del vehículo de lanzamiento), el HL-20, de manera muy similar a los cohetes del programa Apollo, estaría equipado con cohetes de escape de emergencia para alejar el PLS del propulsor. Una vez a una distancia segura, se abrirían tres paracaídas de emergencia para frenar el descenso del vehículo al océano. Al momento del amerizaje, los dispositivos de flotación inflables asegurarían que al menos una de las dos escotillas del PLS esté sobre el agua y disponible para la salida de emergencia de la tripulación.
En octubre de 1989, Rockwell International (División de Sistemas Espaciales) inició un esfuerzo contratado de un año de duración administrado por el Centro de Investigación Langley para realizar un estudio en profundidad del diseño y las operaciones de PLS con el concepto HL-20 como base para el estudio. Utilizando un enfoque de ingeniería concurrente, Rockwell tuvo en cuenta medidas de operaciones y diseño eficientes y sustentables para definir un diseño detallado y rentable junto con un plan de fabricación y una evaluación de operaciones. Un hallazgo clave de este estudio fue la constatación de que, si bien los factores tecnológicos y de diseño podrían reducir los costos de un nuevo sistema de transporte espacial tripulado, sólo sería posible lograr mayores ahorros significativos si se adoptara una nueva filosofía de operaciones que tratara al PLS de manera similar a un sistema operativo. avión de pasajeros en lugar de un vehículo espacial de investigación y desarrollo.
En octubre de 1991, Lockheed Advanced Development Company inició un estudio para determinar la viabilidad de desarrollar un prototipo y un sistema operativo. Sus objetivos eran evaluar atributos técnicos, determinar los requisitos de calificación de vuelo y desarrollar estimaciones de costos y cronogramas.
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 futuras investigaciones de factores humanos sobre 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 siguió 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 del cuerpo elevador HL-20. Fue desarrollado por SpaceDev para la competencia de Servicios de Transporte Orbital Comercial de 2004 y estaba siendo desarrollado por Sierra Nevada Corporation para el programa de Desarrollo de Tripulación Comercial (CCDev). [7] El Dream Chaser tripulado no fue seleccionado por la NASA para la fase final de desarrollo de tripulación comercial (CCtCap). Sin embargo, la carga Dream Chaser fue seleccionada por la NASA para su programa Commercial Resupply Services 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 se lanzaran sin carenado encima de un vehículo de lanzamiento Atlas V con clasificación humana .
