Tier One fue un programa de vuelos espaciales suborbitales tripulados de Scaled Composites de los años 1990 a 2004 que utilizó 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 financiado con fondos privados 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 de bajo costo al espacio. SpaceShipOne no estaba destinado a transportar pasajeros de pago, pero se previó que habría beneficios comerciales, inicialmente en el turismo espacial . La empresa Mojave Aerospace Ventures se formó [ ¿cuándo? ] para gestionar la explotación comercial de la tecnología. Un acuerdo [ aclaración necesaria ] con Virgin Galactic podría permitir el turismo espacial rutinario a fines de la década de 2010 utilizando una nave espacial basada en tecnología Tier One. Esto condujo al programa SpaceShipTwo de Virgin Galactic , que concluyó en junio de 2024 y solo se realizaron unos pocos vuelos con turistas a partir de 2023.
El concepto de diseño de Tier One era lanzar desde el aire una nave espacial tripulada por tres personas que ascendiera a una altitud ligeramente superior a los 100 km (62 mi) utilizando un motor de cohete híbrido y luego planeara hasta el suelo y aterrizara horizontalmente. Scaled Composites enumera los siguientes componentes del programa:
Además de un centro de control de misión en una oficina, Tier One cuenta con un centro de control de misión móvil . Es relativamente pequeño y está integrado en un gran camión de carretera. Lleva el logotipo de Scaled Composites, pero no hay ninguna otra indicación evidente de su vínculo con Tier One. El vehículo realiza una combinación de funciones de apoyo:
Este centro de control se utiliza para dar soporte tanto a las pruebas terrestres de los motores de cohetes como a todas las pruebas de vuelo de White Knight y SpaceShipOne. Su función principal es supervisar y registrar los datos de las pruebas, y para ello está equipado con ordenadores y equipos de comunicación por radio. Las pantallas de aviónica de SpaceShipOne están duplicadas en el centro de 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 supervisando. El sistema de telemetría tiene un alcance de unos 280 km (170 mi).
El centro de control está equipado para comunicarse con las oficinas de Scaled Composites, así como con las aeronaves y las 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 de White Knight y SpaceShipOne. La estructura física del centro de control de misión también proporciona un acceso más fácil a la cabina de White Knight.
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 de suministro móvil de óxido nitroso, al que llaman MONODS (sistema de suministro móvil de óxido nitroso).
El MONODS está construido sobre un remolque abierto, que puede transportarse por carretera de manera convencional. Consta principalmente de 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 se recarga a través de un proveedor comercial, que utiliza camiones cisterna de 50 m3 ( 1.800 pies cúbicos) y suministra óxido nitroso a aproximadamente -17 °C (1 °F) y 2 MPa (290 psi). El MONODS calienta el óxido nitroso a temperatura ambiente, lo que aumenta su presión.
Tier One cuenta con un banco de pruebas de empuje móvil, conocido como remolque de 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 pruebas lo único que hay que hacer es llenar el tanque de oxidante (desde el MONODS) y realizar el encendido.
El banco de pruebas reproduce los componentes estructurales esenciales de la nave espacial. Tiene un tanque de oxidante y accesorios asociados idénticos a los utilizados en vuelo. Esto significa que la prueba del motor también realiza automáticamente pruebas adecuadas de vibración , tensión y calor de la estructura de la nave espacial. Sin embargo, la cabina de la tripulación no está replicada.
Para las pruebas de empuje en tierra se utiliza una tobera de cohete con una relación de expansión de 10:1, que difiere de la tobera 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 que experimentan los componentes. Los datos se registran en una computadora ubicada en un búnker en el sitio de pruebas. La computadora de adquisición de datos se controla de forma remota desde el centro de control de la misión.
El simulador de vuelo SpaceShipOne consta de un programa simulador y una cabina.
El programa de simulación de vuelo pretende simular con precisión el comportamiento de la SpaceShipOne en cualquier circunstancia y en todas las fases del vuelo. En lugar de tener un modelo del comportamiento general del vuelo de la SpaceShipOne, utiliza dinámica de fluidos computacional para modelar el aire que rodea la nave. Calcula las fuerzas aerodinámicas y de otro tipo que actúan sobre la nave, teniendo en cuenta las posiciones de sus superficies de control. Esta simulación se basa en el modelo informático que se utilizó durante el proceso de diseño y se perfeccionó utilizando datos de pruebas de vuelo. Esto produce una imagen muy precisa del comportamiento de la nave, incluso en modos de vuelo imprevistos. (Esta es una de las primeras aeronaves modernas que se diseñó sin pruebas en túnel de viento ).
La réplica de la cabina está sobre una base estática, por lo que no puede reproducir con precisión los aspectos de equilibrio, ceptividad y aceleración del vuelo. Sin embargo, White Knight está equipado para funcionar como un simulador de base móvil de alta fidelidad. La cabina del simulador es una copia exacta de la cabina del SpaceShipOne, incluida su aviónica . Es el sistema del piloto más la aviónica, no solo el piloto, lo que se simula. El programa del simulador de vuelo controla las entradas de los sensores que utiliza la aviónica y también controla doce computadoras 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 proyección. La retroalimentación de fuerza de la palanca no se simula en tiempo real.
La simulación de vuelo en tierra no solo se utiliza para la formación de pilotos, sino también para entrenar a la tripulación de tierra, desarrollar procedimientos y probar el software y el hardware de aviónica.
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 volara por primera vez el 1 de agosto de 2002. El programa se anunció al público el 18 de abril de 2003, cuando el programa estaba listo para probar en vuelo el 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 con motor, el vuelo 11P de SpaceShipOne , se realizó el 17 de diciembre de 2003. Siguieron más pruebas con motor, alcanzando altitudes cada vez mayores, culminando el 21 de junio de 2004 con el primer vuelo espacial humano financiado con fondos privados, el vuelo 15P de SpaceShipOne . A continuación, se realizaron 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, ganando el Premio X.
El programa Tier One dirigido por Scaled Composites concluyó después del retiro de SpaceShipOne y se pasó a un programa sucesor para el cliente Virgin Galactic .
Los costos de desarrollo, construcción y operación de Tier One, aunque no se hicieron públicos, se estiman en un rango de 20 a 30 millones de dólares estadounidenses , aproximadamente dos a tres veces el valor del premio Ansari X Prize . El único patrocinador, inicialmente secreto, resultó ser Paul Allen , cofundador de Microsoft y la 48.ª persona más rica del mundo. La revelación, el 17 de diciembre de 2003, el mismo día de la primera prueba de vuelo con motor del programa, siguió a las especulaciones de que Allen estaba involucrado.
Algunos comentaristas han hecho comparaciones entre el relativo bajo costo del programa Tier One y el alto costo del programa del transbordador espacial , aunque las dificultades tecnológicas de los dos programas son completamente diferentes. El SpaceShipOne, al volar suborbitalmente, no necesita alcanzar las altas velocidades del transbordador espacial ( Mach 3 contra Mach 25), ni la misma altitud (100 km [62 mi] en órbita suborbital contra 400 km [250 mi]). El SpaceShipOne tampoco lleva la misma tripulación (3 miembros contra 7) o carga útil (insignificante contra 25 toneladas), y realiza vuelos mucho más cortos (unos minutos contra varios días). El programa SpaceShipOne es un logro técnico más a la par con el X-15 que con el transbordador.
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, típicamente explorando el vuelo hipersónico entre Mach 4 y 7. Solo unas pocas docenas de vuelos del X-15 buscaron específicamente alcanzar altitudes máximas en lugar de alcanzar velocidades máximas, aunque solo dos vuelos alcanzaron altitudes cercanas a las logradas por SpaceShipOne. Por otro lado, el proyecto Tier One también pagó por la construcción de la nave nodriza White Knight dentro de su presupuesto, mientras que la NASA tuvo uso casi gratuito de un bombardero B-52 de la USAF preexistente modificado para realizar pruebas de caída de aviones experimentales de muchos tipos (actualmente en uso para lanzamientos de PegasusXL).
Tier One se desarrolló inicialmente en secreto, como es la política de Scaled Composites con los nuevos programas. El 18 de abril de 2003, el programa se anunció públicamente y SpaceShipOne y White Knight se mostraron a los medios en un lanzamiento al que asistieron entre 550 y 600 personas. El interés de los medios fue tan intenso que lo que se había planeado como un Día de la Familia y los Amigos el 24 de abril de 2003 se convirtió en un segundo día de prensa.
Scaled Composites volvió a cortejar la publicidad al anunciar por adelantado el vuelo de prueba final, el vuelo 15P de SpaceShipOne , que pretendía 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 desarrolló como un espectáculo aéreo , con la nave principal y los aviones de persecución realizando despegues y aterrizajes frente a la multitud, y vuelos de celebración cuando la prueba tuvo éxito. El vuelo no solo fue un éxito técnico sino también un éxito popular, estimulando un intenso interés público en los vuelos espaciales.
Durante una entrevista en el documental Black Sky: The Race For Space , Rutan afirmó que el Nivel Uno cubrirá los vuelos suborbitales, el Nivel Dos cubrirá los vuelos orbitales y el Nivel Tres cubrirá los vuelos más allá de la órbita de la Tierra (incluidos los vuelos a la Luna y otros planetas). En el mismo documental, mostró diseños para una nave orbital basada en la SpaceShipOne, que tenía un cohete de aproximadamente el doble de longitud de la SpaceShipOne montado en la parte trasera de la nave. [ cita requerida ]
El objetivo declarado del programa Tier One es demostrar operaciones de vuelos espaciales suborbitales tripulados a bajo costo. Antes de que Burt Rutan comenzara a considerar este proyecto, había tres obstáculos importantes para el objetivo de vuelos espaciales suborbitales asequibles:
El Tier One en sí no está pensado para transportar pasajeros que paguen por el vuelo, y se necesitarían permisos del gobierno de los Estados Unidos si así fuera. Es un banco de pruebas tecnológico y está expresamente previsto que la tecnología desarrollada en el programa se utilice más adelante 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 su explotación comercial.
Scaled Composites inicialmente expresó su esperanza de que para el año 2013, el público podría 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 la Virgin SpaceShip basada en una versión a mayor escala de la SpaceShipOne. Estas naves espaciales serán construidas por The Spaceship Company .
