Durante la vida útil del transbordador espacial , Rockwell International y muchas otras organizaciones estudiaron varios diseños de transbordadores espaciales . Estos involucraron diferentes formas de aumentar la capacidad de carga y tripulación, así como investigar una mayor reutilización. Un gran enfoque de estos diseños estaba relacionado con el desarrollo de nuevos propulsores de transbordadores y mejoras en el tanque central, pero también buscaban expandir la capacidad de la NASA para lanzar misiones al espacio profundo y construir estaciones espaciales modulares. Muchos de estos conceptos y estudios darían forma a los conceptos y programas de la década de 2000, como el programa Constellation , el Programa de Avión Espacial Orbital y el programa Artemis . [1]
El Heavy Lift Launch Vehicle fue un estudio de la NASA para convertir la pila de lanzamiento del transbordador espacial en un lanzador de carga no tripulado dedicado. El tanque externo y los cohetes propulsores sólidos (SRB) del transbordador espacial se combinarían con un módulo de carga que ocuparía el lugar del orbitador del transbordador e incluiría los motores principales del transbordador espacial . Se utilizaría una cápsula de retorno balístico como estructura del motor principal y transportaría de 2 a 4 SSME , así como montaría la etapa de carga útil/propulsor. Se recuperaría mediante paracaídas en el interior de Australia o el norte de México. Se agregaron pequeñas alas de elevación para permitir aterrizajes más precisos. Se investigaron varios conceptos de Heavy Lift Launch Vehicle entre 1984 y 1995 y finalmente se conocería como Shuttle-C, que carecía de motores reutilizables y cápsulas de retorno balístico.
En teoría, el concepto Shuttle-C reduciría los costos de desarrollo de un vehículo de lanzamiento pesado al reutilizar la tecnología desarrollada para el programa Shuttle. También se habrían utilizado equipos del transbordador espacial que ya no están en uso. Una propuesta implicaba convertir el Columbia o el Enterprise en un lanzador de carga de un solo uso.
Con el transbordador espacial Shuttle-C, se pensó que los menores requisitos de mantenimiento y seguridad para el vehículo no tripulado permitirían una mayor tasa de vuelos. Antes de la pérdida del transbordador espacial Challenger , la NASA esperaba unos 14 vuelos al año. Tras el incidente del Challenger , quedó claro que esta tasa de lanzamiento no era viable por diversas razones.
El transbordador espacial Shuttle-C también lanzaría un módulo de aterrizaje lunar no tripulado y un módulo de propulsión, mientras que un segundo vehículo lanzaría el vehículo de exploración tripulado para realizar misiones lunares. El transbordador espacial Shuttle-C actuaría además como componente tripulado del Concepto Internacional de Exploración de Recursos Lunares propuesto en 1993.
A principios de los años 90, los ingenieros de la NASA que planeaban una misión tripulada a Marte incluyeron un diseño de Shuttle-C para lanzar seis segmentos no reutilizables de 80 toneladas para crear dos naves a Marte en órbita terrestre . Después de que el presidente George W. Bush exigiera el fin del transbordador espacial en 2010, estas configuraciones propuestas se dejaron de lado. [2]
El Magnum fue un gran vehículo de lanzamiento de carga pesada diseñado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA a mediados de la década de 1990. El Magnum habría sido un propulsor de alrededor de 315 pies (96 m) de altura, en la escala del Saturno V , y fue diseñado originalmente para llevar una misión humana a Marte . Debía haber utilizado dos propulsores laterales acoplables, similares a los cohetes propulsores sólidos (SRB) del transbordador espacial, pero utilizando combustible líquido en su lugar. Algunos diseños tenían propulsores acoplables que usaban alas y motores a reacción, lo que les permitiría volar de regreso al área de lanzamiento después de que fueran arrojados en vuelo. El Magnum fue diseñado para transportar alrededor de 80 toneladas de carga útil a la órbita terrestre baja (LEO). [3]
El Sistema Nacional de Lanzamiento (o Nuevo Sistema de Lanzamiento) fue un estudio autorizado en 1991 por el presidente George H. W. Bush para esbozar alternativas al transbordador espacial para acceder a la órbita terrestre. Poco después, la NASA solicitó a Lockheed Missiles and Space , McDonnell Douglas y TRW que realizaran un estudio de diez meses.
Se propuso una serie de vehículos de lanzamiento basados en el motor de cohete de combustible líquido Space Transportation Main Engine (STME) . El STME iba a ser una versión simplificada y descartable del motor RS-25 . El NLS-1 era el más grande de los tres vehículos propuestos y habría utilizado un tanque externo modificado del transbordador espacial para su etapa central. El tanque habría alimentado oxígeno líquido e hidrógeno líquido a cuatro STME unidos a la parte inferior del tanque. Una carga útil o segunda etapa habría cabido sobre la etapa central, y dos cohetes propulsores sólidos desmontables del transbordador espacial se habrían montado en los lados de la etapa central como en el transbordador. Las ilustraciones de la época sugieren que se contemplaron cohetes mucho más grandes que el NLS-1, utilizando múltiplos de la etapa central del NLS-1. [4]
Los primeros estudios analizaron configuraciones alternativas de tanques externos y de refuerzo, como:
La NASA había planeado reemplazar los SRB posteriores al Challenger con un nuevo motor de cohete sólido avanzado (ASRM) que sería construido por Aerojet . Se habrían construido en una nueva instalación diseñada por un subcontratista, RUST International, en la ubicación de una planta de energía nuclear cancelada de Tennessee Valley Authority en Yellow Creek, Mississippi. El ASRM habría producido un empuje adicional para aumentar la carga útil del transbordador para llevar módulos y componentes de construcción a la ISS. El programa ASRM se canceló en 1993, después de que los sistemas de ensamblaje robótico y las computadoras estuvieran en el lugar y se gastaran aproximadamente 2 mil millones de dólares, luego de que la NASA optara por emitir correcciones menores a los SRB existentes. [6]
Un aspecto importante del contrato de estudio de crecimiento del transbordador NASA/ MSFC fue la modernización de los propulsores líquidos recuperables. Los propulsores tendrían una trayectoria de vuelo similar a la de los motores de cohetes sólidos, separándose y desplegando un paracaídas para su recuperación en el océano Atlántico. Debían ser recuperables en agua y utilizar puertas tipo concha para proteger los motores de la inmersión en agua salada.
Los conceptos de los cohetes de retorno líquido se remontan a principios de los años 70. Los cohetes de retorno originales del transbordador eran enormes cohetes de retorno tripulados. El concepto se estudió durante los años 80, pero se archivó después de que el desastre del Challenger cancelara la mayoría de las actualizaciones del transbordador. El concepto de cohete de retorno resurgió en 1997 durante el Estudio de cohetes de retorno líquido de la NASA. El concepto se abandonó debido a la mayor complejidad y a los pocos retornos. El Estudio de crecimiento del transbordador se basó en estos antecedentes al desarrollar conceptos de diseño con gran detalle para los cohetes de retorno líquido. [7]
Antes de la destrucción del transbordador espacial Columbia en 2003, la NASA investigó la posibilidad de reemplazar los actuales SRB de 4 segmentos por un diseño de SRB de 5 segmentos o reemplazarlos por completo con cohetes propulsores líquidos "flyback" que utilizaran tecnologías EELV Atlas V o Delta IV . El SRB de 5 segmentos, que habría requerido pocos cambios en la infraestructura actual del transbordador, habría permitido al transbordador espacial transportar 20.000 lb (9.100 kg) adicionales de carga útil en una órbita con una inclinación de 51,6°, eliminar los peligrosos modos "Return-to-Launch Site" (RTLS) y "Trans-Oceanic Abort " (TAL) y, mediante una denominada "maniobra dog-leg", realizar vuelos en órbita polar de sur a norte desde el Centro Espacial Kennedy. Después de la destrucción del Columbia , la NASA archivó el SRB de cinco segmentos para el Programa del Transbordador, y los tres orbitadores supervivientes, Discovery , Atlantis y Endeavour , fueron retirados en 2011 tras la finalización de la Estación Espacial Internacional . Un motor de prueba de ingeniería de cinco segmentos, ETM-03, se encendió el 23 de octubre de 2003.
Como parte del programa Constelación, se planeó que la primera etapa del cohete Ares I utilizara SRB de cinco segmentos; en septiembre de 2009, un SRB de cinco segmentos del Transbordador Espacial fue lanzado estático sobre el terreno en el área de pruebas del desierto de ATK en Utah.
Después de que el programa Constellation se cancelara en 2011, el nuevo Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) fue diseñado para utilizar propulsores de cinco segmentos. La primera prueba de un SRB para SLS se completó a principios de 2015, y una segunda prueba se realizó a mediados de 2016 en las instalaciones de Orbital ATK en Promontory, Utah. [8]
DARPA estudió modificar el diseño actual del tanque externo para que pudiera transportar cargas útiles de baja densidad en un carenado de 25 o 35 pies (7,6 o 10,6 m) de diámetro donde se encontraba actualmente el tanque de oxígeno. En promedio, el transbordador solo volaría el 66% de su capacidad de carga útil, pero a casi el 100% de su volumen de carga útil. El carenado de carga útil del tanque externo resolvería este problema. El tanque de oxígeno se rediseñaría como un tanque cilíndrico en lugar de cónico y el carenado de carga útil tipo concha se montaría directamente sobre él. En esta configuración, el orbitador se lanzaría sin ninguna carga útil. Estos estudios finalmente se abandonaron debido al hecho de que el nuevo perfil aerodinámico haría imposible una maniobra de regreso al sitio de lanzamiento (RTLS) . La propuesta se reconfiguró como un transportador de carga posterior (ACC) que se colocaría hacia el fondo del tanque en lugar de en la parte superior. Esta idea llegó muy lejos en el desarrollo y se contrató a Martin Marietta para diseñar y fabricar el contenedor. Los primeros vuelos del ACC estaban previstos para 1986. Sin embargo, después del desastre del Challenger , el ACC, así como la mayoría de las actualizaciones del transbordador relacionadas con la carga útil, fueron canceladas. [9]
Los siguientes son todos los relatos mencionados o discutidos por Carl F. Ehrlich, Jr. en Shuttle Variations And Derivatives That Never Happened - An Historical Review [1]
En previsión de la mejora de los propulsores para el transbordador, se diseñó un orbitador alargado. Tendría una bodega de carga más grande con 4,6 m (15 pies) de longitud adicionales, lo que le daría una capacidad de carga útil de 23 m (75 pies) y se esperaba que transportara cargas útiles de hasta 45 000 kg (100 000 lb). Se diseñó una nueva estructura de enraizamiento y de transporte para soportar el peso adicional en el aterrizaje, manteniendo la sección exterior de las alas originales y requiriendo una modificación mínima. La sección de barril de 4,6 m (15 pies) se uniría justo delante del mamparo 1305 hacia la parte trasera del vehículo.
Una necesidad indefinida de mayor carga útil llevó a la idea de utilizar la sección del lado de sotavento del compartimento de carga útil (en el ángulo de entrada de ataque) como compartimento de carga útil ampliado. Esto daría como resultado un vehículo de carga de gran tamaño "jorobado" similar al Airbus Beluga o al Aero Spacelines Super Guppy . Las características aerodinámicas hipersónicas durante el reingreso permanecerían prácticamente iguales, aunque lo más probable es que se hubieran producido problemas a velocidades subsónicas sin un ángulo de ataque elevado.
Como respuesta interna al orbitador Buran sin motor de los soviéticos , se diseñó un orbitador sin motor en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales . Se agregaría un segmento de bahía de carga útil en la parte trasera de la nave espacial y se parecería mucho al transbordador espacial Enterprise, aunque con algunas diferencias. La mayor parte del equipo se almacenó en la parte trasera de la nave para compensar la pérdida de peso y la falta de motores.
Desde finales de los años 1980 hasta principios de los años 2000, la NASA, de una forma u otra, persiguió el Crew Return Vehicle ; un pequeño avión/cápsula espacial capaz de regresar a la tripulación desde una estación espacial en caso de emergencia. Los candidatos evaluados incluyeron una cápsula derivada de Apollo , HL-20 , HL-10 y M2F2 de la NASA , y el X-24A de la Fuerza Aérea . Se propuso una variante a escala inferior del transbordador basada en la cápsula de retorno balístico que se estudió para el HLLV. La sección de tripulación presurizada se modificaría para convertirla en un cuerpo elevador. La principal ventaja de este diseño sería la tecnología probada y el perfil de reentrada del transbordador.
Se elaboró un diseño conceptual para un orbitador de alta capacidad. El concepto utilizaba una serie de contenedores montados en la bodega de carga que transportarían de 68 a 74 pasajeros en una configuración de dos pisos similar a un Boeing 747. Esto movió el centro de masa hacia adelante, requiriendo cambios menores en la estructura del ala, agregando más superficies tipo canard para permitir más superficies de sustentación. El diseño se usaría para una estación espacial de estilo Von Braun que necesitaría capacidad para cientos de tripulantes.
