El X-43 de la NASA fue un avión hipersónico no tripulado experimental con múltiples variaciones de escala planificadas destinadas a probar varios aspectos del vuelo hipersónico . Fue parte de la serie X-plane y específicamente del programa Hyper-X de la NASA desarrollado a fines de la década de 1990. [1] Estableció varios récords de velocidad aerodinámica para aviones a reacción . El X-43 es el avión a reacción más rápido registrado, con aproximadamente Mach 9,6. [2]
Un cohete propulsor alado con el X-43 colocado encima, llamado "pila", fue lanzado desde un Boeing B-52 Stratofortress . Después de que el cohete propulsor (una primera etapa modificada del cohete Pegasus ) llevó la pila a la velocidad y altitud objetivo, fue descartada y el X-43 voló libre usando su propio motor, un estatorreactor de combustión supersónica .
El primer avión de la serie, el X-43A, fue un vehículo de un solo uso, del que se construyeron tres. El primer X-43A quedó destruido tras sufrir un mal funcionamiento en pleno vuelo en 2001. Los otros dos volaron con éxito en 2004 y establecieron récords de velocidad, con estatorreactores funcionando durante aproximadamente 10 segundos, seguidos de planeos de 10 minutos y choques intencionados en el océano. Los planes para la construcción de más aviones de la serie X-43 se han suspendido o cancelado, y han sido reemplazados por el programa X-51 , gestionado por la USAF .
El X-43 era parte del programa Hyper-X de la NASA, en el que participaban la agencia espacial estadounidense y contratistas como Boeing , Micro Craft Inc, Orbital Sciences Corporation y General Applied Science Laboratory (GASL). Micro Craft Inc. construyó el X-43A y GASL construyó su motor.
Uno de los objetivos principales de la Empresa Aeronáutica de la NASA era el desarrollo y la demostración de tecnologías para el vuelo hipersónico con respiración de aire. Tras la cancelación del programa del Avión Aeroespacial Nacional (NASP) en noviembre de 1994, Estados Unidos carecía de un programa de desarrollo de tecnología hipersónica cohesivo. Como uno de los programas "mejores, más rápidos y más baratos" desarrollados por la NASA a fines de la década de 1990, el Hyper-X utilizó tecnología e investigación del programa NASP que lo llevó hacia la demostración de la propulsión hipersónica con respiración de aire, [3]
La fase I de Hyper-X fue un programa de la NASA Aeronautics and Space Technology Enterprise llevado a cabo conjuntamente por el Langley Research Center , en Hampton, Virginia , y el Dryden Flight Research Center , en Edwards, California . Langley era el centro líder y responsable del desarrollo de la tecnología hipersónica. Dryden era responsable de la investigación de vuelo.
La Fase I fue un programa de siete años que costó aproximadamente 230.000.000 de dólares y cuyo objetivo era validar en vuelo la propulsión por estatorreactor , la aerodinámica hipersónica y los métodos de diseño. Las fases posteriores no continuaron, ya que la serie de aviones X-43 fue reemplazada en 2006 por el X-51 .
El avión X-43A era un pequeño vehículo de pruebas no tripulado que medía poco más de 3,7 m (12 pies) de largo . [4] El vehículo tenía un diseño de carrocería sustentadora , donde el cuerpo de la aeronave proporciona una cantidad significativa de sustentación para el vuelo, en lugar de depender de las alas . La aeronave pesaba aproximadamente 1400 kg (3000 lb). El X-43A fue diseñado para ser completamente controlable en vuelo de alta velocidad, incluso cuando planeaba sin propulsión . Sin embargo, la aeronave no fue diseñada para aterrizar y ser recuperada. Los vehículos de prueba se estrellaron en el Océano Pacífico cuando terminó la prueba.
Viajar a velocidades de Mach produce un calor significativo debido a las ondas de choque de compresión involucradas en la resistencia aerodinámica supersónica . A altas velocidades de Mach, el calor puede llegar a ser tan intenso que las partes metálicas de la estructura del avión podrían derretirse. El X-43A compensó esto haciendo circular agua detrás de la cubierta del motor y los bordes de ataque de las paredes laterales, enfriando esas superficies. En las pruebas, la circulación de agua se activó aproximadamente a Mach 3.
El avión fue creado para desarrollar y probar un motor estatorreactor de combustión supersónica, o " scramjet ", una variación del motor donde la combustión externa tiene lugar dentro del aire que fluye a velocidades supersónicas. [5] Los desarrolladores del X-43A diseñaron la estructura del avión para que fuera parte del sistema de propulsión : el fuselaje delantero es parte del flujo de aire de admisión, mientras que la sección trasera funciona como una boquilla de escape. [6]
El motor del X-43A se alimentaba principalmente de hidrógeno . En la exitosa prueba, se utilizó aproximadamente un kilogramo (dos libras) de combustible. A diferencia de los cohetes, los vehículos propulsados por estatorreactores no llevan oxígeno a bordo para alimentar el motor. Al eliminar la necesidad de transportar oxígeno se reducen significativamente el tamaño y el peso del vehículo. En el futuro, estos vehículos más ligeros podrían llevar cargas útiles más pesadas al espacio o transportar cargas útiles del mismo peso de manera mucho más eficiente.
Los estatorreactores solo funcionan a velocidades de Mach 4,5 o superiores, por lo que se requieren cohetes u otros motores a reacción para impulsar inicialmente a los aviones propulsados por estatorreactores a esta velocidad base. En el caso del X-43A, el avión fue acelerado a alta velocidad con un cohete Pegasus lanzado desde un bombardero Boeing B-52 Stratofortress modificado . Los miembros del equipo del programa se refirieron al vehículo combinado X-43A y Pegasus como la "pila". [6]
Los motores de los vehículos de prueba X-43A fueron diseñados específicamente para un rango de velocidad determinado, y solo pueden comprimir y encender la mezcla de combustible y aire cuando el flujo de aire entrante se mueve como se espera. Los dos primeros aviones X-43A estaban destinados a volar a aproximadamente Mach 7, mientras que el tercero fue diseñado para operar a velocidades superiores a Mach 9,8 (10.700 km/h; 6.620 mph) a altitudes de 30.000 m (98.000 pies) o más.
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La primera prueba del X-43A de la NASA, realizada el 2 de junio de 2001, fracasó porque el cohete Pegasus perdió el control unos 13 segundos después de ser liberado del portaaviones B-52. El cohete experimentó una oscilación de control al pasar a estado transónico , lo que finalmente provocó la falla del elevón de estribor del cohete . Esto provocó que el cohete se desviara significativamente del curso planificado y fue destruido como medida de precaución. Una investigación sobre el incidente afirmó que la información imprecisa sobre las capacidades del cohete, así como su entorno de vuelo, contribuyó al accidente. Varias imprecisiones en el modelado de datos para esta prueba llevaron a un sistema de control inadecuado para el cohete Pegasus en particular utilizado, aunque en última instancia no se pudo culpar a un solo factor por el fallo. [7]
En la segunda prueba, en marzo de 2004, el Pegasus se disparó con éxito y liberó el vehículo de prueba a una altitud de unos 29.000 metros (95.000 pies). Después de la separación, se abrió la entrada de aire del motor, el motor se encendió y el avión aceleró para alejarse del cohete y alcanzó Mach 6,83 (7.456 km/h; 4.633 mph). El combustible fluyó al motor durante 11 segundos, un tiempo en el que el avión viajó más de 24 km (15 mi). Después de la separación del propulsor Pegasus, el vehículo experimentó una pequeña caída de velocidad, pero el motor estatorreactor aceleró posteriormente el vehículo en vuelo ascendente. [7] Después del agotamiento, los controladores aún pudieron maniobrar el vehículo y manipular los controles de vuelo durante varios minutos; el avión, frenado por la resistencia del aire, cayó al océano. Con este vuelo, el X-43A se convirtió en el avión de respiración de aire de vuelo libre más rápido del mundo.
La NASA hizo volar una tercera versión del X-43A el 16 de noviembre de 2004. El cohete Pegasus se separó de su portador B-52 a 40.000 pies y su cohete sólido llevó la combinación a Mach 10 a 110.000 pies. [8] El X-43A se separó a Mach 9,8 y el motor se puso en marcha a Mach 9,65 durante 10-12 segundos con un empuje aproximadamente igual a la resistencia, y luego se deslizó hacia el Océano Pacífico después de 14 minutos. [8] La presión dinámica durante el vuelo fue de 1.050 psf (0,50 bar). [8] Alcanzó Mach 9,68, [9] [10] 6.755 mph (10.870 km/h) a 109.440 pies (33.357 m), [11] y probó aún más la capacidad del vehículo para soportar las cargas térmicas involucradas. [12]
En enero de 2006, la USAF anunció el lanzamiento de un misil reutilizable de estatorreactor de combustión supersónica FALCON ( Force Application and Launch from Continental United States ). [13] En marzo de 2006, se anunció que el vehículo de prueba de vuelo "WaveRider" del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL) había sido designado como X-51A. El Boeing X-51 de la USAF voló por primera vez el 26 de mayo de 2010, lanzado desde un B-52.
Después de las pruebas del X-43 en 2004, los ingenieros de la NASA Dryden dijeron que esperaban que todos sus esfuerzos culminaran en la producción de un vehículo tripulado de dos etapas en órbita en unos 20 años. Los científicos expresaron muchas dudas de que exista un vehículo tripulado de una sola etapa en órbita como el National Aerospace Plane (NASP) en el futuro cercano.
Se habían planeado otros vehículos X-43, pero a partir de junio de 2013 [actualizar]se suspendieron o cancelaron. Se esperaba que tuvieran el mismo diseño básico de carrocería que el X-43A, aunque se esperaba que el tamaño de la aeronave fuera entre moderado y significativamente mayor.
El X-43B era un vehículo de tamaño normal que incorporaba un motor de ciclo combinado basado en turbina (TBCC) o un motor ISTAR de ciclo combinado basado en cohete (RBCC). Inicialmente, el vehículo se impulsaba a velocidad supersónica mediante turbinas a reacción o cohetes. Un estatorreactor podía asumir el control a partir de Mach 2,5, y el motor se convertía en estatorreactor aproximadamente a Mach 5.
El X-43C habría sido algo más grande que el X-43A y se esperaba que probara la viabilidad del combustible de hidrocarburos, posiblemente con el motor HyTech . Si bien la mayoría de los diseños de estatorreactores han utilizado hidrógeno como combustible, HyTech funciona con combustibles de hidrocarburos de tipo queroseno convencionales, que son más prácticos para el apoyo de vehículos operativos. Se planeó la construcción de un motor a escala real que utilizaría su propio combustible para enfriarse. El sistema de enfriamiento del motor habría actuado como un reactor químico al romper los hidrocarburos de cadena larga en hidrocarburos de cadena corta para una combustión rápida.
El proyecto X-43C fue suspendido indefinidamente en marzo de 2004. [14] La historia vinculada informa sobre la suspensión indefinida del proyecto y la comparecencia del contralmirante Craig E. Steidle ante una audiencia del subcomité de Espacio y Aeronáutica de la Cámara el 18 de marzo de 2004. A mediados de 2005, el proyecto X-43C parecía estar financiado hasta fin de año. [15]
El X-43D habría sido casi idéntico al X-43A, pero ampliaría la velocidad a Mach 15. En septiembre de 2007, sólo se había realizado un estudio de viabilidad a cargo de Donald B. Johnson, de Boeing , y Jeffrey S. Robinson, del Centro de Investigación Langley de la NASA . Según la introducción del estudio, "el propósito del X-43D es recopilar información sobre el entorno de vuelo a Mach alto y la operatividad del motor, que es difícil, si no imposible, de recopilar en tierra". [16]
Aeronaves de función, configuración y época comparables
