Rotary Rocket Company fue una empresa de cohetes que desarrolló el concepto Roton a finales de los años 1990 como una nave espacial tripulada de una sola etapa a órbita (SSTO) totalmente reutilizable . El diseño fue concebido inicialmente por Bevin McKinney, quien lo compartió con Gary Hudson . En 1996, se formó Rotary Rocket Company para comercializar el concepto. El Roton tenía como objetivo reducir los costos de lanzamiento de cargas útiles a la órbita baja terrestre en un factor de diez.
La empresa reunió un considerable capital de riesgo de inversores ángeles y abrió una fábrica con sede en una instalación de 4200 m2 en el puerto aéreo y espacial de Mojave , en Mojave, California . El fuselaje de sus vehículos fue fabricado por Scaled Composites , en el mismo aeropuerto, mientras que la empresa desarrolló el novedoso diseño del motor y el sistema de aterrizaje similar al de un helicóptero. Un vehículo de prueba a escala real realizó tres vuelos estacionarios en 1999, pero la empresa agotó sus fondos y cerró a principios de 2001.
Bevin McKinney había estado pensando en la idea de un vehículo de lanzamiento que utilizara aspas de helicóptero durante varios años, cuando la revista Wired le pidió a Gary Hudson que escribiera un artículo sobre el concepto. [1] El artículo resultante resultó en un compromiso de financiación del multimillonario Walt Anderson , que se combinó con una inversión inicial del autor Tom Clancy [2] y permitió que la empresa se pusiera en marcha. A Hudson y McKinney se unieron los cofundadores Frederick Giarrusso, Dan DeLong, James Grote, Tom Brosz y Anne Hudson, quienes juntos lanzaron la empresa en octubre de 1996. [ cita requerida ]
El concepto inicial de Gary Hudson y Bevin McKinney era fusionar un vehículo de lanzamiento con un helicóptero: unas palas giratorias de rotor , impulsadas por propulsores en las puntas , elevarían el vehículo en la primera fase del lanzamiento. Una vez que la densidad del aire se redujera hasta el punto de que el vuelo en helicóptero fuera impráctico, el vehículo continuaría su ascenso con la potencia pura de un cohete, con el rotor actuando como una turbobomba gigante . [1]
Los cálculos demostraron que las palas del helicóptero aumentaron modestamente el impulso específico efectivo ( I sp ) en aproximadamente 20 a 30 segundos, y básicamente solo llevaron las palas a la órbita "gratis". Por lo tanto, no hubo una ganancia general con este método durante el ascenso. Sin embargo, las palas podrían usarse para aterrizar suavemente el vehículo, por lo que su sistema de aterrizaje no tuvo ningún costo adicional. [ cita requerida ]
Un problema que se encontró durante la investigación en Rotary fue que una vez que el vehículo saliera de la atmósfera, sería necesario un empuje adicional. Por lo tanto, se necesitarían varios motores en la base y en las puntas del rotor. [ cita requerida ]
Esta versión inicial del Roton había sido diseñada teniendo en mente el mercado de los satélites de comunicaciones pequeños. Sin embargo, este mercado colapsó, como lo demostró el fracaso de Iridium Communications . En consecuencia, el concepto del Roton necesitaba ser rediseñado para cargas útiles más pesadas. [ cita requerida ]
El concepto revisado y rediseñado de Roton era un vehículo de lanzamiento en forma de cono, con un rotor de helicóptero en la parte superior para su uso solo durante el aterrizaje. Una bodega de carga interna podría usarse tanto para llevar cargas útiles a la órbita como para traer otras de regreso a la Tierra. El precio proyectado para la órbita de este diseño fue de 1000 dólares por kg de carga útil, menos de una décima parte del precio de lanzamiento vigente en ese momento. La capacidad de carga útil estaba limitada a unos relativamente modestos 6000 libras (2700 kg). [ cita requerida ]
La versión revisada habría utilizado un motor aerospike anular giratorio único : el motor y la base del vehículo de lanzamiento girarían a alta velocidad (720 rpm ) para bombear combustible y oxidante al borde mediante la rotación. A diferencia del rotor de aterrizaje, debido al ángulo poco profundo de las boquillas en el rotor de base, la velocidad de rotación se autolimitaba y no requería un sistema de control. Dado que la densidad del LOX ( oxígeno líquido ) era mayor que la del queroseno, se disponía de presión adicional con el LOX, por lo que se habría utilizado para enfriar la garganta del motor y otros componentes, en lugar de utilizar el queroseno como refrigerante como en un cohete LOX/queroseno convencional. Sin embargo, en los altos niveles de G en el borde exterior del bloque del motor giratorio, no se sabía con claridad cómo funcionaría el LOX como refrigerante y era difícil de validar. Eso agregó una capa de riesgo. [ cita requerida ]
Además, el escape giratorio actuaba como una pared en el borde exterior de la base del motor, reduciendo la temperatura de la base por debajo de la temperatura ambiente debido al efecto de la bomba eyectora y creando una ventosa en la parte inferior en la atmósfera. Esto podría aliviarse utilizando gas de reposición para desarrollar la presión de base, lo que requiere un motor de cohete adicional para llenar la base del motor de cohete principal. (Problemas similares habrían ocurrido en un motor aerospike convencional , pero allí, la recirculación natural más el uso del escape del generador de gas de la turbobomba como gas de reposición habría aliviado en gran medida el problema "gratis"). [ cita requerida ]
En el borde, 96 chorros en miniatura agotarían los propulsores en llamas (LOX y queroseno ) alrededor del borde de la base del vehículo, lo que le otorgaba al vehículo un empuje adicional a gran altitud, actuando como una tobera aerospike truncada de longitud cero. [3] Se estudió un sistema similar con motores no giratorios para el cohete N1 . Esa aplicación tenía un área de base mucho más pequeña y no creaba el efecto de succión que induce un motor periférico más grande. El motor Roton tenía un vacío proyectado I SP (impulso específico) de ~355 segundos (3,48 km/s), que es muy alto para un motor LOX/queroseno, y una relación empuje/peso de 150, que es extremadamente ligera. [4]
Durante el reingreso, la base también sirvió como escudo térmico refrigerado por agua . En teoría, esta era una buena manera de sobrevivir al reingreso, en particular para un vehículo liviano y reutilizable. Sin embargo, el uso de agua como refrigerante requeriría convertirla en vapor sobrecalentado, a altas temperaturas y presiones, y existían preocupaciones sobre el daño causado por micrometeoritos en órbita que perforaran el recipiente de presión, lo que provocaría que el escudo de reingreso fallara. Estas preocupaciones se resolvieron utilizando un sistema de flujo redundante masivo resistente a fallas, creado con láminas de metal delgadas grabadas químicamente con un patrón de microporos que formaban un sistema de canales que era resistente a fallas y daños. [ cita requerida ]
Además, el enfriamiento se logró de dos maneras diferentes: una era la vaporización del agua, pero la segunda era aún más significativa y se debía a la creación de una capa de vapor "frío" que rodeaba la superficie de la base, reduciendo la capacidad de calentarse. Además, el sistema de medición del agua tendría que ser extremadamente confiable, dando una gota por segundo por pulgada cuadrada, y se logró mediante un enfoque de diseño de prueba y error en hardware real. Al final del programa Roton, se había construido y probado parte del hardware. La trayectoria de reentrada debía ser ajustada, de manera similar a la Soyuz, para minimizar las cargas G en los pasajeros. Y el coeficiente balístico era mejor para el Roton y podía adaptarse mejor. Cuando el sistema de ajuste de Soyuz falló y se volvió completamente balístico, los niveles de G aumentaron significativamente, pero sin incidentes para los pasajeros. [ cita requerida ]
El vehículo también era único en su planificación para utilizar sus rotores de estilo helicóptero para aterrizar, en lugar de alas o paracaídas. Este concepto permitía aterrizajes controlados (a diferencia de los paracaídas), y pesaba 1/5 del peso de las alas fijas. Otra ventaja era que un helicóptero podía aterrizar casi en cualquier lugar, mientras que los aviones espaciales con alas , como el transbordador espacial, tenían que regresar a la pista. Las palas del rotor debían ser impulsadas por cohetes con punta de peróxido. Las palas del rotor debían desplegarse antes del reingreso; se plantearon algunas dudas sobre si las palas sobrevivirían hasta el aterrizaje. [ cita requerida ]
El plan inicial era tenerlos casi en vertical, pero se descubrió que eso era inestable ya que necesitaban bajar cada vez más y girar más rápido para lograr estabilidad, las tasas de calentamiento aumentaron drásticamente y el flujo de aire se volvió más frontal. La implicación de eso fue que las aspas pasaron de ser una pieza de hardware ligeramente calentada a una que tenía que enfriarse activamente o estar hecha de SiC u otro material refractario. La idea de hacer que las aspas salieran se volvió mucho más atractiva en este punto, y se hicieron estudios iniciales para esa opción. Este concepto de diseño de rotor no carecía de precedentes. En 1955, uno de los cinco diseños soviéticos para misiones tripuladas suborbitales planificadas incluía rotores con puntas de cohete como su sistema de aterrizaje. El 1 de mayo de 1958, estos planes se abandonaron cuando se tomó la decisión de proceder directamente a los vuelos orbitales. [ cita requerida ]
Rotary Rocket diseñó y probó a presión un tanque de oxígeno líquido compuesto excepcionalmente ligero pero resistente . Sobrevivió a un programa de prueba que implicó someterlo a ciclos de presión y finalmente dispararlo deliberadamente para probar su sensibilidad al encendido. [ cita requerida ]
En junio de 1999, Rotary Rocket anunció que utilizaría un derivado del motor Fastrac que se estaba desarrollando en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA , en lugar del diseño de motor giratorio no convencional de la propia empresa. Según se informa, la empresa no había podido convencer a los inversores de que su diseño de motor era viable; la estructura compuesta y la reentrada en autogiro eran una venta más fácil. [5]
Al mismo tiempo que se produjo este cambio, la empresa despidió a aproximadamente un tercio de sus empleados, reduciendo la plantilla aproximada de 60 a 40. En ese momento, la empresa planeó comenzar su servicio de lanzamiento comercial en algún momento de 2001. [6] Aunque la empresa había recaudado 30 millones de dólares, todavía necesitaba recaudar 120 millones de dólares adicionales antes de entrar en servicio.
Scaled Composites construyó bajo contrato un vehículo de prueba atmosférico (ATV) de tamaño real, de 19 m (63 pies) de altura, para su uso en vuelos de prueba en vuelo estacionario. El ATV, que costó 2,8 millones de dólares, no estaba destinado a ser un artículo de prueba completo, ya que no tenía motor de cohete ni protección térmica. El ATV salió de su hangar de Mojave el 1 de marzo de 1999, con matrícula de la FAA N990RR. [ cita requerida ]
La cabeza del rotor se recuperó de un Sikorsky S-58 accidentado , por un precio de 50.000 dólares (en comparación con el millón de dólares que costaba una cabeza nueva). Cada rotor estaba propulsado por un chorro de peróxido de hidrógeno de 350 lbf (1.560 N) , tal como estaba previsto para el vehículo orbital. [7] El conjunto del rotor se probó en una cantera de rocas antes de su instalación en el ATV.
El ATV realizó tres vuelos de prueba con éxito en 1999. El piloto de estos tres vuelos fue Marti Sarigul-Klijn y el copiloto fue Brian Binnie (quien luego ganó fama como piloto del SpaceShipOne de Scaled Composites en su segundo vuelo X-Prize ). [ cita requerida ]
El ATV realizó su primer vuelo el 28 de julio. Este vuelo consistió en tres saltos verticales que totalizaron 4 min 40 s de duración y alcanzaron una altitud máxima de 8 pies (2,4 m). Los pilotos encontraron el vuelo extremadamente desafiante por varias razones. La visibilidad en la cabina era tan restringida que los pilotos la apodaron Batcave . La vista del suelo estaba completamente obstruida, por lo que los pilotos tuvieron que confiar en un altímetro de sonar para juzgar la proximidad al suelo. Toda la nave tenía una inercia rotacional baja, y el torque de las palas giratorias del rotor hacía que el cuerpo girara, a menos que fuera contrarrestado por el empuje de guiñada en la dirección opuesta. [8]
El segundo vuelo, el 16 de septiembre, fue un vuelo estacionario continuo que duró 2 min 30 s, alcanzando una altitud máxima de 20 pies (6,1 m). El vuelo sostenido fue posible gracias a la instalación de propulsores de punta de rotor más potentes y un acelerador automático . [9]
El tercer y último vuelo se realizó el 12 de octubre. El ATV recorrió la pista de vuelo del puerto aéreo y espacial de Mojave , recorriendo 1310 m (4300 pies) en su vuelo y alcanzando una altitud máxima de 23 m (75 pies). La velocidad alcanzó los 85 km/h (53 mph). Esta prueba reveló cierta inestabilidad en el vuelo traslacional. [ cita requerida ]
Se planeó una cuarta prueba para simular un descenso autorrotativo completo. El ATV ascendería a una altitud de 10.000 pies (3.050 m) por sus propios medios, antes de reducir la velocidad y regresar para un aterrizaje suave. [10] En ese momento, dado que era poco probable obtener más fondos, las consideraciones de seguridad impidieron que se intentara la prueba.
El cohete rotatorio fracasó por falta de financiación, pero algunos [¿ quiénes? ] han sugerido que el diseño en sí mismo tenía defectos inherentes. [ cita requerida ]
El Rotary Rocket realizó tres vuelos de prueba y un tanque de combustible compuesto sobrevivió a un programa de prueba completo, sin embargo, estas pruebas revelaron problemas. Por ejemplo, el ATV demostró que aterrizar el Rotary Rocket era complicado, incluso peligroso. Los pilotos de prueba tienen un sistema de calificación, la escala de calificación Cooper-Harper , para vehículos entre 1 y 10 que se relaciona con la dificultad para pilotarlos. El Roton ATV obtuvo un 10: el simulador del vehículo fue considerado casi imposible de pilotar por cualquier persona excepto los pilotos de prueba de Rotary, e incluso entonces hubo períodos cortos en los que el vehículo estuvo fuera de control. [ cita requerida ]
Otros aspectos del plan de vuelo quedaron sin probar y se desconoce si Roton podría haber desarrollado un rendimiento suficiente para alcanzar la órbita con una sola etapa y regresar, aunque en el papel esto podría haber sido posible. [ cita requerida ]
El desarrollo del motor se detuvo en 2000, según se informa, dos semanas antes de que se realizara una prueba a gran escala. El vehículo no logró conseguir contratos de lanzamiento y Rotary Rocket cerró en 2001. [11]
El momento elegido para la operación fue desafortunado: la empresa Iridium Communications estaba al borde de la quiebra y la industria espacial en general atravesaba dificultades financieras. Finalmente, la empresa no logró atraer suficiente financiación, a pesar de que numerosas personas aportaron un total de 33 millones de dólares, entre ellos el escritor Tom Clancy . [12]
El vehículo de pruebas atmosféricas iba a ser exhibido en el Classic Rotors Museum , un museo de helicópteros cerca de San Diego, California , pero un intento de trasladarlo allí el 9 de mayo de 2003 mediante una eslinga de línea corta debajo de un Chinook CH-47 de la Reserva del Ejército fracasó cuando el Roton comenzó a oscilar a velocidades superiores a los 35 nudos (65 km/h). En cambio, el vehículo se mantuvo en Mojave y el 10 de noviembre de 2006, el Roton fue trasladado a su ubicación de exhibición permanente en la intersección de Airport Blvd y Sabovich Road. [ cita requerida ]
Los hangares de cohetes rotatorios están ahora ocupados por la Escuela Nacional de Pilotos de Pruebas . [ cita requerida ]
Datos de [13] [14]
Características generales
Actuación
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35°03′19″N 118°09′30″O / 35.055321°N 118.158375°W / 35.055321; -118.158375