El DC-X , abreviatura de Delta Clipper o Delta Clipper Experimental , fue un prototipo no tripulado de un vehículo de lanzamiento reutilizable de una sola etapa a órbita construido por McDonnell Douglas en conjunto con la Organización de Iniciativa de Defensa Estratégica (SDIO) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos de 1991 a 1993. A partir de 1994 y hasta 1995, las pruebas continuaron gracias a la financiación de la agencia espacial civil estadounidense NASA . [1] En 1996, la tecnología del DC-X se transfirió por completo a la NASA, que actualizó el diseño para mejorar el rendimiento para crear el DC-XA . Después de que un vuelo de prueba del DC-XA en 1996 resultara en un incendio, el proyecto se canceló. A pesar de su cancelación, el programa inspiró sistemas de lanzamiento reutilizables posteriores . Michael D. Griffin ha elogiado desde entonces el programa como "I+D gubernamental en su máxima expresión". [2]
Según el escritor Jerry Pournelle : "DC-X fue concebido en mi sala de estar y vendido al presidente del Consejo Nacional del Espacio Dan Quayle por el general Graham , Max Hunter y yo". Sin embargo, según Max Hunter, había intentado convencer a Lockheed Martin del valor del concepto durante varios años antes de jubilarse. [3] Hunter había escrito un artículo en 1985 titulado "La oportunidad", detallando el concepto de una nave espacial de una sola etapa a órbita construida con piezas comerciales "listas para usar" de bajo costo y la tecnología disponible en ese momento, [4] pero Lockheed Martin no estaba lo suficientemente interesado como para financiar un programa de este tipo por sí mismo.
El 15 de febrero de 1989, Pournelle, Graham y Hunter lograron obtener una reunión con el vicepresidente Dan Quayle. [5] "Vendieron" con éxito la idea a SDIO al señalar que cualquier sistema de armas basado en el espacio necesitaría ser reparado por una nave espacial que fuera mucho más confiable que el transbordador espacial , y que ofreciera costos de lanzamiento más bajos y tuviera tiempos de respuesta mucho mejores. [ cita requerida ]
Dadas las incertidumbres del diseño, el plan básico era producir un vehículo de prueba deliberadamente simple y "volar un poco, romper un poco" para ganar experiencia con naves espaciales de rápida entrega y totalmente reutilizables. A medida que se ganara experiencia con el vehículo, se construiría primero un prototipo más grande para pruebas suborbitales y luego orbitales. Finalmente, se desarrollaría un vehículo comercialmente aceptable a partir de estos prototipos. En consonancia con la terminología aeronáutica general, propusieron que el pequeño prototipo se llamara DC-X, siendo X la designación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. para "experimental". A esto le seguiría "DC-Y", siendo Y la designación de la USAF para los aviones de prueba y prototipos de preproducción (por ejemplo, YF-16 ). Finalmente, la versión de producción se conocería como "DC-1". [ cita requerida ] El nombre "Delta Clipper" fue elegido para dar como resultado el acrónimo "DC" para establecer una conexión con la "Serie DC" de aviones de pasajeros de Douglas, comenzando con el Douglas DC-1 . [ cita requerida ]
El vehículo está inspirado en los diseños del ingeniero de McDonnell Douglas Philip Bono , quien vio a los elevadores VTOL de una sola etapa en órbita como el futuro de los viajes espaciales. [6] El Delta Clipper era muy similar al vehículo SASSTO de Bono de 1967. Bono murió menos de tres meses antes del primer vuelo de prueba del DC-X. [7]
La SDIO quería un "cohete suborbital recuperable (SRR) capaz de levantar hasta 3.000 libras (1361 kg) de carga útil a una altitud de 1,5 millones de pies (457 km); regresar al sitio de lanzamiento para un aterrizaje suave y preciso; con la capacidad de lanzarse para otra misión en un plazo de tres a siete días". [8] : 4
Especificaciones del DC-X: [9]
Construido como un prototipo a escala de un tercio del tamaño, [10] el DC-X nunca fue diseñado para alcanzar altitudes o velocidades orbitales, sino para demostrar el concepto de despegue y aterrizaje verticales . El concepto de despegue y aterrizaje verticales fue popular en las películas de ciencia ficción de la década de 1950 ( Rocketship XM , Destination Moon y otras), pero no se vio en los diseños del mundo real de vehículos espaciales. Despegaría verticalmente como los cohetes estándar , pero también aterrizaría verticalmente con el morro hacia arriba. Este diseño utilizó propulsores de control de actitud y retrocohetes para controlar el descenso, lo que permitió que la nave comenzara la entrada atmosférica con el morro primero, pero luego girara y aterrizara sobre puntales de aterrizaje en su base. La nave podría reabastecerse de combustible donde aterrizó y despegar nuevamente exactamente desde la misma posición, una característica que permitió tiempos de respuesta sin precedentes.
En teoría, sería más fácil organizar un perfil de reentrada con la base primero. La base de la nave ya necesitaría cierto nivel de protección térmica para sobrevivir a los gases de escape del motor, por lo que agregar más protección sería bastante fácil. Más importante aún, la base de la nave es mucho más grande que el área del morro, lo que genera temperaturas máximas más bajas ya que la carga térmica se distribuye sobre un área más grande. Finalmente, este perfil no requeriría que la nave espacial "gire" para aterrizar. [ cita requerida ]
Sin embargo, el papel militar hizo que esto fuera inviable. Un requisito de seguridad deseado para cualquier nave espacial es la capacidad de "abortar una vez alrededor", es decir, regresar para un aterrizaje después de una sola órbita. Dado que una órbita terrestre baja típica demora aproximadamente de 90 a 120 minutos, la Tierra rotará hacia el este unos 20 a 30 grados en ese tiempo; o para un lanzamiento desde el sur de los Estados Unidos, aproximadamente 1,500 millas (2,400 km). Si la nave espacial se lanza hacia el este, esto no presenta un problema, pero para las órbitas polares requeridas de las naves espaciales militares , cuando la órbita se completa, la nave espacial sobrevuela un punto muy al oeste del sitio de lanzamiento. Para aterrizar de regreso en el sitio de lanzamiento, la nave necesita tener una considerable maniobrabilidad de alcance cruzado, algo que es difícil de lograr con una superficie grande y lisa. El diseño del Delta Clipper utilizó un reingreso con el morro primero, con lados planos en el fuselaje y grandes flaps de control para proporcionar la capacidad de alcance cruzado necesaria. Nunca se habían intentado experimentos para controlar un perfil de reentrada de este tipo, y fueron el foco principal del proyecto. [ cita requerida ]
Otro objetivo del proyecto DC-X era minimizar el mantenimiento y el apoyo en tierra. Para ello, la nave estaba altamente automatizada y solo requería tres personas en su centro de control (dos para las operaciones de vuelo y una para el apoyo en tierra). [ cita requerida ]
La construcción del DC-X comenzó en 1991 en las instalaciones de McDonnell Douglas en Huntington Beach. [11] El aeroshell fue construido a medida por Scaled Composites , pero la mayoría de la nave espacial se construyó a partir de piezas comerciales disponibles , incluidos los motores y los sistemas de control de vuelo.
El DC-X voló por primera vez, durante 59 segundos, el 18 de agosto de 1993; [5] se afirmó que era la primera vez que un cohete había aterrizado verticalmente en la Tierra. [12] Voló dos vuelos más el 11 y el 30 de septiembre, cuando se agotó la financiación como efecto secundario de la finalización del programa SDIO; además, el programa fue considerado inverosímil por los detractores. [13] El astronauta del Apolo Pete Conrad estuvo en los controles terrestres para algunos vuelos. [14] Estas pruebas se llevaron a cabo en el campo de misiles White Sands en Nuevo México. [15]
Sin embargo, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA) proporcionaron más financiación. [1] El programa de pruebas se reanudó el 20 de junio de 1994 con un vuelo de 136 segundos. El siguiente vuelo, el 27 de junio de 1994, sufrió una pequeña explosión en pleno vuelo, pero la nave ejecutó con éxito un aborto y un aterrizaje automático. Las pruebas se reanudaron después de que se reparara este daño, y se llevaron a cabo tres vuelos más el 16 de mayo de 1995, el 12 de junio y el 7 de julio. En el último vuelo, un aterrizaje brusco agrietó la cubierta aerodinámica. En ese momento, la financiación para el programa ya se había cortado y no había fondos para las reparaciones necesarias. [16] El récord de altitud para el DC-X fue de 2.500 m, establecido durante su último vuelo antes de ser actualizado al DC-XA, el 7 de julio de 1995. [16]
La NASA aceptó hacerse cargo del programa después del último vuelo del DC-X en 1995. En contraste con el concepto original del demostrador DC-X, la NASA aplicó una serie de mejoras importantes para probar nuevas tecnologías. En particular, el tanque de oxígeno fue reemplazado por un tanque de aleación de aluminio y litio ligero (aleación 1460 equivalente a la aleación 2219) de Rusia, y el tanque de hidrógeno por un diseño compuesto de grafito y epoxi. [17] El sistema de control también fue mejorado. El vehículo mejorado se llamó DC-XA , rebautizado como Clipper Advanced / Clipper Graham , y reanudó el vuelo en 1996. [5]
El primer vuelo del vehículo de pruebas DC-XA se realizó el 18 de mayo de 1996 y resultó en un incendio menor cuando el "aterrizaje lento" deliberado provocó un sobrecalentamiento de la cubierta aerodinámica. El daño se reparó rápidamente y el vehículo voló dos veces más el 7 y el 8 de junio, un tiempo de respuesta de 26 horas. [5] En el segundo de estos vuelos, el vehículo estableció sus récords de altitud y duración, 3.140 metros (10.300 pies) y 142 segundos de tiempo de vuelo. Además, durante el vuelo del 8 de junio, el vehículo ejecutó la primera maniobra de rotación planificada para un cohete, donde pasó de un vuelo hacia adelante con el morro primero a un vuelo hacia atrás controlado. En el punto álgido de esta maniobra de rotación, el DC-XA se desaceleró girando hacia atrás y voló hacia atrás, con la base primero, con el morro 10 grados por debajo del horizonte, bajo el control de los motores principales. Luego ejerció una rotación controlada a una actitud de morro arriba y ejecutó un aterrizaje suave propulsado. Esta maniobra demostró que un vehículo de una sola etapa en órbita podía regresar eficientemente desde la órbita usando el frenado aerodinámico en una actitud hacia adelante, y luego rotar hasta una base para aterrizar primero con motor en un puerto espacial. [ cita requerida ]
Su siguiente vuelo, el 31 de julio de 1996, resultó ser el último. La parte de despegue y vuelo de esta misión fue impecable, sin embargo, después de reducir la velocidad hasta un aterrizaje perfecto, solo 3 de los 4 puntales de aterrizaje se extendieron. El vehículo no pudo mantener el equilibrio sobre 3 puntales y cayó lentamente de lado sobre la plataforma de aterrizaje. Cuando el costado del vehículo golpeó la plataforma de concreto, el tanque principal de oxígeno líquido se abrió y derramó LOX sobre la plataforma. Este LOX entró en contacto con una pequeña cantidad de material incandescente en el escudo térmico de la base y provocó un incendio. La inspección posterior al vuelo de los puntales de aterrizaje reveló que la línea de accionamiento neumático de nitrógeno al puntal averiado estaba desconectada. Esta línea normalmente se desconectaba del puntal durante las pruebas previas al vuelo, cuando cada puntal se extendía y retraía mediante un carro de tierra. Normalmente, el daño estructural de una caída de este tipo constituiría solo un revés, pero el LOX del tanque con fugas alimentó un incendio que quemó gravemente el DC-XA, [18] causando un daño tan extenso que las reparaciones fueron imprácticas. [16]
En un informe posterior al accidente, la Comisión de Marca de la NASA culpó del accidente a un equipo de campo agotado que había estado operando con fondos intermitentes y amenazas constantes de cancelación total. La tripulación, muchos de ellos originalmente del programa SDIO, también fueron muy críticos con el efecto "paralizador" de la NASA en el programa y la gran cantidad de papeleo que la NASA exigió como parte del régimen de pruebas. [ cita requerida ]
La NASA había aceptado el proyecto a regañadientes después de haber sido "avergonzada" por su éxito muy público bajo la dirección del SDIO. [ cita requerida ] Su continuo éxito fue motivo de considerables luchas políticas internas dentro de la NASA debido a que competía con su proyecto "de cosecha propia" Lockheed Martin X-33 / VentureStar . Pete Conrad fijó el precio de un nuevo DC-X en 50 millones de dólares, barato para los estándares de la NASA, pero la NASA decidió no reconstruir la nave a la luz de las limitaciones presupuestarias. [16] En cambio, la NASA centró el desarrollo en el Lockheed Martin VentureStar que, en su opinión, respondía a algunas críticas del DC-X, específicamente el aterrizaje similar al de un avión del VentureStar, que muchos ingenieros de la NASA preferían al aterrizaje vertical del DC-X. Solo unos años después, el fracaso repetido del proyecto Venturestar, especialmente el tanque compuesto LH2 ( hidrógeno líquido ), llevó a la cancelación del programa. [19]
El DC-X original se construyó en 21 meses y tuvo un coste de 60 millones de dólares. [20] Esto equivale a 120 millones de dólares en términos actuales. [21]
Varios ingenieros que trabajaron en el DC-X fueron contratados por Blue Origin , y su vehículo New Shepard se inspiró en el diseño del DC-X. [22] El DC-X proporcionó inspiración para muchos elementos de los diseños de naves espaciales de Armadillo Aerospace , [5] Masten Space Systems , [5] y TGV Rockets. [ cita requerida ] Elon Musk declaró que el desarrollo del Falcon 9 de SpaceX estaba "... continuando el gran trabajo del proyecto DC-X". [23]
Algunos ingenieros de la NASA han señalado que el DC-X podría proporcionar una solución para un módulo de aterrizaje tripulado en Marte . [24] Si se hubiera desarrollado una nave de tipo DC que funcionara como un SSTO en el pozo gravitacional de la Tierra , aunque solo tuviera una capacidad mínima de 4 a 6 tripulantes, las variantes de la misma podrían resultar extremadamente capaces para misiones tanto a Marte como a la Luna. El funcionamiento básico de esa variante tendría que ser "invertido"; de despegar y luego aterrizar, a aterrizar primero y luego despegar. Sin embargo, si esto pudiera lograrse en la Tierra, la gravedad más débil que se encuentra tanto en Marte como en la Luna haría que las capacidades de carga útil fueran drásticamente mayores, particularmente en este último destino. [ cita requerida ]
Algunas personas propusieron cambios de diseño que incluyen el uso de una combinación de oxidante y combustible que no requiere el soporte terrestre relativamente extenso requerido para el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido que utilizó DC-X, y agregar una quinta pata para una mayor estabilidad durante y después del aterrizaje. [ cita requerida ]
