El Lockheed Martin X-33 fue un avión espacial suborbital demostrador de tecnología de subescala, sin tripulación, propuesto que se desarrolló durante un período en la década de 1990. El X-33 era un demostrador de tecnología para el avión espacial orbital VentureStar , que estaba previsto que fuera un vehículo de lanzamiento reutilizable de próxima generación operado comercialmente . El X-33 probaría en vuelo una gama de tecnologías que la NASA creía que necesitaba para vehículos de lanzamiento reutilizables de etapa única a órbita (SSTO RLV), como sistemas metálicos de protección térmica , tanques de combustible criogénicos compuestos para hidrógeno líquido , el aerospike motor , control de vuelo autónomo (sin tripulación), tiempos de respuesta de vuelo rápidos a través de operaciones optimizadas y su aerodinámica del cuerpo elevador . [3]
Los fallos de su envergadura de 21 metros y de su tanque de combustible de material compuesto multilobulado durante las pruebas de presión condujeron finalmente a la retirada del apoyo federal para el programa a principios de 2001. Lockheed Martin ha realizado pruebas no relacionadas y ha tenido un único éxito después de un serie de fallos tan recientemente como 2009 utilizando un modelo a escala de 2 metros. [4]
En 1994, la NASA inició el programa de vehículos de lanzamiento reutilizables (RLV). Después de un programa de Fase I que desarrollaba propuestas de Rockwell International , McDonnell Douglas y Lockheed Martin, en 1996 se otorgó a Lockheed Martin un contrato de Fase II para desarrollar el X-33 como vehículo de demostración. [5] Al mismo tiempo, Orbital Sciences estaba se adjudicó un contrato para desarrollar el X-34 , un vehículo de investigación hipersónico lanzado desde el aire. [5]
Los objetivos del programa RLV fueron: [5]
Se gastaron mil millones de dólares hasta 1999, de los cuales alrededor del 80 por ciento provino de la NASA y dinero adicional fue aportado por los socios de la industria. [5] El objetivo era realizar un primer vuelo en marzo de 1999 y que el VentureStar , el vehículo espacial reutilizable operativo, volara en 2006. [5]
.. construir un vehículo que tarde días, no meses, en funcionar; decenas, no miles, de personas para operar; con unos costes de lanzamiento que son una décima parte de los actuales. Nuestro objetivo es un vehículo de lanzamiento reutilizable que reducirá el coste de poner en órbita una libra de carga útil de 10.000 dólares a 1.000 dólares.
— D. Goldin Administrador de la NASA en el programa RLV [5]
El programa fue cancelado en febrero de 2001. [6]
La construcción del prototipo estaba ensamblada en un 85% con el 96% de las piezas y la instalación de lanzamiento al 100% [7] completa cuando la NASA canceló el programa en 2001, después de una larga serie de dificultades técnicas, incluida la inestabilidad del vuelo y el exceso de peso .
En particular, el tanque compuesto de combustible de hidrógeno líquido falló durante las pruebas realizadas en noviembre de 1999. El tanque estaba construido con paredes compuestas en forma de panal y estructuras internas para reducir su peso. Se necesitaba un tanque más ligero para que la nave demostrara las tecnologías necesarias para operaciones de etapa única a órbita. La fracción de masa de una nave SSTO alimentada con hidrógeno requiere que el peso del vehículo sin combustible sea el 10% del peso con el combustible completo. Esto permitiría que un vehículo volara a la órbita terrestre baja sin la necesidad de propulsores externos y tanques de combustible utilizados por el transbordador espacial. Pero, después de que el tanque compuesto fallara en el banco de pruebas durante las pruebas de presión y carga de combustible, la NASA llegó a la conclusión de que la tecnología de la época simplemente no estaba lo suficientemente avanzada para tal diseño. Si bien las paredes del tanque compuesto eran más livianas, la forma del tanque de hidrógeno necesaria para encajar dentro de la línea de molde aerodinámica dio como resultado uniones complejas que aumentaron la masa total del tanque compuesto por encima de la de un tanque a base de aluminio, y demasiado pesado para un vehículo SSTO. [8]
La NASA había invertido 922 millones de dólares en el proyecto antes de su cancelación, y Lockheed Martin otros 357 millones de dólares. Debido a los cambios en el negocio de los lanzamientos espaciales, incluidos los desafíos que enfrentan empresas como Globalstar , Teledesic e Iridium y la consiguiente caída en el número previsto de lanzamientos de satélites comerciales por año, Lockheed Martin concluyó que continuar con el desarrollo del X-33 de forma privada sin el apoyo del gobierno no sería rentable. [ cita necesaria ]
En 2004, Northrop Grumman construyó y probó con éxito un tanque criogénico de hidrógeno compuesto, cilíndrico y sencillo, como parte de los primeros trabajos del programa Constellation . [9]
Mediante el uso de la forma del cuerpo elevador, tanques compuestos de combustible líquido multilobulado y el motor aerospike, la NASA y Lockheed Martin esperaban probar una nave que demostraría la viabilidad de un diseño de etapa única a órbita (SSTO). . Una nave espacial capaz de alcanzar la órbita en una sola etapa no requeriría tanques de combustible externos ni propulsores para alcanzar la órbita terrestre baja . Eliminar la necesidad de "puesta en escena" con vehículos de lanzamiento, como el Shuttle y los cohetes Apollo, conduciría a un vehículo de lanzamiento espacial intrínsecamente más confiable y seguro. Si bien el X-33 no se acercaría a la seguridad de un avión, el X-33 intentaría demostrar una confiabilidad de 0,997, o 3 contratiempos en 1000 lanzamientos, lo que sería un orden de magnitud más confiable que el transbordador espacial . Los 15 vuelos experimentales previstos del X-33 sólo pudieron iniciar esta evaluación estadística.
La nave sin tripulación habría sido lanzada verticalmente desde una instalación especialmente diseñada construida en la Base de la Fuerza Aérea Edwards, [7] y habría aterrizado horizontalmente ( VTHL ) en una pista al final de su misión. Se planearon vuelos de prueba suborbitales iniciales desde Edwards AFB hasta Dugway Proving Grounds al suroeste de Salt Lake City, Utah .
Una vez que se completaron esos vuelos de prueba, se realizarían más pruebas de vuelo desde la Base Aérea Edwards hasta la Base Aérea Malmstrom en Great Falls, Montana , para recopilar datos más completos sobre el calentamiento de las aeronaves y el rendimiento del motor a velocidades y altitudes más altas. [ cita necesaria ]
El 2 de julio de 1996, la NASA seleccionó a Lockheed Martin Skunk Works de Palmdale, California , para diseñar, construir y probar el vehículo experimental X-33 para el programa RLV. El concepto de diseño de Lockheed Martin para el X-33 fue seleccionado entre conceptos competidores de Rockwell International y McDonnell Douglas . Rockwell propuso un diseño derivado del transbordador espacial y McDonnell Douglas propuso un diseño basado en su vehículo de prueba de despegue y aterrizaje vertical ( VTVL ) DC-XA . [ cita necesaria ]
Estaba previsto que el X-33 sin tripulación realizara 15 saltos suborbitales hasta una altitud cercana a los 75,8 km. [10] Debía ser lanzado en posición vertical como un cohete y, en lugar de tener una trayectoria de vuelo recta, volaría en diagonal durante la mitad del vuelo, alcanzando altitudes extremadamente altas, y luego, durante el resto del vuelo, se deslizaría de regreso a una pista.
El X-33 nunca tuvo la intención de volar a más de 100 km de altitud, ni a más de la mitad de la velocidad orbital. Si se hubieran realizado pruebas exitosas, habría sido necesaria una extrapolación para aplicar los resultados a un vehículo orbital propuesto. [10]
La decisión de diseñar y construir el X-33 surgió de un estudio interno de la NASA titulado "Acceso al espacio". [11] A diferencia de otros estudios de transporte espacial, "Access to Space" debía dar como resultado el diseño y la construcción de un vehículo.
Basándose en la experiencia del X-33 compartida con la NASA, Lockheed Martin esperaba presentar el argumento comercial para un SSTO RLV a gran escala, llamado VentureStar , que se desarrollaría y operaría a través de medios comerciales. La intención era que, en lugar de operar sistemas de transporte espacial como lo ha hecho con el transbordador espacial , la NASA recurriría a la industria privada para operar el vehículo de lanzamiento reutilizable y la NASA compraría servicios de lanzamiento al proveedor de lanzamiento comercial. Por lo tanto, el X-33 no solo se trataba de perfeccionar las tecnologías de vuelos espaciales, sino también de demostrar con éxito la tecnología necesaria para hacer posible un vehículo de lanzamiento comercial reutilizable. [ cita necesaria ]
El VentureStar iba a ser el primer avión comercial en volar al espacio. El VentureStar estaba destinado a vuelos intercontinentales largos y se suponía que estaría en servicio en 2012, pero este proyecto nunca fue financiado ni iniciado. [ cita necesaria ]
Características generales
Actuación
Después de la cancelación en 2001, los ingenieros pudieron fabricar un tanque de oxígeno líquido funcional a partir de un compuesto de fibra de carbono. [12] Las pruebas demostraron que los compuestos eran materiales factibles para tanques de oxígeno líquido [13]
El 7 de septiembre de 2004, Northrop Grumman y los ingenieros de la NASA dieron a conocer un tanque de hidrógeno líquido hecho de material compuesto de fibra de carbono que había demostrado la capacidad de realizar recargas repetidas de combustible y ciclos de lanzamiento simulados. [14] Northrop Grumman concluyó que estas pruebas exitosas han permitido el desarrollo y perfeccionamiento de nuevos procesos de fabricación que permitirán a la empresa construir grandes tanques compuestos sin autoclave ; y diseño y desarrollo de ingeniería de tanques de combustible conformes apropiados para su uso en un vehículo de una sola etapa a órbita. [15]
Cinco empresas expresaron interés y propusieron conceptos. De esos cinco, Lockheed Martin, Rockwell y McDonnell Douglas fueron seleccionados para elaborar propuestas más detalladas. [dieciséis]
Rockwell propuso un diseño derivado del transbordador espacial . [17] Habría utilizado un motor principal del transbordador espacial (SSME) y dos motores RL-10 -5A. [18] : 49
En un sistema posterior a gran escala para alcanzar la órbita, Rockwell planeaba utilizar seis motores Rocketdyne RS-2100. [18] : 49
McDonnell Douglas presentó un diseño que utiliza motores de campana de oxígeno líquido/hidrógeno basado en su vehículo de prueba de despegue y aterrizaje vertical DC-XA . [6] Habría utilizado un solo SSME para el sistema de propulsión principal. [18] : 47 [19]
Las pruebas de vuelo implicarían velocidades de hasta Mach 15 y altitudes de hasta aproximadamente 75.800 metros... El programa de pruebas se basó en un total combinado de 15 vuelos.
