El DARPA XS-1 era un avión espacial /propulsor experimental con la capacidad planificada de poner en órbita pequeños satélites para el ejército de los EE. UU . [1] Se informó que estaba diseñado para ser reutilizable con una frecuencia de hasta una vez al día, con el objetivo declarado de hacerlo durante 10 días seguidos. [2] El XS-1 estaba destinado a reemplazar directamente la primera etapa de un cohete multietapa despegando verticalmente y volando a velocidad hipersónica y gran altitud suborbital, lo que permite que una o más etapas superiores desechables se separen y desplieguen una carga útil en la órbita terrestre baja . El XS-1 luego regresaría a la Tierra, donde aparentemente podría recibir servicio lo suficientemente rápido como para repetir el proceso al menos una vez cada 24 horas. [3] [4]
El programa DARPA XS-1 estuvo en funcionamiento entre 2013 y 2020. [5] Después de varios años de perfeccionamiento y propuestas, en mayo de 2017, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) [6] seleccionó a Boeing para la Fase 2/3 para construir y probar una nave espacial XS-1 (ahora llamada programa de Avión Espacial Experimental). [7] En ese momento, los vuelos de prueba estaban programados para comenzar no antes de 2020. [7] El 22 de enero de 2020, se anunció que Boeing dejaría su papel en el programa, lo que efectivamente lo pondría fin. [8]
La DARPA creó el programa XS-1 (que más tarde pasó a llamarse Programa de Aviones Espaciales Experimentales) con la intención de aumentar la seguridad nacional inventando una forma nueva, económica y de corto plazo de aeronave hipersónica . Promovieron conceptos como alcanzar una órbita baja terrestre en cuestión de días, cohetes reutilizables no tripulados , la sustitución de los propulsores externos por propulsores criogénicos internos autónomos, la capacidad de desplegar cargas útiles de entre 410 y 1400 kg (900 a 3000 lb) en órbita polar , alas de metal compuesto que pudieran soportar vuelos hipersónicos suborbitales y temperaturas superiores a 1600 °C (3000 °F), tecnología de vuelo autónomo desarrollada por el programa Airborne Launch Assist Space Access (ALASA) de la DARPA y alcanzar Mach 10. [ 9]
El programa XS-1 siguió a varios intentos fallidos previos de desarrollar un vehículo de lanzamiento espacial reutilizable . El Rockwell X-30 en la década de 1980 y el X-33 VentureStar en la década de 1990 nunca volaron debido a tecnologías inmaduras. El último intento de DARPA fue el programa Responsive Access, Small Cargo, Affordable Launch [10] [11] (RASCAL) a principios de la década de 2000 con el objetivo de colocar cargas útiles de 300 lb (140 kg) en órbita por menos de $750,000.
El programa XS-1 se anunció en noviembre de 2013 en un día de la industria de la DARPA. La DARPA declaró que el XS-1 era más viable debido a mejores tecnologías, incluyendo estructuras de fuselaje y tanque de materiales compuestos ligeros y de bajo costo, protección térmica duradera, propulsión reutilizable y asequible y sistemas de gestión de la salud similares a los de las aeronaves. [5] Jess Sponable, el director del programa XS-1, habló el 5 de febrero de 2014 en el grupo Future In-Space Operations de la NASA, y afirmó: "La visión aquí es romper el ciclo de aumento de los costos del sistema espacial, permitir el acceso rutinario al espacio y los vehículos hipersónicos". [12]
En julio de 2014, tres empresas recibieron contratos para diseñar un vehículo de demostración. Las empresas seleccionadas fueron Boeing con Blue Origin , Masten Space Systems con XCOR Aerospace y Northrop Grumman con Virgin Galactic . A diferencia de otros programas de DARPA que se transfirieron a partes del ejército de los Estados Unidos una vez que demostraron ser exitosos, esta iniciativa fue diseñada desde el principio para ser una asociación directa entre la agencia y la industria. En agosto de 2015, Boeing, Northrop Grumman y Masten Space Systems recibieron fondos adicionales de DARPA para continuar con sus conceptos de diseño para la Fase 1B del programa. A partir de 2015 [actualizar], se planeó que la primera misión orbital XS-1 ocurriera ya en 2020. [13]
La DARPA inició la Fase 2 del programa XS-1 en abril de 2016. [14] En julio de 2016, la DARPA declaró que creía que "es el momento adecuado para un esfuerzo renovado, uno que comenzó en 2013/14, pero [en 2016] se intensificó a través de un proceso de licitación, lo que permitió la creación de varios conceptos de la industria. Según los requisitos [de la licitación], la nave alada [los requisitos seguirían necesitando] ser capaz de realizar 10 vuelos en 10 días, con una capacidad de carga útil superior a 3000 libras por un costo de menos de 5 millones de dólares estadounidenses por vuelo". [15]
En mayo de 2017, DARPA seleccionó a Boeing para la Fase 2/3 para construir y probar el XS-1 (ahora llamado programa de Avión Espacial Experimental). [7] El contrato de la fase 2/3 incluía 146 millones de dólares en financiación de DARPA y una contribución no especificada de la empresa. [16]
El 22 de enero de 2020, DARPA anunció que Boeing se retiraba del programa XS-1 "inmediatamente" y ponía fin al programa de manera efectiva. [8] [16]
Los objetivos del programa a septiembre de 2013 [actualizar]eran: [3] [17] El avión espacial debe llevar una carga útil de 3.000 a 5.000 libras (1.400 a 2.300 kg) a una órbita terrestre baja por un costo menor a US$5 millones por vuelo, [4] a un ritmo de 10 o más vuelos por año; en ese momento, lanzar ese tipo de carga útil requiere el uso de un refuerzo descartable Minotaur IV de Orbital Sciences Corporation , con un precio de US$55 millones una vez al año.
Boeing , Northrop Grumman Aerospace Systems y Masten Space Systems tienen contratos de diseño conceptual de la Fase 1.
Boeing realizó inicialmente estudios comerciales con Blue Origin . El diseño de Boeing permitiría que el propulsor autónomo transportara la segunda etapa y la carga útil a gran altitud y las desplegara en el espacio. El propulsor luego regresaría a la Tierra, donde podría prepararse rápidamente para el siguiente vuelo aplicando principios de operación y mantenimiento similares a los de las aeronaves modernas. [20]
Northrop Grumman utilizó su experiencia en aeronaves, naves espaciales y sistemas autónomos para trabajar con su equipo, formado por Scaled Composites para dirigir la fabricación y el ensamblaje, y Virgin Galactic para dirigir las operaciones y la transición de los aviones espaciales comerciales; Virgin Galactic y Scaled Composites trabajaron en el SpaceShip Two , la única línea espacial comercial del mundo. El equipo también aprovechó las tecnologías desarrolladas durante proyectos relacionados para DARPA, NASA y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. para dar al gobierno "un retorno de esas inversiones". Su concepto incluía un lanzamiento en plataforma limpia [ aclaración necesaria ] utilizando un lanzador de transporte y erector con una infraestructura y tripulaciones de tierra mínimas, operaciones de vuelo altamente autónomas y aterrizaje y recuperación horizontales en pistas estándar. [18]
Masten Space Systems tiene experiencia en vehículos rápidos reutilizables propulsados por cohetes, y sus diseños de despegue vertical y aterrizaje vertical (VTVL) Xombie, Xoie y Xaero ya han cumplido o superado el objetivo de 10 vuelos en 10 días establecido por el programa. Aunque la empresa consta de aproximadamente 30 empleados y tiene su sede en un pequeño edificio en el puerto aéreo y espacial de Mojave , han pasado años volando varios sistemas VTVL pequeños en saltos cortos en el puerto espacial, sirviendo como bancos de pruebas para sistemas de guía, navegación y control (GNC) diseñados para aterrizar de forma segura naves espaciales en la Luna y potencialmente en otros planetas. Su concepto mostraba un sistema VTVL despegando verticalmente desde una plataforma de lanzamiento con alas y una aleta de cola. Masten Space Systems se asoció con XCOR Aerospace para la Fase 1A. [21]
En mayo de 2017, Boeing fue seleccionada para asociarse con DARPA para construir el XS-1. [22] Aerojet Rocketdyne iba a proporcionar motores AR-22, derivados del motor RS-25 , para la nave espacial. [23] El contrato de la fase 2/3 para construir y volar el prototipo incluía 146 millones de dólares estadounidenses de financiación de DARPA. [16] [ aclaración necesaria ]
El diseño de Boeing era una nave de despegue vertical y aterrizaje horizontal ( VTHL ) [7] llamada Phantom Express, destinada a aumentar el acceso de la nación al espacio. [24] Las especificaciones planificadas incluyen una altura del vehículo de 100 pies (30 m), con una envergadura de 62 pies (19 m). El Phantom Express iba a utilizar un motor Aerojet Rocketdyne AR-22 , que se construyó originalmente para el programa del transbordador espacial, pero que se modificó para reutilizarse diez veces en diez días, por menos de 5 millones de dólares por lanzamiento. Estaba destinado a lanzar satélites de forma económica y rápida, y la reutilización reducía aún más el coste por lanzamiento. Este requisito de rendimiento se demostró en un banco de pruebas en julio de 2018. [25] El 22 de enero de 2020, se anunció que la división Phantom Works de Boeing dejaría de desempeñar su papel en el programa. Los representantes de Boeing declararon que sus inversiones en el proyecto XS-1 se redirigirían a otros proyectos de Boeing relacionados con los dominios del aire, el mar y el espacio. [8] La DARPA no solicitó reembolsos, ya que Boeing recibió el pago de acuerdo con los hitos alcanzados en el desarrollo. El programa no fue del todo infructuoso, ya que el trabajo realizado demostró que las tecnologías disponibles en ese momento serían capaces de respaldar nuevos proyectos similares al programa XS-1, y no existían barreras técnicas. [26]