Maghar Akadémia
Az X-33 - VentureStar Szerző Aranyi László 2009. 03 04.
1993. májusában egy NASA által kiadott jelentés leszögezi: ha a NASA továbbra is meg akarja Å‘rizni vezetÅ‘ szerepét az űrszállítórendszerek nemzetközi piacán, akkor igen sürgetÅ‘ az Amerikai Egyesült Államok számára, hogy kifejlesszen egy újrafelhasználható, egyfokozatú (SSTO RLV) hordozóeszközt. Ennek a gondolatnak a szellemében indult be 1995ben egy háromfázisú, magánfejlesztésű program, melynek végeredménye az újrafelhasználható VentureStar (Merész Csillag) űrrepülÅ‘gép lesz - valamikor a jövÅ‘ század elsÅ‘ éveiben.
I. fázis: 1995 május - 1996 június Habár az I. fázis koncepcióját és felügyeletét az Egyesült Államok Kormánya karolta fel - mint a program megalkotója és vezetÅ‘je -, a kivitelezÅ‘k az USA űripari vállalatai lesznek. A kivitelezés magába foglalja a koncepció fejlesztését, a technológiai demonstrációt és az gazdasági háttér megszervezését. Ebben a fázisban három, űrrepüléssel foglalkozó vállalat készített el egy-egy részletesen kidolgozott tervet az újgenerációs, ember-vezette űreszköz kifejlesztésére vonatkozóan. Ezek a vállalatok a következÅ‘k: a Lockheed Martin, Palmdale, California, a McDonnell Douglas, Huntington Beach, California és a Rockwell International, Downey, California. A NASA 1996 április 1-én közzétette a II. fázisra vonatkozó együttműködési szerzÅ‘déstervezetet a három elsÅ‘dleges versenytárs részére. Ezt követÅ‘en a felsorolt vállalatok 1996 május 13-án eljuttatták a NASÁ-hoz a saját elképzeléseiket a II. fázisról. Valamennyi tervet CD-ROM-on tárolták. Ez a módszer lehetÅ‘vé tette a NASA munkatársai számára, hogy már az eredeti dokumentumokból végezhessenek költségbecsléseket. Ennek köszönhetÅ‘en a II. fázis kivitelezésének megindítására vonatkozó tervezési lépéseket "papírmentesen" végezték. II. fázis: 1996 július - 1999 március 1 A II. fázis a tervek demonstrálására szolgál - az űripar vezetése alatt. A költségeket az USA kormánya és a szerzÅ‘dÅ‘ fél állja. A II. fázis felöleli a repülési teszteket, a földi teszteket, a technológiai fejlesztéseket, a megrendelÅ‘k és a költségeket viselÅ‘k fejlesztéseit. 1996 július 1-én megszületett a döntés a II. fázis kivitelezÅ‘jére vonatkozóan, s ez a Lockheed Martin vállalatnak kedvezett. A megvalósítás helyszíneként pedig kijelölték a Kaliforniában található, híres Palmdale-i Skunk Works-t. A hivatalos döntést másnap az alelnök, Al Gore, jelentette be sajtókonferencia keretében. A Lockheed Martin ajánlata egy lineáris rakétahajtóművel felszerelt, függÅ‘leges helyzetbÅ‘l startoló és vízszintesen leszálló hordozóeszközre vonatkozik. A vízszintes leszállás szükségessé teszi a horizontális manÅ‘verezÅ‘képességet és a hasznos teher hasonló módon való elhelyezését. A hasznos teher a hordozóeszköz középsÅ‘ részén egy konténerben kap helyet. Habár a teljesen kifejlesztett űrhajó asztronautákkal repül majd, az űrhajósok sokkal inkább utasok lesznek, mintsem pilóták. A tervezet a "VentureStar" nevet kapta. A Lockheed Martin szerzÅ‘désben vállalta, hogy a II. fázis végrehajtása során megépít egy 53%-os léptékű modellt, mely ugyanazokat a technikai megoldásokat tartalmazza majd, mint a teljes méretű VentureStar. A kicsinyített hordozóeszköz az X-33 ATD (Fejlett-Technológia Demonstrátor) nevet viseli. Az X-33-nak meg kell tennie az elsÅ‘ kísérleti repülését legkésÅ‘bb 1999 március 1-ig. Ezt követÅ‘en 10-15 repülési teszt következik majd 1999 decemberéig bezáróan. III. fázis: 2000-2004 és azt követÅ‘en A III. fázis magában foglalja az űripar vezette és a beruházó által finanszírozott fejlesztéseket, valamint a teljes léptékű VentureStar működtetését. Tartalmazza az újrafelhasználható hordozóeszköz magántársaság által történÅ‘ kifejlesztését és megépítését, valamint kereskedelmi célú működtetését.
A VentureStar A Lockheed Martin már 1965 óta folyamatosan tanulmányozza egy egyfokozatú hordozóeszköz megvalósíthatóságát. Azonban az elkövetkezendÅ‘ években bekövetkezett, a könnyű kompozitanyagok elÅ‘állítása terén létrejött fejlesztések nélkül, még a jelenlegi űrrepülÅ‘gép koncepciójának valóra váltása is csak a "megvalósíthatatlan álmok" kategóriájába tartozott volna. A NASA 1993-ban felhívást tett közzé elképzeléseirÅ‘l egy újrafelhasználható hordozóeszköz kifejlesztésérÅ‘l. Ehhez igazodva a Lockheed összeállított egy több pontból álló kívánságlistát, útmutatásul a saját mérnökei számára. Ez a lista az alábbi pontokat foglalta magába: - A szerkezete és a tömege úgy legyen megtervezve, hogy a hordozóeszköz jól használható legyen a világűrben; - A hordozóeszköz szerkezeti tömege ne haladja meg a teljes tömeg 10%-át (szerkezeti tömeg + hasznos teher + hajtóanyag); - Nagy fajlagos impulzus; - A tömegéhez képest nagy tolóerÅ‘vel rendelkezÅ‘ rakétahajtómű; - Megbízható stabilitás a teljes sebességtartományban és a hajtóművek bármilyen fajta működtetése mellett; http://www.magharakademia.hu
KészÃ-tette a Joomla!
Generálva: 27 June, 2016, 20:38
Maghar Akadémia
- A hÅ‘ingadozásokat elviselÅ‘, a visszatéréskor jelentkezÅ‘ termodinamikai hatásoknak ellenálló, nem túlságosan felmelegedÅ‘, nem sérülékeny, megbízható, újrafelhasználható hÅ‘védÅ‘ pajzs. Az Egyesült Államok által a jövÅ‘ben működtetett újrafelhasználható hordozóeszközzel szemben támasztott igények felbecslése vezetett arra a következtetésre, hogy mintegy 661 felbocsátásra lesz szükség 1998 és 2020 között. Ez volt az alapálláspont a kívánalmak megfogalmazása terén, mely az új hordozóeszköz leendÅ‘ kapacitását meghatározta. A VentureStar képes lesz 4536 kg-os terhet geostacionárius átmeneti pályára felbocsátani. További rakétafokozat használatával növelhetÅ‘ ez az érték. Az alacsony földkörüli pályára állítható hasznos tömeg 226-18144 kg tartományba esik, és 11340 kg hasznos teher juttatható fel a majdan megépítendÅ‘ Nemzetközi Å°rállomáshoz. A VentureStar tervezet
Amikor az Egyesült Államokban legelÅ‘ször kezdtek el foglalkozni az ember világűrbe küldésének lehetÅ‘ségével, már akkor jó néhány mérnök azon az állásponton volt, hogy az űrhajó alakjának egy félbevágott kúpéhoz kell hasonlítania. A különbözÅ‘ tanulmányok bebizonyították, hogy az ilyen alakú test elegendÅ‘ felhajtóerÅ‘t ad az űreszköz számára, így az képes biztonságban levitorlázni az atmoszférán át - már pusztán az alakja és a kiképzése is lehetÅ‘vé teszi ezt számára - szárnyak használata nélkül is. A hasonló módon viselkedÅ‘ formákat "emelÅ‘ testeknek" nevezték. A visszatéréskor jelentkezÅ‘ hÅ‘hatás kivédésére a félkúp alakú szerkezet csúcsát lekerekítették és hÅ‘védÅ‘ pajzzsal látták el. Kisméretű vezérsíkokat szereltek rá, hogy fenntartsák a test körül áramló levegÅ‘ áramlási profilját. Ezek a vezérsíkok nem termelnek felhajtóerÅ‘terÅ‘t. 1960 óta a NASA nyolc különbözÅ‘ repülÅ‘ testet fejlesztett ki és vizsgált meg a gyakorlatban is, összesen 225 repülési teszt során. Valamennyi repülést abban az idÅ‘ben részletesen dokumentáltak. A VentureStar koncepciója visszatér az "emelÅ‘ test" elképzelésekhez, oly módon tesz szert felhajtóerÅ‘re az atmoszférán való átrepülés közben, úgy manÅ‘verezik és úgy száll le vízszintesen, hogy nem rendelkezik szárnyakkal. Modern, kistömegű kompozit-anyagokat használnak a hordozóeszköz megépítésére. A VentureStar alakja a Lockheed cég 1990-es évek elején a Nemzetközi Å°rállomás számára készített - Modern Embertszállító VisszatérÅ‘ Egység - tanulmányából ered. A test delta (ék) formájú, lekerekített orr-résszel, sima széloldali és szélárnyékos felszíni kiképzéssel. A hajtóanyagtartályok olyan szorosan vannak beillesztve amennyire csak lehetséges, a hasznos teher rekesze ezen tartályok közé simul, a szélárnyékos rész felé nyithatóan. A hasznos teher rekesze 5,57 m széles és 13,7 m hosszú. Beépített merevítÅ‘ szerkezetek a folyékony oxigén és a folyékony hidrogén tartálya között elöl, valamint a folyékony hidrogén tartály és a lineáris rakétahajtómű mögött hátul, teszik lehetÅ‘vé a repülés biztonságos végrehajtását, s a hasznos teher visszajuttatását a Földre. Hét lineáris rakétahajtómű-modul integrálódik szorosan a hordozóeszköz farokrészén, szerkezetileg csatlakoztatva az aerodinamikai kormányzásra használt, azonban az atmoszférikus átkelés során felhajtóerÅ‘t nem termelÅ‘ vezérsíkokhoz. Ezek mozgathatók, így oly módon állíthatók be, hogy a visszatéréskor a léglökések a lehetÅ‘ legkisebb felületen érjék Å‘ket, csökkentve a légellenállást. A futóműnek része az oxigén-tartály illesztésénél elhelyezett orrfutó, mely a jármű hosszanti tengelye mentén, a farokrész irányában húzható vissza. A két fÅ‘futót a két hidrogéntartály aljára szerelik fel. Ezeket a hordozóeszköz középvonala felé lehet behajtani. A VentureStar teste tartalmaz egy szorosan illeszkedÅ‘ oxigéntartályt az orr-részben, valamint két barázdált felszínű hidrogéntartályt, melyek az oxigéntartálynál kezdÅ‘dnek, s a hordozóeszköz két oldalán lefutva a lineáris rakétahajtóműveknél végzÅ‘dnek, az űreszköz hátulján. A fÅ‘ szerkezeti elemeket ezek a tartályok hordozzák. Található még egy további hajtóanyagtartály csoport is az orbitális manÅ‘verezÅ‘ rendszer hajtóműveinek táplálására. Ezeket a tartályokat a hasznosteher rekesze alá helyezik el, a lineáris rakétahajtómű rendszer elÅ‘tt. A hengeres alakú, a hordozóeszköz közepe táján elhelyezkedÅ‘ hasznosteher rekesz igazodik az űreszköz tengelyéhez, a leszálláskor a tömegközéppont is erre a részre kerül. A hidrogéntartályok alkotják a hasznosteher rekesz oldalait, a belsÅ‘ tartályrendszer az elejét, a hajtóműrendszer pedig a végét. A hasznosteher rekesznek két, a szélárnyékos oldalra nyíló ajtaja nem tartalmaz szerkezeti elemeket. Standardizált platformelemekre építik fel a hasznos teher berendezéseit a könnyebb kezelhetÅ‘ség érdekében. Aerodinamikai kormányok találhatók a hordozóeszköz alsó és felsÅ‘ részén a vezérsíkokon. Az elhelyezkedésüknek megfelelÅ‘en le és fel, valamint jobbra és balra mozgathatók. Az aerodinamikai kormányok igen sokféle kombinációban állíthatók be, ennek megfelelÅ‘en váltható ki a billentÅ‘, az orsózó és oldalazó mozgás az atmoszférikus áthaladás közben. A repülésirányító rendszer elektronikus központja az oxigéntartály és a hasznosteher rekesz elülsÅ‘ oldala között található. Az összes repülési alrendszer az általa vezérelt berendezésekhez a lehetÅ‘ legközelebb van beépítve (hasznosteher rekesz, futóművek rekesze, stb.), így minimalizálható a repülésirányító rendszer leterheltsége a repülés során. A repülési fázisok irányítása a Lockheed vállalat korábbi, általa tervezett és működtetett, igen nagy sebességi tartományban üzemelÅ‘ repülÅ‘ szerkezetek terén szerzett tapasztalataira épül. A VentureStar, alakja ellenére, a jelenleg üzemelÅ‘ űrrepülÅ‘géphez viszonyítva, kevésbé felmelegedve tér vissza az atmoszférán való átrepülés után. Emiatt lehetÅ‘vé válik fémvegyületek használata a hÅ‘védÅ‘ rendszer megépítésére. A hÅ‘védÅ‘ pajzsnak - a hÅ‘terhelésnek megfelelÅ‘en - három fÅ‘ típusa lesz. A felmelegedésnek leginkább kitett orr-rész nem oxidálódó szén-szén ötvözetbÅ‘l készül majd, A széloldali részt két összetevÅ‘jű fémötvözet védi. A 700 Celsius fokig felmelegedÅ‘ részek Titán-1100 ötvözetbÅ‘l készülnek, a 700-1000 Celsius fokig hevülÅ‘ területeken pedig Inco-167-et alkalmaznak. A hordozóeszköz viszonylag hűvösen maradó szélárnyékos részein a már jelenleg is létezÅ‘ szigetelÅ‘anyagokból vonnak többrétegű borítást. A hÅ‘védÅ‘ pajzs egyes összetevÅ‘it az elsÅ‘dleges szerkezeti elemekhez rögzítik, illetve az elsÅ‘dleges szerkezethez illeszkedÅ rácsozathoz. A rácsozat úgy lesz kialakítva, hogy a repülési profilhoz szorosan nem illeszkedÅ‘ szerkezeti elemeket http://www.magharakademia.hu
KészÃ-tette a Joomla!
Generálva: 27 June, 2016, 20:38
Maghar Akadémia
megfelelÅ‘en burkolva a hordozóeszköz a kívánt aerodinamikai alakot vegye fel. A hajtómű A VentureStar fÅ‘hajtóműve hét modulból álló, szivattyúrendszerrel táplált, lineáris rakétahajtómű, melyet a Rockwell International vállalat rakétahajtóművek fejlesztésével foglalkozó részlege fejlesztett. A hajtómű folyékony oxigént és folyékony hidrogént éget. A lineáris rakétahajtómű nyitott a légkör felé. A levegÅ‘-beáramlás automatikus teljesítményszabályozást tesz lehetÅ‘vé, miközben a hordozóeszköz áthalad az atmoszférán. A megvalósítás végsÅ‘ szakaszában lehetÅ‘vé válik a tervezÅ‘k számára, hogy a VentureStar hátsó részét teljesen kitöltsék rakétahajtóművekkel, anélkül, hogy szükség lenne nehéz hÅ‘védÅ‘ elemek beépítésére. A nagyméretű és nehéz fúvókák elhagyása súlycsökkenést eredményez és egyben "tiszta" légáramlási körülményeket teremt a jármű körül a légkörön való áthaladás közben. A Rockwell már a '60-as évek végén elkezdett dolgozni a lineáris rakétahajtómű tervén, ezt a hajtóművet használták volna eredetileg a jelenleg működtetett űrrepülÅ‘gépeken. A rakétahajtómű egyes elemei modulárisan, egy egyenes mentén helyezkednek el, így áll össze a nagyméretű hajtómű. Ez a hajtómű a legfejlettebb rakétahajtómű koncepció, melyet még sohasem próbáltak ki repülési tesztek alkalmával. Mindegyik modul különálló egység, a modulok közös - 8-10 darab - kis tüzelÅ‘térrel rendelkeznek, valamennyiüket egy osztott turbószivattyú táplál. Az üzemanyagbetöltés egyenletesen szabályozott, végig - a VentureStar hátsó részéig - az égéstér teljes hossza mentén. Mivel nincsenek nagyméretű fúvókák, az égésgázok akadály nélkül tágulhatnak ki a szabadban - a jármű belsejében uralkodó légnyomásnak megfelelÅ‘ mértékben. Alacsony magasságon a kiáramló égésgázok tágulásának mértéke - a külsÅ‘ légnyomás miatt - korlátozott. A magasság növekedésével az égéstér belsÅ‘ nyomása csökken, így a kiáramló égéstermékek tágulásának mértéke, valamint irányultságának szöge, kezd az optimálishoz értékhez közelíteni. Nagy magasságokon a turbószivattyú szerepe válik fontossá az áramlási kép fenntartásában, a szivattyú ráadásul másodlagos tolóerÅ‘t is nyújt. Az emelkedés során bizonyos korrekciós működések válhatnak szükségessé, ezeket az hajtóművet felépítÅ‘ modulok egyes elemei differenciáltan hajtják végre. Ezt úgy érik el, hogy a hajtóműrendszer egységeiben szelepeket helyeznek el a turbószivattyú beáramló nyílása és az égéstér közé. Nem található semmiféle olyan súlyos nyomáskiegyenlítÅ‘ berendezés az áramlások vezérlésére, mint amilyenek a jelenlegi rakétarendszerekben használatosak. Az 1971-72-ben tesztelt lineáris rakétahajtómű 3 méter hosszú és 3 méter széles volt. A belsÅ‘ tere 2,4 méterrÅ‘l 1,8 méterrel keskenyedett a hajtómű hossza mentén a tetejétÅ‘l az aljáig. Összesen 73 statikus tesztet végeztek el, mindösszesen több mint 4000 másodpercig működött maximális teljesítménnyel. Három kísérlet hosszabb volt 500 másodpercnél. A tesztek azt mutatták, hogy a hajtómű 90700 kg tolóerÅ‘t ad tengerszinten, s 115700-at világűri körülmények között, 84 kg/cm tüzelÅ‘térnyomás mellett. A próbák kiváló eredménnyel zárultak. 1996 tavaszán a Rockwell hozzáfogott egy 13 tesztbÅ‘l álló sorozatnak a lineáris rakétahajtómű kísérleti példányával (LARSE). Ezek a tesztek az egy a tízhez méretarányú, a Lockheed "emelÅ‘ testjeihez" képest fele nagyságú, a Lockheed SR-71 "Blackbird" repülÅ‘gépének hátára erÅ‘sített modellel történtek. A lineáris rakétahajtómű a kísérleti repülés közben 317 kg-os tolóerÅ‘t adott le. A teszteket úgy állították össze, hogy megfigyelhessék a hajtómű keltette légörvények viselkedését és a kormányzás hatékonyságát háromszoros hangsebességig. Az X-33 Fejlett-Technológia Demonstrátor Miután a döntés megszületett az új hordozóeszköz kifejlesztésérÅ‘l, a Lockheed Martinnak most már az a feladata, hogy alvállalkozóival együttműködésben bebizonyítsa, hogy a VentureStar tervezet megvalósítható. Ennek egyik fÅ‘ állomása az 53%-os méretarányú modell - jelenleg X-33 Fejlett-Technológia Demonstrátor (ATD) néven ismert - megépítése és tesztelése. Alakja hasonló lesz a késÅ‘bb megépítendÅ‘ VentureStarhoz, az X-33 azonban csak két lineáris rakétahajtóművet használ a szuborbitális magasságra (92 km) való felemelkedéshez és a 15-szörös hangsebesség eléréséhez. Habár az X-33 rendelkezik egy 1,52X3,04 méter nagyságú hasznosteher rekesszel, nem fog semmiféle tudományos terhet szállítani a repülési próbák során. Az X-33 ATD 10-15 kísérletbÅ‘l álló repülésbÅ‘l tesztsorozatot hajt végre 1999 március 1 és 1999 december között, elÅ‘készítve az utat, hogy a teljes méretű VentureStarral megkezdÅ‘dhessenek a repülési próbák a következÅ‘ évszázad elején. Ezek során a tesztek során az X-33 demonstrálja a kulcstechnológiákat, a működtetést, a repülési tervek elkészítését, az irányítást és a vezérlést, a karbantartási és üzemeltetési eljárásokat, az egyfokozatú hordozóeszköz pályára juttatásának és visszatérésének fázisait, a hagyományos kifutópályára történÅ‘ leszállást, valamint a hajtás nélküli visszatérés képességét a kiindulási pontra - egy igen összetett hordozóeszköz által. Miközben jelenleg az amerikai űrrepülÅ‘gép-rendszer készül a Nemzetközi Å°rállomás elemeinek pályára juttatására, az amerikai űripar képviselÅ‘i már a jövÅ‘be tekintenek, az űrrepülÅ‘gép-rendszer felváltására. A Lockheed Martin alelnöke és gyártási igazgatója, Norman R. Augustine, elmondta: "Valamennyien nagyon izgatottak vagyunk a csúcstechnológia alkalmazása jelentette kihívás miatt, és hogy megoldhassuk az üzleti problémákat drámai mértékben csökkentsük a hasznosteher feljuttatásának költségeit a világűrbe. Ez hatalmas lehetÅ‘ség és egyben óriási esély, hogy forradalmasítsuk az űrszállítást, és Amerika űrszállító kapacitását egy új korszakba vezessük."
A különbözÅ‘ hordozórendszerek összehasonlítása http://www.magharakademia.hu
KészÃ-tette a Joomla!
Generálva: 27 June, 2016, 20:38
Maghar Akadémia
A rendszer neve:
Å°rsikló
VentureStar
X-33
Hosszúság:
56 m
39 m
20.7 m
Szélesség:
23.7 m
39 m
20.7 m
Teljes tömeg:
2041,2 t
991.5 t
123.8 t
Üzemanyag:
http://www.magharakademia.hu
KészÃ-tette a Joomla!
Generálva: 27 June, 2016, 20:38
Maghar Akadémia
Folyékony hidrogén és oxigén + szilárd gyorsítórakéták
Folyékony hidrogén és oxigén
Folyékony hidrogén és oxigén
Az üzemanyag tömege:
1725 t
875 t
95.7 t
Üres tömeg:
269,4 t
89,3 t
28,7 t
Hajtómű:
2 SRB + 3 SSME Bells
Lineáris rakétahajtómű
Lineáris rakétahajtómű
TolóerÅ‘ a start pillanatában:
2903 t
1365,3 t
185,9 t
http://www.magharakademia.hu
KészÃ-tette a Joomla!
Generálva: 27 June, 2016, 20:38
Maghar Akadémia
Maximális sebesség:
Orbitális pálya
Orbitális pálya
Mach 15+
Hasznos teher 185 km/28,5 fokra
23.1 t
26.7 t
-
Rakodótér méret:
4,57 X 18,2 m
4,57 X 13,7 m
1,52 X 3,04 m
Lockheed Martin Fordítás: Aranyi László Forrás: John Catchpole: VentureStar, Spaceflight 1997, Február
http://www.magharakademia.hu
KészÃ-tette a Joomla!
Generálva: 27 June, 2016, 20:38
