Cómo Funciona El Ez-Rocket

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Conozca la tecnología detrás del ez-rocket y vea cómo xcor planea expandirse en el futuro con rocket racing league y xerus.

Ir al espacio es costoso, de hecho, alrededor de $ 10,000 por libra. Así que hasta hace poco, solo los gobiernos podían permitirse ir al espacio. Pero en 2004, la nave espacial comercial SpaceShipOne realizó dos vuelos suborbitales al espacio exterior, ganando el Premio Ansari X de $ 10 millones. SpaceShipOne cayó desde un avión entre aproximadamente 46,000 a 48,000 pies, encendió su motor de cohete, viajó a 150,000 pies, volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra y se deslizó a un aterrizaje. Pero, ¿puede una nave comercial comercial despegar por sí misma desde el suelo, viajar al espacio exterior y aterrizar nuevamente en una pista? Ese es el objetivo de XCOR Aerospace, y comienza con el EZ-Rocket.

En este artículo, conoceremos la tecnología detrás del EZ-Rocket y veremos cómo XCOR planea expandir esta tecnología en el futuro.

Fundamentos EZ-Rocket

El EZ-Rocket es el primer avión cohete de fabricación privada y volado, y sirve como banco de pruebas para las nuevas tecnologías. XCOR Aerospace diseñó el EZ-Rocket, que modificó desde el avión Long-EZ de Bert Rutan. El Long-EZ es un kit de avión fabricado en casa fabricado por Rutan's Aircraft Factory. Es un ala fija. avion canard, lo que significa que su plano de cola está delante de sus alas en lugar de detrás de ellas. Esto le da al avión buenas características de deslizamiento, lo que lo hace ideal para un avión cohete.

Cómo funciona el EZ-Rocket: funciona

Un Rutan Long-EZ 160 con su plano posterior delante del piloto.

Las modificaciones del EZ-Rocket incluyen lo siguiente:

  • Dos motores de cohete de combustible líquido para reemplazar el motor de la hélice del avión en la parte trasera
  • Un tanque de combustible presurizado debajo, lleno de alcohol isopropílico (alcohol de fricción)
  • Dos tanques de aluminio (con aislamiento de espuma de poliestireno) en la parte trasera que sostienen el oxidante, oxígeno líquido

Cómo funciona el EZ-Rocket: cómo

Componentes principales de EZ-Rocket

Rutan agregó el tanque de combustible externo porque los tanques Long-EZ originales no fueron diseñados para contener alcohol o soportar altas presiones. Agregó los tanques de oxígeno porque los motores de cohetes deben llevar su propio suministro de oxígeno (los motores de los aviones obtienen su oxígeno de la atmósfera).

Cómo funciona el EZ-Rocket: para

Motores EZ-Rocket y tanques de oxígeno.

Cada motor de cohete en el EZ-Rocket produce 400 libras de empuje o fuerza (cada uno Transbordador espacial del motor principal, o SSME, produce alrededor de 375,000 libras de empuje). Los motores de cohetes no necesitan producir la enorme cantidad de fuerza que hace el transbordador espacial porque no tienen que levantar tanta masa como lo hace el transbordador espacial. Al igual que los motores del transbordador espacial, los motores de EZ-Rocket son enfriado regenerativamente. Esto significa que el combustible líquido frío se bombea alrededor de las cámaras de combustión para eliminar el exceso de calor y evitar que se derritan. El EZ-Rocket transporta suficiente combustible para solo 3.5 minutos de tiempo de combustión del cohete.

Veremos exactamente cómo funciona el EZ-Rocket a continuación.

El combustible y el oxidante

La elección de oxígeno líquido y alcohol (o LOX / alcohol) como oxidante y combustible para el EZ-Rocket tiene varias ventajas. Tiene un impulso específico de 250 a 270 segundos (impulso específico son las unidades de empuje por las unidades de propelente consumidas en el tiempo). En contraste, la combinación de hidrógeno líquido / oxígeno líquido de la lanzadera tiene un impulso específico de 453 segundos. Cuanto más largo es el tiempo de impulso, más eficiente es el combustible y más rápido puede ir el cohete. Además, este tipo de motor no necesita un enfriamiento criogénico extenso tanto para el combustible como para el oxidante. Esto hace que almacenar y reabastecer de combustible el EZ-Rocket sea más rápido y eficiente.

Cómo funciona

El EZ-Rocket en el despegue

El EZ-Rocket en el despegue

Cuando el piloto (generalmente el hermano de Bert Rutan, Dick) arranca el EZ-Rocket, el alcohol fluye bajo la presión del tanque de combustible al motor de cohete. Una bomba de pistón bombea el oxígeno líquido al motor. XCOR tuvo que diseñar una bomba única porque las bombas turbo usadas en otros motores de cohetes son demasiado grandes. Luego, un encendedor eléctrico enciende el combustible y el oxidante. Empieza la combustión. y los gases calientes salen de la boquilla del cohete por la parte trasera, generando el empuje. Con los dos motores en funcionamiento (que generan 800 libras de empuje), se necesitan 20 segundos y 1650 pies (500 metros) de pista para despegar.

El EZ-Rocket despega, vuela y aterriza como un avión convencional, con algunas excepciones:

  • El motor de cohete arde durante unos dos minutos para alcanzar los 195 nudos (Mach 0.4). Las aeronaves convencionales del mismo tamaño y tipo (Long-EZ) no pueden alcanzar estas velocidades, solo las aeronaves de reacción pueden hacerlo.
  • El avión cohete sube a 10,000 pies por minuto (52 metros por segundo).
  • Puede alcanzar una altitud máxima de casi dos millas (10,000 pies, o aproximadamente 3 kilómetros).
  • Durante el vuelo, el piloto puede encender y apagar el motor del cohete para hacer ajustes, como alinearse en la pista de aterrizaje.
  • Cuando el combustible se agota, el avión cohete se desliza hacia un aterrizaje en la pista. La mayoría de los aviones aterrizan bajo el poder.

En una prueba, el piloto realizó una maniobra de touch-and-go - aterrizó en la pista sin electricidad, rodó varios cientos de pies, volvió a encender el motor del cohete y volvió a despegar. El EZ-Rocket ha realizado con éxito 15 vuelos y una serie de pruebas, que incluyen maniobras táctiles y una maniobra de aborto en vuelo. También ha demostrado sus habilidades en espectáculos aéreos, incluida la Exposición Rocket Racing X-Cup 2005 en Nuevo México.

Cómo funciona el EZ-Rocket: cómo

Una prueba de fuego del motor LOX / alcohol del EZ-Rocket. La serie de anillos en el penacho son diamantes de choque o discos Mach, que se producen cuando la presión del penacho de escape es menor que la presión atmosférica.

Si bien el EZ-Rocket se construyó en el fuselaje Long-EZ, nunca fue diseñado para uso personal, solo como un banco de pruebas para nuevas tecnologías. Pero al igual que cualquier aeronave o nave espacial, debe haber características de seguridad incorporadas para satisfacer las necesidades de emergencia más frecuentes, como un incendio en el motor o una falla del motor. El EZ-Rocket tiene un sensor de fuego ultravioleta en el compartimiento del motor conectado al panel de instrumentos, que alerta al piloto de cualquier incendio en el motor. Dos botellas grandes de helio presurizado en la bahía se utilizan como extintores cuando el piloto lanza un interruptor en el panel de instrumentos. Cada motor tiene sus propios sistemas de control y se puede encender y apagar de forma independiente (el EZ-Rocket puede subir en un motor). Cada motor también tiene un escudo contra explosiones hecho de Kevlar y un sensor de quemado que señala al piloto cuando se acaba el combustible.

Si es necesario, el piloto puede despresurizar ambos tanques de combustible y ventilar el alcohol y / o el oxígeno líquido a la atmósfera. También puede apagar el combustible de ambos motores si hay un incendio o si un motor no se apaga. Las válvulas principales y el encendedor están conectados para evitar que los gases se acumulen en la cámara de combustión y se enciendan inadvertidamente, y las válvulas propulsoras están conectadas entre sí para coordinar la distribución de la válvula. El toldo puede abrirse rápidamente y el piloto tiene un paracaídas en caso de que tenga que salir del EZ-Rocket.

XCOR probó con éxito muchas de estas características de seguridad en la maniobra de aborto en vuelo. Ahora la compañía se basa en el éxito del EZ-Rocket con dos nuevos proyectos. Aprenderemos sobre esto en la siguiente sección.

Rocket Racers y Xerus

Un póster para Leading Edge Rocket Racing, el primer equipo de la Rocket Racing League.

Un póster para Leading Edge Rocket Racing, el primer equipo de la Rocket Racing League.

El EZ-Rocket ha realizado sus últimos vuelos probando nuevas tecnologías de aviones cohete. XCOR Aerospace ahora está avanzando hacia dos nuevos proyectos: el desarrollo de cohetes y una nave espacial suborbital.

Rocket Racers

El Dr. Peter Diamandis, fundador del Ansari X-Prize, ha establecido el Rocket Racing League (RRL) con Granger Whitelaw, dos veces campeón de Indianapolis 500. Diamandis y Whitelaw prevén una amplia cobertura televisiva y un gran número de espectadores como los de NASCAR. Los Rocket Racers competirán en todo el mundo en eventos independientes, en una pista de 5000 pies de alto y dos millas de largo. Los fanáticos verán los aviones volar a través de un curso virtual creado por Sportvision (la misma compañía que creó la línea "1 y 10" en los campos de fútbol). La temporada culminará en una carrera por el campeonato por una bolsa de $ 2 millones en la X Prize Cup, un evento anual que se lleva a cabo en Las Cruces, Nuevo México.

Rocket Racing League provocará el desarrollo de nuevas tecnologías de compañías privadas e inspirará a nuevas generaciones de científicos de cohetes. Se realizaron demostraciones de pruebas de carreras de cohetes en la X-Prize Cup de 2005. En enero de 2006, la Rocket Racing League anunció un concurso para que los fanáticos nombraran al primer Mark-1 X-Racer. El premio incluye un pase VIP de un año para todos los eventos de la Rocket Racing League. El ganador se anunciará en octubre de 2006, cuando el Mark-1 X-Racer se revele al público por primera vez.

Cómo funciona el EZ-Rocket: funciona

Representación artística de una sede de la Rocket Racing League

Cómo funciona el EZ-Rocket: para

El vehículo de desarrollo Mark-1 X-Racer

Xerus: el siguiente paso de XCOR

El próximo proyecto de XCOR Aerospace es la creación de un plano espacial suborbital, Xerus. Han identificado tres mercados que podrían beneficiarse de un vehículo de lanzamiento barato y reutilizable:

  • Turismo espacial - A muchas personas les gustaría experimentar la gravedad cero y el espacio exterior, pero no pueden costear una órbita de $ 20 millones. Un vuelo suborbital le daría a los pasajeros tres minutos de ingravidez a una altura de 60 millas (100 km).
  • Carga útil suborbital - Actualmente, el transbordador espacial o los cohetes de sondeo realizan muchos experimentos científicos a pequeña escala que no necesariamente tienen que estar en órbita. Algunos de estos experimentos son secundarios a la misión del transbordador y pueden ser golpeados desde un vuelo. Con el Xerus, podrían haber dedicado misiones.
  • Lanzamiento de microsatélites. - El Xerus podría servir como la primera etapa para entregar satélites pequeños con una carga útil pequeña. El vehículo de lanzamiento transportaría el satélite en un escenario de cohetes más pequeño, lo liberaría y dejaría que ese cohete dispara el microsatélite a la órbita. Esto sería menos costoso que usar cohetes de múltiples etapas dedicados o el transbordador espacial.

Cómo funciona el EZ-Rocket: cómo

Representación artística del Xerus.

Xerus utilizará varios motores principales para alcanzar una altitud de 100 millas (unos 65 km), y luego costará 130 millas (unos 100 km). Alcanzará una velocidad máxima de Mach 4, aproximadamente 10 veces más rápido que el EZ-Rocket, y despegará y aterrizará como un avión convencional. Una vez fuera de la atmósfera, la nave utilizará propulsores de cohetes de 50 libras para maniobrar (controles de actitud). Xerus utilizará tecnología de cohetes de combustible líquido como la desarrollada y probada en EZ-Rocket. También utilizará bombas de pistón tanto para el combustible como para el oxidante (EZ-Rocket solo usa una para el oxidante). XCOR está desarrollando esta tecnología para la NASA y el Departamento de Defensa.

Cómo funciona el EZ-Rocket: funciona

Representación artística del Xerus lanzando una pequeña carga útil

Una vez que XCOR termina el diseño de Xerus, planea un programa de 20 vuelos de prueba.

Para obtener mucha más información sobre el EZ-Rocket, la Rocket Racing League, Xerus y temas relacionados, echa un vistazo a los enlaces en la página siguiente.

Pasados ​​cohetes

Los alemanes desarrollaron aviones cohetes, el Lippisch Ente y el Messerschmitt Me 163 Bs y C, junto con los motores a reacción durante la Segunda Guerra Mundial. Estos aviones alcanzaron velocidades de 600 millas por hora (966 km / h), justo por debajo de la velocidad del sonido. La Unión Soviética también experimentó con aviones cohete, y los japoneses incluso desarrollaron un bombardero Kamikaze propulsado por cohete.

Después de la Segunda Guerra Mundial, los aviones cohetes se utilizaron experimentalmente para probar el rendimiento de los aviones a velocidades hipersónicas. En oct.14, 1947, Chuck Yeager fue el primero en romper la barrera del sonido en el avión cohete Bell X-1.

Quizás el avión cohete más famoso fue el X-15 de la NASA. El X-15 fue construido para investigar la aerodinámica, la estabilidad, los controles de vuelo, el calentamiento y los efectos fisiológicos del vuelo de alta velocidad y altitud. Hizo 199 vuelos entre junio de 1959 y octubre de 1968 y estableció registros de altitud (354,200 pies, o 67 millas) y velocidad (4520 mph, o Mach 6.7) para vuelo pilotado, hipersónico. La información del programa fue útil para desarrollar los programas Mercury, Gemini, Apollo y Space Shuttle.

Gracias

Gracias a Charles Scott Williams por su ayuda con este artículo.


Suplemento De Vídeo: 2002 Jul 11: XCOR EZ-Rocket Test Flight #13 -- Ground View.




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