En el pasado, los viajes espaciales solo han sido posibles con el respaldo de enormes programas espaciales gubernamentales bien financiados. Pero los creadores de SpaceShipOne, la primera nave espacial no gubernamental tripulada, se ha propuesto cambiar eso.
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El barco ya es un éxito en un nivel: el 4 de octubre de 2004 ganó los $ 10 millones. Premio Ansari X. La competencia desafió a los diseñadores independientes a poner a salvo a tres personas en el espacio dos veces en dos semanas con una nave espacial reutilizable.
Sin embargo, este premio no fue la motivación principal para el desarrollo de SpaceShipOne. Los creadores de la nave espacial imaginan un mundo donde el viaje espacial es un próspero negocio comercial que atiende a cualquiera que tenga el deseo de aventurarse a las estrellas.
Si bien eso puede sonar descabellado, considere que Charles Lindbergh El histórico vuelo en solitario de 1927 de Nueva York a París ganó los $ 25,000. Premio Orteig. Y fue el exitoso vuelo de Lindbergh lo que marcó el comienzo de la moderna industria de las aerolíneas. Así que, años a partir de ahora, cuando Turismo espacial Es tan común como un viaje a Disney World, podemos mirar hacia atrás en SpaceShipOne como la empresa que convirtió una página en la historia.
Como funcionan las cosas aprendí sobre SpaceShipOne de Mateo Gionta, ingeniero jefe de la empresa que lo construyó - Composites a escala. En este artículo, Matthew nos cuenta cómo funciona SpaceShipOne y cómo es volar en esta nave espacial. También veremos los detalles del diseño, el sistema de propulsión y el programa espacial de financiación privada que lo generó todo.
La historia está hecha!
En 21 de junio de 2004SpaceShipOne se convirtió en el primer avión de propiedad privada en ingresar al espacio. El piloto de pruebas Michael Melvill llevó a SpaceShipOne a una altitud de 62.5 millas (100 km) sobre la superficie de la Tierra. Volar a esta altitud oficialmente hace de Melvill un astronauta.
SpaceShipOne y White Knight despegaron a las 9:45 EST, y SpaceShipOne fue liberado de White Knight a aproximadamente 50,000 pies. Después de unos pocos segundos de caída libre, Melvill disparó el motor de cohete híbrido de SpaceShipOne durante 80 segundos, impulsándolo al espacio durante tres minutos. SpaceShipOne aterrizó de manera segura poco más de una hora después de que despegó.
Comencemos en el corazón de la cuestión: ¿cómo funciona la artesanía? Lea como Matthew Gionta describe lo que sucederá en este histórico vuelo paso a paso.
HSW: Entonces, ¿cómo funciona SpaceShipOne?
Mateo Gionta: SpaceShipOne se cuelga debajo del vientre de la Caballero blanco Aviones, dos aviones que hemos desarrollado desde cero aquí. El White Knight es un avión con motor turbofan que transporta el SpaceShipOne hasta 45 a 50,000 pies para que podamos comenzar nuestro vuelo espacial desde una posición relativamente alta en la atmósfera donde el aire ya es bastante escaso. Ya pasamos por cerca del 85 por ciento de la atmósfera de la Tierra cuando bajamos 45,000 pies. El aire está muy enrarecido a esa altitud, por lo que es un buen lugar para comenzar. Desde allí, bajamos la nave espacial de White Knight y se desliza durante 10 segundos mientras el piloto se pone en marcha, hace que todo el avión esté listo, listo para el lanzamiento de cohetes y él dispara, y el motor de cohete híbrido en el SpaceShipOne acelera El piloto en aproximadamente dos o tres veces la gravedad normal. Acelera aproximadamente a dos veces la gravedad normal hacia adelante y el piloto comienza inmediatamente una maniobra de retirada a aproximadamente la vertical, va casi en línea recta hacia arriba.
Y la nave continúa acelerando yendo en línea recta por un poco más de un minuto. No damos los números exactos, entonces alguien puede hacer ingeniería inversa.
Así que vamos aproximadamente un minuto hacia arriba y nos quemamos unos 150,000 pies, aproximadamente. El motor deja de arder en ese punto, pero ahora el barco se está moviendo más de 2,000 millas por hora, en línea recta, y por eso avanza. Desde allí, sube aproximadamente 150,000 pies aproximadamente, hasta que alcanza apogeo [el punto en el que SpaceShipOne está más alejado de la Tierra]. Justo antes de que alcance el apogeo, el piloto acciona otro interruptor que acciona algunos actuadores neumáticos: toma la cola del avión y la mitad trasera del ala y un poco [los hace]... como una navaja es probablemente la manera de pensar de eso
La aeronave tiene un cuchillo, y eso es posicionar la nave, o reconfigurar la nave, para la reentrada atmosférica que está a punto de experimentar. Y así aún tienes eso mientras él está subiendo, y así comienza y eso toma aproximadamente 15 segundos para esa pluma, como lo llamaremos, la mitad posterior de la nave sube unos 65 grados. Y luego pasa por el apogeo todo el tiempo que experimenta bastante cerca de cero g, es muy cercano a cero g [ingravidez], desde el agotamiento hasta el apogeo.
Y luego comienza a caer de nuevo, y cae, cae de la misma manera. parabólico o balístico Trayectoria que haría si fuera solo una roca. Si alguien arrojara una piedra allí, sería el mismo tipo de parábola. Está en una trayectoria balística y no puede hacer mucho al respecto. Si la embarcación comienza a caer de nuevo en la atmósfera, aumentando la velocidad, alcanza casi la velocidad cero en la parte superior y aumenta cada vez más la velocidad.Y a medida que comienza a caer en el aire más grueso y más grueso, esta embarcación con cuchillo y cuchillo presenta toda su barriga, al igual que una panza que fluye directamente hacia la corriente de aire para otorgarse una gran área de sección transversal que está tratando de conducir a través del aire para desacelerarlo
Configuración de aterrizajeY eso lo ralentiza. El piloto experimenta entre aproximadamente 5 o 6 g de desaceleración cuando regresa a la atmósfera. Y desciende a unos 50,000 pies o más, tal vez 60,000 pies, donde gira el interruptor para convertirlo nuevamente en un avión normal con una cola y rastrearlo donde se supone que debe estar. Y se zambulle fuera de esa maniobra y comienza a volar de nuevo como un avión, como un planeador. Él es un planeador en ese punto.
Y luego se desliza desde allí otro... alrededor de 10 a 15 minutos de regreso al aeropuerto desde el cual salimos, aquí en Mojave.
En la siguiente sección, le preguntamos a Matthew cómo es viajar en SpaceShipOne.
SpaceShipOne está diseñado para llevar un piloto y dos pasajeros a espacio suborbitario. En nuestra conversación con Matthew Gionta, preguntamos qué podría esperar un pasajero de un viaje en SpaceShipOne.
HSW: ¿Podría explicar a nuestros lectores cómo sería viajar en SpaceShipOne?
M. GIONTA: Es la montaña rusa más salvaje en la que haya subido, y quizás le esté robando una cita a mi jefe [Burt Rutan], pero creo que tiene una buena caracterización de eso. Si tuviera que describir la aceleración subiendo... tienes la gravedad tirando de ti. Hay 1 g de aceleración, pero en realidad estás moviéndote verticalmente a dos o más g. El piloto siente alrededor de 3 g - globos oculares, como lo llamamos; tu espalda siente tres veces el peso de todo tu cuerpo, y por lo tanto, una aceleración bastante fuerte aumenta. Cuando el motor se apaga, ahora hay resistencia en el vehículo pero no hay empuje, así que avanza en los cinturones de seguridad hasta que lo retienen en el espacio; de lo contrario, estarías volando por la ventana delantera y por la parte delantera de la nave. Así que estás suspendido en tus cinturones de seguridad en ese momento, y eso es por aproximadamente 5 segundos, y luego caes en el asiento. Y en ese punto, la g está disminuyendo continuamente hasta llegar a cero g, y tienes aproximadamente 4 minutos de ingravidez cuando pasas por encima, luego regresas, y mientras estás arriba, la vista es espectacular.
Algunas de las vistas que has visto de la Tierra desde satélites de órbita terrestre baja o incluso desde el transbordador espacial en algunas de sus altitudes más bajas son esencialmente la misma vista que obtienes por la ventana de esta nave. Y tenemos algunos metraje espectacular en nuestra página web…
... [Así que] tienes unos minutos de ingravidez antes de volver a la atmósfera. Es un ruido fuerte, retumbante, tembloroso, un montón de g, alcanzando un máximo de quizás 6 g. Y es bastante difícil mantenerse consciente en ese momento, pero puedes hacerlo si estás en muy buena forma y te has entrenado para ello. Y luego, vuelas fuera de eso como un planeador, y es solo un paseo en planeador pacífico. Tienes más de 15 minutos para visitar cuando regresas, y te das cuenta de que acabas de ir al espacio. Te has ganado tus alas de astronauta... Esa es la altitud para calificarte como astronauta.
HSW: Guau.
M. GIONTA: Mira, es bastante genial. Creemos que hay muchas personas ricas que estarían dispuestas a pagar la cantidad de dinero que creemos que va a costar, para ir a dar un paseo.
HSW: Y luego, la idea, por supuesto, es hacer que esto sea más rentable hasta que...
M. GIONTA: Sí, ¿quién sabe dónde se extiende esto? Tal vez se extienda al turismo espacial orbital, ¿verdad? Creo que es una progresión lógica. Sería bueno tomarse unas pequeñas vacaciones en el espacio, ¿no crees?
En la siguiente sección, veremos el diseño de la nave White Knight que ayuda a SpaceShipOne en su viaje.
Como aprendimos de Matthew, SpaceShipOne no puede hacer un viaje a las estrellas solo. Requiere la ayuda de un buque de transporte llamado Caballero blanco. Uno de los mayores gastos y peligros en los viajes espaciales proviene del lanzamiento de una nave espacial desde tierra. Solo el costo del combustible necesario para un lanzamiento en tierra es extraordinario. Para agilizar el proceso, SpaceShipOne se lanza desde el vientre de White Knight a una altitud de alrededor de 50,000 pies.
El caballero blanco, que hizo su debut en abril de 2003, es un avión de investigación de turborreactores gemelos a gran altura. Su trabajo principal es servir como plataforma aérea para lanzar SpaceShipOne al espacio.
White Knight despega como un avión desde una pista de aterrizaje normal, con SpaceShipOne pegada a su vientre. Las dos naves vuelan juntas bajo el poder del Caballero Blanco a una altitud predeterminada. Entonces White Knight libera SpaceShipOne y se aleja. Una vez fuera de White Knight, SpaceShipOne comienza su viaje hacia el espacio suborbitario.
En aras de la eficiencia, White Knight también cumple una segunda función muy importante. El White Knight está diseñado con exactamente la misma cabina, aviónica, sistema de control electrónico, neumática, servos de ajuste, sistema de datos y sistema eléctrico que SpaceShipOne. Eso hace que White Knight sea perfecto para pilotos de entrenamiento para volar SpaceShipOne.
Para agregar realismo adicional al entrenamiento piloto de SpaceShipOne, el White Knight fue diseñado con una alta relación de empuje a peso y poderosos frenos de velocidad. Estas características ayudan a simular maniobras de vuelo espacial.
Como un avión, White Knight es un arte notable por sí solo.Según Scaled Composites, el diseño único de White Knight también lo hace muy adecuado para el "reconocimiento, vigilancia, investigación atmosférica, transmisión de datos, telecomunicaciones, imágenes y lanzamiento de refuerzo para micro-satélites".
En la siguiente sección, echaremos un vistazo a la nave SpaceShipOne.
Resultados de la prueba
Para ver los resúmenes de las pruebas de White Knight, consulte los resúmenes de las pruebas de vuelo de White Knight.
X-15A
SpaceShipOne
SpaceShipOne se sienta en la rampa de su tren de aterrizaje.Si bien White Knight es un avión impresionante, no hay duda de quién es la estrella del espectáculo: SpaceShipOne.
SpaceShipOne es descrito por Scaled Composites como un "cohete de investigación de alta altitud de tres lugares, diseñado para vuelos suborbitales a 100 km de altitud". Quizás una de las cosas más sorprendentes de SpaceShipOne es el hecho de que se transforma en tres configuraciones diferentes durante el transcurso de su vuelo. Estas configuraciones ponen a SpaceShipOne en la forma ideal para el impulso, la entrada y el aterrizaje. (Consulte la sección anterior ¿Cómo funciona SpaceShipOne? Para obtener imágenes de las tres configuraciones). Aunque técnicamente es una nave espacial, pasa la mayor parte del tiempo en la atmósfera de la Tierra durante el transcurso de su vuelo. La configuración que más se destaca es la configuración de "pluma".
Según SpaceShipOne: Riding a White Knight to Space:
SpaceShipOne se lanza verticalmente al espacio desde lo alto de la atmósfera. Una vez que alcanza la parte superior del arco creado por su cohete, pierde impulso y vuelve a caer a la Tierra. Para ralentizar su descenso, SpaceShipOne se transforma en una configuración que expone la mayor área de superficie al flujo de aire. Esto crea un tremendo arrastre y ralentiza la nave mientras cae.
Esa es solo la punta del iceberg en cuanto a la innovación incorporada en SpaceShipOne.
Características de SpaceShipOne:
En la siguiente sección, analizaremos el exclusivo motor de cohete que lanza SpaceShipOne al espacio.
Gionta explica:
SpaceShipOne usa lo que Scaled llama un motor híbrido. Esto se debe a que el motor ha combinado elementos de motores de cohetes sólidos y líquidos (ver Cómo funcionan los motores de cohetes). Esto lo convierte en un motor único capaz de acelerar SpaceShipOne al doble de la velocidad del sonido. Pero el combustible que se quema para hacer esto es aún más interesante.
Todos los tipos de combustible para cohetes se componen de dos componentes: el combustible y el oxidante. Al agregar una gran ráfaga de calor al combustible, al introducir el oxidante, obtienes un resultado explosivo sostenido que impulsará una nave al espacio. En el combustible sólido para cohetes, el oxidante está incrustado en el combustible; en un sistema líquido, los dos componentes se almacenan por separado en la nave y se combinan durante la ignición. El problema con este último sistema es que los combustibles tradicionales y los oxidantes son costosos y peligrosos de almacenar. Para reducir tanto el costo como el riesgo, SpaceShipOne es impulsado por una mezcla de polibutadieno terminado en hidroxi (goma del neumático) y Óxido nitroso (gas de la risa). El caucho actúa como el combustible y el gas de la risa como el oxidante.
Las propiedades inherentes del gas de risa ayudan a ahorrar unos cuantos dólares más en el proyecto. El óxido nitroso se presuriza a temperatura ambiente. Esto hace que no sea necesario equipar a SpaceShipOne con un complicado sistema de bombas y tuberías para combinar el oxidante con el combustible durante el vuelo.
En la siguiente sección, entraremos en SpaceShipOne.
Comparación
Para darte una idea de la diferencia en velocidad entre SpaceShipOne y White Knight: SpaceShipOne puede lanzarse al espacio, pasar tres minutos allí, caer en picado a la tierra e ir a un aterrizaje en la pista de aterrizaje antes de que White Knight incluso comience a acercarse para aterrizar.
Resultados de la prueba
Para ver los registros de prueba del motor, vea Pruebas de tierra del motor de cohete.
El interior de SpaceShipOne es una cabina pequeña, de 60 pulgadas (152 cm) de diámetro, a través de la cual se accede por la nariz de la nave. El puesto de pilotaje es hermético. recipiente de presión. La cabina presurizada crea un diferencial de presión entre la cabina y el casi vacío del espacio suborbital. Esta presión interna que empuja la estructura de la embarcación permite que la estructura soporte las grandes fuerzas que actúan sobre ella durante la reentrada.
La cabina está equipada con sellos duales, y toda la estructura está rodeada por una segunda concha digna de espacio. Cada una de las muchas ventanas de SpaceShipOne es un vidrio especial de doble panel, y cada panel solo puede soportar la presión y la fuerza de vuelo. Esta duplicación asegura que si alguna de las ventanas se rompiera, los pasajeros todavía estarían a salvo.
El aire dentro de la cabina se hace respirable por un sistema de tres partes. Las botellas de oxígeno añaden aire respirable a una velocidad constante. El dióxido de carbono exhalado se elimina de la cabina mediante un sistema de absorción, y la humedad se controla mediante un absorbente adicional creado para eliminar el vapor de agua del aire. Durante todo el vuelo, la cabina se mantiene cómoda, fresca y seca.
Todo este sistema crea lo que Scaled llama un "entorno de manga de camisa". Los pasajeros no necesitan usar trajes espaciales dentro de SpaceShipOne gracias al diseño de su cabina.
Para discutir los controles únicos de SpaceShipOne, recurrimos al ingeniero jefe Matthew Gionta:
En la siguiente sección, discutiremos algunos de los desafíos de crear SpaceShipOne.
Crear un tipo de nave espacial totalmente nuevo desde cero viene con su propio conjunto de desafíos. El ingeniero jefe Gionta se adentra en algunos de los obstáculos que enfrentó el equipo de Scaled al crear SpaceShipOne.
"Muchos desafíos técnicos", dice Gionta para resumir la experiencia. Él continúa:
El diseño de una embarcación capaz de viajar a mayor velocidad que la velocidad del sonido tiene características y requisitos únicos. Los diseñadores deben prestar especial atención al rendimiento, la aerodinámica, las características de carga, la estabilidad y el control de un barco que está destinado a viajar a Velocidades sonoras y supersónicas..
El equipo necesario para crear y probar una nave de este tipo no es exactamente una tecnología comercial. Y ese equipo vino a las ningún precio pequeño. Gionta explica:
En muchos casos, el equipo de Scaled tuvo que crear las herramientas y características necesarias para hacer que SpaceShipOne funcione. Como ejemplo, Gionta explicó cómo se reinventó. sistema de control de reacción En las obras de SpaceShipOne:
Desafíos adicionales vinieron en forma de lanzamiento aéreo una nave espacial:
En la siguiente sección, veremos el programa espacial de financiación privada que está produciendo SpaceShipOne: Tier One.
Hablar de retos...
Todo este rocketeering tenía que tener la bendición del Gobierno Federal de los Estados Unidos. El 1 de abril de 2004, la Oficina de Transporte Espacial Comercial de la Administración Federal de Aviación emitió la primera licencia para un vuelo de cohetes tripulados suborbitales a Scaled Composites LLC.
CEO de Scaled Composites Burt Rutan y cofundador de Microsoft Paul G. Allen están encabezando el esfuerzo para demostrar que los viajes espaciales comerciales, seguros y económicos son posibles. Este esfuerzo se ha concretado en la forma del programa espacial en ciernes financiado con fondos privados, conocido como Nivel uno.
Rutan es conocido por muchos logros en el campo de la ingeniería aeronáutica. Entre ellos se encuentra su diseño de la aeronave. Viajero. Voyager fue el primer avión en volar alrededor de la Tierra sin repostar. Como líder del equipo, Rutan se ha comprometido a demostrar que el Nivel Uno es un programa espacial viable mediante la construcción de un barco que puede llevar a las personas al espacio suborbitario. Allen se compromete a proporcionar los fondos, los recursos y el apoyo necesarios para realizar el trabajo. Juntos, los dos se han convertido en la cara de la unidad para los viajes espaciales comerciales.
La creencia de Allen en el proyecto y en quienes trabajan en él es evidente:
Rutan y su equipo de Scaled Composites están construyendo este programa espacial desde cero. En solo unos años y con menos de 30 personas, el programa Tier One ha producido algunos de los diseños más innovadores de la industria.
Justo antes del aterrizaje a 90 mph (145 kph), SpaceShipOne regresa a la pista.Burt Rutan dijo esto sobre la historia y la dirección del Nivel Uno:
Para obtener más información sobre SpaceShipOne y otras naves espaciales, echa un vistazo a los enlaces en la página siguiente.
Composites a escala
LLC fue fundada en 1982 por Burt Rutan. Desde su ubicación en el aeropuerto de Mojave en California, diseña todo tipo de aviones experimentales y vehículos de lanzamiento espacial. Tier One es solo uno de los programas en curso en Scaled.
Curriculum Vitae: Burt Rutan
- 1965 - 1972: Ingeniero de proyectos de pruebas de vuelo para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.
- 1972 - 1974: Director de Bede Aircraft en Newton, Kansas
- 1974: Funda la fábrica de aviones Rutan para desarrollar aviones ligeros y material educativo técnico.
- 1982: Founds Scaled comp
Es hora de lanzamiento para el primer vuelo espacial con financiación privada. En el curso de la batalla por el premio x, un grupo llamado scaled composites ha construido y probado spaceshipone, una nave espacial suborbital destinada a transportar a los turistas en el viaje de su vida. Aprende todo sobre el oficio.