Lockheed Martin X-33

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X-33

Representación artística del X-33 en órbita.
Función	Demostrador de tecnología de avión espacial reutilizable sin tripulación
Fabricante	Lockheed Martin
País natal	Estados Unidos
Costo del proyecto	922 millones de dólares de la NASA + 357 millones de dólares de Lockheed Martin [1]
Tamaño
Altura	20 m (66 pies) [2]
Masa	129.000 kg (285.000 libras) [2]
Etapas	1
Historial de lanzamiento
Estado	Cancelado
Detalles del motor
Desarrollado por	2 aerospikes lineales XRS-2200 [1]
Empuje máximo	1.800 kN (410.000 lbf) [1]
Propulsor	Oxígeno líquido / LH2
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El Lockheed Martin X-33 fue un avión espacial suborbital de demostración de tecnología no tripulado y de escala reducida que se desarrolló durante un período en la década de 1990. El X-33 fue un demostrador de tecnología para el avión espacial orbital VentureStar , que se planeó para ser 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 los vehículos de lanzamiento reutilizables de una sola etapa a órbita (SSTO RLV), como sistemas de protección térmica metálicos , tanques de combustible criogénicos compuestos para hidrógeno líquido , el motor aerospike , control de vuelo autónomo (sin tripulación), tiempos de respuesta de vuelo rápidos a través de operaciones optimizadas y la aerodinámica de su cuerpo sustentador . ^[3]

Las fallas en su envergadura de 21 metros y en su tanque de combustible multilobulado de material compuesto durante las pruebas de presión finalmente llevaron a la retirada del apoyo federal al programa a principios de 2001. Lockheed Martin ha llevado a cabo pruebas no relacionadas y ha tenido un solo éxito después de una serie de fracasos tan recientemente como en 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 adjudicó a Lockheed Martin un contrato de fase II para desarrollar el X-33 como vehículo de demostración. ^[5] Al mismo tiempo, Orbital Sciences recibió un contrato para desarrollar el X-34 , un vehículo de investigación hipersónico lanzado desde el aire. ^[5]

Los objetivos del programa RLV fueron: ^[5]

• "Demostrar tecnologías que conduzcan a una nueva generación de cohetes espaciales capaces de transportar cargas útiles a un coste significativamente menor"
• "Proporcionar una base tecnológica para el desarrollo de sistemas avanzados de lanzamiento comercial que harán que los fabricantes aeroespaciales estadounidenses sean más competitivos en el mercado global".

Se gastaron 1.000 millones de dólares durante 1999, de los cuales aproximadamente el 80 por ciento provino de la NASA y más dinero 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 y operativo, estuviera volando en 2006. ^[5]

... construir un vehículo que tarde días, no meses, en dar la vuelta; que requiera decenas, no miles, de personas para operarlo; con costos de lanzamiento que son una décima parte de lo que son ahora. Nuestro objetivo es un vehículo de lanzamiento reutilizable que reducirá el costo de poner en órbita una libra de carga útil de 10.000 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 estaba completa al 100% ^[7] cuando el programa fue cancelado por la NASA en 2001, después de una larga serie de dificultades técnicas que incluyeron inestabilidad de vuelo y exceso de peso .

En particular, el tanque de combustible de hidrógeno líquido compuesto falló durante las pruebas en noviembre de 1999. El tanque estaba construido con paredes y estructuras internas de material compuesto en forma de panal para reducir su peso. Se necesitaba un tanque más ligero para que la nave demostrara las tecnologías necesarias para operaciones de una sola etapa a órbita. La fracción de masa de una nave SSTO propulsada por 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 baja de la Tierra sin la necesidad de los 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 abastecimiento de combustible, la NASA llegó a la conclusión de que la tecnología de la época simplemente no era lo suficientemente avanzada para un diseño de ese tipo. Si bien las paredes del tanque compuesto en sí mismas eran más ligeras, la forma del tanque de hidrógeno necesaria para encajar dentro de la línea de moldeo aerodinámico resultó en juntas complejas que aumentaron la masa total del tanque compuesto por encima de la de un tanque basado en 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. Debido a los cambios en el negocio de los lanzamientos espaciales, incluidos los desafíos que enfrentan empresas como Globalstar , Teledesic e Iridium y la caída resultante 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 requerida ]}

En 2004, Northrop Grumman construyó y probó con éxito un tanque criogénico de hidrógeno compuesto cilíndrico simple como parte del trabajo inicial para el programa Constellation . ^[9]

Mediante el uso de la forma del cuerpo sustentador, tanques de combustible líquido multilobulados compuestos y el motor aerospike, la NASA y Lockheed Martin esperaban probar en vuelo una nave que demostraría la viabilidad de un diseño de una sola etapa a órbita (SSTO). Una nave espacial capaz de alcanzar la órbita en una sola etapa no requeriría tanques de combustible externos o propulsores para alcanzar la órbita baja terrestre . Eliminar la necesidad de "puesta en escena" con vehículos de lanzamiento, como con el transbordador y los cohetes Apollo, conduciría a un vehículo de lanzamiento espacial inherentemente 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 percances de cada 1000 lanzamientos, lo que sería un orden de magnitud más confiable que el transbordador espacial . Los 15 vuelos experimentales planeados del X-33 solo podrían comenzar esta evaluación estadística.

La nave no tripulada habría sido lanzada verticalmente desde una instalación especialmente diseñada construida en la Base Aérea Edwards, ^[7] y habría aterrizado horizontalmente ( VTHL ) en una pista al final de su misión. Los vuelos de prueba suborbitales iniciales estaban planeados desde la Base Aérea Edwards hasta Dugway Proving Grounds al suroeste de Salt Lake City, Utah .

Una vez completados esos vuelos de prueba, se realizarían más pruebas de vuelo desde la Base de la Fuerza Aérea Edwards hasta la Base de la Fuerza Aérea Malmstrom en Great Falls, Montana , para recopilar datos más completos sobre el calentamiento de la aeronave y el rendimiento del motor a velocidades y altitudes más altas. ^{[ cita requerida ]}

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 por sobre los conceptos de la competencia 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 DC-XA de despegue y aterrizaje verticales ( VTVL ) . ^{[ cita requerida ]}

El X-33 no tripulado estaba programado para volar 15 saltos suborbitales a casi 75,8 km de altitud. ^[10] Debía ser lanzado en posición vertical como un cohete y en lugar de tener una trayectoria de vuelo recta, volaría en diagonal hacia arriba durante la mitad del vuelo, alcanzando altitudes extremadamente altas, y luego, durante el resto del vuelo, planearía de regreso a una pista.

El X-33 nunca estuvo previsto para volar a una altitud superior a los 100 km ni a una velocidad superior a la mitad de la velocidad orbital. Si se hubieran realizado pruebas exitosas, habría sido necesario extrapolar los resultados para aplicarlos 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, "Acceso al espacio" 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 la justificación comercial para un RLV SSTO 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 buscaría en la industria privada la operación del vehículo de lanzamiento reutilizable y la NASA compraría los servicios de lanzamiento al proveedor de lanzamiento comercial. Por lo tanto, el X-33 no solo tenía como objetivo perfeccionar las tecnologías de vuelo espacial, sino también demostrar con éxito la tecnología necesaria para hacer posible un vehículo de lanzamiento comercial reutilizable. ^{[ cita requerida ]}

El VentureStar iba a ser el primer avión comercial en volar al espacio. El VentureStar estaba pensado para vuelos intercontinentales de larga distancia y se suponía que entraría en servicio en 2012, pero este proyecto nunca se financió ni se inició. ^{[ cita requerida ]}

Características generales

• Longitud: 69 pies (21 m)
• Ancho: 77 pies (23 m)
• Peso máximo de despegue: 285.000 lb (129.274 kg)
• Capacidad de combustible: 210.000 lb (95.000 kg)
• Planta motriz: 2 motores de cohete aerospike lineales XRS-2200 , 410.000 lbf (1.800 kN) de empuje cada uno

Actuación

• Velocidad máxima: 9.896 mph (15.926 km/h, 8.599 kn)
• Velocidad máxima: Mach 13

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 viables para los 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 para recargas de combustible repetidas y ciclos de lanzamiento simulados. ^[14] Northrop Grumman concluyó que estas pruebas exitosas han permitido el desarrollo y el refinamiento de nuevos procesos de fabricación que permitirán a la empresa construir grandes tanques compuestos sin un autoclave ; y el diseño y desarrollo de ingeniería de tanques de combustible conformados apropiados para su uso en un vehículo de una sola etapa a órbita. ^[15]

Cinco empresas manifestaron interés y propusieron conceptos. De ellas, se seleccionaron a Lockheed Martin, Rockwell y McDonnell Douglas para elaborar propuestas más detalladas. ^[16]

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 planeó utilizar seis motores Rocketdyne RS-2100. ^{[18] : 49}

McDonnell Douglas presentó un diseño que utilizaba motores de campana de oxígeno líquido/hidrógeno basado en su vehículo de prueba DC-XA de despegue y aterrizaje vertical . ^[6] Habría utilizado un solo SSME para el sistema de propulsión principal. ^{[18] : 47  [19]}

https://www.youtube.com/watch?v=

• Vuelo simulado del X-33 en YouTube
• X-33 (Historia), EE. UU.: NASA, archivado del original el 1 de mayo de 2021 , consultado el 11 de septiembre de 2007.
• "X-33", aviones X, Federación de Científicos Americanos.
• Estado del programa del vehículo de lanzamiento reutilizable X-33 (PDF) , EE. UU.: GAO, agosto de 1999, archivado desde el original (PDF) el 8 de febrero de 2012 , consultado el 11 de septiembre de 2007.
• Cancelación del X-33 (nota de prensa), NASA, 1 de marzo de 2001, archivado desde el original el 13 de diciembre de 2015.
• Complejo de lanzamiento X-33 (Área 1-54) (PDF) , WP AFB: Fuerza aérea, archivado desde el original (PDF) el 5 de junio de 2011