Масштабированные композиты первого уровня - Scaled Composites Tier One

Космический корабль и Белый рыцарь

Tier One был Scaled Composites 1990 - е-2004 "программа суборбитальных полетов человека в космос с помощью многоразового космического корабля SpaceShipOne и своей пусковой White Knight . Корабль был разработан Бертом Рутаном , и проект был профинансирован Полом Алленом на 20 миллионов долларов США . В 2004 году он совершил первый частный полет человека в космос и получил премию Ansari X Prize в размере 10 миллионов долларов США за первый неправительственный пилотируемый космический корабль многоразового использования.

Целью проекта было разработать технологию недорогого обычного доступа в космос. SpaceShipOne сам по себе не предназначался для перевозки платных пассажиров, но предполагалось, что будут коммерческие дополнительные проекты, первоначально в сфере космического туризма . Компания Mojave Aerospace Ventures была создана для управления коммерческой эксплуатацией технологии. Сделка с Virgin Galactic может привести к обычному космическому туризму в конце 2010-х с использованием космических кораблей, основанных на технологии Tier One.

дизайн

Компоненты программы

Концепция дизайна Tier One заключалась в запуске в воздух пилотируемого космического корабля с тремя людьми, который поднимается на высоту чуть более 100 км (62 миль) с помощью гибридного ракетного двигателя, а затем скользит к земле и приземляется горизонтально. Scaled Composites перечисляет следующие компоненты программы:

Управление полетами

В дополнение к офисному центру управления полетами, Tier One имеет мобильный центр управления полетами. Это относительно небольшой, встроенный в большой дорожный грузовик. На нем есть логотип Scaled Composites, но нет других явных указаний на его связь с Tier One. Автомобиль выполняет ряд вспомогательных функций:

Этот центр управления используется для поддержки как наземных испытаний ракетных двигателей, так и всех летных испытаний White Knight и SpaceShipOne. Его основная функция заключается в мониторинге и записи данных испытаний, и для этого он оснащен компьютерами и средствами радиосвязи. Дисплеи авионики SpaceShipOne дублируются в системе управления полетом. Данные телеметрии поступают в систему обработки данных (DRS), которая автоматически направляет радиоантенны на отслеживаемый корабль. Дальность действия системы телеметрии составляет около 280 км (170 миль).

Центр управления оборудован для связи с офисами Scaled Composites, а также с самолетами и космическими кораблями.

Центр управления поддерживает атмосферу с контролируемой температурой для своего персонала и может быть подключен для обеспечения контроля температуры в каютах White Knight и SpaceShipOne. Физическая структура управления полетами также обеспечивает более легкий доступ в кабину White Knight.

Доставка закиси азота

В отличие от твердого топлива, окислитель закиси азота обрабатывается как массовый товар и закачивается в бак окислителя космического корабля в полевых условиях. Поэтому у Tier One есть мобильная система доставки закиси азота, которую они называют МОНОДЫ (мобильная система доставки закиси азота).

MONODS построен на открытом трейлере, который можно перевозить по дороге обычным способом. Он состоит в основном из резервуара 6,5 м 3 (230 куб. Футов), блока контроля температуры и генератора для питания блока контроля температуры. Закись азота хранится при комнатной температуре под давлением 4,8 МПа (700 фунтов на кв. Дюйм).

MONODS заправляется коммерческим поставщиком, который использует танкеры объемом 50 м 3 (1800 куб футов) и доставляет закись азота при температуре около -17  ° C (1 ° F) и давлении 2 МПа (290 фунтов на кв. Дюйм). MONODS нагревает закись азота до комнатной температуры, увеличивая ее давление.

Испытание двигательной установки

Tier One имеет мобильный стенд для испытания тяги, известный как испытательный стенд прицепа (TST). Преимущество его мобильности заключается в том, что все монтажные и измерительные работы могут выполняться в ангаре, поэтому на полигоне все, что нужно сделать, - это заполнить бак окислителя (из МОНООДОВ) и провести стрельбу.

Испытательный стенд воспроизводит основные конструктивные элементы космического корабля. Он имеет бак окислителя и связанные с ним детали, идентичные используемым в полете. Это означает, что испытание двигателя также автоматически выполняет соответствующие испытания конструкции космического корабля на вибрацию , нагрузку и нагрев. Кабина экипажа, однако, не повторяется.

Для наземных испытаний тяги используется сопло ракеты с коэффициентом расширения 10: 1, в отличие от сопла 25: 1, используемого на высоте во время реального полета.

Испытательный стенд оснащен приборами для регистрации не только тяги, но и бокового усилия, температуры и деформации, испытываемой компонентами. Данные записываются на компьютер в бункере на полигоне. Компьютер сбора данных управляется дистанционно из центра управления полетом.

Симулятор полета

Тренажер SpaceShipOne состоит из программы тренажера и кабины пилота.

Программа имитатора полета предназначена для точного моделирования поведения SpaceShipOne при любых обстоятельствах и на всех этапах полета. Вместо того, чтобы иметь модель общего поведения SpaceShipOne в полете, он использует вычислительную гидродинамику для моделирования воздуха вокруг корабля. Он рассчитывает аэродинамические и другие силы, действующие на аппарат, с учетом положения его управляющих поверхностей. Это моделирование основано на компьютерном моделировании, которое использовалось в процессе проектирования и уточнялось с использованием данных летных испытаний. Это дает очень точное изображение поведения аппарата даже в непредвиденных режимах полета. (Это один из первых современных самолетов, спроектированных без испытаний в аэродинамической трубе .)

Кабины реплика на статической основе, и поэтому не может точно воспроизводить equilibrioceptive и инерционные аспектов полета. Тем не менее, White Knight может работать как высокоточный симулятор подвижной базы. Кабина тренажера является точной копией кабины SpaceShipOne, включая его авионику . Имитируется система пилот плюс авионика, а не только пилот. Программа имитатора полета управляет входами датчиков, которые используются авионикой, а также управляет двенадцатью компьютерами с дисплеем, которые используют коммерческое графическое программное обеспечение для генерации изображений с высоким разрешением внешнего вида для пилота. Эти виды отображаются на одиннадцати мониторах и одном проекционном экране. Обратная связь по усилию ручки не моделируется в реальном времени.

Имитация полета на земле используется не только для обучения пилотов. Он также используется для обучения наземного персонала, разработки процедур и тестирования программного и аппаратного обеспечения авионики .

История и статус

Согласно Scaled Composites, концепция программы возникла в апреле 1996 года, предварительная разработка началась в 1999 году, а полная разработка началась в апреле 2001 года. Первоначально это держалось в секрете, даже после того, как Белый Рыцарь впервые полетел 1 августа 2002 года. объявлено общественности 18 апреля 2003 года, когда была готова программа летных испытаний SpaceShipOne . Его первое летное испытание SpaceShipOne flight 01C состоялось 20 мая 2003 года.

После нескольких месяцев глиссадных испытаний 17 декабря 2003 года был осуществлен первый полет с двигателем, SpaceShipOne, полет 11P. Затем последовали дальнейшие испытания с двигателем, достигшие увеличения высоты, завершившиеся 21 июня 2004 года первым частным пилотируемым космическим полетом SpaceShipOne flight 15P . Затем последовали соревновательные полеты Ansari X Prize . Рейс SpaceShipOne 16P 29 сентября 2004 г. и рейс 17P SpaceShipOne 4 октября 2004 г. были успешными соревновательными полетами и выиграли приз X Prize.

Программа Tier One, проводимая Scaled Composites, завершилась после выхода SpaceShipOne на пенсию и стала преемницей для клиента Virgin Galactic .

Финансирование

Затраты на разработку, строительство и эксплуатацию Tier One, хотя и не обнародованы, оцениваются в диапазоне от 20 до 30 миллионов долларов США , что примерно в два-три раза превышает стоимость награды Ansari X Prize . Единственным спонсором, изначально секретным, оказался Пол Аллен , соучредитель Microsoft и 48-й самый богатый человек в мире. Разоблачение 17 декабря 2003 года, в тот же день, что и первые летные испытания программы, последовало за слухами о причастности Аллена.

Некоторые комментаторы проводят сравнения между относительной невысокой стоимостью программы Tier One и высокой стоимостью программы Space Shuttle , хотя технологические трудности этих двух программ совершенно разные. SpaceShipOne, поскольку он летает суборбитально, не должен достигать высоких скоростей космического челнока ( 3 Маха против 25 Маха) или такой же высоты (100 км (62 мили) на суборбитальной орбите против 400 км (250 миль) на орбите). . SpaceShipOne также не несет того же экипажа (3 человека против 7) или полезной нагрузки (незначительно против 25 тонн) и выполняет гораздо более короткие полеты (несколько минут против нескольких дней). Программа SpaceShipOne - это техническое достижение, больше похожее на X-15, чем на Shuttle.

Сравнение программы SpaceShipOne с поправкой на инфляцию с бюджетом X-15 показывает, что стоимость программы Tier One составляет 1/100 от стоимости программы X-15, хотя три самолета X-15 выполнили почти 200 испытательных полетов за все свои испытания. программа, обычно исследующая гиперзвуковой полет между 4-7 машинами. Лишь несколько десятков полетов X-15 были направлены на достижение пиковых высот, а не на достижение максимальной скорости, хотя только два полета когда-либо достигали высот, близких к высоте, достигнутой SpaceShipOne. С другой стороны, проект Tier One также оплатил строительство базового корабля White Knight в рамках своего бюджета, в то время как НАСА почти бесплатно использовало ранее существовавший бомбардировщик ВВС США B-52, модифицированный для проведения испытаний на падение экспериментальных самолетов многих типов ( в настоящее время используется для запусков PegasusXL).

Гласность

Первоначально Tier One разрабатывался тайно, как и политика Scaled Composites в отношении новых программ. 18 апреля 2003 года программа была публично объявлена, и SpaceShipOne и White Knight были продемонстрированы средствам массовой информации на презентации, в которой приняли участие от 550 до 600 человек. Интерес СМИ был настолько сильным, что то, что планировалось как День семьи и друзей 24 апреля 2003 г., превратилось во второй день СМИ.

Scaled Composites снова привлекла внимание общественности, заранее объявив о последнем испытательном полете SpaceShipOne, полет 15P , который должен был стать первым космическим полетом программы. Около 11000 человек отправились на космодром Мохаве, чтобы посмотреть полет, который также транслировался по телевидению . Полет проходил как авиашоу , где и основной корабль, и самолеты-преследователи взлетали и приземлялись на глазах у толпы, а после успешного испытания совершали праздничные облеты. Полет оказался не только техническим, но и популярным, вызвав большой интерес общественности к космическим полетам.

Будущее

Во время интервью для документального фильма « Черное небо: гонка за космос» Рутан заявил, что первый уровень будет охватывать суборбитальные полеты, второй уровень будет охватывать орбитальные полеты, а третий уровень будет охватывать полеты за пределы орбиты Земли (включая полеты на Луну и другие планеты). . В том же документальном фильме он продемонстрировал дизайн орбитального корабля на основе SpaceShipOne, у которого в корме корабля была установлена ​​ракета, примерно в два раза превышающая длину SpaceShipOne.

Коммерческие аспекты

Основная статья: Mojave Aerospace Ventures

Заявленная цель программы Tier One - продемонстрировать суборбитальные полеты человека в космос с низкими затратами. До того, как Берт Рутан начал рассматривать этот проект, на пути к доступным суборбитальным космическим полетам стояло три основных препятствия:

  • опасность и стоимость жидкого моторного топлива (они взрываются);
  • неуправляемость твердотопливных ракетных двигателей (не отключаются);
  • трудности с возвращением, не сгорая в атмосфере.

Сам Tier One не предназначен для перевозки платных пассажиров, и для этого потребуются разрешения правительства США. Это технологический испытательный стенд, и прямо предполагается, что технология, разработанная в этой программе, позже будет использоваться в коммерческих космических полетах. С этой целью Аллен и Рутан создали компанию Mojave Aerospace Ventures , которая владеет интеллектуальной собственностью проекта и управляет всем ее коммерческим использованием.

Первоначально Scaled Composites выражала надежду, что примерно к 2013 году представители общественности смогут совершить суборбитальный полет примерно по цене роскошного круиза. 25 сентября 2004 г. была заключена сделка с Virgin Galactic о разработке корабля Virgin SpaceShip на основе увеличенной версии SpaceShipOne. Эти космические корабли будут строить The Spaceship Company .

использованная литература

внешние ссылки