A magánűrrepülésé a jövő

A magánűrrepülésé a jövő

A Szojuz ellenfelei lesznek az új űrdíj résztvevői

2004. november 12. 08:05, péntekA Space Ship One sikeres próbarepülést hajtott végre

2003. december 21. 18:06, vasárnap

Az első magáncég által kifejlesztett, ember vezette rakétahajtású repülőgép végrehajtotta első próbarepülését a kaliforniai Mojave sivatag felett. A Space Ship One (SS1) egyben az első ilyen repülőgép, ami átlépte a hangsebességet, a próbaút során óránkénti 1490 kilométeres csúcssebességet érve el.

A repülés, ami pontosan 100 évvel a Wright fivérek történelmi első repülése után zajlott igen nagy lépésnek számít a magán űrrepülés ösztönzésére kiírt 10 millió dolláros X-díj elnyeréséért folytatott küzdelemben. Az SS1-et a Scaled Composites fejlesztette ki, melyet a híres repülőgép úttörő, Burt Rutan neve fémjelez. A repülés négyhónapnyi meghajtás nélküli zuhanási és leszállási tesztsorozatot koronázott meg. A megfigyelők véleménye szerint az SS1 repülése a Wright testvérekéhez hasonlóan egy új fejezet kezdetét jelentheti az előttünk álló évszázadban. 

Középen Paul Allen, a Microsoft társalapítója és a projekt fő támogatója épp kezet ráz Brian Binnie tesztpilótával, jobbszélen pedig a Scaled Composites alapítója, Burt Rutan áll

"A Wrightokhoz hasonlóan a Scaled Composites új szintre emelte a repülést, és mindezt kormányzati támogatás nélkül érte el" - mondta Rick Tumlinson, a Space Frontier Alapítvány vezetője. A teljes mértékben újrahasznosítható rendszer két járműből áll. Az egyik egy turbojet meghajtású szállítógép, a White Knight, ami a másik egységet, az SS1-et emeli körülbelül 15.000 méteres magasságba, ahol leválva a White Knightról begyújtja újszerű hibrid rakéta hajtóművét.

Az SS1 tesztpilótája Brian Binnie volt, míg a szállítógépet Peter Siebold kormányozta. A leválás pillanatában a két gép 0,55 Mach sebességgel mozgott. Ezután Binnie 60 fokos szögben felhúzta az SS1 orrát, és 15 másodpercre begyújtotta a rakétát. Ez óránkénti 1490 kilométeres sebességre, azaz 1,2 Machra gyorsította fel a gépet, elérve a 20.700 méteres magasságot. Ilyen magasságokban nem járt rakétahajtású repülőgép az X-15 hatvanas évekbeli próbarepülései óta. Végül az SS1 12 perc múlva siklórepülésben tért vissza a kifutópályára. A repülés alatt nem volt semmilyen probléma, a gép kerekei azonban landoláskor részben összecsuklottak és az egyik szárnyvég súrolta a kifutópálya betonját, kisebb sérüléseket okozva a gépen. 

A SpaceShipOne-t rakétái 68000 láb magasba emelték

Az X-díj elnyeréséhez a gépnek 100.000 méteres magasságot kell elérnie három fővel a fedélzetén, majd két héten belül meg kell ismételnie ugyanezt a mutatványt. Rutan és munkatársai az elkövetkező hónapokban tovább folytatják óvatos közeledésüket a fenti értékekhez, minden egyes repüléssel egy kicsit magasabbra merészkedve. 

Peter Diamandis az X-díj elnöke a New Scientist magazinnak elmondta, a versenybe benevezett 27 csapat közül a Scaled Composites az első, mely emberi próbarepülést hajtott végre. Egy magán finanszírozású rakétával embert reptetni egyértelműen az egyik legnagyobb próbatétel az X-díj felé vezető úton, hangsúlyozta Diamandis. Innentől a sebességre és a szerkezet túlhevülésére kell majd összpontosítaniuk. "Legalább három csapat halad szorosan a nyomukban" - tette hozzá Diamandis. "Nincs kétségem afelől, hogy egy éven belül győztest hirdethetünk."

Ha valaki Burt Rutan nyomdokaiba kíván lépni, és el szeretné hódítani a következő nagy űrtrófeát, akkor egy olyan űreszközt kell építenie, ami nem kevesebb, mint öt ember szállítását teszi lehetővé 400 kilométeres magasságba, ahol két teljes kört kell leírnia földkörüli pályán, majd ezt a tettet 60 napon belül újra meg kell ismételnie.

Míg az első repülésen elegendő csupán demonstrálni a gép öt személyt szállító képességét, a második repülésre már mindenképpen öt hús-vér embert kell felültetni a fedélzetre. És még valami: mindezt 2010 január 10-ig kell véghez vinni. A fentiek csupán némi mazsolázgatást nyújtanak az 50 millió dolláros Amerika Űrdíja elnevezésű verseny terjedelmes szabálykönyvéből, amit a nevadaiBigelow Aerospace indított el, immár hivatalosan is. Célja, akárcsak az X-díj esetében, az alacsony földkörüli pályán kivitelezett űrturizmus fejlesztése.

A versenyben induló űreszköz nem kevesebb, mint 80 százalékának kell újrahasznosíthatónak lennie, illetve képesnek kell lennie a Bigelow Aerospace felfújható űr-lakóegységeivel való összekapcsolódásra és akár hathónapnyi bedokkolt állapotú közös keringésre is. A Bigelow Aerospace által felajánlott pénzösszeg fő törekvése az orosz Szojuz űrhajó utasszállító monopóliumának megtörése. "Szeretnénk alternatívát teremteni azon kellemetlen helyzet megoldására, amibe országunk került a Szojuzok kapcsán" - mondta Robert Bigelow, a Bigelow Aerospace vezetője a Space.com-nak és a Space Newsnak adott exkluzív interjújában. 

A kifejlesztendő űrrepülők célja a Bigelow gyártotta űrállomások kiszolgálása

Bigelow szerint a NASA ki van téve a Szojuzok, illetve az őket gyártó Oroszország kényének-kedvének. "Két évvel ezelőtt nyugodt voltam, mivel az oroszokkal folytatott tárgyalásaink szerint annyi Szojuzt vehettünk volna, amennyire szükségünk van. Az elmúlt két évben azonban a dolgok drámai fordulatot vettek" - mondta Bigelow. A NASA a Columbia katasztrófa óta kétségbeesetten kapaszkodik a Szojuzokba, ami oda vezetett, hogy a magánszektor képtelen megfizetni a felsrófolt árakat. A NASA-nak nincs választása, tette hozzá. "Szükségük van a Szojuzra, és ez csak rosszabbodhat az űrsiklók végleges kivonásával" - mondta Bigelow.

Végső esetben a privát cégek megpróbálhatnak fej-fej mellett ringbe szállni a NASA-val a Szojuz űrhajók megvásárlásáért, viszont egy állami és egy magán költségvetés között igen nagy különbségek vannak. "Számunkra ez kivitelezhetetlen, ezért idehaza kell szétnéznünk. Bár valószínűleg idővel a kínaiak is fel fogják ajánlani Sencsu űrhajóikat a magánszektor számára, ám jó ideig erre sem látok esélyt" - magyarázta. 

A Nemzetközi Űrállomás sorsa most az orosz Szojuzoktól függ

Az amerikai fejlesztésű és gyártású ember szállítására alkalmas jármű elindítása érdekében a Bigelow Aerospace 50 milliót ajánlott fel Amerika Űrdíjába, amit kizárólag a fent említett cég, Bigelow számos vállalkozásainak egyike áll. "Reméltük hogy a NASA is részt vesz a díj kiírásában, azonban különböző okokból ez meghiúsult. Ezért az eredeti 50-50 százalékos teherviselés helyett a Bigelow Aerospace fogja viselni a teljes 50 millió dolláros ráfordítást" - mondta.

A díj - amint arról neve is árulkodik - megköveteli, hogy a nevezők az Egyesült Államokban éljenek, vagy ott üzleti érdekeltséggel rendelkezzenek. Bármely kormánytól kapott bármilyen támogatás szintén kizáró oknak számít, kivéve a kormányok által működtetett kísérleti létesítmények igénybevételét, ezt nem tiltják a szabályok. A vállalkozó szelleműek első lépésként megkapják a Bigelow Aerospace szabálykönyvét, ami részletesen, indoklásokkal együtt tartalmazza az összes szabályt és követelményt. 

A Bigelow Aerospace által gyártott S-1A modell 15 méter hosszú, átmérője 7 méter. A cég elképzelései szerint ilyen felfújható szerkezetekből rakják össze az űrállomásokat

Az 50 milliós nyeremény mellett a cég fenntart egy 200 millió dolláros szerződést egy általa kiválasztott géppel történő hat repülésre. "Ez olyasvalaki is lehet, aki nem a díj győztese, esetleg később szállt be, de nekünk jobban tetszik az architektúrája, mint a győztesé" - mondta Bigelow. Amennyiben az első hat repülés sikeresnek bizonyul, a Bigelow Aerospace kész további 800 milliós szerződést aláírni 4 és fél éves időtartamú együttműködésre, ami 24 repülést jelent.

A felfújható űrállomás belseje

Az 1999 áprilisában alakult Bigelow Aerospace asztronautákat is bérelni fog, valamint az orosz Csillagvároshoz hasonlóan kiképzi "űrújoncait". Mindezt már a NASA közreműködésével kívánja elérni. A vállalkozás weboldala szerint a cég nagy szerepet kíván vállalni "az űrállomások magántulajdonlását és használatát jelenleg övező, erősen lekorlátozott környezet megváltoztatásában".

Bigelow szerint nem lesz könnyű feladat az Amerika Űrdíja szabályainak megfelelő orbitális űrhajó megépítése. "Kétségtelen hogy az elkövetkező öt esztendő mindenkinek - nekünk és a nevezőknek is - jókora kihívást jelent majd" - mondta Bigelow. Bush elnök újra választása azt jelentheti, hogy véghezviszi a Holdra és a Marsra irányuló űrtervezetét, azaz a NASA fokozatosan elszakad az alacsony földkörüli pályától. "Ez azért fontos, mert a magán szektornak soha nem volt meg a saját helye az űrben, leszámítva a műholdakat. A NASA által szabadon hagyott terület rengeteg új lehetőséget nyithat meg számunkra" - magyarázta. 

Nyilvánosságra hozták a magánűrrepülés hibáit

2004. június 24. 12:49, csütörtök

Az első magán űrrepülés nem volt olyan sima, mint az kívülről látszott, több hiba lépett fel a repülés során, melyekből egyesek katasztrófához is vezethettek volna.

A fentieket maga Burt Rutan, a SpaceShipOne tervezője hozta nyilvánosságra, aki cégével hétfőn már magáénak mondhatta a világ első magán finanszírozású űrrepülését. Rutan bejelentette, amíg nem tudják pontosan megállapítani milyen hibák történtek a repülés során, addig nem próbálkoznak meg a 10 millió dolláros Ansari X-díj eléréséhez szükséges dupla repüléssel. 

A SpaceShipOne hordozója, a White Knight alján

Szerencsére a hibák nem hiúsították meg a sikeres repülést, azonban a pilóta, Mike Melvill elmondása szerint az űrrepülő tájékozódását irányító rendszer részleges meghibásodása - ha egy kicsivel korábban következik be a repülés alatt - katasztrofális következményekhez vezethetett volna. A probléma a rakéta begyújtásának 70. másodpercében alakult ki, amikor Melvill elérte a világűrt. "Amikor elhagytam a légkört már nem volt semmilyen magassági vezérlésem" - nyilatkozott Melvill a riportereknek. "Ha ez korábban történik, akkor nem sikerült volna a repülés, és önök is szomorúan ülnének most itt."

Bár ez volt a legsúlyosabb anomália, nem ez volt az egyetlen izzasztó pillanata az idős tesztpilótának. A rakétahajtómű beindításakor hangos robajt hallott maga mögött. A csapat szerint ezt az aerodinamikai terhelés okozta, mely a hajtómű körül összegyűrt egy kompozit anyagból készült burkolatdarabot. Mindazonáltal Dick Rutan, Burt testvére szerint - aki maga is jó nevű tesztpilóta - a burkolatnak a gép veszélyeztetése nélkül teljesen le kellett válnia. 

Az első magánűrrepülőt folyamatosan más gépek kisérték

Melvill első ijesztő pillanata akkor érkezett el, amikor bekapcsolta a hibrid rakétahajtóművet. A gép hirtelen 90 fokban jobbra billent, majd amint újra szintbe állította 90 fokkal jobbra fordult. "Készen álltam a gomb megnyomására, hogy kikapcsoljam a hajtóművet és félbeszakítsam a repülést, azonban a gép stabil maradt" - mondta Melvill, aki így folytatni tudta az emelkedést a 100 kilométeres határ felé és hivatalosan is asztronautává vált. Ez a probléma úgy tűnik nincs összefüggésben a magasság vezérlés később felmerült problémájával. 

Melvill 25 éves kísérleti gépek repülésével szerzett tapasztalata ellenére úgy nyilatkozott, hogy a rakéta-repülőgép rendeltetésszerű működése önmagában is elég ijesztő volt, miközben gyorsabban és magasabbra jutott bármely más magán építésű repülőgépnél. "A SpaceShipOne gyorsabban száguldott, mint egy M-16-osból kilőtt lövedék, körülbelül óránkénti 2400 kilométeres, azaz 3,2 Mach sebességgel" - mondta Rutan. Visszatérésekor úgy zuhant alá, mint egy tollaslabda, szinte egyenesen, miközben a gép mellett elszáguldó levegő hurrikánszerű hangot adott, emlékszik vissza Melvill. "A robajló hang igen ijesztővé tette a visszatérést" - mondta. "Végig hallható volt hogyan csapkodja a járművet." 

Mike Melvill pilóta a SpaceShipOne tetején

Amíg az anomáliák pontos okait meg nem állapítják, addig nem kísérleteznek az X-díj elhódításával. "Kizárt dolog, hogy újra felszálljunk az okok megismerése és a problémák kijavítása nélkül" - mondta Rutan.

Talán még idén kicsúcsosodhat az új űrverseny

2003. május 11. 12:37, vasárnap

Az űrsikló tragédiájától magukat nem zavartatva több mint 20 privát társaság versenyez a kereskedelmi űrrepülés első lépésének megtételéért.
Burt Rutan szerint, akinek szuborbitális űrrepülőjéről nemrégiben beszámoltunk, eljött az idő hogy a magánszektor is ringbe lépjen.

"42 évet adtunk a NASA-nak. Ez idő alatt mindössze 241 emberi űrrepülés zajlott le" - mondta egy interjúban. "Olyan gyorsan dolgozom, ahogy csak lehet. Elég sok ősz hajszálam van már és szeretnék eljutni más bolygókra is". Rutan nem az egyetlen, aki így vélekedik.

Akadnak rakéta kilövésű járművek, mások hatalmas ballonokról indítanák űrrepülőiket, megint mások egy repülőgép hasán szállítanák gépeiket a kívánt magasságig, hogy onnan vághassanak neki a szuborbitális repülésnek. Steve Bennett, aki már hónapok óta teszteli rakétáját, a Starchaser-t, úgy véli, jövőre már útnak indulhat a világűr felé. 

 

"Ha az űrsiklót egy óceán felett utazó 747-eshez hasonlítjuk, akkor a mi kis gépünk olyan, mint egy városnéző repülésre használt helikopter" - mondta Bennett. Szerinte rengeteg jelentkező akadna arra is, hogy csupán 100 kilométernyire a széles kék égbolt fölé juthasson, ami Bennett szerint nagy hasznot ígérő vállalkozás. "Egy teljesen új üzletág nyílhat meg, és mi ennek az üzletágnak az élvonalában leszünk" - mondta.

Geoffrey Sheerin, a Canadian Arrow projekt vezetője ugyanígy gondolkozik. "Valóban egy új ágazat megnyitásáról van szó" - mondta. "Ez a világűr megnyitásáról szól, a mindennapi emberek számára". Az eszme, miszerint csak a NASA űrhajósai képesek a repülésre - akárcsak szuborbitális magasságokban is, mint amivel ezek a csapatok kísérleteznek - átok az űrvállalkozásoknak. "Olyan egyéneket fogunk kiválasztani, akiket normál esetben elutasítanának egy űrhajós válogatáson" - mondta Sheerin. 

 

Az első csapat, aki három embert juttat az űrbe két héten belül kétszer, elnyerheti a 10 millió dolláros X-díjat, melyet egy St. Louis központú alapítvány ajánlott fel Peter Diamandis vezetésével. "Úgy gondolom egy évtizeden belül el fogunk jutni arra a pontra, ahol több száz, több ezer szuborbitális repülés valósul meg magán vagy turista célból" - mondta Diamandis. Jelenleg egy utazás ára 100.000 dollár körül várható, Diamandis azonban idővel 10.000 dollár körüli jegyárakat szeretne látni.

"Remélem a tucatnyi lehetséges szállítóeszköz az X-díj után le fogja nyomni az árakat, és elérhetővé teszik az űrrepülést" - mondta. Diamandis elmondása szerint négy csapat már erre az évre jelezte kilövési szándékát. Ezek után talán tényleg elmondhatjuk, hogy a csillagos ég a határ.

Gyártásba kerül az új európai űrhajó

2002. április 15. 15:01, hétfő

Az Európában valaha gyártott legfejlettebb űrhajó belépett a gyártási fázisba. Az Automatizált Szállító Jármű (ATV), melyet végül a francia regényíró után "Jules Verne" névre kereszteltek, a tervek szerint 2004 szeptemberében már nekivág a világűrnek. Az európai űrhivatal, az ESA Emberi Űrrepülési és Mikrogravitációs részlegének vezetője Alan Thirkettle elmondta, hogy az új jármű fontos kiegészítője lesz azoknak a hajóknak, amik már most is kiszolgálják az űrállomást. "Az ATV a Nemzetközi Űrállomás átfogó logisztikai forgatókönyvének része" - mondta. "Azon vagyunk, hogy nagyon is robosztus rész legyen".

Az ESA 600 millió eurós költségvetéssel fejlesztette ki az ATV-t. Víz, élelem, oxigén, üzemanyag és felszerelés utánpótlást fog szállítani az ISS-re. Szállítási kapacitása 9 tonnában merül ki - ez háromszorosa a már létező orosz Progresz típusú űrjárműnek, azonban jelentősen kisebb az amerikai űrsiklókhoz viszonyítva, ami 20 tonnát képes szállítani. Thrikett hozzátette, hogy a Verne kapszulák előnyei a felbocsátás költségeiben keresendők. Becslése szerint a kapszula kilövése alkalmanként 160 millió dollárba kerül, míg az űrsiklók esetében ez az összeg 500 millióra rúg.

A henger alakú ATV prototípusát már tesztelték az európai laboratóriumokban. A mérnökök hatalmas akusztikus vibrációknak tették ki az űrhajót, ezzel szimulálva a kilövéskor kialakuló állapotokat. A hajó méretének nagysága végett a kilövéséhez nélkülözhetetlen az európai óriásrakéta, az Ariane 5. Több mint 20 tonnát fog nyomni, ha teljesen feltöltik, hossza 10,1 méter, átmérője 4,5 méter lesz. Az űrhajót a Földtől 300 kilométeres magasságban állítják pályára, onnan jut el a további 100 kilométerre keringő űrállomáshoz. Az ellátmányt egy rakodó modulban szállítja, amit az állomás legénysége könnyen átrakodhat. Az oxigént és az üzemanyagot tankokban szállítja, melyeket úgy alakítottak ki, hogy dokkolás után közvetlenül kapcsolódjanak az űrállomáshoz.

Az ATV másik szerepe szerint, miután bedokkolt, plusz tolóerőként fog szolgálni az űrállomás magasságának növelése érdekében. Ezt a feladatot normál esetben az űrsikló végzi el, azért szükséges hogy ellensúlyozza az atmoszféra húzóhatását, ami lassan visszahúzza az űrállomást a Föld felé. Az űrhajót úgy tervezték meg, hogy az hat hónapon át az ISS-en tudjon maradni, míg utolsó feladataként eltakarítja az ISS hulladékát, ami a légkörbe történő belépéskor kialakuló kölcsönhatás során fog eltűnni. AZ ESA összesen nyolc Jules Verne űrhajót tervez legyártani, mely főként az ISS életétől függ.

Az űrrepülőgépek hattyúdala

2011. április 18. 14:27, Hétfő

Mintegy 30 év után az amerikai űrrepülés igáslova hosszú viták után nyugdíjba vonul, ennek kapcsán felidézzük az űrsikló program történetének néhány, talán kevésbé közismert fejezetét.

2011. június 28-án indul a világűrbe az utolsó STS, vagyis űrsikló-misszió, így egy korszak, az újrafelhasználható űrrepülőgépek (legalábbis első) korszaka véget ér. Szeretnénk egy kicsit belemélyedni az űrsiklók történetébe, és ennek sok tekintetben ellentmondásos, de kétségkívül komoly mérnöki eredménynek a kevésbé ismert lapjait felfedni.

X-15, az úttörő

Az X-15 vázlata és főbb elemei egy korabeli ábrán; a 'Rockets' a törzsön és szárnyakon található nyolc kicsi kormány-rakétát takarja

Az 1940-es évek vége és '50-es évek eleje a szuperszonikus sebességről, annak legyőzéséről, és az egyre nagyobb sebességek közben fellépő hatások tanulmányozásáról szólt. Ebben a közegben is igen ambiciózus volt az a program, aminek a célja a hiperszonikus (vagyis a hang sebességénél ötször gyorsabb, más szóval Mach 5 feletti) repüléssel kapcsolatos tapasztalatszerzés volt. A célhoz két komoly problémát kellett megoldani: az egyik a túlmelegedés, ugyanis a légkörben a nagy sebesség miatt fellépő súrlódástól jelentősen felhevült a gép felülete, a másik probléma pedig az, hogy ilyen nagy sebességnél is stabil és irányítható maradjon a gép.

Korai X-15, az XLR-99 hajtómű helyett még két XLR-11-essel

Hogy a futómű ne vegyel el értékes belteret, a gép gumikerekes főfutók helyett két kis "sílécet" használt leszállásnál

Az első probléma megoldását a "forró szerkezet" megközelítéssel próbálták orvosolni. Ez annyit tesz, hogy mivel főleg azok a felületek hevülnek fel, amelyek először találkoznak a légárammal - a gép orra és a szárnyak elülső éle, amit belépőélnek neveznek - ezeket igen nagy hőtűrésű fémötvözetből készítik. Emellett az egész gépet úgy alakítják ki, hogy kihasználják a fémek jó hővezető képességét, vagyis a keletkező hőt a felforrósodott részek átadják a környező szerkezeti elemeknek, amelyek átmelegedve hőt vonnak el azoktól.

Így az egész gép felmelegszik (akár 300 Celsius-fokra), de cserébe a hőterhelés kezelhető szintre (600-650 Celsiusra) csökkent a kritikus helyeken. Természetesen hogy a pilóta és a fedélzeti elektronika eközben ne süljön ropogósra, azokat aktívan hűteni kell. Később a nagy sebességű teszteknél még ez is kevésnek bizonyult - elégő festéssel kellett ellátni a gépet, amely miközben lepörkölődik a gép felszínéről, hőt von el, így óvva meg a gép testét.

Egy tipikus X-15 repülési profil

X-15 indításra készen az egyik NB-52 szárnya alatt

A stabilitást és irányíthatóságot rövid, de vaskos szárnyal és háromszög keresztmetszetű vezérsíkokkal oldották meg. Kisméretű rakétamotorokat építettek az orrba és a gép farkába, hogy biztosítsák az irányíthatóságot akkor is, amikor a légkör felső mezsgyéjében járva a vezérsíkok már nem elegendőek a gép irányításához.

Egy későbbi X-15/NB-52 páros, itt már a levegőben (katt a nagy képért)

Érdekesség, hogy a NACA (a NASA elődje) számára a legkézenfekvőbb válasz a szovjet emberes űrrepülés "veszélyére" az X-15 egy lekönnyített változata, az X-15B lett volna. Ezt három vagy négy Navaho típusú rakéta által juttattak volna a felső légkörbe, hogy saját XLR-99-es hajtóművével álljon igen alacsony Föld körüli pályára. Ám a politikai akarat keresztülhúzta ezt a tervet, Eisenhower elnök létrehozta a NASA-t, amibe beleolvasztották a NACA-t. A NASA felelős főmérnöke, Max Fagot pedig Von Braun-nak és a hordozórakéta alapú elképzelésnek adott lehetőséget, így az X-15B első körben el lett kaszálva a Mercury-űrkabin érdekében.

Az X-15-ben később megjelent nagy tolóerejű, szabályozható teljesítményű, folyékony hajtóanyagú XLR-99 hajtómű az első volt a maga nemében. Gyakorlatilag az X-15 vezette fel a későbbi űrsikló-programot, az X-15 által végrehajtott nagy magasságú repülésprofilok (gyorsítás emelkedés közben, pár perces súlytalanság, majd visszatérés a sűrűbb légkörbe, és vitorlázógépként leszállni), pedig gyakorlatilag egy egyszerűbb változata annak, amit két évtizeddel később az űrrepülőgépek hajtottak végre. A vezérsíkokkal / irányító rakétamotorokkal való kormányzás és a változtatható tolóerejű rakétahajtómű ugyanúgy megtalálható mindkettőn.

Az X-15 első repülése 1959-ben történt. Ahogy még utána 198 alkalommal, egy NB-52 szárnya alól indult, az utolsót végül 1968. október 24-én hajtották végre. (Lett volna egy 200. jubileumi repülés, de az műszaki okok miatt elmaradt.) A három megépült gépből a másodikat egy leszállás közbeni baleset után, 1964-ben átépítették. Két ledobható póttartály került a hasára, amellyel már két és fél percig tudta működtetni a hajtóműveit. A gép 7 274 km/h sebességet ért el még abban az évben. A repülési magasság terén a csúcs 107,8 km volt 1963-ban. Ugyan ezek az értékek a már bőven repkedő űrhajókhoz képest elég szegényesek voltak, de a maga nemében az X-15 úttörő volt, hiszen az űrrepülőgép előbbi korszak leggyorsabb és legmagasabbra jutott repülőgépe volt.

Póttartállyal és hővédő festékkel ellátott X-15A-2 (katt a nagy képért)

Sajnos a tragédia sem kerülte el azonban a programot, a harmadik tesztgép 1967 novemberében hiperszonikus sebességnél vibrálni kezdett, és 18 kilométer magasban széttört. Pilótája, Michael J. Adams az életét vesztette. Ezzel együtt is az X-15 tesztgépek hihetetlen sok adatot gyűjtöttek, és bebizonyították, hogy lehetséges a légkörbe való visszatérésnél a nagy sebesség közbeni irányítható repülés.

Ugyan az X-15-ben volt katapultülés, de a biztonságot leginkább a jól láthatóan megerősített pilótafülke nyújtotta

Az űrrepülőgépek hattyúdala

2011. április 18. 14:27, Hétfő

Dyna-Soar, alias X-20, ami majdnem

A mérnökök már az 1950-es évek közepén, a még csak formálódó X-15 ellenére már a következő lépésen kezdtek el dolgozni (pedig az X-15 még el sem emelkedett a földről.). Egyszerre négy elképzelést is felvázoltak, a RoBo-t (Rocket Bomber - nevéből kitalálható, hogy egyfajta űr-bombázó), a Hywards-ot (egy X-15 utáni hiperszonikus tesztgép) és két, űrugrást végrehajtó kémrepülőgépet (Bell Brass és System 118-P). A négy dudás egy csárdában nehezen fért meg, de ennek ellenére az elképzelések megtalálták a saját támogatóikat. Négy felé egyszerre folytatni a kutatást-fejlesztést finoman szólva is kaotikus lett volna, ezért kellett egy az X-15-höz hasonlóan jól összefogott program, amelyben a légierő, a haditengerészet és a NACA elképzelései is teret nyerhetnek.

Sänger hiperszonikus gép-makettje az 1930-as évekből

Végül egy olyan program kezdett el formálódni, amely Eugen Sänger, egy német mérnök elképzelésére építettek, amellyel eredetileg egy interkontinentális bombázó elérhette volna az Egyesült Államokat. Sänger bombázója 145 kilométer magasra "ugrott" volna egy gyorsítórakétával és a gép saját rakétahajtóművével, azután lassan visszaereszkedve a légkörbe, sebességet gyűjtve a pilóta felemeli a gép orrát, hogy ismét magasabbra emelkedjen. Ilyen hullámvasút-szerű repülési pályával számításai szerint akár 24 000 km-re is elrepülhetett volna a gép, vagyis megkerülhette volna a Földet, és 4 tonnányi bombaterhet dobhat az útvonalba eső célpontra. 

Sänger bombázójának pályája a Föld körül (1944-es ábra)

Az amerikai légierőnél "Dynamic Soar-nak", vagyis dinamikus szárnyalásnak nevezték el ezt a repülési profilt, a program neve ennek rövidítéséből "Dyna-Soar" lett. Úgy döntöttek, hogy a négy eredeti elképzelésből a tesztgép lesz a Dyna-Soar I., a kémfeladatokra használatos verzió a második lépcső, vagyis a Dyna-Soar II., végül az űrbombázó változat a Dyna-Soar III. Csakhogy egy homokszem került a gépezetbe: a légierő Kutató és Fejlesztő Parancsnoksága (Air Research and Development Command - ARDC), amely felügyelte az egészet, nem tudta pontosan megindokolni, miért van szükség ezekhez a Dyna-Soar-ra.

Dyna-Soar makett, ha minden igaz, 1962-ből

Az eredeti űrbombázó elképzeléssel az volt a baj, hogy ekkor a nukleáris robbanófejek nagy távolságra való célba juttatására már három ballisztikus rakétaprogram is gőzerővel folyt (Atlas, Titan és Thor). A ballisztikus rakéták olcsóbbak voltak, könnyen telepíthetőek, sokkal kevesebb előkészítést és előmunkálatot igényelt az indítása, illetve nem utolsó sorban nincs pilótájuk, tehát veszélyeztetve sincs senki a bombázás folyamán (érdekes érv, figyelembe véve, hogy egy nukleáris világégés eszközéről beszélünk...). 

Dyna-Soar makett; a mellette álló emberek jól mutatják a méreteit

A kém-űrrepülő elképzelésnek az tett keresztbe, hogy a CIA ekkor már dolgozott a kamerákkal felszerelt kémműholdján, amit 1960-ban fel is juttattak a világűrbe. Az pedig még az Egyesült Államokban is fejvakarásra adott okott, hogy azonos célra párhuzamosan két egymástól teljesen eltérő eszközt fejleszenek és építsenek ki. A tesztrepülőgép-elképzeléssel pedig az volt a baj, hogy többé-kevésbé az X-15 ugyanezt vizsgálta, persze egy nagyságrenddel kisebb sebesség mellett. Mégis paradox módon csak ez volt az, ami úgy-ahogy eladhatta a programot a döntéshozóknak.

Festmény egy (feltételezett) korai Dyna-Soar indításról

Természetesen további elképzelések is akadtak bőven, mire lehetne az Dyna-Soart használni, az ellenséges (szovjet) műholdak megvizsgálásán át a nagy sebességű tesztrepülésekig. Csakhogy mindegyik odafogyottnak tűnt, hiszen volt rá más, jobb program. Ráadásul az Eisenhower kabinetben akadtak olyan nézetek, hogy nem kellene a világűrbe fegyvert telepíteni, az csak egy újabb fegyverkezési versenyt indítana el.

Edward J. Dwight Jr. százados, kezében egy X-20 modell, mellette egy Titan III.C hordozó rakéta makett, 1963-ban. Ő lehetett volna az első fekete bőrű űrhajós, de a politika közbeszólt.

Jól mutatja a faramuci helyzetett a hordozórakéta kiválasztása és a repülési profil alakulása. 1960-ban Titan I. rakéta orráról csak űrugrást terveztek, tehát alapvetően nagy sebességű, hiperszonikus tesztrepüléseket. 1961-ben a nagyobb Titan II. került elő, majd végül 1962-ben a Titan III.C, amely már képes volt Föld körüli pályára állítani a Dyna-Soart - amely eredetileg éppen arról kapta a nevét, hogy nem áll Föld körüli pályára, hanem a légkörben kacsázó kőként kerüli meg azt.

A gép fejlesztése ettől függetlenül gőzerővel haladt, összesen 10 gépre szóló megrendelést adtak le 1961-ben. Az X-15-nél már kipróbált "forró szerkezet" elven épült fel a gép hővédelme. A kritikus helyeken olyan acélötvezeteket terveztek beépíteni, amelyeket a gázturbinás sugárhajtóművek lapátjaihoz fejlesztettek ki, és igen magas olvadási pontjuk volt. A pilótafülke öt ablakából az elülső hármat egészen a leszállás előttig egy hővédő pajzs óvta. Hogy a pilótafülkét és a két köbméteres rakteret megóvják az akár 980 Celsius fokra is felmelegedő sárkányszerkezet hőjétől vízhűtést alkalmaztak, így visszatérés közben a pilótafülkében elviekben legfeljebb 46 fokig emelkedhetett a hőmérséklet. A gép rakétahajtóművel nem rendelkezett, az 1962-es változat egy kis rakétafokozattal rendelkezett a légkörbe való visszatérés biztosításához. 

Kései X-20 fantáziarajz az 1962-'63-as évekből

1962-ben bemutatták a Dyna-Soar életnagyságú makettjét, és megnevezték azt a 6 asztronautát, akik majd a világűrbe feljutnak. (Érdekesség, hogy a hat között volt Niel Armstrong is, aki később az X-15 programban is tesztpilóta volt, majd ugye az Apollo-11 parancsnoka.) Az első szériagépet 1964 végén adták volna át a légierőnek, 1965-ben pedig indulhatott volna a világűrbe (Niel Armstronggal a botkormány mögött).

A Boeing már elköltött az 530 millió dolláros fejlesztési keretből mintegy 270 milliót, és addig tartotta magát a tervezett költségekhez. Az X-20 alapján három további alváltozatot is felvázoltak: az X-20A a katonai missziók tesztjárművét, az X-20B pedig már bevethető, rendszerbe állítható katonai űrhajót takar. Ezen kívül egy nagyobb méretű gépről is készült terv, az X-20X két fős személyzettel rendelkezett, már 14 napot tölthetett volna a világűrben, 1972-re lehetett volna kész. 

Festmény arról, ahogy az X-20 belép a légkörbe

Robert McNamara, a Kennedy-kabinet védelmi minisztere feltette a kérdést, hogy mire akarja a légierő igazából használni az X-20-ast? Az egyetlen dolog, amit más program még fedett le teljesen az a magas hiperszonikus sebességű (Mach 10-20) visszatéréskor történő irányítható repüléssel foglalkozó kutatás. A gép nem képes hosszabb ideig a világűrben tartózkodni, a raktere pedig jelképes, így nem képes semmiféle valóban komoly hasznos terhet feljuttatni. Vagyis visszaütött a korábbi, Eisenhower-féle "fegyvert nem vihet" utasítás.

Eközben egy elemzést is kértek, hogy összevessék a Gemini űrhajót és az X-20-at abból a szempontból, hogy melyik alkalmas a katonai célú űrprogramok kiszolgálására. Az elemzés azt hozta ki, hogy a Gemini is tökéletesen megfelel a célnak - így McNamara arra utasította a légierőt, hogy a MOL kém-űrállomáshoz és egyéb katonai célú programjaihoz a Geminit használják. Az X-20 programot tehát 1963-ban végleg leállították, és az űjrafelhasználható űrrepülőgép az 1960-as évek végéig lekerült a napirendről.

Az űrrepülőgépek hattyúdala II. rész

2011. április 28. 02:45, Csütörtök

Az űrsikló az elmúlt 30 évben az emberes űrprogram ikonja volt, mi azonban még csak az életre hívásának körülményeinél járunk az űrsikló nyugdíjazásának alkalmából indított sorozatunkban.Az űrrepülőgépek hattyúdala I. rész
A NASA aranykora

Az 1940-es évek vége, és főleg az 1950-es évek az emberes űrrepülésről történő álmodozással telt. Abban az időben, amikor az átlagembernek a technika kézzel fogható csúcsa a - szigorúan elektroncsöves - rádió volt, a hatalmas űrállomásokról, emberes Hold-, sőt Mars-utazásokról készült tervek, és az azokhoz készült fantáziarajzok meseszerűen hatottak. 1952-ben a Collier's újság hat számon keresztül mutatta be a világűr meghódításának lehetőségeit, meseszép ábrákkal körítve. Még be is árazták az álmokat: hozzávetőleg 4 milliárd dollárból kihozható lenne, szólt a csábos üzenet - csakhogy ez kétszer annyi, mint amennyibe a Manhattan-projekt, vagyis az atombomba kifejlesztése került. Egyszerűbben szólva a világűr elérhető, csak éppen őrülten drágán, így senki sem érzett igazán komoly késztetést, hogy meg is valósítsa ezeket az álmokat.

Egy szárnyas űrrakéta és egy forgó űrállomás rajza a Collier's-ből (Klikk a nagy változatért)

Azonban a Szovjetunió 1957. október negyedikén Föld körüli pályára állította a világ első műholdját, majd 1961. április 12-én világűrbe juttatta az első embert, Jurij Gagarint. Az Egyesült Államok ugyan ott loholt a konkurens szuperhatalom nyakán, de ekkoriban nem volt kérdéses, hogy az űrhajózásban, űrkutatásban a szovjetek lépéselőnyben vannak. Erre válaszul John F. Kennedy 1961. május 25-én nagy bejelentést tett, miszerint az évtized vége előtt amerikai ember lép a Holdra. 

Kennedy 1961. május 25-ei beszéde, a NASA aranykorának kezdete

A NASA számára kiadott feladat hihetetlen összetett és bonyolult volt, számtalan kérdésre kellett választ találni, hogy egy ilyen feladatot meg tudjanak valósítani. Szükség volt egy olyan hordozóeszköre, ami képes nagy terhet a Hold felé elindítani, meg kellett tervezni egy ilyen utazásra alkalmas űrhajót, egy Holdon landolásra alkalmas holdkompot, űrruhára van szükség, és még milliárdnyi problémát megoldani. Mindezt ráadásul alig több, mint nyolc év alatt. 

Egy diakép az egyik korai NASA holdprogram-tervezetből

A kihívás hatalmas, ám meg kell hagyni, hogy a kormányzat nem csak konkrét, jól meghatározható célokat fogalmazott meg, hanem a szükséges erőforrásokat is biztosította a NASA számára. A Hold-program várható költségeit 1958-ban 1,5 milliárd dollárra becsülték (itt most akkori értéken számolunk), 1961-ben a NASA saját becslése 7 milliárd dollár volt, de a bizonytalansági tényezők miatt 10-12 milliárd dollárra növelték ezt. James Webb, a NASA akkori vezetője amikor ez a becslési érték az asztalára került, kijavította 20 milliárd dollárra, és ezzel az összeggel továbbitatta Johnson alelnök számára. A Kongresszus pedig ezt a hihetetlen összeget jóváhagyta.

A NASA a csúcsidőszakban, 1966-ban 4,5 milliárd dollárból gazdálkodott, ez ma csaknem 30 milliárd dollárnak felelne meg. Viszonyításképpen, a NASA 2011-es költségvetése ennek kevesebb, mint kétharmada, 18,5 milliárd dollár. Visszatérve még az Apollo program összköltségére, az 1973-ban 25,4 milliárdra rúgott (ismét akkori áron), tehát Webb merész húzása még így is optimistának hatott utólag.

James Webb, a NASA vezetője 1961 és 1968 között

A két fő probléma már ekkor kezdett körvonalazódni. Az első természetesen a költségek. Noha soha nem volt rá ígéret, a NASA alapvetően arra rendezkedett be, hogy az Apollo-program után is azonos szinten marad a költségvetése. Azt ugyanakkor ők is látták, hogy ilyen árak (45 millió dollár egy Saturn I-B, 185 millió dollár egy Saturn V.) mellett ez hosszútávon nem vállalható, de ekkor még a cél az volt, hogy 1969 vége előtt (amerikai) ember lába érintse a Hold porát. A gazdaságosság nem volt tényező, csak az, hogy megvalósuljon a cél. A költségek nagyon nagy hányadát a gigászi Saturn V. hordozórakéta kifejlesztése és megépítése tette ki, egészen pontosan a 25,4 milliárd dolláros végösszegből mintegy hat és fél milliárdot emésztett fel. Egyetlen Saturn V. indítás 1969-ben hozzávetőleg 185 millió dollárba került, ez a Hold felé indított út költségének mintegy felét jelentette. Összehasonlításképpen, akkoriban egy Boeing 727-es utasszállító repülőgép 4,2 millió dollárt kóstált. Ahhoz, hogy az Apollo program után a NASA további célokat érhessen el, ezt az összeget valahogy le kellett csökkentenie.

A másik fő probléma a NASA számára az volt, hogy igazából nem tudták, hogy mit is csináljanak azután, hogy embert küldtek a Holdra. Maga az Apollo program viszonylagosan jó támogatottságot élvezett, egészen 1967-ig. Az Apollo 1. katasztrófája, ami három űrhajós elvesztésével járt az indítóálláson egy elvileg rutinszerű tesztelés alkalmával, kikezdte a programot. Ráadásul a politikai szélirány is megfordult: az emberek ugyan továbbra is kíváncsiak voltak az űrkutatásra, ám kezdett nyílvánvalóvá válni, hogy a szovjetek sem fogják egyhamar kolonizálni a Holdat, tehát az űrverseny egyre kevésbé lett a politikai kérdés. Más szempontból vált fontossá, azáltal, hogy minek költenek az amerikai adófizetők pénzéből ennyit ilyesmire. 

Fantáziarajz 1964-ből a Douglas cég R.O.M.B.U.S. / Project Demios Marsraszállás tervéről

Egy program életciklusa nagyjából úgy néz ki, hogy meghatározzák az elérendő célokat, megvizsgálják, hogy azokat milyen megoldásokkal lehet elérni, kiválasztják ezek közül melyik kecsegtet a legjobb esélyekkel illetve mennyire megvalósítható, ezek után pedig ha a program a költségvetéstől zöld lámpát kapott, akkor nekiállhatnak kifejleszteni, majd megépíteni az ahhoz szükséges eszközöket (ez esetben űrhajókat, űrállomásokat).

Konkrét célokat viszont nem határozott meg a kormányzat, igaz, a lehetőségek opcióira kértek "árajánlatot". Mivel logikusnak tűnt, hogy a holdraszállás után a Mars a következő célpont, 1964-ben bekértek egy ilyen programra vonatkozó költségigényt. A NASA saját belső becslése 32 milliárd volt, ezt egy belső újra becslés további 5 milliárddal megfejelte, összesen 37 milliárdra növelve azt. James Webb további óvatosságból ezt kerek 50 milliárdra egészítette ki, így küldte el azt Donald Horing elnöki tanácsadónak. Horing az 50 milliárdot megduplázta, és 100 milliárddal adta tovább a Konresszusi Bizottságnak - másnap a újsághírekben az szerepelt egy kongresszusi képviselőtől idézve, hogy az emberes Mars-utazás 200 milliárd dollárba kerülne. Az "optimista" túlbecslés ennyi kézen átmenve már inkább ártott, mint használt a NASA jövőjének.

Korai Saturn-Apollo bázisú űrállomás vázlat, a későbbi Skylab elődje

Miután gyakorlatilag évekig nem kapott kézzelfogható elvárást, az ügynökség kénytelen volt elébe menni a problémának, és ötleteket lerakni az asztalra. Csak titokban bizhattak abban, hogy ezekre az aktuális politikai vezetés rábólint, ám annak lelkesedését jól illusztrálja a későbbi Skylab űrállomás esete. Az egész mögött az a gondolat állt, hogy mivel a NASA számára csak a Saturn-Apollo páros áll rendelkezésre, ezért annak komponenseiből építenének egy űrállomást az 1970-es évek elejére. Erre a célra 1967-re 425 millió, majd 1968-ra 1 milliárd dollárt igényeltek - a költségvetési bizottság első válasza 100 millió dollár volt, végül akár már 250 millióig is elmentek volna, ám szigorúan a NASA költségvetésén belül; tehát külön forrást nem kapnak rá, azt az ügynökségen belül kell átcsoportosítani, vagyis magyarul elvenni más programoktól.

Itt meg kell jegyezni, hogy a NASA-n belüli nézeteltérések is akadályozták egy határozott cél megadását. Az egyik ellentét az "emberes" és a "robot" missziók támogatói között feszült. A NASA 1961 után azon dolgozott, hogy embert küldjön a Holdra, az űrszondák háttérbe szorultak, illetve csak az emberes missziók kiszolgálására szolgáltak (mint a Surveyor-sorozat, amely a Holdat vizsgálta). A tudósok inkább a robotküldetéseket preferálták, ezek elkészítése egyszerűbb és olcsóbb, hiszen nem kell a törékeny űrhajósok életfeltételei miatt aggódni, ám csak a Nixon-éra (1968 után) kezdett eljönni az ő világuk - igaz abban sem volt sok köszönet, mert a NASA költségvetését ekkora már jelentősen megkurtították.

A Boeing Saturn-Apollo űrállomás elképzelése 1967-ből

A másik ellentét az emberes űrrepülés következő állomásával kapcsolatban alakult ki. George Mueller, a NASA Emberes Űrrepülési Irodájának vezetője a Marsra szállás elkötelezett híve volt, míg Von Braun, a NASA Marshall központjának igazgatója, illetve Robert Gilruth, a NASA Emberes Űrhajó Központja (ma Johnson Űrközpont) igazgatója a Föld körüli űrállomás mellett kardoskodott.

A Northrop cég nukleáris meghajtású Mars-űrhajó terve 1965-ből

Hogy az elvárásoknak megfeleljenek, a NASA és a különféle alvállalkozó cégek mérnökei impozáns űrállomásokat, illetve Hold- és Mars-űrhajókat kezdtek el felvázolni a tervezőasztalokon. Kezdett kikristályosodni a sorrend: ahhoz, hogy későbbi Hold és/vagy Mars küldetésekbe fogjanak, hosszú idejű űrbéli tartózkodásra vonatkozó tapasztalatot kell szerezni. Az 1960-as évek végén még mindig csak legfeljebb két hétig tartózkodott ember egyhuzamban a világűrben, egy marsi misszió esetén viszont években kell gondolkodni. Tehát szükséges egy űrállomás, ahol még viszonylag biztonságosan meg lehet vizsgálni hogyan reagál az emberi szervezet a tartós súlytalanságra és űrbéli környezetre. Egy Föld körül keringő űrállomásról még hamar vissza lehet baj esetén hozni az űrhajósokat, egy Mars felé tartó űrhajón erre egyszerűen nincs lehetőség…

NASA űrállomás fantáziarajz 1969-ből

A cél tehát konkrét megnevezés nélkül is ki lett tűzve: egy űrállomást kell Föld körüli pályára állítani, és azt kiszolgálni.

Az űrrepülőgépek hattyúdala II. rész

2011. április 28. 02:45, Csütörtök

Igény az újrafelhasználható űreszközökre

A fő gond a Saturn családdal nem is feltétlenül az ára volt, mert bár a Saturn I-B 45 millióba, a Saturn V. pedig 185 millióba került akkoriban, a legfájóbb az volt, hogy a hordozórakéta szőröstül-bőröstül odavész az indítás folyamán. Minden egyes eleme megsemmisül, semmit sem lehet felhasználni belőle később. Ráadásul irgalmatlan nagyságú kiszolgáló parkra volt szükség a működtetésére.

Ez a kép jól illusztrálja az Apollo program méreteit. Itt éppen az Apollo 11-est viszik ki az indítóálláshoz az összeszerelő csarnokból (VAB). (Klikk a nagy változatért)

Az ideális helyzet az, amikor a hordozóeszközt teljesen újra lehet használni, tehát feljuttatja a világűrbe a terhét, visszatér, és egy karbantartás és újratankolás után indulhat is a következő útjára - valahogy úgy, mint egy utasszállító repülőgép.

Egy RS-88 rakétahajtómű tesztelése

Az egyik fő kérdés, hogy milyen hajtóművet használjanak. Három szóba jöhető alternatívája van a rakétahajtóművnek: a gázturbina, a torló-sugárhajtómű, és a scramjet (olyan torló-sugárhajtómű, amelybe a levegő szuperszonikus sebességgel áramlik). Mindhárom előnye, hogy a levegő oxigénjét használják oxidálószernek, míg a rakétahajtómű esetén az oxidálószert a járműnek magával kell cipelnie. Egy rakétahajtómű esetén az üzemanyag és az oxidálószer tömegaránya akár 1:10 is lehet, vagyis 1 tonna üzemanyaghoz 10 tonna oxidálószert kell cipelnie. Vonzó elképzelés, hogy legalábbis a repülés első fázisában a légkör oxigénjét használó hajtóművet alkalmazzanak, hiszen ezzel drasztikusan csökkenthető az indulótömeg.

A fő probléma, hogy a gázturbina olyan 15 kilométeres magasságig, és mintegy kétszeres hangsebességig gazdaságos, a torló-sugárhajtómű mintegy 25-30 kilométeres magasságig, és a hangsebesség három-négyszereséig, míg a scramjet akár 50 kilométeres magasságig, és akár a hangsebességnél tíz-tizenötször nagyobb sebességig is alkalmazható. Igaz utóbbi esetén hangsebességnél gyorsabb légáram kell, hogy be tudjon indulni, tehát csak valamilyen más meghajtás mellett lehet használni, és csak akkor lehet beindítani, ha a gép már bőven átlépte hangsebességet.

Mivel a piaci szereplők látták, hogy ígéretes szelete lesz az űrhajózás a repülés fejlődésének, a nagyobb repülőgép-gyártó cégek nekiálltak futószalagon szállítani a Saturn-Apollo utáni hordozójárművek terveit. A cél a költségcsökkentés volt, ám eközben az összes cég előtt a zsíros megrendelés lebegett, hiszen úgy tűnt, hogy erre a célra majd fog áldozni az állam, nem is keveset.

Martin AstroRocket (1963), két fokozatú űrrepülőgép-elképzelés. A gyorsító (első) fokozat 68 km-es magasságban leválik, és visszatér a Földre

A technikai megközelítés másik kérdése, hogy hány fokozattal kívánja elérni a jármű a világűrt. Ha egyfokozatú, akkor a jármű úgy éri el a világűrt, ahogy elindult, nem dob el semmit, a hajtóművet (vagy hajtóműveket) és tartályokat mindvégig cipeli magával. A legtöbb hordozó jármű többfokozatú, vagyis van egy első fokozata, amivel a repülés első fázisában indul el, aztán ha ebből kiürült az üzemanyag, azt a hajtóművel és az tartályokkal együtt leoldja, és beindul a második fokozat, és így tovább, akár négy- vagy öt fokozaton át.

Ennek a megoldásnak van még egy előnye, mégpedig az, hogy a légnyomástól, vagyis a magasságtól függően a hajtóművek más-más körülményekkel találkoznak. A többfokozatú hordozórakétáknál az egyes fokozatokat az adott magasságtartományhoz legideálisabban tervezhetik meg, vagyis a leghatékonyabban dolgozhatnak. Az egyfokozatú hordozórakéta esetén kompromisszumot kell kötni; a hajtómű lehet kis magasságon jó hatásfokú, de ahogy emelkedik, a hatásfoka romlani fog, vagyis korántsem lesz ideális a teljesítménye és üzemanyag-felhasználása. 

Martin Douglas Pegasus (1963), egy 'másfél' fokozatú űrhajó. A külső üzemanyag-tartályokat ledobja, miután kiürültek

A fokozat nem feltétlenül jelenti azt, hogy a hajtóművet eldobjuk. Például az űrrepülőgép esetén az üzemanyag a gép alatti hatalmas tartályban foglal helyet, míg a hajtóművek az űrrepülőgépen lettek elhelyezve. Így csak a viszonylag olcsó üzemanyag-tartályt dobjuk el, a drága hajtómű és az azt kiszolgáló berendezések az űrrepülőgéppel együtt visszatérnek a Földre, és újra felhasználhatóak. Az ilyen megoldást szokták "fél fokozatnak" is nevezni.

A harmadik opció a többfokozatúságra az, amikor egy "anyagép" viszi fel a hordozójárművet bizonyos magasságba, és annak hátáról (vagy hasáról) indul el a világűr felé. Ez esetben az "anyagép" az első fokozat, amely felviszi a hordozóeszközt, elindítja, és visszatér a Földre. Ilyen például a Scaled Composites által épített White Knight / SpaceShipOne páros, ahol a White Knight gyakorlatilag az első fokozat.

White Knight / SpaceShipOne - egy példa a két fokozatra

Az űrsikló előélete

Már az 1960-as évek közepén elkezdődött egy Space Shuttle (~űrsikló) nevezetű elképzelés felvázolása. A cél az volt, hogy egy legalább részben újrahasznosítható (általában) repülőgépszerű járművel lehessen a világűrt elérni, és mindezt olyan természetességgel, ahogy egy utasszállító-repülőgép teszi a mindennapokban.

Class I., Class II. és Class III. típusú megoldás az újrafelhasználható űrhajóra

A bökkenő először is az volt, hogy milyen megoldást válasszanak. A legkonzervatívabb megközelítés (Class I.) szerint egyszer használatos hordozórakéta orráról indulna egy újrafelhasználható űrrepülőgép, vagyis az első részben ismertetett Dyna-Soarhoz hasonló járműről volna szó. A második nagy halmaz (Class II.) szerint rakétahajtóművekkel szerelt gyorsító fokozat(ok) segítségével éri el a világűrt - ide tartoznak az olyan elképzelések is, ahol az űrrepülőgép nagyméretű, ledobható póttartállyal indul, amit ledob, miután kiürült. A legambiciózusabb elképzelések (Class III.) szerint a légköri oxigént felhasználó scramjet hajtóműves hordozójármű lenne az első fokozat, és ennek a hátáról indulna a tulajdonképpeni űrrepülőgép.

A költségek terén a gazdaságosság volt a nagy kérdés. A Class I. megoldás kifejlesztése a legolcsóbb, de ha sok indítással számolunk, ez a leggazdaságtalanabb. A Class III. a másik véglet, nagyon magas a kifejlesztésének a költsége, és előfordulhat, hogy a fellépő nehézségeket csak hosszú évek és jelentős összegek rááldozásával sikerül megoldani. Viszont ha nagyon sok űrrepüléssel számolunk, akkor hosszútávon a befektetett pénz megtérül, hiszen egy-egy út jóval olcsóbb lehet.

Magyarul a fejlettebb technológiát csak akkor éri meg kifejleszteni, ha éves szinten akár száznál is több űrrepülést hajt végre összesen a rendszer. Ha éves szinten csak tucatnyi alkalommal indul a világűrbe, akkor az egyszerűbb és könnyebben kifejleszthető, hagyományos rakétákra épülő rendszer a jó választás.

Fantáziarajz 1970-ből, egy űrrepülőgép eredeti feladatát, egy űrállomás kiszolgálását látja el

Az űrsiklónak alapvetően egy űrállomás kiszolgálása lenne a feladata, ezért 6 (később 12) főt szállíthat, plusz 25 000 font (11 340 kg) hasznos terhet vihet fel a legalább 3 000 köblábas (85 köbméteres) rakterében, vissza pedig az utasokon túl 2 500 fontot (1 134 kg) hozhat a Földre. Csakhogy a döntéshozók számára az űrsikló kevésbé volt fontos, mint az űrállomás. 1969-ben az űrállomás előzetes terveire 5,8 millió dollárt utaltak ki, míg az űrsiklóhoz mindössze 1,2 milliót. Ebből az egy egész két tized millióból ráadásul négy különböző pályázó cég előzetes terveit kellett volna finanszírozni, és közülük kiválasztani a győztest hat hónapon belül.

George Mueller, az űrsikló atyja egykor (középen, szemüveggel) és ma

Ez nem volt George Mueller, a NASA Emberes Repülések Irodája vezetőjének ínyére, ezért 1969. áprilisában szinte az egyik pillanatról a másikra létrehozott egy külön irodát, amely az űrsikló program végigviteléért felel. Élére Leroy Day lett kinevezve olyanformán, hogy délután négykor behívta Mueller az irodájába az addig az Apollo 10 programon dolgozó Day-t, és közölte vele, hogy másnaptól kezdve ő vezeti az éppen most létrehozott irodát. Day gyakorlatilag kapott egy kitöltetlen csekket Muellertől, azokat az embereket vehette magához, akiket csak akart, és (elvben) kívülről senki sem szól bele a munkájába.

Eközben Mueller leült a nagyhatalmú AFRD (Légierő Kutatás és Fejlesztés) vezetőjével, és egy közös űrrepülőgépet kezdtek el formálni a két fél igényeiből. Mueller úgy érezte, hogy önmagában a NASA nem fog tudni olyan költségvetést kiharcolni, ami elég lenne az űrrepülőgépre, így a légierőhöz fordult, hogy közösen támasszanak igényt egy mindkét fél által használt űrjárműre, mivel ezt visszautasítani már sokkal nehezebben tudnák a döntéshozók. Mueller célja igazából az volt, hogy a légierő eszközeit is az űrrepülőgép vihesse a világűrbe. A fentiek alapján egy bonyolult, előremutató rendszer csak úgy lehet gazdaságos, ha minél többször indul a világűrbe, márpedig ekkoriban a legtöbb indítást, ami a NASA berkein kívül történt, a légierő hajtotta végre. 

Egy Corona kémműhold felvétele egy szovjet légibázisról. Johnson elnök 1967-ben azt mondta egy megbeszélésen, ha az űrprogramnak más eredménye nem is lett volna, akkor is tízszeresen megérte a befektetést, hiszen a fotók segítségével megtudták, hogy a Szovjetunió sem bombázók, sem ballisztikus rakéták terén nem jár az Egyesült Államok előtt

Apró probléma, hogy 1966-ban már egyszer leültek hasonló tervekkel, de megállapították, hogy jelentősen eltérő a két fél igénylistája. A légierő egy sokoldalúan használható, nagyméretű járművet akart, amely poláris (észak-déli) keringési pályára képes állni, míg a NASA egy sokkal kisebb méretű járművet szeretett volna, amely inkább csak aféle taxiként működött volna, emiatt sűrűn és olcsón kellene fordulnia. Akkor eldöntötték, hogy a légierő és a NASA külön utakon jár tovább. 

A MOL kéműrállomás, amely háromszorosan lépte túl az előirányzott költségeket 1969-ben lett elkaszálva, mindössze egy évvel tervezett első indulása előtt

Most viszont a kényszer mégis összehozta őket. Sem az amerikai légierő, sem a NASA nem látott esélyt, hogy saját elképzeléseinek megfelelő űrjárműre kap megfelelő mennyiségű pénzt. Viszont ez esetben az egyiknek alkalmazkodnia kell a másikhoz, ez pedig a NASA lett. Az új elvárások között a légierőnek is megfelelő, 50 000 fontos (22 727 kg) hasznos teher szerepelt, amit viszont nem csak fel, de vissza is kellett tudnia hozni, ráadásul mindehhez egy méretes, 10 000 köblábas (283 köbméteres) raktér dukálna, akár 22 láb (6,7 méter) átmérővel.

Mueller a költségcsökkentés és rövid fordulási időt (vagyis azt, hogy a visszatérés után mikor indulhatna újra a világűrbe a jármű) egy elektronikai megfigyelőrendszerrel támogatta meg, vagyis pontosabban ennek meglétét írta elő a tervezési fázisban. Elektromérnöki professzorként úgy vélte, hogy az új digitális elektronika alapjaiban gyorsíthatja meg a gépek repülés utáni ellenőrzését és karbantartását, ami így kevesebb időbe és munkaidőbe, ezáltal kevesebb pénzbe kerülhetne.

A rendszer lényege hogy a gép különböző pontjain érzékelőket helyeznek el a különféle változók figyelésére, az érzékelők az adatokat egy "fekete dobozba", egy számítógéphez továbbítják, kvázi úgy, hogy ha az általa mért érték normális, akkor annyit közöl, hogy "Jól vagyok", ha a mért érték elkezd közelíteni a meghatározott határértékhez, akkor "Hamarosan rosszul leszek", míg ha átlépte a határértéke "Rosszul vagyok" üzenetet küld. 

A Columbia-katasztrófánál érintett bal oldali szárny, és az ott található érzékelők helyzete. Ezen érzékelőket hajdan Mueller javaslatára vették bele a programba

Érdekesség, hogy ebben a fázisban a szilárd hajtóanyagú gyorsítórakétákat elvetették, miután az ekkori verziók még nem voltak újrahasznosíthatóak. A költségek csökkentését elsősorban abban látták, hogy minél több (ideális esetben az összes) részegységet újra felhasználhassák, ebbe pedig nem fért bele egy eldobható gyorsító rakéta. Ezzel együtt elkezdett körvonalazódni a teljes újrahasznosítható űrhajó-rendszer:

Két NERVA hajtóműves űrbárkához pakol ki egy 'Űrtargonca' az űrsikló rakteréből, a háttérben pedig egy űrállomás látható. Ezen a képen minden együtt van, amit a NASA az 1967 és 1970 között remélt (Klikk a nagy változatért)

• Az űrsikló az első lépcső, ez szállítja a világűrbe a hasznos terhet, az üzemanyagot, az embereket, illetve hozza vissza őket.

• Egy "űrtargonca" (Space Tug) képviselné a Föld körüli munkákhoz szükséges eszközt. Ezt az űrsikló viszi fel, és utána folyamatosan ott dolgozik tovább. Képes a Föld- és a Hold közötti közlekedésre, és modulárisan további egységeket kapcsolhatnak össze. Egyszerre egy aprócska űrállomás, szervízelő egység és űrhajó. Az üzemanyag-utánpótlást az űrsikló szállítja a számára.

• Egy nukleáris hajtóművel (NERVA) rendelkező űrbárka (Nuclear Shuttle - elnézést a nem túl jól sikerült magyarításért). A NERVA nagyon üzemanyag-hatékonynak ígérkező megoldás volt. Lényege, hogy egy reaktor aktív zónáján hidrogént vezetnek keresztül, ami ezáltal felhevül, így nagy tolóerőt képes kifejteni, és meg tudja hajtani az űrbárkát. Egy ilyen jármű a gyors Föld-Hold utakhoz is használható, de többet összecsatolva kiépíthető belőlük egy Mars-űrhajó. 

Az űrsikló-űrállomás-űrtargonca-űrbárka rendszer a Hold kiaknázáshoz (Klikk a nagy változatért)

Impozáns elképzelés, el kell ismerni, és jól felépített, átgondolt. Ezzel a rendszerrel (plusz egy űrállomással) az Amerikai Egyesült Államok folytathatja a világűr meghódítását, abban a tempóban, amelyet felvett az Apollo programhoz. Az 1970-es években űrállomást építhet, folytathatja a Hold felfedezését, az 1980-as évek elejére pedig embert küldhet a Marsra. 

A NERVA hajtóműves űrbárkákból kiépített Mars-űrhajó (Klikk a nagy változatért)

Azonban sötét fellegek kezdtek el gyülekezni nem is annyira a távolban. A NASA lendületét eddig alapvetően külpolitikai okokra lehetett visszavezetni, a hidegháborús versenyre. Ebbe tökéletesen beleillett a Holdraszállás elsőségért indult verseny, viszont a szovjetek látszólag nem igyekeztek a Holdra (a valóságban leginkább belső viszályaik, és Koroljev halála után az összefogó erős kéz hiánya miatt bukták el a versenyt). Közben már zajlott a vietnami háború, amely jelentősen leterhelte a költségvetést.

Az eladósodást megakadályozandó ezért 5,5 milliárd dolláros költséglefaragást illesztettek be az 1970-es költségvetésbe (a teljes költségvetés ekkoriban mintegy 200 milliárd dollár volt). Eredetileg a NASA 198 millió dollárral többet kért, mint az előző évben, ezzel szemben a költségvetési bizottság 90 millióval kevesebbet akart adni. Végül az, hogy "csak" 45 millióval csökkent az űrügynökség költségvetése még akár győzelemnek is tekinthető (egyébként 3,7 milliárdot kaptak). Viszont a háttérben már akár 2,5 milliárdra is lezsugorított NASA büdzsé is felvetődött, mint lehetőség.

Aktivisták tüntettek és szónokoltak a NASA ellen, mondván, hogy abból az iszonyatos pénzből, amit az űrkutatásra költenek, emberek millióinak lehetne házat és megélhetést biztosítani. Természetesen aligha esélyes, hogy adott esetben ilyen célra használták volna fel a felszabaduló pénzösszeget, de a NASA célkeresztbe került, egyre többen kérdőjelezték meg, hogy valóban jó ötlet-e a világűr kutatására, és ezen belül az emberes űrrepülésre hatalmas összegeket áldozni. Az 1960-as évek legvégén és az 1970-es évekből visszatekintve 1961 régen volt. Míg akkoriban általános volt a lelkesedés, hogy az ország egy nehezen elérhető célt tűz ki és valósít meg, hirtelen tömegek kezdték el kritizálni a NASA-t és az Apollo-programot.

Az űrrepülőgépek hattyúdala III. rész

2011. május 3. 17:33, Kedd

Kevéssé ismert, hogy az űrsikló végleges formájába nagyban beleszólt az Amerikai Légierő is, cikksorozatunk harmadik részéből ez is kiderül. 

- I. rész - | - II. rész - | - III. rész -

Az űrsikló megformálásának kezdete

1968-ban három elképzelés került a NASA és az Amerikai Védelmi Minisztérium asztalára, McDonnel-Douglas IRLV (az IRLV a légierő által életre hívott program nevének rövidítése, a gyártó cég nem vesződött fantázianevekkel, csak így jelölte a gépet), a Lockheed StarClipper és a General Dynamics Triamese. Mindhárom alapvetően az ekkor még csak kialakuló elvárásoknak próbált megfelelni.

A McDonnel-Douglas IRLV ajánlatának küldetésprofilja

A McDonnel-Douglas IRLV egy nagy sebességű repülésre optimalizált űrrepülőgépből és a hozzá csatolt kettő vagy négy póttartályból állt. Ez un. "másfél fokozatos" elképzelés tehát, ahol a póttartályokat ledobják, miután kiürültek, a drága hajtóműveket viszont visszahozza a Földre. Hogy a leszálláskor elegendő felhajtóerőt biztosítsanak, két keskeny, kinyitható félszárny került a gép tetejére (később innen át a gép hasára). Az a leszálláskor az X-15-höz hasonlóan egy orrfutó és két síléc szerű csúszótalpra érkezett volna.

A korai programok közül kiemelkedik abból a szempontból, hogy nem volt gázturbinás sugárhajtóműve, a visszatéréskor végig siklórepülésben, vitorlázva repül. A legtöbb hasonló tervnél kettő - négy gázturbinát is beépítettek volna, amelyek a leszállás fázisában tolóerőt biztosítanak, így a gép biztonságosabban szállhat le (hiszen a pilóta bármikor emelkedhet, irányt változtathat, ha arra szükség lenne). A gázturbinák ugyanakkor jelentős tömeget képviselnek, amit a repülés többi fázisában haszontalan teherként kell magával cipelnie, továbbá növelik a gép üzemeltetési költségeit.

A Lockheed StarClipper, és a jellegzetes "V" alakú üzemanyag-tartálya

A Lockheed StarClipper elképzelést a cég egyik főtervezője, Max Hunter fektette le még 1966-ban, ám a közismertséget 1968-ban kapta meg, amikor George Mueller, a NASA Emberes Űrrepülési Irodájának vezetője bemutatta az Angol Bolygóközi Társulat (British Interplanetary Society, egy non-profit űrkutatást propagáló alapítvány) egyik előadásán. Mueller szerint a StarClipper lehet az ideális űrrepülőgép a jövőbeni űrállomások kiszolgálásához, illetve a távolabbi célok (Hold, Mars) felé vezető út alapja.

A StarClipper az IRLV-hez hasonlóan "másfél fokozatú", a póttartály viszont egy hatalmas "V" alakot formáz, amely a gép orrára került. A gép végén lévő három (később öt) hatalmas hajtómű adja az űrrepülőgép üres tömegének a negyedét, és két kibocsátható pilonra helyezett gázturbina biztosítja a visszatéréskor a tolóerőt. Utóbbira azért is szükség van, mert a StarClipper a hagyományos utasszállítógépek szellemiségében valósult volna meg, mely szerint ugyan az induláshoz egy indítóállványra lenne szükség, de visszatéréskor bármilyen hagyományos repülőtérre leszállhat. 

A Triamese rendszer szétválás után, a jobb oldali két jármű a "gyorsító" fokozat. A képen látható a nyitott szárny és a kibocsátott gázturbinás hajtómű is

A General Dynamics Triamese alapvetően különbözött a két konkurenstől, itt három, csaknem tökéletesen megegyező gép indul el összekapcsolva. Maga a világűrbe kijutó űrrepülőgép 25 000 font (11 636 kg) hasznos terhet vihet magával, a másik két gép, amelyek végülis gyorsítófokozatok, csak üzemanyagot cipelnek. Az első fázisban a két gyorsító fokozatos gép által vitt üzemanyagot égeti el mindhárom gép hajtóműve, majd miután a tartályaik kiürültek, ezek leválnak, az űrrepülőgép pedig a saját belső üzemanyagtartályaiban lévő üzemanyaggal éri el a világűrt.

A visszatérésnél a gép hasába elhelyezett kibocsátható félszárnyak segítik a kis sebességű repülést, illetve az orrban két oldalra kiengedhető gázturbinát helyeztek el. A Triamese fő előnye abban van, hogy teljesen újrafelhasználható, nem dob el semmit - tehát nem kell a visszahulló ledobott üzemanyagtartály miatt aggódni, nehogy lakott településbe csapódjon -, illetve elvi előnye, hogy mindhárom komponense gyakorlatilag azonos.

Egyenes szárny kontra Delta szárny

A Kutatás és Mérnöki Fejlesztési részlegének igazgatóját a NASA Emberes Űrrepülési Irodáján belül úgy hívták, hogy Maxime Faget. Az aerodinamikával foglalkozó mérnök dolgozta ki a Mercury kabinok légkörbe való visszatérését, és ő felelt az űrrepülőgép technikai döntéseiért. Az egyszerű megközelítés rabja volt, éppen ezért nem tetszettek neki a lehetséges űrrepülő elképzelések, mint a StarClipper. Nekiállt tehát a saját elképzelését papírra vetni, pozíciójából fakadóan pedig a szavára nem ártott odafigyelni. 

Maxime Faget

Faget ellene volt a "Lifting Body" elképzelésnek, vagyis amikor a felhajtóerőt a test kiképzésével érik el, és hasonlóan ellenére volt a deltaszárnyú elképzelésnek. Ő egy egyszerű, egyenes szárnyű, tömpe orrú gépet képzelt el, ahol a kicsi űrrepülőgép egy nagyobb gyorsító fokozaton ül, amely 50 - 70 km magasan leválik, és innen az űrrepülőgép maga gyorsít tovább, hogy elérje a világűrt. Egyszerű, letisztult rendszer, ahol kevés az ismeretlen változó.

A NASA "Lifting Body" tesztjárművei, az X-24A, a H2-F3 és a HL-10. A felhajtóerőt a törzs kialakítása adta, szárnyaik nincsenek (Klikk a nagyobb képért)

A Max Faget féle űrrepülőgép elválik a gyorsító fokozatként szolgáló testvérétől (Klikk a nagyobb képért)

Az általa favorizált megoldás alapvetően úgy érkezne vissza a légkörbe, mint ahogy azt a Mercury, Gemini, Apollo vagy akár a mai Szojuz űrkapszulák tennék - viszonylag meredeken. Ez ugyan jelentős igénybevételt jelent, jobban felhevül a gép, mint egy laposabb beérkezésnél, ám kisebb a felhevülésnek kitett felület, amit hővédelemmel kell ellátni, illetve könnyebb lehet az egész gép.

A meredek beérkezés után a gép mintegy 12 000 méter magasságban a hangsebesség környékére lassul a sűrűbb légrétegekbe érve, ekkor lefele fordítja az orrát, hogy sebességet gyűjtsön (a gép addig a hasával előre haladt a légkörben, az orrát a menetirányba fordítva kisebb lesz a légellenállása), és az egyenes szárnyaival elegendő felhajtóerőt szerez ahhoz, hogy átmenjen vízszintes repülésbe olyan 4 700 méterrel a Föld felett. Ezután a gép már sima repülőgépként szállhat le. Faget megoldása tényleg egyszerű, alapvetően már kijárt utakat követett, és kevés ismeretlen volt benne - ha valamit olcsón és gyorsan kell megcsinálni, ezek kétség kívül jó ómennek számítanak.

Maxime Faget féle elképzelés arra, hogy érkezne meg a légkörbe az űrrepülőgép

Csakhogy ez magával vonta azt a vádat is, hogy túl óvatos, túl konzervatív megközelítés. Ennek a nézetnek a fő hangadója a StarClipper tervezője, Max Hunter, illetve az Amerikai Légierő Repülésdinamikai Laboratóriumának az Űrrendszerek csoport vezetője, Alfred Draper volt. Mindketten berzenkedtek attól, hogy egy repülőgép a visszatérés folyamán gyakorlatilag átesésben zuhan (az átesés leegyszerűsítve az az állapot, amikor a repülő test nem termel felhajtóerőt).

Az ő elképzelésük szerint végig nagy sebességgel, kontrolálltan kell a légkörbe belépni, viszonylag lapos szögben. Ehhez viszont vagy nagy felületű deltaszárnyra van szükség, vagy olyan géptestre, amely nagy felhajtóerőt termel. Mindkettő bonyolult kihívás, ráadásul nagyobb felületet kell megóvni a légköri súrlódás által termelt hőtől, illetve jóval bonyolultabb formákat (elsősorban a gép orrát, illetve a szárnyak belépőélét, míg a hassal előre repülésnél ezek nem kapnak akkora hőterhelést).

A NASA egy négy fázisból álló tenderen kezdett el dolgozni. Az "A" fázis a technológiai elképzeléseket gyűjtötte össze, a "B" fázis egy konkrétabb, kidolgozottabb tervet várt az indulóktól, míg a "C" és a "D" a már kiválasztott űrrepülőgép előzetes munkálatait,finomítását és végül a végleges formába való öntését takarta.

Az "A" fázis tervei

Az első fázisban, 1969-ben a lehetséges konfigurációkra kért a NASA ajánlatot. A folyamatosan változó igénylista miatt a tervek is állandóan változtak részleteiben, néha egész drasztikusan. Komoly fejtörést okozott a mérnököknek, hogy - mint azt az előző részben ismertettük - menet közben derült ki: a légierő 50 000 fontos (22 727 kg) hasznos teher igényét is teljesíteni kellene. Az elvárások között szerepelt, hogy teljesen újrafelhasználhatónak kell lennie az egész rendszernek, így a ledobható üzemanyagtartályoktól a legtöbb gyártó eltekintett. 

A McDonnel-Douglas "A" fázis elképzelésének fantáziarajza. A méretek érzékeltetésére a festő emberalakokat helyezett el a gép alatt

Gyakorlatilag mindenki függőlegesen induló, vízszintesen leszálló, egy gyorsító-repülőgépből (ami rakétahajtóművekkel indult, majd gázturbinás hajtóművekkel tért vissza, miután elindította az űrrepülőgépet) és egy űrrepülőgépből álltak. Ebből következően viszont meg kell jegyezni, hogy igencsak méretesek lettek a gyorsító fokozatot képviselő repülőgépek méretei. Akadt olyan, amelyik üzemanyaggal feltöltve 1 600 tonnát nyomott volna; viszonyításképpen ez bő két és félszer annyi, mint a jelenlegi legnagyobb felszállótömegű repülőgép, az Antonov An-225-ösé!

A NAR DC-3 fantáziarajza. Feltűnő a tompa orr és a szárnyak felett elhelyezett hajtómű

A North American Rockwell (NAR) cég Faget útmutatását követte. Kétlépcsős, egyenes szárnyú elképzelést vázoltak fel, egy nagyobb, ember vezette gyorsító fokozattal, ami 70 000 méteres magasságban válik le, és tér vissza a kiindulási pontra. Az űrrepülőgépen a gázturbinás hajtóműveket a két félszárny tetején helyezték el, a gép orra pedig nagyon csapott volt, de a Fagot-féle küldetésprofilhoz ez illett tökéletesen. A kvázi végleges változat képes volt a légierő által igényelt bő 22 tonnás hasznos terhet mintegy 2 000 tonnás indulótömeg mellett a világűrbe juttatni. A számítások szerint hat űrrepülőgéppel évi 50 indítást tudnának biztosítani.

A Mc-D cég végső "A" fázis elképzelésének űrrepülőgépe. Feltünő a géptörzs keskenysége, és a "felhajtható" félszárnyak

A McDonnel-Douglas "A" fázisú terve szintén a Max Faget által javasolt utat követte. Két elképzelést vázolták fel, az egyik szerint egy ember vezette gyorsító fokozat viszi fel, és indítja tovább az űrrepülőgépet, a másik verzió szerint "másfél fokozattal" , egy ledobható üzemanyag-tartállyal képzelték el az űrrepülőgépet, ami nagyobb hasznos terhet lenne képes a világűrbe juttatni. Utóbbi esetén a teljes újrafelhasználhatóságot úgy biztosították, hogy az üzemanyagtartályt a levegőben befogja egy nagy méretű repülőgép, majd visszavontatja az indulási reptérre - meglehetősen bonyolult és veszélyes művelet, így ezen változat menet közben a kukában végezte.

Az érdekes, keskeny, de magas törzsű űrrepülőgép-kialakítás mögött az a motiváció húzódott meg, hogy minimalizálják a gép hasfelületét, amelyet hővédelemmel kell ellátni. Cserébe felvállalták, hogy a gép érzékeny lehet a szélre, és a magas súlypontja illetve nagy oldalfelülete miatt kevésbé stabil leszállásnál. A másik érdekessége, hogy a félszárnyakat a gép oldalához hajtották fel alapesetben, majd visszatérésnél, a sűrűbb légrétegekben nyitották volna csak le őket - egy újabb trükk a gép hasfelületének csökkentésére.

A Lockheed LS-112: a StarClipper póttartály nélkül, egy gyorsítógép hátán

A Lockheed az LS-112 jelölésű tervével ragaszkodott a StarClipper által felvázolt megoldáshoz, és egy "Lifting Body" kialakítású űrrepülőgépet párosítottak egy hatalmas, delta szárnyú gyorsító fokozattal. Ez a megoldás a Légierő kedvére való volt, és a Lockheed teljesítette a másik elvárásukat is, a 22 727 kg-os hasznos terhelést. A Lockheed érdeme volt ugyanakkor az is, hogy itt mutatta be a szilikát-alapú hővédő pajzsát, amely később a megvalósult űrrepülőgépnél is alkalmazva lett.

A Martin-Marietta cég Spacemaster fantázianevű elképzelése a Triamese elgondolást vitte tovább. A két különálló gyorsító fokozatot gyakorlatilag egybeépítették, két szárnyegységgel összekötve őket, egy kettős törzsű gépet létrehozva. A visszatéréskor az elülső közös szárnyszakaszba épített gázturbinás sugárhajtóművekkel repül a gép. Maga az űrrepülőgép nagy deltaszárnnyal rendelkezett, hogy biztosítsa a nagy sebességű kontrollált repülést, amire a légierő igényt tartott.

A NASA és a Légierő hitvesi viszonya…

Az egyes szárny kontra delta szárny-nézetek közül Fagot elképzelése maradt alul, mégpedig nem technológiai megfontolásból, hanem egyszerűen azért, mert az Amerikai Légierő csak úgy mutatott érdeklődést az egész űrrepülőgép iránt, ha képes arra, hogy a világ bármely pontja felett átrepülhessen, majd egyszer megkerülve a Földet visszatérhet a kiindulási pontra. Ezen igény igazából az 1967-es arab-izraeli háború és az 1968-as csehszlovákiai felkelés és forradalom miatt mutatkozott meg.

Már keringtek a Föld körül a Nemzeti Felderítési Iroda (NRO) Corona és Gambit kémműholdjai, de azok még visszatérő kazettás rendszerűek voltak, tehát a műholdak felvételeket készítettek a meghatározott helyekről, aztán a filmszalag egy kapszulában jutott vissza a Földre. Mind az 1967-es, mind az 1968-as eseményeknél, amire a felvételek visszajutottak, előhívták őket és végül elemzésre kerültek, már vége volt a konfliktusnak. 

Az X-37B - igazából ez az a jármű, amely képes arra, amit a légierő és az NRO által 1969-ben elvárt az űrrepülőgéptől

Noha az adott kor csúcstechnológiáját képviselték, és addig elképzelhetetlen dolgokra voltak képesek, máris még többet vártak el tőlük - azt, hogy pár órán belül a világ bármely pontjáról felvételt lehessen készíteni. Hiába volt kezükben az U-2 és SR-71 kémrepülőgép, az adott célnak egyik sem felelt meg, mivel az ellenséges légvédelem által sebezhetőek voltak. A digitális képalkotás és képátvitel még csak gyerekcipőben totyogott, így a képeket még nem tudták rádiójelek útján leküldeni a Földre, tehát más módszer felé kellett fordulni. Vagyis a lényeg az volt a légierőnek, hogy az űrrepülőgépet kvázi kémrepülőgépként használhassa fel, ehhez pedig az kell, hogy nagy magasságban és sebesség mellett a gép irányítható legyen. Ezt azonban a Fagot-féle megoldással nem lehetett biztosítani, csak a deltaszárnyú vagy "Flying Body" kialakítású űrrepülőgépekkel.

George Mueller ha kényszeredetten is, de belátta a küzdelem haszontalan mivoltát, és szüksége volt a légierőre, hogy minél több feladatot szerezzen az űrrepülőgépének. Pontosabban, neki minden létező hasznos teherre szüksége volt, amit csak elérhet, a légierőnek viszont nem volt feltétlenül szüksége a NASA űrrepülőgépére. Már gyakorlatilag készen volt a Titan III hordozórakéta, amely kellően nagy terhet tud feljuttatni a világűrbe, és ezt szerették is érzékeltetni a NASA-val, így aztán úgy táncolt a NASA, ahogy a légierő fütyült.

Egy vázlat a KH-9-ről - a jobb oldalon lévő négy kúpos rész a négy visszatérő kapszula, amikben a felvételek visszajutnak a Földre

Ennek ékes példája volt a raktér mérete körüli huzavona. A NASA és a légierő eredetileg 30 x 12 láb (9,14 x 3,65 méter) méretben gondolkodott, ám a légierő egyszerűen ultimátumot adott 1970-ben, hogy neki hosszabb raktérre lesz szüksége, mert már az ekkori kémműholdak is elérték a 30 láb hosszt, így nyilvánvaló volt, hogy a későbbiek még hosszabbak lehetnek. Ezért először 40 (12,192 méter), majd később 60 láb (18,28 méter) hosszt írtak elő, illetve az átmérőt 15 lábra (4,57 méter) növelték. Utóbbi nem volt a NASA ellenére, lévén az űrállomáshoz jól jöhet még az, nagyobb modulokban gondokozhatnak.

Max Fagot, miután a NASA űrállomásra vonatkozó terveit a kormányzat alaposan elkezdte nyesegetni, úgy döntött, hogy felülvizsgálja a 60 x 15-ös igényt, miután úgy látta, hogy a légierőnek fontosabb a hossz, mint a raktér átmérője, és a NASA számára sem szükséges a 15 láb, ezért egy üzenetben kérte, hogy csökkentsék azt le az eredeti 12 lábra (3,65 méter). A légierő egy őrnagya három nap múlva kurta válaszban helyrerakta a Fagotot, a NASA egyik legbefolyásosabb emberét azzal, hogy a légierő továbbra is fenntartja a 60 x 15 lábra vonatkozó igényét. Indoklás, magyarázat nem szerepelt a válaszban, ahogy a kompromisszum-készségre való hajlam sem sütött belőle. A dolog pikantériája, hogy a legnagyobb akkor tervezés és építés alatt álló műhold a KH-9 HEXAGON kémműhold volt, ami azonban csak 10 láb átmérőjű és 53 láb hosszú volt.

Az "A" fázis végén, 1970-ben eredményhirdetés nem volt, viszont a Fagot által felvázolt megoldást lesöpörték az asztalról, és ezzel az ezekre épülő McDonnel-Douglas és North American Rockwell terveit is. Nekiálltak, hogy a következő, már részletesebb elképzelésekre kérjenek ajánlatott a gyártóktól, a "B" fázis keretében, ám ezúttal már teljesen a légierő igénylistája alapján...

Az űrrepülőgépek hattyúdala IV. rész

2011. május 9. 22:23, Hétfő

Az űrrepülőgépnek feladata az lett volna, hogy a világűr az átlagemberek számára is elérhető legyen. A túlzott optimizmus fűtötte reményekről szól az űrrepülőgépek történetét felelevenítő cikksorozatunk mostani része. 

- I. rész - | - II. rész - | - III. rész - | - IV. rész -

Az SSME születése

Az űrrepülőgép talán legfontosabb alkatrésze a hajtómű, ennek segítségével juthat fel a világűrbe. A rakétahajtóművek fejlesztése gőzerővel folyt az Egyesült Államokban az 1940-es évek második felétől, és az 1960-as évekre öles lépésekkel el is jutott a Saturn V. óriásrakéta folyékony hidrogént és oxigént égető J-2 hajtóműveihez, amelyek a 2. és 3. fokozatban foglaltak helyet. Az első fokozat hatalmas F-1 hajtóművei folyékony oxigént és kerozint égettek el. Ugyan tolóerő tekintetében egyetlen F-1 elegendő lett volna a formálódó űrrepülőgéphez, a jobb hatékonyság miatt a folyékony hidrogént égető hajtóműveket preferálta a NASA. A kétféle üzemanyag közül a kerozin mellett szól viszont, hogy sokkal könnyebben tárolható és kezelhető. A folyékony hidrogén forráspontja -252,87°C, vagyis ennél alacsonyabb hőmérsékleten kell tárolni és megoldani a szállítását a csővezetékek és pumpák rendszerén át, ami bizony kihívás a mérnököknek.

A NASA emberes repüléseihez az 1960-as években használt rakétahajtóművei. A jobb szélső F-1-es a Saturn V első, a J-2 a második és harmadik fokozatában használt típus

Az űrrepülőgéphez azonban a NASA mindenképpen folyékony hidrogént égető hajtóművet szeretett volna, így a potenciális gyártókat Von Braum megkérte, hogy vessék papírra, milyen megoldással élnének az SSME (Space Shuttle Main Engine ~ Űrrepülőgép Főhajtómű) számára. A három felkért gyártó a Pratt & Whitney, az Aerojet és a Rocketdyne volt.

A korábbi években a légierő és a NASA is igyekezett hatékonyabb meghajtásokat keresni, ugyanis abban mindenki biztos volt, hogy lenne még hova fejlődni. A fejlesztések egyik iránya a hagyományos rakétahajtóművek problémájának kiküszöbölése volt az emelkedés közben fellépő légköri nyomásváltozás során. A rakétahajtómű alapvetően két részből épül fel: az égőtérből és a úvócsőből. Előbbi a nevéből sejthetően az, ahol az üzemanyag és az oxidálószer elég, a fúvócsővön keresztül pedig az égéstermék távozik az égőtérből, illetve fokozza a gáz áramlási sebességét. A tolóerőt Newton harmadik törvénye alapján az égőtér és a fúvócső falán fellépő reakcióerő adja a hajtóműnek, és ezáltal a rakétának.

A hagyományos rakétahajtóműnél a fúvócső kúpos vagy harang alakú, de éppen emiatt fellép egy apró probléma: a kiáramló gázok áramlása nagyban függ a külső légnyomástól. Ha a külső nyomás és a kilépő gáz nyomása ideális, akkor a gázáram ideális formát vesz fel, ebben az esetben a legjobb a hajtómű hatásfoka. Ha a külső légköri nyomás magasabb, mint a kilépő gáz nyomása, akkor először a fúvócső végétől a gázáram összeszűkül, ha pedig jóval magasabb, akkor az áramlás még a fúvócső vége előtt elválik a fúvócső falától. Ez utóbbi roppant veszélyes, mert a gázáram így kontrollálatlan lesz, a tolóerő iránya eltérhet a hossziránytól, illetve a fellépő erőhatások miatt megsérülhet a fúvócső.

Az égéstermékek áramlása tengerszinten (balra) és vákumban (jobbra) egy kis magasságra optimalizált rakétahajtómű esetén

Ebből már sejthető, hogy bizony nem egyszerű dolog a hajtóművek maximális hatásfokát elérni. A többfokozatú rakétáknál a légnyomás problémáját úgy oldják meg, hogy az első fokozat alapvetően a sűrűbb, alsó légrétegek nyomására van optimalizálva, a második fokozat már a magasabban uralkodó alacsonyabb légnyomáshoz van tervezve, a harmadik (és negyedik) fokozat hajtóműve (ha vannak) pedig már közel a légüres tér követelményeihez van kialakítva.

Az űrrepülőgép hajtóműve viszont a felszállástól a világűrbe érésig működne, tehát kompromisszumot kell kötni. Úgy kell kialakítani, hogy az induláskori sűrű légkörben a gázáram ne váljon el a fúvócsőtől, ugyanakkor a csaknem tökéletes vákumban is kellően hatékony legyen.

Balra egy hagyományos, jobbra egy aerospike rakéta-hajtómű ábrája. Jól láthatók a két megoldás közötti fő különbségek

Van erre a problémára egy pofonegyszerű megoldás, az un. Aerospike- (szabados fordításban a meglehetősen rosszul hangzó Légtüske-) hajtómű. Ez gyakorlatilag egy "kifordított" fúvócsövet jelent. A fúvócső falának egy szeletét kell elképzelni, ez a hajtómű belső oldala, erre "támaszkodik" a gázáram, túloldalról "nyitott részen" a légnyomás tartja a helyén.

Ahogy csökken a légnyomás, a gázáram elkezd tágulni, terebélyesedni, de megfelelő kialakítás esetén egy ilyen hajtómű a tengerszinttől a világűrig közel ideálisan használhatja ki a gázáram erejét, kis magasságban akár 25%-al is hatékonyabb lehet ezáltal, mint a hagyományos kialakítású megoldás. Ennek persze ára van, az Aerospike hajtómű által elérhető tolóerő kisebb lehet, mint egy hasonló méretű / tömegű hagyományos, harang alakú fúvócsővel rendelkező hajtóműé.

Egy aerospike hajtómű gázáramának alakulása tengerszinten (balra), optimális magasságban (középen) és vákumban (jobbra)

A Rocketdyne cég az 1960-as években ennek az ígéretes megoldásnak a tökéletesítését tűzte ki célul, míg a versenytársai, az Aerojet és a Pratt & Whitney a hagyományos, harang alakú kialakítás mellett maradtak, elfogadva annak hibáit, viszont kihasználva az időközben már összegyűjtött tapasztalatokat.

1969. októberében az előzetes megoldásokat mérlegelve a NASA úgy döntött, hogy marad a hagyományos megoldásnál, vagyis az Rocketdyne éveken át egy olyan technológia fejlesztésébe fektette az erőforrásait, amelyre végül nem tartottak a legfontosabb vevők igényt… 

XRS-2200 teljes tolóerejű teszt

A sors fintora, hogy az aerospike hajtómű 30 évvel később az X-33 / Venture Star program kapcsán újra előkerült, és az ekkor már a Boeing leányvállalataként működő Rocketdyne meg is építette az XRS-2200 aerospike hajtóművet, ám az végül az X-33 program törlése miatt csak a földön lett tesztelve.

1970. februárjában a három cég 6-6 millió dollárt kapott a NASA-tól, hogy részletesen kidolgozzák a saját változatukat az SSME hajtóműre. A NASA elvárása vákuumban 415 000 fontos (188 824 kg-os) tolóerő, ami csaknem kétszerese az addigi legerősebb folyékony hidrogént égető hajtóműnek, a J-2-nek. A kiáramló gáz sebességénél 14 760 láb / másodperc (~4450 m/s), az égéstérben lévő nyomásnak pedig 3 000 psi (~204 atm) határoztak meg. A hajtóműtől 10 órás élettartamot és 100 repülést vártak el, igaz ez utóbbit a hagyományos, már meglévő hajtóművek is képesek voltak teljesíteni. A J-2-es hajtóművel 105 tesztgyújtást csináltak, és ez idő alatt összesen 6,5 órán keresztül működött.

A Pratt & Whitney az XLR-129 jelölésű hajtóművön dolgozott már egy ideje, amely 350 000 font tolóerő elérésére kalibráltak, alapvetően ennek egy megerősített, átdolgozott változatát szánták az SSME tenderre. Az XLR-129 a légnyomás által jelentett problémát frappáns megoldással orvosolta: a fúvócső normál helyzetben a sűrű légkörben való repüléshez volt ideális, amikor pedig a magasabb légrétegekbe ért, egy kiegészítő "szoknya" ereszkedett alá, meghosszabbítva és kibővítve a fúvócsövet, amely így már az alacsony légnyomáshoz idomult. 

Az XLR-129 rajza, a kiegészítő fúvócső toldat felső állásban

További érv volt mellettük, hogy ők dolgoztak a NASA számára egy olyan turbopumpán, amelynek a fajlagos teljesítménye 100 lóerő per font, vagyis hozzávetőleg 220 lóerő per kilogramm. A nagyteljesítményű rakétahajtóművek olyan iszonyatos mennyiségű üzemanyagot és oxidálószert égetnek ugyanis el viszonylag rövid idő alatt, hogy brutális teljesítményű turbopumpákra van szükség az üzemanyag szivattyúzásához. Ezek a turbopumpák gyakorlatilag egy kis méretű (de igen erős) gázturbinából és a hozzájuk csatolt szivattyúból állnak.

A teljesítményűk a Saturn V. esetén a 60 000 lóerőt is elérte, de az űrrepülőgéphez még ennél is erősebbre, 75 000 lőerősre lett volna szükség, ráadásul mivel a tömeg továbbra is kritikus tényező, ezért minél könnyebbnek kellett lennie. Ezek mellett már csak habnak számítanak a tortán az olyan ínyencségek, minthogy a vörösen izzó turbinarésztől mindössze egy méterre van a közel abszolút nulla fokú anyagot szállító szivattyú, ami miatt a tengely csapágyainak kenőanyag nélkül kell elviselnie a percenkénti 35 000 fordulatot - hiszen a forró oldalon egyből elpárologna bármilyen kenőanyag, míg a fagyos oldalon egyszerűen megszilárdulna. A Pratt & Whitney pedig kvázi a kezében tartott egy ilyen turbószivattyút is, vagyis igencsak kellemes pozícióból várt a döntéshozatalra...

A J-2 hidrogén-turboszivattyúja; a bal oldalán 1500, a jobb oldalán -254 Celsius fok.

A Rocketdyne az aerospike-fiaskó után nem zuhant magába, hanem megbízták a J-2 hajtómű kifejlesztését irányító Paul Castenholzot, hogy vegye a szárnyai alá az SSME tendert. Mivel a legfőbb konkurens komoly előnnyel indult a versenyben, ezért ő úgy döntött, hogy a tenderre beadandó anyagnak szó szerint kézzel foghatónak kell lennie, mert pusztán papírra felvetett számhalmazzal nehéz lesz győzni. Akármennyire is lehet az anyag kidolgozott és hibátlan, meg kell győzni a NASA döntéshozóit, ahhoz pedig elképzeléseknél több kell.

Egy, a kívánalmaknak megfelelő turbopumpa megtervezése és kivitelezése a szűkös időkeret miatt valószínűtlen volt, így egy teszthajtómű megépítése mellett döntött. Csakhogy ehhez több pénzre volt szüksége, ezért a Rocketdyne (illetve az akkori tulajdonos, a Rockwell) vezetéséhez fordult, hogy további 3 millió dollárt igényeljen a cég pénzéből, amit végül jóvá is hagytak (a NASA által biztosított 6 milliót nem lehetett ilyen célra felhasználni). 

Paul Costenholz, és a Rocketdyne SSME teszthajtóműve

Noha Castenholz csapata sem a nulláról kezdte a munkát, komoly kihívás volt ilyen rövid idő alatt megépíteni egy hajtóművet. A mérnökök szó szerint beköltöztek a céghez, jobb híján a kórházrészleg ágyain aludtak több hónapon keresztül. (Castenholznak - és lehet többeknek még rajta kívül - a házassága is ráment erre.) Ám végül megcsinálták, elkészültek egy életnagyságú hajtóművel, amellyel ugyan túl sok tesztet már nem tudtak végrehajtani, de éppen elég anyagot sikerült gyűjteniük ahhoz, hogy elégedetten hátradőlhessenek.

Különösen annak a fényében, hogy 1970-ben a NASA megemelte a hajtómű tolóerejére vonatkozó igényeit, immár 550 000 font (~249 475 kg) tolóerőt kértek az SSME-től. A Rocketdyne teszthajtóműve noha 415 000 fontra volt tervezve, nagyon rövid ideig elérte az 505 000 font (229 064 kg) tolóerőt, tehát viszonylag közel voltak a kitűzött célhoz, míg a Pratt & Whitney csak 350 000 fontnál (158 757 kg) járt még.

Ezt az előnyt megfejelték egy olyan bemutatóval, ahol lenyűgözték a NASA döntéshozóit. Egy teremben nem csak fotókat, de hanggal együtt felvett videófelvételeket, sőt, lassított felvételeket mutattak be a hajtóműtesztekről. Olyan hatásvadász megoldásokkal is éltek, hogy amikor Costenholz például azt ecsetelte, hogy a teszteket télen kellett lefolytatni, akkor a háta mögé egy havas sivatagi táj képét vetítettek. Az egyik szemtanú csak úgy jellemezte, hogy ez volt az életében látott legjobb prezentáció, de a leglényegesebbnek mégis Eberhard Rees kijelentése tekinthető, mely szerint "most már elhiszem, hogy meg tudjuk csinálni". 

A Rocketdyne SSME teszthajtóműve működés közben

1971. júliusában a SSME megépítésére vonatkozó szerződést a NASA illetékesei a Rocketdyne-nak ítélték. Természetesen a Pratt & Whitney nem hagyhatta annyiban a dolgot, 100 oldalas kérvényt nyújtottak be a kormányzati költségvetési ellenőrző irodának, amelyben a döntést kritizálták. A lobbizás gőzerővel folyt, a floridai székhelyű cég mindkét floridai kongresszusi képviselőt meggyőzte, hogy forduljanak levélben Nixon elnökhöz, hogy felülről számukra kedvezően változtassák meg a NASA döntését.

Itt egy kicsit elkalandoznánk az Egyesült Államok működési rendszerébe. A tagállamok a központi forrásokból nem sokat látnak közvetlenül, de az állami megrendelések mindigis a legzsírosabb falatok közé tartoztak. Éles lobbiharc folyt, folyik és fog még sokáig folyni Washingtonban az ilyen döntéseknél, hogy olyan cég nyerje az állami megrendelést, amely a gyártást a képviselő tagállamába szándékozik vinni. Ezáltal ugyanis munkahelyek teremtődnek, illetve közvetve adóbevételhez juthat a tagállam. A fenti esetben Nixon talán azért nem avatkozott be, mert tisztában volt vele, hogy Florida kevesebb elektori szavazatot jelent, mint Kalifornia, ahol a Rocketdyne székhelye volt, márpedig ekkor már zajlott az 1972-es elnökválasztási kampány, ahol Nixon az újraválasztásáért indult (amit meg is nyert).

Az űrrepülőgépek hattyúdala IV. rész

2011. május 9. 22:23, Hétfő

A gazdaságosan üzemeltethető űrsikló mítosza

1969-ben a Caltech (egy neves kaliforniai egyetem) mérnökkarának vezetője, Francis Clauser azt hangoztatta előadásain, hogy még az ő életében eljön az az idő, amikor az űrutazás az átlagpolgároknak is elérhető lesz, sőt, a Holdutazás is olyasmi lesz, mint egy karibi kirándulás. A Lockheed főmérnöke, Max Hunter pár évvel később úgy vélte, hogy évi 95 űrrepülőgép-repüléssel egy-egy út költsége 350 000 amerikai dollár körül alakul, vagyis egy kilogramm feljuttatási költsége mintegy tizenöt és fél dollár lesz. 

Egy Dnyepr-1 indítás, 2220 dollár/kg fajlagos árával a legolcsóbb hordozóeszköz jelenleg, amit annak köszönhet, hogy kivont ex-szovjet R-36 interkontinentális ballisztikus rakétára épül

Ma, 2011-ben egy kilogramm hasznos teher feljuttatása a világűrbe még a legolcsóbb megoldásokkal (átalakított ex-szovjet hordozórakétákkal) is 2220 dollárba kerül, de a nyugati hordozórakéták esetén ez az összeg inkább 5 - 10 000 dollár körülire jön ki. Az űrrepülőgép pedig függően attól, miként számolunk, 17 700 - 35 000 dollár. Tehát meglehetősen messze vagyunk a 15,5 dolláros összegtől, de vajon mi indokolhatta anno ezt a töretlen optimizmust?

Az ehhez szükséges követelményeket George Mueller 1969 októberében vázolta fel Washingtonban. Előadásában három kritikus pontot említett, ahol a költségeket meg lehet fogni:

• Egy igen hatékony, folyékony hidrogént égető rakétahajtómű, amely 100 repülést bír ki.

• Olyan hővédő pajzs, amely újrafelhasználható, és két repülés között minimális ellenőrzést és karbantartást igényel

• Olyan belső ellenőrző rendszer, amely képes a gép összes kritikus elemét figyelemmel kísérni, az esetleges meghibásodásokat előre jelezni, és mindezt a földi személyzet nélkül, egyszerűen tegye meg, így a karbantartásokat és javításokat sokkal gyorsabban és célirányosabban lehessen elvégezni.
  
  Mueller a harmadikat nevezte a legnagyobb kihívásnak. Az X-15 esetén egy repülés után több napos ellenőrzés következett. A hajtóművet és az üzemanyagrendszert nyomáspróbának vetették alá, a hátsó sítalpakat röntgennel világították át repedéseket keresve rajtuk (ennek oka a leszálláskor fellépő nagy erők voltak), a hidraulika rendszernél pedig minden egyes elemre kiterjedő szemrevételezés volt előírva. Ha ezen túl voltak, akkor egy hajtóműtesztet hajtottak végre, amihez egy pilótának a pilótafülkébe kellett ülnie, és rövid időre begyújtani a hajtóművet. Csak ha mindezeken sikeresen átesett a gép akkor indulhatott a következő útjára.
  
  Ez egy űrrepülőgép esetén a sokkal bonyolultabb rendszerek miatt jelentősen több időt venne igénybe, márpedig ha egy-egy repülés után hetekre, hónapokra van szükség az ellenőrzésre és a karbantartásra, akkor az rengeteg pénzt emészt fel. Ezen kívül a gép addig nem képes a feladatát ellátni, nevezetesen hogy embereket és hasznos terhet vigyen a világűrbe. Vegyük akkor végig ennél a járműnél is ezeket a pontokat:
  1. A hajtóműről az előbb volt szó; az SSME a várakozások szerint kevés karbantartást fog igényelni, és a 100 repülésenkénti cseréje hatalmas előrelépés az egyszer használatos rakétákhoz képest.
  
  2. A hővédő pajzs terén háromféle elképzelés versengett. A hőelnyelő (heat sink) megoldásnál a hőt fém szerkezeti elemek vezetik el a hűvösebb részek felé, melynek során ugyan átmelegszik az egész gép, de az egyes elemek a kívánt hőmérsékletnél nem melegednek tovább. A második megoldás a már bevált elégő hőpajzsok, ahol az előre felvitt hővédő anyag elég, és közben hőt von el, így hidegen marad az alatta lévő test. A harmadik megoldás a szén alapú kompozit anyagok alkalmazása volt, mivel a szén nagyon jól viseli a magas hőmérsékleteket. A V-2 rakétákban a hajtómű fúvócsövénél helyeztek el kis vezérsíkokat, amelyek a kiáramló forró gázokat eltérítve tudták kormányozni azokat, így irányítva a rakétát. A "heat sink"-féle megoldás az X-15 esetében sikeresen volt tesztelve, az elégő hőpajzsok sikeresen bizonyítottak a Mercury, Gemini és Apollo programokban, az új szén és szilikát alapú hővédő pajzsok pedig hatékony és könnyű újrafelhasználható hővédelemmel kecsegtettek.
  
  3. A számítógépes felügyelet és hibafelderítés egy sokkal trükkösebb dolog. Általános jelenség, hogy egy meghibásodott autónál próba-szerencse alapon cserélnek ki egy alkatrészt, aztán vagy megszűnik a hibajelenség, vagy sem. Utóbbi esetén lehet újabb próba-szerencse alapon folytatni a kísérletezést, kizárva persze a már kicserélt alkatrészt. Ekkoriban azonban a repülőgépeknél is ez volt a bevett szokás, az American Airlines egy belső feljegyzése például azt említi, hogy hat hónap alatt a légkondicionáló berendezéssel kapcsolatos panaszok 44%-a, az automata pilótát érintő hibajelzések 52%-a volt megoldatlan a karbantartás és alkatrészcserre után. Vagyis üzleti szempontból nézve olyan alkatrészt cseréltek ki a gépekben, amelyek feltehetően hibátlanul működtek, ezáltal pedig felesleges költségekbe verték a céget. 

 
Az Endevour űrsikló az Orbiter Processing Facility hangárjában a visszatérés utáni ellenőrzésen. Mueller aligha ilyesmire számított eredetileg...- klikk a nagyobb képhez!

Tehát egy olyan rendszerre lett volna szükség, amely rögzíti az adatokat, minél többet, ezen adatokkal felfegyverkezve pedig a karbantartó személyzetnek már nem találgatnia kell, hogy mi is romolhatott el, hanem rögtön láthatja már az adatokból, hol is kell keresni azt.

A PanAm légitársaság 1970-ben kezdte meg az éles tesztelést egy olyan hibafelderítő rendszeren, amely begyűjtötte a működési adatokat a Boeing 707-es mind a négy hajtóművétől, és összehasonlította azokat a korábban rögzített adatokkal. Ha eltérést tapasztalt, akkor egy nyomtató a pilótafülkében egy üzenetet nyomtatott ki, amelyen szerepelt a hajtóműtől begyűjtött, a normálistól eltérő adat. Ugyan ezen adatok egyszerűen megjeleníthetőek egy műszerfalon, de azt nem lehet elvárni a személyzettől, hogy a hajtóművenként több tucatnyi mért változót folyamatosan kövessék. Mivel azonban a rendszer nem csak követte, de rögzítette is az adatokat, így később a karbantartó személyzet láthatta, hogy mi válthatta ki az abnormális viselkedést, így pedig könnyebb volt a hibaforrás lokalizálása és a hiba elhárítása. Vagyis a civil légi repülésben már a NASA-tól függetlenül is beindult a számítógépes monitorozás kifejlesztése és annak gyakorlatba való átültetése.

Mueller abban bízott, hogy a Saturn - Apollo rendszerhez szükséges 20 000 fős szakembergárdát a fenti módszerekkel a töredékére csökkentheti, a költségek egy igen jelentős része ugyanis a hatalmas kiszolgálórendszer üzemeltetése volt. Ha a 20 000 fő helyett pár száz fő, egyetlen űrközpontban meg tudja oldani az űrrepülőgépek kiszolgálását, akkor egy-egy indítás költségét a Saturn V. 185 millió dolláros árához képest a töredékére, 1 - 2,5 millió dollárra csökkentheti. Ez ugyan még messze van a Max Hunter által említett 350 000 dollártól, ám még így is drasztikusan olcsóbbá tehetné a világűrbe jutást.

Noha a NASA általános tapasztalata az volt, hogy a becsült költségekhez képest általában mindig csak közel háromszoros áron sikerül megvalósítaniuk a kitűzött célt, Mueller meghatározta a költségcsökkentés irányát, és ezek mindegyike elérhetőnek tűnt (hatékony SSME hajtómű, többféle, költséghatékony hővédő pajzs illetve már a civil iparban formálódó számítógépes hibalokalizáció). Az pedig, hogy NASA és a Légierő úgy tűnt, közös utat követ, vagyis az űrrepülőgép számára biztosítva van a folyamatos munka, arra utalt, hogy a magas fejlesztési költségeket a jól kihasznált űrrepülőgépek majd alacsony működési költségekkel hálálják meg.

A Nixon-kormányzat viszont 1970-ben kereszttűz alá vette a teljes űrrepülőgép-programot. A költségvetésért felelős szakmai gárda nagyobb rálátást akart arra, hogy mire alapozza a NASA az optimista jövőképét, az űrkutatásért felelős iroda pedig kelletlenül védekező pozícióba volt kénytelen húzódni, és korábban még nem emlegetett tényezőket hoztak fel érvként.

 
A Voyager 2 űrszonda indítása egy Titan III. hordozórakétával 1977-ben

A fő érv a vitában az volt a pénzügyesek számára, hogy összehasonlításnak ott volt az ekkor már kiforrott Titan III. hordozórakéta, amit a légierő számára fejlesztettek ki. Tehát az ő szemszögükből nézve ha ezt használnák az űrrepülőgép helyett, akkor fejlesztési költség nincs, csak az indítások költsége. Természetesen ha a NASA által felvezetett számokat nézzük, a Titan III. nem versenyezhet az űrrepülőgéppel az indítások árát figyelembe véve. 10 évre viszonyítva a Titan III. már viszonylag szerény indítási mennyiség (évi 28 darab) esetén is elvérzik (igaz minimális mértékben), mivel minden egyes indításnál elveszik a hordozóeszköz. Az űrrepülőgépet ugyan még ki kell fejleszteni, és persze drágább legyártani, de egy-egy út költsége mégis annyival alacsonyabb, hogy hosszú távon kifizetődnek ezek a költségek.

Azonban a költségvetési bizottság a saját, gazdasági alapú számítási modelljével számolt, amely a pénz értékcsökkenését is figyelembe vette, és a programok költségét befektetésnek tekintette. Mivel az állam pénzéről volt szó, ezért meghatározták, hogy milyen célú felhasználás milyen prioritást kap. Például egy autópálya vagy egy iskola magas prioritást élvez, mivel a segítségével az állam többet kaphat vissza, mint amennyibe a befektetés került. Az űrprogramok a költségvetési bizottság szerint alacsony prioritást élveztek, mivel közvetlenül keveset nyer belőle az állam, ráadásul nagy a kockázat mértéke, óriási a túlköltekezés, sok a baleset (mint az Apollo-1 esete) és így tovább.

Innen nézve tehát az állam jobban járna, ha az űrkutatásba fektetett pénzt inkább máshol fektetné be, emiatt aztán a fejlesztési költségek figyelembe vételénél gyakorlatilag egy előre meghatározott inflációval kellett számolni. Ez pedig hátrányosan érintette az űrrepülőgépet, ahol a fejlesztési költség jelentős, és a működés első szakaszában jelentkezik. Szó se róla, gazdasági szempontból érthető nézet, ám a hosszútávú programok szempontjából nagy érvágás.

Óriási változás ez ahhoz képest, hogy a NASA költségvetésére miként tekintettek alig 10 évvel korábban, amikor politikai, illetve katonai indokok fűtötték a költségvetési döntéseket, és szavaztak meg hatalmas pénzeket a NASA-nak. Ennek hirtelen vége lett, a szervezetnek be kellett bizonyítania, hogy az űrrepülőgépbe érdemes befektetni az állam pénzét. A bizottság azt találta a számokban, hogy évi 55 indítás alatt az űrrepülőgép-program egyszerűen nem éri meg. Márpedig ilyen sok indítás akkor jön össze, ha a légierő harmincat bevállal ebből, amit pedig a Corona kémműholdak alapján állapítottak meg. Csakhogy az 1970-es években már jóval nagyobb kémműholdakat terveztek, amelyekből kevesebbet kell Föld körüli pályára állítani, mint a kvázi egyszer használatos Corona-kból.

A NASA ellentámadásba lendült. Egyfelől igyekeztek megmenteni az űrállomás-programot, amit nem csak a NASA, de a nemzet szempontjából is kiemelkedően fontosnak tartottak, egészen odáig menve, hogy a világűrben való gyártás is rentábilis lehet gazdaságilag. Példának a mikroelektronikai szektort hozták fel, amely profitálhat a súlytalanságban való gyártásból - arról ugyan mélyen hallgattak, hogy pontosan milyen módon.

A másik indok már ehhez kapcsolódott: ha megvan az űrállomás, és annak a személyzetét megnövelt Gemini-szerű űrhajókkal kell kéthetenkénti indításokkal váltani, akkor az 1,6 milliárd dollárba kerülne évente, az űrrepülőgéppel viszont csak 480 millió dollárt kóstálnak ugyanez. Ez már elég komoly anyagi indok volt, hogy az űrrepülőgépet hozza ki győztesnek. Persze itt is volt egy kis csúsztatás - tudniillik az űrrepülőgép ekkor már alapvetően a légierő igényeinek megfelelően egy nagy teherszállító jármű volt, nem pedig az a kisebb, űrállomások számára kiszolgáló feladatot ellátó változat, amit eredetileg a NASA elképzelt.

Hogy a nagy rakteret valahogy kihasználják, egy teljesen új koncepcióval álltak tehát elő. Mivel az űrrepülőgép raktere hatalmas, ezért nagyméretű, kényelmesen szerelhető, egységesített műholdakat lehetne a segítségével Föld körüli pályára állítani. A műholdak hagyományosan kicsik és "összecsomagoltak", miután a világűrbe jutottak, kinyílnak a napelemtábláik, antennáik. Mivel pedig nincs mód arra, hogy a világűrben egy beragadt napelemet vagy antennát, esetleg egy meghibásodott elemet kicseréljenek, ezért nagyon alaposan tesztelik ezeket a Földön, hogy odafent már ne következhessen be hiba.

Ha viszont egy egyszerűbb, nagy méretű, könnyen javítható műholdat építenek, ahol szükség esetén a hibás elemeket egyszerűen cserélni lehetne egy űrrepülőgép-úttal, akkor a költséges és időigényes földi tesztelések jórésze egyszerűen okafogyottá válna. Ha pedig a műholdakat egységesítenék, például mindegyikre ugyanolyan csatlakozási pontok kerülnének, ugyanolyan napelemek, fedélzeti rendszerek, és így tovább, akkor tovább csökkenthetőek az árak. A saját számításaik szerint noha egy ilyen műhold tömege a korábbiak háromszorosa lenne, és egy nagyságrenddel több helyet foglalna, a gyártása csak kétharmad annyiba kerülne. Ráadásul mivel az űrrepülőgép segítségével könnyen javíthatóak, cserélhetőek a komponensei, ezért az élettartama is hosszabb.

Balra egy hagyományos "szétnyíló" műhold, jobbra a javasolt "egységesített"
műhold vázlata

Apró probléma, hogy a NASA nem kereste meg a civil műholdakat üzemeltetni szándékozó cégeket, és nem vette figyelembe, hogy a trendek szerint a műholdak elég megbízhatóak kezdtek lenni, a tesztelésre fordított költségek mértéke pedig láthatóan csökkenő tendenciát mutatott. Az pedig, hogy a kommunikációs műholdak olyan magas pályán fognak keringeni a jövőben, amely az űrrepülőgép által elérhetetlen, szintén nem verték nagydobra. Tehát a civil javító-utakra vonatkozó érvelés mögötti tartalom igazság szerint légből kapottnak tekinthető.

Tovább nehezítette a NASA dolgát, hogy a költségvetési bizottság úgy találta, hogy az a legjobb megoldás, ha a meglévő infrastruktúrát alakítják hozzá az űrrepülőgéphez. Ott volt a Saturn V.-höz épített VAB, ahol a rakétát összeállították, és ott volt a két hatalmas kúszó, gigászi, teherrel együtt akár 3 000 tonnás lánctalpas szörny, amelyek a VAB-ból az indítóállásba vitték a rakétát (később az űrrepülőgépet) indítóasztalostól, és ott volt az indítóállás maga. A költségvetési szempontok szerint új infrastruktúrát kiépíteni drágább, hiszen számolni kell a befektetés értékcsökkenésével. Hogy hosszútávon ez milyen következményekkel jár, illetve a fejlesztés, majd az üzemeltetés folyamán ez milyen nehézségeket jelenthet, nem mérlegelték, hiszen azt akkor és ott nem láthatták előre.

Márpedig 1971-ben az űrrepülőgép-program költsége a következő 10 évre már 9,9 milliárd dollárra volt becsülve. Komoly számmisztikai harcok kezdődtek a gazdasági matematika szintjén, különféle felvázolt kihasználtsági arányokat figyelembe véve. Ekkora már tucatnyi különféle fellövési terv készült, évi 28 indítástól kezdve az évi 57 indításig bezárólag. Ezek átláthatósága azonban egy labirintuséval vetekszik, amely egy kártyavár stabilitásával párosult. A felvázolt kihasználtsági tervek ugyanis olyan bizonytalanságokra épültek, hogy például évi hány civil műhold-karbantartó útra indul az űrrepülőgép - olyasmi, amit előre megjósolni se lehet. Tovább nehezíti a tisztánlátást, hogy ekkor már egy-egy indítás 4,6 millió dollár körül mozgott. Mueller alig egy évvel korábbi 1 - 2,5 milliós összege tehát máris megduplázódott-megnégyszereződött, és az űrrepülőgép még el sem hagyta el a tervezőasztalt!

A költségvetési javaslat egy tollvonással úgy határozott, hogy az eredeti űrrepülőgép elképzeléshez szükséges 4,5 - 5 milliárd dolláros éves NASA költségvetés helyett a mintegy 3,2 milliárd dolláros szint körüli tartásnál maradnak. Ez túl kevés volt az eredeti "A" fázisos űrrepülőgép tervek megvalósításához, kvázi azt mondva a NASA-nak, hogy "ha akarjátok az űrrepülőgépet, akkor olcsóbban fejlesszétek ki".

A NASA költségvetése a teljes amerikai költségvetéshez képest százalékarányban. Jól látható, hogy az 1960-as évek második felében komoly zuhanás vette kezdetét.

A NASA másfél év alatt három komoly felütést kapott. Először 1969. második felében a várt plusz pénz helyett további egy milliárd dollárt megvontak tőle, és az Apollo-program eredeti ütemtervét a csökkentett költségekhez kellett igazítani. Utána az 1980-as évek elejére tervezett Mars-program, a hozzávaló nukleáris hajtóművel esett áldozatul, ráadásul az 1970-es években gyakorlatilag választaniuk kellett, hogy az űrrepülőgépet vagy az űrállomást pénzelik. Az űrrepülőgépet választották, de legalább a Saturn hordozórakétára épülő űrállomással, a Skylab-programmal vigasztalódhattak, és azzal a jövőképpel, hogy majd az 1980-as években talán jut keret egy "rendes", nagy méretű űrállomásra, amelyet eredetileg is terveztek. A harmadik felütés pedig ezek után azzal szembesülni, hogy már az űrrepülőgép is késélen táncolt.