Rakétaindítás deluxe, 3/B rész, avagy 747-essel az űrbe

2017. május 09. 18:54 - Maga Lenin

A kettébontott poszt második része. E rész forrásai szintén az előzőben találhatóak meg!

 

Amihez tuning Jumbo Jet kell: az ALSV terv

A HL-20 tehát a BOR-4-esen át a Spirálhoz kapcsolódik, azaz a blog előző témájához. Egy korábbi, kétrészes, számos különleges Boeing 747-est felvonultató poszthoz pedig egy katonai, légi indítású TSTO tanulmányterv kapcsolódik, és ad alkalmat néhány ugyancsak speciális Jumbo Jet átalakítási ötlet ismertetésére.

 

A vizsgált Space Sortie Vehicle (SSV, azaz „Űrmisszió Jármű”, de sokkal jobb egy nem tükörfordítás: Katonai Űrkomp) az előzőekben említett, ’70-es, ’80-as évek fordulóján született tervek egyike, de ezúttal nem a NASA, hanem a légierő részére ajánlották a gyártók közül páran. Ezért nem is központi igényre zajlott a „program”, így pontos kezdő dátumot nem is lehet megadni. Ezzel együtt nagyon gyorsan ALSV, azaz Air Launched Sortie Vehicle (kb. Légi Indítású Katonai Űrkomp) névre váltott az SSV. A cél annak megállapítása volt, hogy az STS űrsiklóhoz kifejlesztett technológiák alkalmazása egy kicsi, de rugalmas katonai űrrepülő megalkotásánál megfelelően olcsó és használható indítóplatformot eredményez-e. Kezdetben az ALSV feladata egy kisméretű műhold feljuttatása volt, bármely, (LH2 és LOX) rakétaüzemanyagot tároló légierős bázisról, továbbá igen széles keringési jellemzők mellett.

Eddig bizony majdnem szó szerint a Spirál alapötletét láthatjuk. Most jön a MAKSz!

A légierő Air Force Rocket Propulsion Laboratory szervezeti egysége egy áttekintő tanulmányt is készített, Air Force Sortie Space System (AFSSS) címszóval. Ebben egy Boeing 747-es hátáról „ugrás” közben indított, folyékony oxigén és folyékony hidrogén hajtóanyagú rakétával felszerelt, és az ezeket egy külső, ledobható tartályban tároló, kicsi űrrepülőt mutatnak be. Ehhez néhány lényeges műszaki megoldást is felvázoltak benne, kezdve azzal, hogy az űrrepülő személyzet nélküli módban is képes legyen működni, de ellenkező esetben is csak alapvetően egyetlen pilótával számoltak. A 747-es külső teherre számított kapacitása mintegy 100 tonna volt, tekintettel a megnövekedett légellenállásra is, nem csak a súlyra. Ez elég erős korlát volt, ha csak a későbbi MAKSz-nál használt An-225 Mrija 250 tonnáját vesszük összehasonlításul. Ebből következett, hogy a lehető leghatékonyabb rakétamotor kellett az űrhajóra. Ez magas specifikus impulzust jelentett, így a LOX+LH2 hajtóanyag-kombináció jöhetett csak szóba. Csakhogy, az LH2 nagy térfogata és a tömeghatárok miatt az ezt tároló külső tartály mérete adott lett, ami magával vonta a szigetelés bizonyos tömegét is. A 100 tonnás limitet a legjobban ki kellett használni, ezért utóbbin mégiscsak jó lett volna spórolni. A megoldás az volt az AFSSS tanulmány szerint, hogy a tartályt mégis minimálisan szigetelik csak, tömeget takarítva meg, cserébe viszont a hidrogént csak a start előtt töltik át bele. Addig a 747-esen belül, egy, már igen jó hőtartó képességű, külön tankban van, de nem csak az LH2, hanem a LOX is, hiszen az is legalább -180°C alatt tartandó. Ugyancsak az űrrepülő korlátozott tömege miatt, figyelembe véve a 747-es szubszonikus sebességét is, 15,2-16,8 km közé tették a leválási pont minimum magasságát. Ezt viszont, tetején a jókora űreszközzel, csak egy alaposan megnövelt tolóerejű Jumbo Jet érhette el. Ezért a dokumentum nem kisebb átalakítást írt le, mint hogy a Pratt & Whitney JT9D hajtóműveket hidrogéntüzelésű utánégetővel (!!) kell ellátni. A hidrogén természetesen a külső tartályba áttöltendővel azonos forrásból származott, megfelelő mennyiséggel kiegészítve azt. Nagyvonalúan 400% teljesítménynövekedést vártak ettől a megoldástól, mégpedig a hajtómű eredeti részeinek gyakorlatilag változatlanul hagyása mellett!

A polgári gázturbinák utánégetővel való utólagos felszerelése nem volt példa nélküli. A BAC TSR-2, majd a Concorde számára az Olympus-t tervezték át, de ez egy egyáramú típus,  ezért közelebbi példa is akad. Svédországban a kétáramú Pratt & Whitney JT8D-ből lett a Saab Viggen Volvo Flygmotor gyártotta RM8 hajtóműve, amelynél 7,36 tonnás „száraz” tolóerőt 12,75 tonnára emel az utánégető (RM8B változat, 73%-os növekedés). A szovjetek a MiG-31 számára a Szolovjov D-30-asból hozták létre a D-30F6 verziót, 9,5 és 15,5 tonnás tolóerővel (+63%). Ezek persze kerozint használtak az utánégetéshez is, de még így is egészen erős a hidrogén égetésével a 747-esre tervezett, 400%-os növekedés.

Az űrhajót néhány másik amerikai tervhez hasonló elhelyezésű külső tartállyal, azaz mindjárt kettővel gondolták ellátni az AFSSS szerint. Ezek áramvonalasan illeszkedtek az űrrepülőgép oldala mentén, és előtte összeérve alkották a rendszer orr-részét emelkedés közben. Az X-24C-re alapozott, felhajtóerő-termelő test formát kihasználva a gép normál pályákon, kerekeken szállhatott le. A tolóerőt a LOX+LH2 fogyasztásával két, ötös sorban elhelyezett RL-10 rakétamotor adta – ezek sok évre visszanyúló karrierjük révén ismert és megbízható hajtóműveknek számítottak. A nagyobb magasságú indítás miatt a fúvókákat kissé módosították. Alul és oldalt a törzs meghosszabbítását képező lemezek révén kis mértékű tolóerő-vektorral való kormányzást is lehetségesnek véltek a tanulmányban, de ennél fontosabbnak tűnik, hogy a lemezek részleges zárásával aerodinamikusabb farokrészt lehetett formázni a visszatérés során.

Megelőlegezve a korlátozott tömegből adódó, szerény képességeket, már a következő felsorolásból is látszik, hogy még a Spirálhoz képest is alig találtak értelmes bevetéstípust az ALSV-nek. Ezek: esetlegesen feljuttatott kisméretű (felderítő) műhold egy gyors küldetésen; egy kisebb objektum pályára állítása az űrrepülő (elliptikus) pályájának legmagasabb pontján; a légkör határán kacsázó repüléssel felszíni célok elleni bevetés (tehát kb. szuborbitális bombázás/felderítés); teherszállító változatban egy közepes teher pályára állítása (azaz a MAKSz-T missziója). A közös pont a gyors reagálás és a rugalmas pályaválasztás volt. Az ALSV 75 percen belül elérhette a Föld bármely pontját, készenlétből indítva, melyre lett volna lehetőség. 5 órán belül pedig bármely, alacsony földkörüli pályán lévő műholddal vagy űrállomással, esetleg űrhajóval is űrrandevúzhatott. A teherszállító változatnál, hogy a tíz RL-10 ne vesszen el, lecsatolás és űrbeli várakozás után az űrsiklóval visszahozhatónak gondolták a hajtóműegységet. Ehhez kapcsolódik, hogy három STS küldetéssel feljuttatható volt az ALSV űrrepülője, és a két tartálya, majd ezeket az űrben összerakva, akár geoszinkron pályára is felmehetett a gép.

De hogy ennek mi értelme lett volna, az nagyon nehezen látható utólag is. Gyorsreagálású, felderítő műholdat pályára állító eszközként, illetve szuborbitális bombázóként volt talán a legtöbb haszna a tervnek, de utóbbi – minden vélelmezett előnye ellenére – azóta sem épült még.

Az ALSV a polgári űrhajózástól (NASA) függetlenül, és elvileg könnyen alkalmazható volt, legalábbis ez elvárás volt vele szemben, és ezért érdekelte még elsősorban a légierőt. A fő logisztikai kérdés a LOX és az LH2 elérhetősége volt, amúgy a 747-esnek megfelelő bármely reptérről indulhatott és még kisebbeken is leszállhatott maga az űrrepülő. Elvileg a technológiai kockázat is csekély volt, mert a felhajtóerő-termelő test visszatérési manővere nem volt ismeretlen (lásd ASSET), az RL-10 jól bevált, a hajtóanyag sem volt különlegesen nehezen kezelhető, és a Shuttle Carrier Aircraft bizonyította, hogy tetejéről útnak lehet indítani egy űrrepülőgépet. Mégis, az ALSV kemény diónak ígérkezett, többek között a hővédelem és szerkezet terén.

Az RL-10 az USAF számára készült, szabályozható teljesítményű rakétamotor, melyet az Aerojet Rocketdyne ma is fejleszt, de eredetileg a Pratt & Whitney Rocketdyne gyártmánya. A Centaur rakétafokozattal a típus az Atlas és a Titan rakétákban kap szerepet, de a Delta IV és a Saturn I második fokozatát is meghajtja. Az előbbiek révén az RL-10 szerepet kapott olyan, híres űrszondák sikerében, mint a Voyager 2 vagy a Cassini-Huygens. Tolóerőben az első, RL-10A-1 verzió 6,8 tonnáját (1962) 10,4-re növelték az RL-10C-1 (2014 óta) esetében, és a specifikus impulzus is jelentősen megnőtt, 425-ről 449,7 s-ra (de az RL10B-2, most is szintén alkalmazott altípusnál: 462 s).

rl_10a_large.jpg

Egy RL-10A rakétamotor. A típust gyakran RL10-ként is említik, kötőjel nélkül (forrás)

 

Az első jelentkezőnek a tervre a Convair, azaz akkor már General Dynamics Convair Divison bizonyult. Ez nem meglepő, mert az AFSSS leírása szerint a külső tartályok az általuk készített Atlas ICBM E verziójától eredtek volna. A vállalat tervei szerint a Boeing 747-esük módosított, utánégetővel felszerelt JT9D-i egyenként mintegy 5,63 tonna tolóerőt szolgáltattak, melyet a hidrogén betáplálásával majdnem 23,5 tonnára emeltek (+416%). Az indítás ennek segítségével úgy történt, hogy a 10,7 km-en repülő hordozóból feltöltik az űrrepülő tartályait, a maradék LH2-t pedig ezt követően az utánégetőkbe irányítják, és 12,2 km-re emelkednek így. Ekkor az állásszöget megnövelve, 20 másodperccel később az orrot lenyomva leválasztják az űrrepülőt. Mindezt figyelembe véve azonban egy 7,7 tonnás, 185 km-re juttatandó járműhöz kevés lett volna az elérhető sebesség: 200 m/s-mal kisebb, mint ami a keringéshez szükséges. Ezt azonban a terv finomításával leküzdhetőnek gondolták.

Az egyik megoldásuk nem más volt, mint a hidrogén fluorra cserélése. Ennek problémáit részletesen taglalta a Spirál bemutatása, de az előnyök miatt az amerikaiak is – ismét! – fontolóra vették. A 475 helyett 490 másodperces specifikus impulzus túl csábító volt; a Convair remélte, hogy külső tartály nélküli gépet készíthet így. A légierő is örült ennek, mert ez olcsóbb és lehulló maradványok nélküli megoldás lett volna.

1591c.jpg

A Convair két külső, az orruknál az űrrepülő előtt összefogott tartályos tervezete egy, az SCA-hoz (lásd a poszt végén) hasonló pótvezérsíkos megoldású 747-esről indul a fenti képen, lent pedig a rendszer háromnézeti ábrája (forrás: fenti, lenti)

1580a.jpg

A poszt alapjául szolgáló cikksorozat kommentjei közt megszólalt az egyik, akkoriban a General Dynamics-nál dolgozó mérnök, aki azt írta, hogy számára úgy tűnt, megoldhatóak lennének a fluor miatti gondok. Igaz, azt is írja, hogy talán szerencséjük is volt, mivel baleset nélkül úszták meg a kísérleteket, és extrém óvatosak voltak végig. Egy másik kommentelő szerint extra vastag, rozsdamentes acél vezetékekre volt szükség és 90 fokos helyett csak kisebb szögű töréseket használhattak egy további, fluort érintő munkában. Ezek tehát továbbra is a gondokat húzzák alá.

smallgd_1983_amsc_2.gif

A General Dynamics Convair 1983-ban a MAKSz-M-hez hasonlóan egy tartály nélküli, kompakt, de ezért viszonylag nagy űrrepülővel állt elő, de a Jumbo Jet hordozó változatlan maradt (forrás)

 

Az AFSSS tanulmányt olvasva a Rockwell volt a következő jelentkező. A cég kissé korábban már javasolt egy, az Air Mobility Feasability Test által ihletett rendszert. Ebben egy szintén kicsi, egy fős űrrepülőt egy C-5 Galaxy-ból kicsúsztatva indítanak, egy egyszer használatos gyorsítórakéta segítségével. A két félből álló testet egy közös végben lévő SSME, vagyis Space Shuttle Main Engine hajtotta meg.

1591a.jpg

A korábbi, C-5 Galaxy-k teherteréből kicsúsztatva induló, Rockwell-féle, tényleg kisméretű űrrepülő javaslata (forrás)

Az SSME-ről érdemes pár szót ejteni. Gyártói megnevezéssel az Aerojet Rocketdyne RS-25 névre hallgat ez a LOX+LH2 hajtóanyagú, nagyméretű, 10,5°-ra kitéríthető, nagy tolóerejű rakétamotor. A teljesítmény 67 és 109% között szabályozható, százalékos lépésekben. Az SSME egyik fő előnye a korábbi hasonló egységekkel szemben, hogy számos alkalommal újrafelhasználható: 46 db, egyenként 40 millió dollárt érő hajtómű készült a teljes STS-program során, mely 135 startot ért meg, 5, az űrben is járt űrsiklóval. Ez azt jelenti, hogy csak minden 3. küldetésre jut egy SSME, vagy másképp egy űrsikló statisztikailag a kivonásáig szinte nem szorult hajtóműcserére – noha mindegyiken 3 példány üzemelt. A P&W 99,95%-os megbízhatósággal zárhatta az SSME eddigi pályafutását. Eddigit, mert az új SLS indítórendszerben egyszer használatos, olcsóbb előállítású leszármazottját tervezik használni a hajtóműnek.

ssme.jpg

Az SSME egy próbajáratás közben. A nagynyomású oxidálószer-turbópumpa (HPOTP) két, egyfokozatú centrifugálszivattyúból áll, melyek egyenként 17,34 MW teljesítményen üzemelnek (forrás)

A korábbi AMSC, azaz Advanced Military Spaceflight Capability keretében – bár a számos, párhuzamos projektet nehéz elkülöníteni utólag – a Rockwell továbbra is a korábban számításba vett, az űrrepülő alakjára vonatkozó FDL-5 tervet használta fel, de kissé lekerekítettebb formával, és három hajtóművel a végében. A két tartály ezúttal csak hidrogént tárolt volna, egyszerűsítve szerkezetüket. Az űrrepülő ezen kívül egy kis LH2-vel rendelkezett, és az összes oxigénnel. Előbbi a tartály ledobása után történő, esetleges pályaemeléshez volt betöltve a gépbe.

Mint az STS űrsikló gyártója, a vállalat természetesen az ALSV-ben is benne volt, és ezúttal egy, a nagyobb típusukra hasonlító űrrepülőt vázoltak fel. Az indító 747-est most pillangó vezérsíkkal tervezték, hogy a rakétamotorok indíthatóak legyenek minél közelebb a hordozóhoz. Egyébként megfontolták, hogy a 747-es helyett egy gázturbinákkal táplált légpárnán szálljon fel a jármű, amit persze a földön hagyhat. Így elég lett volna a kisebb leszállótömeghez méretezni a futóművet, azaz könnyebbre építeni azt.

rockwellalsv.jpg

Fent és lent is színes rajzokon a Rockwell terve az ALSV-re (forrás: fenti, lenti)

1591b.jpg

smallrockwell_sortie_drawing_2.gif

Fent a Rockwell ALSV-jének rajza pillangó vezérsíkos 747-essel és a MAKSz-ra hasonlító elrendezéssel. Lent az 1985-re megváltozott terv, de akkorra még kisebb esély lett a megvalósulásra (forrás: fenti, lenti)

smallrockwell_1985_sortie_2.gif

 

Bár a hidrogént használó utánégetős Jumbo Jet is igazán egyedi átalakítási ötlet volt, de a Pratt & Whitney – a Boeing bedolgozásával – még tovább emelte a tétet, és első körben egy SSME hajtóművet kívánt a 747-es hordozó farokkúpjába tenni, a maga 222 tonna körüli tolóerejével! Ez konkrétan a Boeingtől származott, de a P&W rámutatott pár problémára – és javasolt egy alig extrémebb megoldást, hét darab RL-10 alkalmazása képében.

A P&W mérnökeinek számítása azt mutatta, hogy a 747-esnek legalább 9,1 km-re kell emelkednie, különben nem jól fog működni az űrrepülőgép meghajtása, mégpedig egy érdekes okból. A sűrű légkörben ugyanis nem produkált volna elegendő gyorsulást az űrhajó, ami miatt nem jutott volna el a rakétákba a hajtóanyag elegendő nyomással. Nem mellesleg, a Jumbo Jet rásegítés nélkül eleve csak 7,6 km-re tudott emelkedni, a rajta lévő hatalmas teherrel. Ezeknek a problémáknak a leküzdésére a JT9D-k jelentős időt igénylő, hidrogénes utánégetést megvalósító áttervezése helyett a 747-es rakétahajtásos átalakítását vették tervbe. (Vagyis a JT9D gyártója szerint az utánégetős átalakítás mégsem lett volna olyan egyszerű, ahogyan azt a Convair és a Rockwell gondolta.) Mivel az űrrepülőgép korlátozott méretei továbbra is LOX+LH2 rakétákat igényeltek, a hordozógépet is ilyennel kellett ellátni. Ilyen rakéta viszont csak kétféle létezett akkoriban – márpedig új létrehozását mindenképpen el akarták kerülni –, az SSME és a sokkal kisebb RL-10.

1608a.jpg

Fent és lent is az SSME-vel ellátott 747-es rajza, utóbbinál indítás közben (forrás: fenti, lenti)

alsvb79a.jpg

A Boeing az SSME-re gondolt először, ezzel minden teljesítményt érintő kérdést lesöpörve az asztalról. Csakhogy, ez túl erős volt az ALSV számára. Ahogyan gyorsult volna hatására a komplexum, elképesztő tempóban fogyott a motor számára vitt oxigén és hidrogén, valamint egyre ritkább, azaz kisebb sűrűségű légrétegekbe emelkedett volna a 747-es. Amíg az előbbi a tömeg gyors csökkenését eredményezte, az utóbbi a légellenállásét, azaz mindkettő egyre fokozódó gyorsulást. Ez viszont egy határ felett már a szerkezeti szilárdságot kezdte fenyegetni. Megoldást jelentett volna az SSME szabályozhatósága, de ez a kívánt mértékben nem volt lehetséges. Ezért a P&W az űrrepülőgépnél is tervezett RL-10-eseket alkalmazta inkább, ezúttal 7 darabot. Ezek újraindíthatóak voltak, tehát néhány ki- és bekapcsolásával eleve szabályozni lehetett a gyorsulást, de ezen felül egyenként is széles tartományban volt változtatható teljesítményük. Szintén fontos volt, hogy amíg az SSME 40 perces indítási előkészítést igényelt, az RL-10 csak egyet. Ezáltal ezek akár a felszállást is segíthették, ha kellett. A 747-es ilyen átépítéséhez szerencsés módon kapóra jött, hogy a farokrészbe szánt rakétamotor épp a nyomásálló törzsrész hátsó falára fejtette ki erejét, ellentartva a belső oldali túlnyomásnak. Ezzel együtt is persze a gép szerkezete megerősítésre szorult.

alsv_b82.jpg

Itt a 747-esen nincs kiegészítő rakéta, és a JT9D-k is normálnak tűnnek – talán egyszerűen a rajzoló „hibája”? (forrás)

boeingals3.jpg

A szerkezeti vázlaton látható a 747-esben alul elhelyezett oxigéntartályok közül a bal oldali, valamint a farokkúp helyén lévő, 7 db RL-10 (forrás)

Ami a feljuttatni kívánt űrjárművet illeti, a rakétamotorokat tervező P&W nyilván erről az oldalról közelítette meg a kérdést. Az RL-10-esekből két sorban 5-5 példányban tervezték az űrrepülő végébe építeni, amint ez az AFSSS tanulmányban is szerepelt. Az emelkedéssel csökkenő légnyomás kompenzálására szolgáló külső elemek (angolul engine shroud) azonban a hajtóművek leállítása során egyre kevésbé voltak hatásosak ezzel az elrendezéssel. De más gond is volt a 2x5-ös kötegelés miatt. A szorosan egymás mellé épített RL-10-eseket nem lehetett csuklósan eltéríteni, ami pedig jó lett volna a hatékony kormányzáshoz. A széles hajtóműszekció ráadásul feleslegesen megnövelte az egész űrrepülő méreteit, ha tartani kívánták az aerodinamikailag hatásos formáját. Maguk az RL-10-esek a korábban említett, nagyobb (indítási) magasságra átalakított változatok voltak, és így az eredeti 7,5 tonnás tolóerő helyett (akkori változatok) rövid időre 15,6 t is elérhető lett – legalábbis papíron. Persze erre csak a start után egy kis ideig volt szükség, 160 másodpercig, aztán a 13,6 t-s teljesítménye álltak be. (Az RL-10 mai változatai tudnak 11,2 tonnát.) Ez a teljesítményemelés lehetővé tette, hogy kilencet is elég legyen beépíteni, egyúttal módosították azok konfigurációját. Egy középső rakétát hat másik vett körül, két továbbit pedig alulra építettek be, emellé a gyűrű mellé, csuklós felfüggesztéssel. Ez magasabb, de rövidebb törzsű űrrepülőt engedett meg, ami lényeges előny volt; ezzel együtt az engine shroud elemeket még ekkor is mozgathatóra akarták tervezni. Ezt végül elhagyták, mert csekély paraméter-javulást hozott volna a teljesítménymutatókban, nagyon nagy üzemeltetési, bonyolultsági áldozatok árán.

boeingals1.jpg

Az ALSV űrrepülő metszeti vázlatrajza a körkörösre módosított RL-10-esekkel (forrás)

sortie_vehicle_01.jpg

A fenti ábrán az űrhajót a Boeingnek tulajdonítják, amiben lehet is valami, hiszen a P&W ilyen feladatot már nem vállalhatott szaktudás hiányában. Lent ugyanez korabeli rajzon, az USAF illusztrátorától (forrás: fenti, lenti)

1608c.jpg

Teljes tömegkalkuláció is készült az ALSV P&W-Boeing féle tervéhez, mely egy átépített 747-200F-re alapozott. A maximális felszálló tömeg 390 tonna volt (kb. 20-szal több, mint a típus normál adata), amiből 72,5 t volt a kerozin és 128 t a LOX és az LH2. Utóbbit két, a szárnybekötések feletti LOX-tartály (összesen 114 t) és egyetlen, óriási (elméleti értékkel 275 m3-es, azaz a tehertér több, mint fele) LH2 tartály adta (19,5 t, összeadva 114+19,5=133,5 – ezzel nem jön ki a fenti, mindösszesen 128 t).

A korábbi tervektől eltérően a külső tartály hagyományosabb, hengeresebb formát kapott, és minimális szigetelése mellett a légkörön való áthaladás (gyorsítás) súrlódása miatt még hővédelemmel is el kellett látni kis részben. A nagy, 4,23 m átmérőjű, 24,4 m hosszú, az indítás előtt üres tartályt egy nagyméretű, a 747-esre szerelt áramvonalazó burkolat védte a légerőktől és támasztotta meg egyúttal. Később, a ledobása után, 109 km-en, a belső, kis mennyiségű készlettel a pályára állás végső löketét már csak három RL-10 adta a 10,5 tonnás űrrepülőnek, amivel így csupán csak 1,36 t hasznos terhet lehetett a referencia, 185 km-es pályamagasságba juttatni.

A P&W, hajtóműgyártó lévén, nem sokat foglalkozott az űrrepülővel magával a többi részlethez képest. Egy, nyíl alakú, döntött oldalú, háromszöges keresztmetszetű törzsű, felhajló szárnyvégű és egyetlen függőleges vezérsíkkal ellátott törzset szántak a járműnek. Az üresen csak 9,1 tonnás űrhajó 15,8 m hosszúságú és 9,1 m fesztávú volt, és csupán 2,5 m hosszú, hátrafelé 1,3 m-ről 1,6-re szélesedő tehertérrel. Ez tehát nagyon kicsi volt, megkérdőjelezve az egész program létjogosultságát.

 

A másik, az ALSV-vel kapcsolatos gond az ár volt. A különleges 747-es mellé egy még nem létező űrrepülő kellett, és a már meglévő főbb komponensekkel is jó drágának ígérkezett mindez. A Boeing a minden küldetéssel elvesző külső tartályt például 15 millió dollárra becsülte, ami bizony azt jelentette, hogy a hasznos teherre számított indítási költség meghaladta az űrsiklónál adódott értéket. (Minden esetre ez az ár rendkívül soknak tűnik utólag.) Ez így nagyon nem érte meg pénzügyileg. Ennek tetejében az 1360 kg-os rakomány leginkább egy atomrakétának volt jó, amit persze minden létező egyezmény tiltott, csakúgy, mint általában az űrhadviselést. A rugalmas, NASA-tól független indítások mellett akkoriban az USAF az űrsikló és az ALSV révén kívánt többször használható platformokra átállni, de ezen motivációk egyike sem volt elég erős a program részletes fejlesztési szakaszba léptetéséhez. Persze ironikusnak is mondható, hogy aztán a légierő kiszállt az STS programból, az ALSV híján pedig maradt az Atlas és a Delta hordozórakétáknál. (Utóbbi majdnem 30 tonnát is képes pályára állítani, vö. az ALSV 1,36 tonnájával!) Ezzel együtt a ’80-as években számos, gyors reagálású (lásd a 75 perces adatot), szuborbitális vagy csak nagyon nagy repülési magasságú terven dolgoztak az USA gyárai, de ahogyan a várt TSTO vagy SSTO űrhajók sem jöttek létre azóta sem, a katonai vonal is elhalt.

popmech.JPG

A Popular Mechanics magazinból szkennelt, két oldalas cikk a metszeti rajzzal áttekintést biztosít a Boeing-féle ALSV-terv belsejéről is. A szöveg kissé más lapra tartozik, hiszen információit tekinthetjük az akkori álláspontnak, de pontatlanságoknak is vehetünk pár dolgot. Ezúttal 100 perces „bárhová a Földön” reakcióidőt említenek, 1988-as első felszállást, felderítő és fegyveres bevetéseket, űrmentőcsónakként és műholdvadászként való használatot, valamint az akkor még MX néven ismert LGM-118 Peacekeeper rakéta lehetséges helyettesítő rendszerét. Ahogy több helyen, itt is emelkedés közbeni indítást mondanak és rajzolnak le, de ez nem biztos, hogy így lett volna. Aerodinamikai okokból – főleg szuperszonikus tartományban – célszerűbb, ha a hordozógép a leválasztás előtt már enyhe siklásban van, hogy biztosan elváljon tőle a felül vitt teher. Ezt a Lockheed D-21, pilóta nélküli felderítő repülőgép légi indítási tesztjei is igazolták, de az Enterprise légköri kísérleti űrsikló is így indult a hordozó 747-eséről (forrás)

 

Manapság: „launch”

Bár az ALSV óta beköszöntött a kisméretű műholdak kora, azokat mégsem légi indítású rakéták viszek fel az űrbe. Kivételt csak az Orbital ATK Pegasus rendszere képez, a maga csupán 43 indításával, 1990 óta. Alacsony földkörüli pályára csupán 443 kg-ot képes felvinni a Pegasus (XL) rakéta, ami 56,3 millió dolláros (legutóbbi) teljes költséggel 127’000 $/kg fajlagos árat jelent.

orbital_takeoff35.jpg

A Stargazer névre keresztelt Lockheed L-1011 TriStar felszáll egy Pegasus XL rakétával a törzse alatt (forrás)

 

Viszont, a jövőt többen is továbbra is a légi indítású rakéták, űreszközökben látják, ezért jelenleg építés alatt áll egy igazán méretes darab is a kategóriában. Ez a Scaled Composites Stratolaunch rendszere, hivatalos nevén a Scaled Composites Model 351. Ez két, Boeing 747-esen alapuló törzsrész közé épített új szárnyelemet, valamint a szintén új és egyenes félszárnyakon hat, Pratt & Whitney PW4056 gázturbinát (pl. a Boeing 777 hajtóműve) alkalmaz a középre függesztett hordozórakéta magasba juttatására. Az eredeti törzseket kompozit szerkezettel pótolták.

Az alkalmazott rakéta típusa egyelőre nem világos. Eredetileg a SpaceX tervezett volna egyet a géphez, majd az (akkor még) Orbital Sciences 6,1 tonna hasznos terhelést felvivő Pegasus II tervéről volt szó (mely folyékonyról szilárd hajtóanyagra váltott, de fejlesztése leállt), most pedig a Pegasus XL-ről, azaz egy sokkal kisebb rakétáról van szó. Elvileg a projekt a rakéta végső fokozataként nem mást, mint a Dream Chaser űrrepülőgép egy 75%-osra kicsinyített változatát is tartalmazza, mióta a Stratolaunch Systems egyezségre lépett a Sierra Nevada Corporationnel. Ezzel 2-3 fős, emberes küldetések (az ISS személyzetcseréje) is megoldható lenne, egy, már nagyobb mértékben újrafelhasználható rendszerrel.

strato1.jpg

A fenti és a lenti képen a Stratolaunch eredeti tervei szerinti, 747-esre még emlékeztető kialakítás látható, valamint a SpaceX rakétája (forrás: fenti, lenti)

strato2.jpg

strato_dino.jpg

A megépülő  Model 351 (lent és fent is) karaktere már jelentősen eltérő a kezdeti grafikákon láthatótól. A keskeny, lefelé lógónak tűnő orr kisebb, mint az eredeti. Fülke csak a jobb törzsben található. Fent már az Orbital Sciences rakéta szerepel a képen, de ehelyett, valamilyen tartályszerű burkolat alatt, elvileg normál terheket is szállíthat a gép. Lent az erre a célra épített, hatalmas gyártóhangárban készült fotón be vannak jelölve a munkások, viszonyításképpen (forrás: fenti, lenti)

dino.jpg

Azonban a Dream Chaser kisebb változatával van pár gond. Egyrészt az eredeti gép sem épült még meg, ezért hiába hangzik jól a „már meglévő rendszerek” használata, valójában nem nagy előny. Az eredeti HL-20 tíz fős kapacitása az alapverzió 6 főjéről immár 3 főre csökkent alacsony pályákra vagy pedig visszatérésekhez, de az ISS-re csak 2 fő vihető fel. Nem világos a dokkolóegység helye sem, hiszen az eredeti, hátul lévő megoldás a 75%-os méretben értelemszerűen nem marad kompatibilis az űrállomással. Szintén nem látni az indító rakétát sem, hiszen erre a Pegasus XL nem alkalmas, márpedig jelenleg csak ez az egy opció látszik biztosnak a Stratolaunch esetében. A gyártó szuborbitális kísérletekhez is ajánlja ezt a még kisebb űrrepülőt, de – mint a fentiekből kiderülhetett – erre kérdéses a valódi igény; kivéve az űrturizmust, amit viszont a konkurensek – például a SpaceShipTwo – egyelőre jobban lefedni látszanak.

dc_csatl.jpg

Az ISS-re csatlakozni készülő Dream Chaser, elvileg a kisebb változat – de vajon alkalmas-e rá a méretei miatt ebben a konfigurációban? (forrás)

dream-chaser-and-stratolaunch.jpg

Fent a tervezett, kisebb Dream Chasert vivő, lent pedig a Pegasus XL rakétás konfiguráció. A kicsi Pegasus XL-ekből hármat szállít a Stratolaunch (forrás: fenti, lenti)

strato-orbital-rendering.jpg

Ha levegőbe emelkedik, a Stratolaunch lesz a világ legnagyobb fesztávolságú repülőgépe, a maga 117,35 méterével. Jóval nagyobb lesz a részben alapul szolgáló 747-400-asok („egyenként”) 64,4 m-énél, az egyszer repült Hughes H-4 Hercules 97,5 m-énél is, és az An-225 Mrija 88,4 m-énél szintén. Utóbbival mérhető össze 590 tonnás felszállótömege is, mely az ukrán gépnél 640 t. A Mrija 84 méteres, hatalmas törzsével szemben a Stratolaunch keskeny „törzsei” 11 m-rel rövidebbek.

 

Frissebb és kisebb léptékű a Virgin vállalatbirodalom Virgin Orbit cége által jegyzett LauncherOne, ami alapvetően a Pegasus nagyobb verziója. A Cosmic Girl névre keresztelt 747-es bal belső gázturbinája és a törzse közé függesztett hordozórakéta mintegy 10,7 km-en indulva juttatna pályára 200 kg-os terhet. Ez elsőre kevésnek tűnik, de ezúttal az alacsony Föld körüli pályák egy speciális típusát célozzák meg, a napszinkron pályákat, melyek tipikusan 600-1000 km között vannak – szemben a Pegasus nagyjából 500 km-es, jellemző adatával. (Maga az alacsony Föld körüli pálya fogalom akár 2000 km-es magasságot is jelenthet egyébként.) A 747-es a szintén LauncherOne névre hallgató, kétfokozatú, RP-1 (kerozin) és LOX keveréket alkalmazó rakétát indíthatja. Eredetileg a White Knight Two, a Virgin „turisztikai” űrhajójának hordozógépe indította volna a LauncherOne-t, de a számítások szerint nem volt biztosítható az elvárt, maximum 230 kg-os hasznos tömeget vivő rakéta megfelelő magasságra és sebességre hozása, ezért kellett a Boeing legendás utasszállítójára váltania a Virgin Orbitnak. A vállalkozás 10 millió dolláros indításonkénti árcédulát ígér, ami 230 kg-os teher esetén már csak mintegy 43’500 $/kg-ot jelentene.

launcherone.jpg

A Cosmic Girl szárnya alatti LauncherOne rakéta a fenti, illetve a start után nem sokkal a lenti grafikán. Mivel a rakéta leoldásra kerül, és nem a gép tetejéről startol, emelkedés közben is lehet indítani (forrás: fenti, lenti)

l1_release-web.jpg

Felmerülhet, hogy vajon miért nem a nyugati világ legnagyobb, egyben pont amerikai szállítógépét, a Lockheed C-5 Galaxy-t használták, használják ezek a tervek alapul. Az ALSV esetében a fő műszaki ok az, hogy normál esetben 109 tonna körüli a Galaxy hasznos terhelése, háborús maximumként pedig 132 tonna. A 747-200F éppen 110 tonna alá van specifikálva. A katonai típus 132 tonnáját azonban nem célszerű folyamatosan kihasználni, hiszen komoly terhelést jelent a sárkányszerkezetnek. Márpedig emlékezetes, hogy a szárnyak szerkezete, élettartama miatt a C-5-ösnek nagyon is problémás évei voltak kezdetben. Ugyancsak jelentős kérdés a szolgálati csúcsmagasság: amíg a katonai gépnek elegendő volt kb. 10 km, addig az utasszállító 13 km vagy esetleg afölé is emelkedhet, átalakítás nélkül is, még ha ez az adat csak kis felszállótömeggel érvényes. Az ALSV esetében probléma lett volna, hogy a Galaxy T-vezérsíkja nehezebben átépíthető, mint a 747-es hagyományos elrendezése, és a rakétás rásegítés is nehezebben lett volna megoldható, mint a teherrámpával nem rendelkező törzsvégű Boeing gépnél. De a döntő mégis inkább az lehetett, hogy a Shuttle Carrier Aircraft révén már jelentős, hasznosítható tapasztalat gyűlt össze a külső hordozású teherrel kapcsolatosan a 747 esetében. A Stratolaunch és a LauncherOne tervnél műszakilag nem volt értelme a már amúgy sem gyártott, használtan pedig nem elérhető C-5-ösön gondolkodni. Előbbi esetben a még tágasabb törzs eleve felesleges, és a szárnyak optimalizálása sem kedvező a feladathoz. Mindkét tervnél problémás, azaz felesleges volna a katonai eredetű egyes eszközök áttervezése, lecserélése.

reu-usa_shuttle_001.jpg

A már számos alkalommal említett SCA, vagyis a 747-100-asból létrehozott Shuttle Carrier Aircraft. Itt a Dulles Nemzetközi Repülőtéren van a 905NA lajstromú, elsőnek átalakított példány. A 747-es gyönyörű formája mellett kiválóan látszanak a pótvezérsíkok is. Az SCA feladatkörére megfontolták a C-5-öst is, de – többek közt – a légierő nem kívánt lemondani egyetlen példányról sem (forrás)

c-5_dupla.jpg

A kétféle „C-5 SCA” ajánlatot a fenti és lenti kép mutatja be. A háton való hordozáshoz van egy olyan rajz is, ahol az űrsikló sokkal jobban illeszkedik a törzshöz (forrás: fenti, lenti)

shuttle_c5_2.jpg

 

A 747-es egyébként terhelhetőségén kívül azért is kifejezetten alkalmas a fenti feladatokra, mert az utasszállítók közül az egyik legjobban sikerült aerodinamikájú típus. Megfelelő körülmények között 1000 km/h-t könnyen elérhet a típus vízszintes repülésben, és erős hátszélben – de már a földhöz viszonyított adatként – említenek 1300 km/h-t is. (Ekkor tehát a helyi hangsebességet továbbra sem lépi át a gép.) A Boeing állítása szerint a 747-100 verziót enyhe zuhanásban 0,99 Mach sebességre gyorsították a tesztek során 1969-70-ben, de baleseti helyzetekben is értek el a géppel véletlenül 0,98 Mach sebességet. Ez utóbbiak azonban a szárnyak és a vezérsíkok maradandó alakváltozásával, sérülésével jártak, tehát üzemszerűen nem lehetséges a 0,89 Mach (a későbbi, hosszabb, -400-as változatoknál 0,92) túllépése. Általában a többi utasszállító is elérheti az 1000 km/h-t, de legtöbbször a Jumbo Jetet említik, mint a leggyorsabb, nem szuperszonikus nagy polgári repülőgép – ezzel is öregbítve a konstrukció hírnevét.

3 komment

A bejegyzés trackback címe:

http://modernwartech.blog.hu/api/trackback/id/tr4412493801

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.