Масштабированные композиты первого уровня - Scaled Composites Tier One

Космический корабль и Белый рыцарь

Первый уровень был Масштабированные композиты Программа 1990-х – 2004 гг. суборбитальный полет человека в космос с использованием многоразовый космический корабль SpaceShipOne и его пусковая установка Белый рыцарь. Корабль был разработан Берт Рутан, а проект был профинансирован на 20 миллионов долларов США Пол Аллен. В 2004 г. Первый пилотируемый космический полет, финансируемый из частных источников и выиграл 10 миллионов долларов США Приз Ансари X для первого негосударственного многоразового пилотируемого космического корабля.

Целью проекта было разработать технологию недорогого обычного доступа в космос. SpaceShipOne сам по себе не предназначался для перевозки платящих пассажиров, но предполагалось, что будут коммерческие дополнительные проекты, первоначально в космический туризм. Компания Mojave Aerospace Ventures был сформирован[когда? ] управлять коммерческой эксплуатацией технологии. Сделка[требуется разъяснение ] с Virgin Galactic В конце 2010-х годов можно было увидеть обычный космический туризм с использованием космических аппаратов, основанных на технологии Tier One.[нуждается в обновлении ]

Дизайн

Компоненты программы

Концепция дизайна Tier One заключалась в следующем: воздушный запуск пилотируемый космический корабль с тремя людьми, который поднимается на высоту чуть более 100 км (62 миль), используя гибридная ракета мотор, а затем скользит по земле и приземляется горизонтально. Scaled Composites перечисляет следующие компоненты программы:

Управление полетами

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

Этот центр управления используется для поддержки как наземных испытаний ракетных двигателей, так и всех летных испытаний White Knight и SpaceShipOne. Его основная функция заключается в мониторинге и записи данных испытаний, и для этого он оснащен компьютерами и средствами радиосвязи. SpaceShipOne's авионика дисплеи дублируются в управлении полетами. Данные телеметрии поступают в систему обработки данных (DRS), которая автоматически направляет радиоантенны чтобы указать на контролируемое судно. Дальность действия системы телеметрии составляет около 280 км (170 миль).

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

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

Доставка закиси азота

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

MONODS построен на открытом трейлере, который можно перевозить по дороге обычным способом. Он состоит в основном из 6,5 м3 Резервуар (230 куб. Футов), блок контроля температуры и генератор для питания блока контроля температуры. Закись азота хранится при комнатной температуре под давлением 4,8 МПа (700 фунтов на кв. Дюйм).

MONODS заправляется у коммерческого поставщика, который использует 50 м3 (1800 куб футов) на танкерах и доставляет закись азота при температуре около -17° C (1 ° F) и 2 МПа (290 фунтов на кв. Дюйм). MONODS нагревает закись азота до комнатной температуры, увеличивая ее давление.

Испытание двигательной установки

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

Испытательный стенд воспроизводит основные конструктивные элементы космического корабля. Он имеет бак окислителя и связанные с ним детали, идентичные используемым в полете. Это означает, что моторный тест также автоматически выполняет соответствующие вибрация, стресс, и тепловые испытания конструкции космического корабля. Кабина экипажа, однако, не копируется.

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

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

Симулятор полета

SpaceShipOne симулятор полета состоит из программы-тренажера и кабины экипажа.

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

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

Имитация полета на земле используется не только для обучения пилотов. Он также используется для обучения наземного персонала, разработки процедур и тестирования программное обеспечение авионики и оборудование.

История и статус

Согласно Scaled Composites, концепция программы возникла в апреле 1996 года, предварительная разработка началась в 1999 году, а полная разработка началась в апреле 2001 года. Первоначально она хранилась в секрете даже после Белый рыцарь совершил первый полет 1 августа 2002 года. Программа была объявлена ​​общественности 18 апреля 2003 года, когда программа была готова к летным испытаниям. SpaceShipOne. Первые летные испытания, SpaceShipOne flight 01C, состоялась 20 мая 2003 г.

После месяцев глиссадных испытаний первый полет с двигателем, SpaceShipOne flight 11P, был проведен 17 декабря 2003 года. Затем последовали дальнейшие силовые испытания, достигающие увеличивающейся высоты, завершившиеся 21 июня 2004 года первым пилотируемым космическим полетом, финансируемым из частных источников. SpaceShipOne flight 15P. Приз Ансари X последовали соревновательные полеты. SpaceShipOne flight 16P 29 сентября 2004 г. и SpaceShipOne flight 17P 4 октября 2004 г. прошли успешные соревновательные полеты, выигравшие X Prize.

Программа Tier One, проводимая Scaled Composites, завершилась после выхода SpaceShipOne на пенсию, переходя на программу-преемницу для клиентов. Virgin Galactic.

Финансирование

Затраты на разработку, строительство и эксплуатацию первого уровня, хотя и не опубликованы, оцениваются в диапазоне от 20 до 30 миллионов. Доллары США, примерно в два-три раза больше, чем Приз Ансари X награда. Единственным спонсором, первоначально секретным, оказалось, что Пол Аллен, соучредитель Microsoft и 48-й самый богатый человек в мире. Разоблачение 17 декабря 2003 года, в тот же день, что и первые летные испытания программы, последовало за слухами о причастности Аллена.

Некоторые комментаторы сравнивают относительную стоимость программы Tier One и высокую стоимость Космический шатл программы, хотя технологические трудности двух программ совершенно разные. SpaceShipOne, поскольку он летает суборбитально, не должен достигать высоких скоростей космического челнока (Мах 3 против 25 Маха), ни на той же высоте (100 км (62 мили) на суборбитальной орбите против 400 км (250 миль) на орбите). SpaceShipOne также не имеет такого же экипажа (3 человека против 7) или полезной нагрузки (незначительно против 25 тонн) и выполняет гораздо более короткие полеты (несколько минут против нескольких дней). Программа SpaceShipOne - это техническое достижение в большей степени наравне с Х-15 чем Шаттл.

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

Гласность

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

Scaled Composites снова привлекла внимание общественности, заранее объявив о финальном испытательном полете. SpaceShipOne flight 15P, который должен был стать первым космическим полетом программы. Около 11000 человек посетили Космопорт Мохаве наблюдать за полетом, который также был переданный по телевидению. Полет выполнялся как авиасалон, причем как с основным кораблем, так и с преследовать самолеты взлетов и посадок на глазах у толпы и праздничных облетов, когда испытание прошло успешно. Полет оказался не только техническим, но и популярным, вызвав большой интерес общественности к космическим полетам.

Будущее

Во время интервью в документальном фильме Черное небо: гонка за космос, Рутан заявил, что Tier One будет охватывать суборбитальные полеты, Второй уровень будет охватывать орбитальные полеты, а третий уровень будет охватывать полеты за пределы орбиты Земли (включая полеты на Луну и другие планеты). В том же документальном фильме он продемонстрировал проекты орбитального корабля на основе SpaceShipOne, у которого в корме корабля была установлена ​​ракета, примерно в два раза превышающая длину SpaceShipOne.[нужна цитата ]

Коммерческие аспекты

Основная статья: Mojave Aerospace Ventures

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

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

Сам Tier One не предназначен для перевозки платных пассажиров, и для этого потребуются разрешения правительства США. Это технологический испытательный стенд, и прямо предполагается, что технология, разработанная в этой программе, позже будет использоваться в коммерческих космических полетах. С этой целью Аллен и Рутан создали компанию, Mojave Aerospace Ventures, которому принадлежит проект интеллектуальная собственность и управляет его коммерческой эксплуатацией.

Первоначально компания Scaled Composites выражала надежду, что примерно к 2013 году представители общественности смогут совершить суборбитальный полет примерно по цене роскошного круиза. 25 сентября 2004 г. была заключена сделка с Virgin Galactic развивать Virgin SpaceShip на основе увеличенной версии SpaceShipOne. Эти космические корабли построят Компания космических кораблей.

Рекомендации

внешняя ссылка