Sådan fungerer SpaceShipOne

I fortiden, rumrejser har kun været muligt med støtte fra godt finansierede, enorme regeringsprogrammer. Men skaberne af SpaceShipOne , det første ikke-statslige bemandede rumfartøj, har sat sig for at ændre det.

Space Exploration Image Gallery

Skibet er allerede en succes på et niveau - den 4. oktober, 2004, den vandt $ 10 millioner Ansari X -prisen . Konkurrencen udfordrede uafhængige designere til sikkert at sætte tre mennesker i rummet to gange på to uger med et genanvendeligt rumfartøj.

Denne præmie var ikke den ultimative motivation for udviklingen af ​​SpaceShipOne, imidlertid. Rumskibets skabere forestiller sig en verden, hvor rumrejser er en blomstrende kommerciel forretning, der henvender sig til alle, der har lyst til at vove sig til stjernerne.

Selvom det måske lyder langt ude, overveje det Charles Lindberghs den historiske soloflyvning fra 1927 fra New York til Paris vandt $ 25, 000 Orteig -prisen . Og det var Lindberghs succesfulde flyvning, der indledte den moderne flybranche. Så, år fra nu, hvornår rumturisme er lige så almindelig som en tur til Disney World, vi kan se tilbage på SpaceShipOne som virksomheden, der vendte en side i historien.

HowStuffWorks lært om SpaceShipOne fra Matthew Gionta , chefingeniør for det firma, der byggede det - Skalerede kompositter . I denne artikel, Matthew fortæller os, hvordan SpaceShipOne fungerer, og hvordan det er at flyve i dette rumskib. Vi vil også se på detaljerne i designet, fremdriftssystemet, og det privatfinansierede rumprogram, der affødte det hele.

På 21. juni kl. 2004 , SpaceShipOne blev det første privatejede fly, der kom ind i rummet. Testpilot Michael Melvill tog SpaceShipOne til en højde af 100 km over jordens overflade. At flyve til denne højde gør Melvill officielt til en astronaut.

SpaceShipOne og White Knight startede kl. 9:45 EST, og SpaceShipOne blev frigivet fra White Knight omkring 50, 000 fod. Efter et par sekunders frit fald, Melvill affyrede SpaceShipOnes hybrid raketmotor i 80 sekunder, drive ham ud i rummet i tre minutter. SpaceShipOne landede sikkert lidt over en time efter det tog fart.

1. Hvordan fungerer SpaceShipOne?
2. Hvordan er turen?
3. White Knight
4. SpaceShipOne
5. Fremdrift
6. Inde i SpaceShipOne
7. Udfordringer
8. Tier One

Hvordan fungerer SpaceShipOne?

Lad os starte med sagens kerne:Hvordan fungerer håndværket? Læs som Matthew Gionta beskriver, hvad der vil ske på denne historiske flyvning trin for trin.

HSW :Så, hvordan fungerer SpaceShipOne?

Matthew Gionta :SpaceShipOne slynges under maven på White Knight fly, to fly, som vi har udviklet fra bunden her. The White Knight er et turbofan-drevet fly, der fører SpaceShipOne op til 45 til 50, 000 fod, så vi kan starte vores rumflyvning fra en relativt høj position i atmosfæren, hvor luften allerede er temmelig tynd. Vi er igennem omkring 85 procent af Jordens atmosfære allerede, når vi går ned 45, 000 fod. Luften er meget rarificeret op i den højde, så det er et godt sted at starte fra. Derfra dropper vi rumskibet fra White Knight, og det glider i 10 sekunder, mens piloten sætter op, får trimmet alt flyet op, klar til raketboost, og han kaster kontakten, og hybridraketmotoren i SpaceShipOne accelererer piloten med cirka to til tre gange normal tyngdekraft. Det accelererer med cirka to gange normal tyngdekraft fremad, og piloten starter straks en udtrækningsmanøvre til omtrent lodret - han går stort set lige op.

Og skibet fortsætter med at accelerere med at gå lige ud i lidt over et minut. Vi opgiver ikke de nøjagtige tal - så kan nogen baktejnere.

Så vi går cirka et minut lige op, og vi brænder omkring 150, 000 fod, rundt regnet. Motoren stopper med at brænde på det tidspunkt, men nu flytter skibet over 2, 000 miles i timen, lige ud, og det kyster. Derfra kører det yderligere 150, 000 fod groft, indtil den når apogee [det punkt, hvor SpaceShipOne er længst fra Jorden]. Lige før det når apogee, piloten vender endnu en kontakt, der driver nogle pneumatiske aktuatorer-det tager halen på flyet og den bageste halvdel af vingen og sådan lidt [gør dem] ... som en jack-kniv nok er måden at tænke på det.

Flyet er jackkniven, og det er positionering af fartøjet, eller omkonfiguration af håndværket, for den atmosfæriske genindtræden, den er ved at opleve. Og det har du stadig, mens han er på vej op, og så starter han, og det tager cirka 15 sekunder for den fjer, som vi vil kalde det, den bageste halvdel af håndværket for at gå op omkring 65 grader. Og så går han igennem apogee alt imens han oplever temmelig tæt på nul g - det er virkelig tæt på nul g [vægtløshed] - fra efter udbrændthed hele vejen igennem apogee.

Og så begynder han at falde tilbage, og han falder, han falder af det samme parabolsk eller ballistisk bane, som han ville, hvis han bare var en sten. Hvis nogen kastede en sten deroppe, det ville være den samme slags parabel. Han er på en ballistisk bane og kan ikke gøre meget ved det. Hvis fartøjet begynder at falde tilbage i atmosfæren, tager fart, den når næsten nul hastighed i toppen og tager mere og mere fart. Og da det begynder at falde i den tykkere og tykkere luft, dette knivknivsfartøj præsenterer hele sin mave, ligesom en maveflop lige ud på luftstrømmen for at give sig selv et stort tværsnitsareal, som den forsøger at køre gennem luften for at bremse den.

Og det bremser det. Piloten oplever mellem ca. 5 eller 6 g's deceleration, da han kommer tilbage i atmosfæren. Og han kører det ned til omkring 50, 000 fod eller deromkring, måske 60, 000 fod, hvor han vender kontakten for at vende den tilbage til et normalt fly med en hale og spore den, hvor den skal være. Og han dykker ud af den manøvre og begynder at flyve igen som et fly, som et svævefly. Han er et svævefly på det tidspunkt.

Og så glider han derfra en anden ... cirka 10 til 15 minutter tilbage til lufthavnen, hvorfra vi startede kl. her i Mojave.

I det næste afsnit, vi spørger Matthew, hvordan det er at køre på SpaceShipOne.

Hvordan er turen?

SpaceShipOne er designet med en pilot og to passagerer ind sub-orbitalt rum . I vores samtale med Matthew Gionta, vi spurgte, hvad en passager kunne forvente af en tur på SpaceShipOne.

HSW :Kan du forklare vores læsere, hvordan det ville være at køre i SpaceShipOne?

M. GIONTA :Det er den vildeste rutsjebane, du nogensinde har kørt på, og jeg stjæler måske et citat fra min chef [Burt Rutan], men jeg synes, han har en god karakterisering af det der. Hvis jeg skulle beskrive accelerationen, der stiger ... har du tyngdekraften trukket ned på dig. Der er 1 g acceleration, men du bevæger dig faktisk lodret ved to eller flere g'er. Piloten føler omkring 3 g - øjenkugler i, som vi kalder det; din ryg føler tre gange vægten af ​​hele din krop - og så, temmelig stærk acceleration går op. Når motoren slukker, nu er der træk på køretøjet, men ingen tryk, så du flyver fremad i dine sikkerhedsseler, indtil de holder dig derude i rummet; ellers ville du flyve gennem forruden og ud foran på fartøjet. Så du er ophængt i sikkerhedsselen på det tidspunkt, og det er måske i omkring 5 sekunder, og så falder du lidt ned i sædet. Og på det tidspunkt, g falder konstant, indtil den er omkring nul g, og du har omkring 4 minutters vægtløshed, når du går over toppen, derefter vende tilbage, og mens du er deroppe, er udsigten spektakulær.

Nogle af de udsigter, du har set af Jorden fra satellitter med lav jord eller endda fra rumfærgen i nogle af dens laveste højder, er i det væsentlige den samme udsigt, du får ud af vinduet på dette fartøj. Og vi har nogle spektakulære optagelser på vores websted ...

... [Så du har] fået et par minutter uden vægt, før du begynder at komme tilbage i atmosfæren. Det er højt, buldrende, ryster, masser af g'er, toppede på måske 6 g. Og det bliver ret svært at overhovedet være bevidst på det tidspunkt, men du kan gøre det, hvis du er i ret god form, og du har trænet til det. Og så, du flyver ud af det som et svævefly, og det er bare en fredelig svæveflyvetur. Du har yderligere 15 minutter til at se, når du kommer tilbage, indse, at du lige gik i rummet. Du tjente dine astronautvinger ... Det er højden for at kvalificere dig som astronaut.

HSW :Wow.

M. GIONTA :Se, det er ret fedt. Vi tror, ​​at der er mange velhavende mennesker, der ville være villige til at betale det beløb, vi tror, ​​det kommer til at tage, at tage en tur.

HSW :Og så ideen selvfølgelig, til sidst, er at gøre dette mere og mere omkostningseffektivt indtil ...

M. GIONTA :Ja, hvem ved, hvor dette strækker sig? Måske strækker det sig til orbital rumturisme, ret? Jeg synes, det er en logisk udvikling. Det ville være lidt fedt at tage en lille ferie i rummet, tror du ikke?

I det næste afsnit, vi vil se på designet af White Knight -fartøjet, der hjælper SpaceShipOne på sin rejse.

White Knight

Som vi lærte af Matthew, SpaceShipOne kan ikke foretage en rejse til stjernerne alene. Det kræver hjælp fra et transportskib kaldet White Knight . En af de største udgifter og farer ved rumfart kommer fra opsendelse af rumfartøjer fra jorden. Bare prisen på det brændstof, der er nødvendigt til en jordlancering, er ekstraordinær. For at effektivisere processen, SpaceShipOne starter fra White Knights mave i en højde af omkring 50, 000 fod.

Den hvide ridder, der debuterede i april 2003, er i stor højde, dobbelt turbojet forskningsfly. Dets primære opgave er at tjene som en luftfartsplatform til at sende SpaceShipOne ud i rummet.

White Knight letter som et fly fra en normal landingsbane, med SpaceShipOne fastgjort til maven. De to skibe flyver sammen under White Knights magt til en forudbestemt højde. Så frigiver White Knight SpaceShipOne og driver væk. Når den er fri for White Knight, SpaceShipOne begynder sin rejse til et sub-orbitalt rum.

Af hensyn til effektiviteten, White Knight tjener også et sekund, meget vigtig funktion. White Knight er designet med nøjagtig samme cockpit, luftfart, elektronisk kontrolsystem, pneumatik, trim servoer, datasystem, og elektrisk system som SpaceShipOne. Det gør White Knight perfekt til uddannelse af piloter at flyve SpaceShipOne.

For at tilføje yderligere realisme til SpaceShipOne pilotuddannelse, den hvide ridder blev designet med et højt tryk-til-vægt-forhold og kraftige hastighedsbremser. Disse funktioner hjælper med at simulere rumflyvningsmanøvrer.

Som et fly, White Knight er et bemærkelsesværdigt håndværk helt på egen hånd. Ifølge skalerede kompositter, White Knights unikke design gør det også velegnet til "rekognoscering, overvågning, atmosfærisk forskning, datarelæ, telekommunikation, billeddannelse og booster-lancering til mikrosatellitter. "

I det næste afsnit, vi tager et kig på SpaceShipOne -håndværket.

For at se White Knights testresuméer, se White Knight Flight Test Resuméer.

SpaceShipOne

Mens White Knight er et imponerende fly, der er ingen tvivl om, hvem der er stjernen i showet:SpaceShipOne.

SpaceShipOne beskrives af Scaled Composites som et "tre-sted, forskningsraket i stor højde, designet til sub-orbitale flyvninger til 100 km højde. "Måske er en af ​​de mest fantastiske ting ved SpaceShipOne det faktum, at den omdannes til tre forskellige konfigurationer i løbet af sin flyvning. Disse konfigurationer sætter SpaceShipOne i den ideelle form til boost, indgang og landing. (Se det foregående afsnit Hvordan fungerer SpaceShipOne? For billeder af alle tre konfigurationer.) Selvom det teknisk set er et rumskib, den tilbringer det meste af sin tid i Jordens atmosfære i løbet af sin flyvning. Den ene konfiguration, der skiller sig mest ud, er "fjer" -konfigurationen.

Ifølge SpaceShipOne:Riding a White Knight to Space:

SpaceShipOne sender lodret ud i rummet fra højt i atmosfæren. Når den når toppen af ​​buen skabt af dens raketboost, den mister momentum og falder tilbage til Jorden. For at bremse sin nedstigning, SpaceShipOne omdannes til en konfiguration, der udsætter det største overfladeareal for luftstrømmen. Dette skaber enorm træk og bremser skibet, når det falder.

Det er bare toppen af ​​isbjerget for så vidt angår innovation indbygget i SpaceShipOne.

SpaceShipOne funktioner:

• Luftbåren lancering
• INS/GPS -navigations- og flydirektør
• Gummi-lattergas hybrid raket fremdriftssystem
• Grafit/epoxy primær struktur
• Tre-sted "havniveau, skjorte ærme "kabine miljø
• Fjernelse af kabinenæse til nødudgang; brug af sidestikdør til normal ind- og udstigning
• Vinduer med to vinduer, dobbelte tætninger på døre og betjeningselementer
• Ny, termisk beskyttelsessystem med lav vedligeholdelse
• "Fjer" atmosfærisk post Funktionsliste genereret af Scaled Composites LLC

I det næste afsnit, vi diskuterer den unikke raketmotor, der kaster SpaceShipOne ud i rummet.

Fremdrift

Gionta forklarer:

SpaceShipOne bruger hvad Scaled kalder a hybridmotor . Dette skyldes, at motoren har kombinerede elementer fra både faste og flydende raketmotorer (se Hvordan raketmotorer fungerer). Dette giver en unik motor i stand til at accelerere SpaceShipOne til dobbelt så høj lydhastighed. Men det brændstof, det forbrænder for at gøre dette, er endnu mere interessant.

Alle typer raketbrændstof består af to komponenter:brændstoffet og oxidatoren. Ved at tilføre brændstoffet et stort udbrud af varme, introducerer derefter oxidatoren, du får det vedvarende eksplosive resultat, der vil drive et fartøj ud i rummet. I fast raketbrændstof, oxidatoren er indlejret i brændstoffet; i et flydende system opbevares de to komponenter separat på fartøjet og kombineres under tænding. Problemet med dette sidstnævnte system er, at traditionelle brændstoffer og oxidationsmidler er dyre og farlige at opbevare. For at skære ned på både omkostninger og risiko, SpaceShipOne drives af en blanding af hydroxy-termineret polybutadien (dækgummi) og nitrogenoxid (lattergas). Gummiet fungerer som brændstof og lattergassen som oxidationsmiddel.

De iboende egenskaber ved lattergas hjælper med at spare et par dollars mere på projektet. Nitrogenoxid selvtrykker ved stuetemperatur. Dette gør det unødvendigt at udstyre SpaceShipOne med et kompliceret system med pumper og VVS for at kombinere oxidationsmidlet med brændstoffet under flyvningen.

I det næste afsnit, vi kommer ind i SpaceShipOne.

For at give dig en idé om forskellen i hastighed mellem SpaceShipOne og White Knight:SpaceShipOne kan skyde ud i rummet, brug tre minutter der, styrtede ned til jorden og drev ind i en landing på landingsbanen, før White Knight overhovedet begynder sin tilgang til landing.

For at se motorens testlogfiler, se Rocket Motor Ground Tests.

Inde i SpaceShipOne

Inde i SpaceShipOne er en lille cockpit, 60 tommer (152 cm) i diameter, at du kommer ind gennem skibets næse. Cockpittet er lufttæt trykbeholder . Cockpit under tryk skaber en trykforskel mellem cockpittet og det næsten vakuum i sub-orbitalt rum. Dette indre tryk, der skubber ud på fartøjets struktur, tillader strukturen at udholde de store kræfter, der virker på det under genindtræden.

Cockpittet er udstyret med dobbelte sæler, og hele strukturen er omgivet af en anden rumværdig skal. Hver af SpaceShipOnes mange vinduer er specielt dobbeltrudet glas, og hver rude alene kan modstå flyvningens pres og kraft. Denne fordobling sikrer, at hvis et af vinduerne revner, passagererne ville stadig være i sikkerhed.

Luften inde i cockpittet er åndbar af et tredelt system. Åndbar luft tilsættes med en konstant hastighed af iltflasker. Det udåndede kuldioxid fjernes fra kabinen med et absorberingssystem, og luftfugtigheden styres af en ekstra absorber, der er skabt til at fjerne vanddamp fra luften. Under hele flyvningen, cockpittet forbliver behageligt, køligt og tørt.

Hele dette system skaber, hvad Scaled kalder et "skjorteærmet miljø." Passagerer behøver ikke at bære rumdragter inde i SpaceShipOne takket være designet af sit cockpit.

For at diskutere SpaceShipOnes unikke kontroller, vender vi os til chefingeniør Matthew Gionta:

I det næste afsnit, vi vil diskutere nogle af udfordringerne ved at skabe SpaceShipOne.

Udfordringer

At skabe en helt ny slags rumfartøjer fra bunden kommer med sit eget sæt udfordringer. Chefingeniør Gionta dykker ned i nogle af de forhindringer, Scaled -teamet stod over for, da de skabte SpaceShipOne.

"Masser af tekniske udfordringer, "Gionta siger for at opsummere oplevelsen. Han fortsætter:

Designet af et håndværk, der er i stand til at rejse hurtigere end lydens hastighed, har unikke egenskaber og krav. Designerne skal være særligt opmærksomme på ydeevne, aerodynamik, belastningskarakteristika, stabilitet og kontrol af et skib, der er beregnet til at rejse ved både soniske og supersoniske hastigheder .

Det udstyr, der er nødvendigt for at skabe og teste et sådant håndværk, er ikke ligefrem en hylde-teknologi. Og det udstyr kom kl ikke en lille pris . Gionta forklarer:

I mange tilfælde skulle Scaled -teamet oprette de værktøjer og funktioner, der er nødvendige for at få SpaceShipOne til at fungere. Som et eksempel, Gionta forklarede, hvordan den genopfandt reaktionskontrolsystem på SpaceShipOne fungerer:

Yderligere udfordringer kom i form af luftaffyring et rumskib:

I det næste afsnit, vi ser på det privat finansierede rumprogram, der producerer SpaceShipOne:Tier One.

Al denne raketskydning måtte have den amerikanske forbundsregerings velsignelse. Den 1. april, 2004, Federal Aviation Administration's Office of Commercial Space Transportation udstedte den første licens nogensinde til en sub-orbital bemandet raketflyvning til Scaled Composites LLC.

Tier One

CEO for Scaled Composites Burt Rutan og medstifter af Microsoft Paul G. Allen står i spidsen for bestræbelserne på at bevise, at det er sikkert, økonomisk, kommerciel rumrejse er mulig. Denne indsats har taget form i form af de privat finansierede, det nye rumprogram kendt som Tier One .

Rutan er kendt for mange præstationer inden for luftfartsteknik. Blandt dem er hans design af flyet Voyager . Voyager var det første fly til at flyve rundt om jorden uden at tanke op. Som teamleder, Rutan har forpligtet sig til at bevise, at Tier One er et gennemførligt rumprogram ved at bygge et skib, der kan transportere mennesker ind i et sub-orbitalt rum. Allen er forpligtet til at levere midlerne, ressourcer og støtte, der er nødvendig for at få arbejdet udført. Sammen, de to er blevet ansigtet på drevet af kommercielle rumrejser.

Allens tro på projektet og dem, der arbejder på det, er tydelig:

Rutan og hans Scaled Composites -team bygger dette rumprogram fra bunden. På få år og med færre end 30 mennesker, Tier One -programmet har vist nogle af de mest innovative designs i branchen.

Burt Rutan havde dette at sige om historie og retning af Tier One:

For mere information om SpaceShipOne og andre rumfartøjer, tjek linkene på den næste side.

LLC blev grundlagt i 1982 af Burt Rutan. Fra sin placering i Mojave -lufthavnen i Californien, designer alle mulige eksperimentelle fly og rumfartøjer. Tier One er blot et af de programmer, der er i gang på Scaled.

• 1965 - 1972:Flight Test Project Engineer for US Air Force
• 1972 - 1974:Direktør for Bede Aircraft i Newton, Kansas
• 1974:Grundlægger Rutan Aircraft Factory for at udvikle lette fly og teknisk undervisningsmateriale
• 1982:Grundlægger Skalerede kompositter LLC.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer rumturisme
• Sådan fungerer rumfærger
• Sådan fungerer vægtløshed
• Sådan fungerer raketmotorer
• Sådan fungerer rutsjebaner
• Hvordan rumfly vil fungere
• Sådan fungerer rumfartøjer til antimateriale
• Hvordan let fremdrift vil fungere
• Sådan fungerer luftåndende raketter

Flere store links

• Skalerede kompositter, LLC
• Hvad er ANSARI X -PREMIEN?
• Rocket Forge:Hvor meget vil det koste? - Et uofficielt skøn
• Space.com:Privat rumskib gennemfører anden raketdrevet testflyvning - 8/4/04
• USA Today:Feds giver privat rumskib en klar start til at udvide flyvetest - 8/4/04
• Space.com:Passagerbærende rumskib gør ørkendebut - 18-04-03

Bibliografi

• Ofte stillede spørgsmål om skalerede kompositter
• Skalerede kompositter Tier One pressemeddelelser
• Skaleret sammensætningsdatablad
• X-Prize Pressemeddelelser
• Interview med Chief Engineer Matthew Gionta, Scaled Composites, 14/06/04