Hvordan rumfly vil fungere

Tag et kig på NASAs tegnebræt, og du vil helt sikkert se fantastiske planer for kæmpe, lette solsejl, der vil føre os langt ud over kanten af ​​vores solsystem, og rumelevatorer, der giver os mulighed for at lynlåse ind og ud af kredsløb, når vi vil. Længe før disse planer realiseres, du vil se de nyeste medlemmer af NASAs X-fleet rumskibe, hvilket kunne gøre rummet til en feriedestination inden for de første to årtier af dette århundrede.

Siden begyndelsen af ​​det amerikanske rumprogram har X-flyene har været testmodellerne for rumteknologi. I øjeblikket er der flere eksperimentelle X-plane-modeller under udvikling, der kan gøre rumrejser lige så rutinemæssige som flyrejser. Hver af disse nyeste X-fly er genanvendelige affyringsbiler (RLV'er), ligesom rumfærgen, hvilket betyder, at de kan blive lanceret i kredsløb gentagne gange, før de udskiftes.

Disse lette køretøjer er designet til at sænke lanceringsomkostninger, og i sidste ende kunne erstatte rumfærgen, som har været i brug siden 1981. Kommercielle rumrejser forbliver uoverkommelige på grund af udgiften:Det koster omkring $ 10, 000 for at få et pund (.45 kg) nyttelast i Jordens kredsløb. Rumfly kunne sænke denne pris til $ 1, 000 pr pund. I denne artikel, finder du ud af nogle af de rumfly, der udvikles af NASA, og hvordan disse rumfartøjer en dag kan efterfølge rumfærgen og blive brugt som erhvervskøretøjer til rumturisme.

NASAs X-Fleet

Hvis ikke for X-flyene, Amerika har måske aldrig nået rummet. Det var i det første X-fly, X-1, at Chuck Yeager fløj hurtigere end lydens hastighed i 1947. Mere end 100 X-plane variationer er fulgt, hver især fremmer vores forståelse af rumfartøjsdesign. I dag, der udvikles flere nye X-fly. Vi vil se på tre af dem:

• X-37, som vil teste mange rumflyteknologier, herunder re-entry muligheder.
• X-34, et suborbital køretøj, der vil teste teknologier for at reducere omkostninger, tid og personale til opsendelser af rum.
• X-33, et genanvendeligt affyringsbil (RLV), der er en prototype til udskiftning af en rumfærge.

Af de tre X-planer nævnt ovenfor, det X-37 er den nyeste og hurtigste. I modsætning til andre rumfly, X-37 vil ikke blive lanceret under egen kraft. Det er designet til at blive lanceret i rummet på et sekundært køretøj. De ubemandede, programmerbare fly vil køre ombord på rumfærgen som en sekundær nyttelast. En gang i kredsløb, X-37 vil blive indsat fra shuttleens lastrum. Det vil derefter forblive i kredsløb i 21 dage, udføre mange eksperimenter, inden han vendte tilbage til Jorden og landede som et fly.

I 1998, NASA valgte Boeing til at designe X-37, og et år senere blev der indgået en aftale om at udvikle det nye rumfly. X-37 er det eneste af de tre rumplaner, der er designet til at være et orbitalplan, og at rejse med Mach 25 -hastighed, hvilket betyder, at den er i stand til at rejse omkring 17, 500 miles i timen (28, 163 km/t). Målet med X-37-projektet er at teste RLV-teknologier i barske rummiljøer, og demonstrere omkring 40 avancerede flyrammer, fremdrifts- og driftsteknologier. Et stort fokus for X-37-projektet er at forbedre de termiske beskyttelsessystemer, der forhindrer rumfartøjer i at brænde op under genindtræden. NASA har sagt, at de første flyvetest for X-37 begynder i begyndelsen af ​​2002, og det kunne gå i kredsløb om rumfærgen senere samme år.

X-37 ligner lidt en miniaturemodel af rumfærgen. Den er 8,38 meter lang, som er kortere end en gennemsnitlig skolebus og kun cirka halvdelen af ​​længden af ​​den nuværende rumfærger -nyttelast. Med 6 tons, X-37 er ekstremt let for et NASA-rumfartøj, vejer svarende til omkring tre sportsvogne. Det har et vingefang på kun 4,5 fod (15 fod) og har sin egen forsøgsbugt, som måler 7 X 4 fod (2,13 X 1,21 m). Køretøjet drives af raketmotoren AR-2/3, som har været brugt siden 1950'erne og kan producere mere end 7, 000 pund kraft. AR-2/3 bruger JP-10 jetbrændstof, en type petroleum, og hydrogenperoxid som drivmidler.

Ligesom X-37, det X-34 rumfly tester nye teknologier til at bygge fremtidige rumfartøjer, der vil sænke missionens omkostninger. Imidlertid, mens X-37 stadig er omkring halvandet år fra at komme af jorden, test til X-34 er allerede i gang.

I juni 1999, NASA spændte den ubemandede X-34 fast på underlivet på et L-1011-luftfartøjsfly til en "captive carry" -flyvning, hvor X-34 forblev knyttet til L-1011 i løbet af flyvningen. Under testflyvningen, forskere var i stand til at analysere flere funktioner i X-34, herunder frigivelse af raketdrivmiddel i motoren og elektriske forbindelser mellem X-34 og L-1011. Senere, X-34 vil blive droppet fra L-1011 i en højde af 40, 000 fod, og glider uden strøm ned til en landingsbane.

Med udseendet af en ny tids Concorde -jet, suborbital X-34 vil kunne rejse ved Mach 8, hvilket er 5, 600 mph (9, 012 km / t). Større end X-37, X-34 er 17,6 m lang og har et vingefang på 8,53 m. Til sidst, rumflyet X-34 vil blive drevet af en Fastrac-raketmotor, en billigere motor end tidligere motorer, der blev brugt af NASA. Fastrac er hovedsageligt bygget af komponenter fra hylden, og har færre dele end andre raketmotorer. Det Fastrac raketmotor fungerer med en enkelt turbopumpe, som kun består af to pumper - en til petroleum og en til flydende ilt. Motorens gasgenerator cykler en lille mængde petroleum og ilt for at levere gas til at drive turbinen, og udtømmer derefter det brugte brændstof.

Sandsynligvis det mest ambitiøse af NASAs rumfly, og den dyreste, er X-33 . Det er tilfældigvis også det rumplan, der er længst i udviklingen. I det næste afsnit, vi vil tale om et rumplan baseret på X-33-designet, der måske en dag kan erstatte rumfærgen.

Udskiftning af rumfærgen

En ny æra inden for rumrejser begyndte om morgenen den 12. april, 1981, da den første rumfærge, Columbia, fløj i kredsløb. Siden da, rumfærgen er forblevet NASAs primære affyringsvogn til forskning og indsendelse af satellitter og andre rumfartøjer i rummet. Rumfærgen har også givet astronauter mulighed for at konstruere International rum Station .

Imidlertid, på trods af shuttleens mange præstationer, faktum er stadig, at det er ekstremt dyrt at skyde ud i rummet. Hvert pund nyttelast i shuttlebugten koster $ 10, 000 til lancering. Ifølge NASA, hver af rumfærgens to solide raketforstærkere bærer omkring 1 million pund (453, 592 kg) fast drivmiddel. De store eksterne tanke rummer yderligere 500, 000 gallons superkold flydende ilt og flydende brint. Disse to væsker blandes og brændes for at danne brændstoffet til shuttleens tre hovedraketmotorer. Omkostningerne ved denne enorme mængde drivmiddel, og at genoprette og udskifte de solide raketforstærkere til hver mission, er ekstremt dyrt. NASAs løsning på problemet er X-33.

X-33 er en prototype til et unikt enkelt-trin-til-kredsløbskøretøj. Dens kilelignende form er ulig ethvert rumfartøj, der er gået forud for det. I sin base, X-33 er 23,5 m bred og køretøjet er 21 meter langt. Formålet med dette design er at tillade rumfartøjet at holde alt det nødvendige drivmiddel ombord på skibet, dermed elimineres behovet for solide raketforstærkere. Ved at fjerne boostere og hovedbrændstoftanken, NASA vil trimme meget af liftoff -vægten, der gør rumfærge -missioner så dyre. Lanceringsomkostninger for X-33, eller et derivat af X-33, forventes kun at være en tiendedel af omkostningerne ved lancering af rumfærgen.

Der har været problemer med X-33-projektet, som begyndte i 1996. I øjeblikket det er næsten to år efter planen, og omkostningerne overstiger langt forventningerne. NASA og Lockheed Martin har allerede brugt mere end 1 milliard dollar på X-33, og den er stadig kun tre fjerdedele færdig. I november 1999, test på grafitfiberkompositbrændstoftanke mislykkedes, som fik NASA -forskere til at kæmpe med at designe en ny tank ud af traditionelt aluminiumsmateriale. På trods af disse tilbageslag, NASA sagde, at det går videre med at bygge X-33, og forventer nu at have et fungerende køretøj klar til suborbital flyvning i 2003.

To unikt designede motorer vil drive rumfartøjet. X-33 vil være det første rumplan, der skal bruges Lineære Aerospike -motorer . Formen på motorerne passer bedre til det kileformede rumplan end de konventionelle raketdyser til raketdyser, ifølge NASA. I modsætning til dysen fra Bell -raketmotorer, Aerospike-dysen er V-formet, kaldet en rampe. De varme gasser skydes fra kamrene langs ydersiden af ​​rampens overflade. Disse nye motorer vil drive X-33 til hastigheder op til Mach 13 (9, 100 mph / 14, 645 km / t).

Det endelige mål med X-33-projektet er at producere et kommercielt fly kaldet VentureStar , som ville være efterfølgeren til rumfærgen. VentureStar vil være omtrent dobbelt så stor som X-33 prototypen, og vil bruge den samme type motorer og de samme byggematerialer. Imidlertid, det vil være i stand til at opnå Mach 25, hvilket er den nødvendige hastighed for at opretholde Jordens kredsløb. VentureStar ville ikke kun blive brugt til at sætte nyttelast i rummet, men det kunne også bruges som et rumturismekøretøj. Succesen eller fiaskoen for X-33 vil afgøre, om VentureStar bliver det køretøj, der giver offentlig adgang til rummet.

Masser mere information

Relaterede artikler om hvordan ting fungerer:

• Sådan fungerer solsejl
• Sådan fungerer rumelevatorer
• Hvordan oppusteligt rumfartøj vil fungere
• Sådan fungerer raketmotorer.
• Jupiter forklaret
• Neptun forklaret
• Pluto forklaret
• Uranus forklaret
• Solsystemet forklaret

Andre interessante links:

• NASAs X-Planer
• NASA Space Transportation Site
• 'X' markerer fremtiden:NASA bevæger sig fremad med rumplaner (CNN.com)
• Lockheed Martins X-33 websted
• Rumfly koster mere (ABCNews.com)
• X-Planer fra X-1 til X-34
• Termisk beskyttelsessystem til X-33
• X-43:Hypersonic Experimental Research Vehicle
• X-30:National Aero-Space Plane (NASP)
• Rocketdyne X-33 Aerospike raketmotor
• MILNET:X-33 Aerospace Test Bed til VentureStar