science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe ruimtevliegtuigen werken

De VentureStar zou het massatransportsysteem kunnen worden voor reizen van aarde naar baan. Bekijk meer ruimteverkenning foto's . Foto met dank aan Lockheed Martin

Neem een ​​kijkje op de tekentafel van NASA en je zult ongetwijfeld geweldige plannen zien voor gigantische, lichtgewicht zonnezeilen die ons tot ver buiten de rand van ons zonnestelsel zullen brengen, en ruimteliften waarmee we in en uit een baan kunnen vliegen wanneer we maar willen. Lang voordat die plannen worden gerealiseerd, je zult de nieuwste leden van NASA's X-fleet-ruimteschepen zien, die de ruimte in de eerste twee decennia van deze eeuw tot een vakantiebestemming zouden kunnen maken.

Sinds het begin van het Amerikaanse ruimteprogramma, de X-vliegtuigen waren de testmodellen voor ruimtetechnologie. Momenteel zijn er verschillende experimentele X-vliegtuigmodellen in ontwikkeling die ruimtereizen net zo routinematig zouden kunnen maken als reizen met een vliegtuig. Elk van deze nieuwste X-vliegtuigen is: herbruikbare draagraketten (RLV's), zoals de ruimteveer, wat betekent dat ze herhaaldelijk in een baan om de aarde kunnen worden gelanceerd voordat ze worden vervangen.

Deze lichtgewicht voertuigen zijn ontworpen om de lanceringskosten te verlagen, en zou uiteindelijk de space shuttle kunnen vervangen, die sinds 1981 in gebruik is. Commerciële ruimtevaart blijft onbetaalbaar vanwege de kosten:het kost ongeveer $ 10, 000 om een ​​pond (0,45 kg) nuttige lading in de baan van de aarde te krijgen. Ruimtevliegtuigen zou die prijs kunnen verlagen tot $1, 000 per pond. In dit artikel, je zult meer te weten komen over enkele van de ruimtevliegtuigen die door NASA worden ontwikkeld, en hoe deze ruimtevaartuigen ooit de spaceshuttle zouden kunnen opvolgen en worden gebruikt als bedrijfsvoertuigen voor ruimtetoerisme.

NASA's X-Fleet

De X-37 zal de herintredingsmogelijkheden van de experimentele materialen van het ruimtevliegtuig testen. Foto met dank aan NASA

Als het niet voor de X-vliegtuigen is, Amerika heeft misschien nooit de ruimte bereikt. Het was in het eerste X-vliegtuig, X-1, Dat Chuck Yeager vloog sneller dan de geluidssnelheid in 1947. Meer dan 100 X-plane variaties zijn gevolgd, elk bevordert ons begrip van het ontwerp van ruimtevaartuigen. Vandaag, er worden verschillende nieuwe X-vliegtuigen ontwikkeld. We zullen er drie bekijken:

  • De X-37, die veel ruimtevaarttechnologieën zal testen, inclusief re-entry mogelijkheden.
  • De X-34, een suborbitaal voertuig dat technologieën zal testen om de kosten te verlagen, tijd en personeel voor ruimtelanceringen.
  • De X-33, een herbruikbaar draagraket (RLV) dat een prototype is voor een vervanging van een spaceshuttle.

Van de drie hierboven genoemde X-vlakken, de X-37 is de nieuwste en snelste. In tegenstelling tot andere ruimtevliegtuigen, de X-37 zal niet op eigen kracht worden gelanceerd. Het is ontworpen om met een secundair voertuig de ruimte in te worden gelanceerd. de onbemande, programmeerbaar vliegtuig zal aan boord van de spaceshuttle rijden als een secundaire lading. Eenmaal in een baan, de X-37 zal worden ingezet vanuit het vrachtruim van de shuttle. Het zal dan 21 dagen in een baan om de aarde blijven, talloze experimenten uitvoeren voordat hij terugkeert naar de aarde en landt als een vliegtuig.

In 1998, NASA selecteerde Boeing om de X-37 te ontwerpen, en een jaar later werd overeenstemming bereikt over de ontwikkeling van het nieuwe ruimtevliegtuig. De X-37 is de enige van de drie ruimtevliegtuigen die is ontworpen als een baanvlak, en om te reizen met een snelheid van Mach 25, wat betekent dat het in staat is om rond de 17 te reizen, 500 mijl per uur (28, 163 km/u). Het doel van het X-37-project is het testen van RLV-technologieën in ruwe ruimteomgevingen, en demonstreren ongeveer 40 geavanceerde casco's, voortstuwings- en bedieningstechnologieën. Een belangrijk aandachtspunt van het X-37-project is het verbeteren van de thermische beveiligingssystemen die voorkomen dat ruimtevaartuigen verbranden tijdens de terugkeer. NASA heeft gezegd dat de eerste vliegtesten voor de X-37 begin 2002 zullen beginnen, en het zou later dat jaar in een baan om de ruimte kunnen gaan.

De X-37 lijkt een beetje op een miniatuurmodel van de spaceshuttle. Het is 27,5 voet (8,38 meter) lang, die korter is dan een gemiddelde schoolbus en slechts ongeveer de helft van de lengte van het huidige laadruim van de spaceshuttle. Bij 6 ton, de X-37 is extreem licht voor een NASA-ruimtevaartuig, met een gewicht van het equivalent van ongeveer drie SUV's. Het heeft een spanwijdte van slechts 4,57 m en heeft een eigen experimenteerruimte, die 7 x 4 voet (2,13 x 1,21 m) meet. Het voertuig wordt aangedreven door de AR-2/3 raketmotor, die sinds de jaren vijftig wordt gebruikt en meer dan 7 kan produceren, 000 pond stuwkracht. De AR-2/3 gebruikt JP-10 vliegtuigbrandstof, een soort kerosine, en waterstofperoxide als drijfgassen.

Net als de X-37, de X-34 ruimtevliegtuig test nieuwe technologieën om toekomstige ruimtevaartuigen te bouwen die de missiekosten zullen verlagen. Echter, terwijl de X-37 nog ongeveer anderhalf jaar van de grond moet komen, het testen voor de X-34 is al aan de gang.

Een artistiek concept van de X-34, een testvoertuig voor toekomstige generaties herbruikbare draagraketten. Foto met dank aan NASA

In juni 1999, NASA bond de onbemande X-34 vast aan de onderbuik van een L-1011 draagvliegtuig voor een "captive carry"-vlucht, waarin de X-34 voor de duur van de vlucht aan de L-1011 bevestigd bleef. Tijdens de testvlucht wetenschappers konden verschillende functies van de X-34 analyseren, inclusief het vrijkomen van raketstuwstof in de motor en elektrische verbindingen tussen de X-34 en de L-1011. Later, de X-34 wordt vanaf de L-1011 op een hoogte van 40 gedropt, 000 voet, en zonder kracht naar beneden glijden naar een landingsbaan.

Met het uiterlijk van een new age Concorde-jet, de suborbital X-34 zal kunnen reizen op Mach 8, dat is 5, 600 mph (9, 012 km/u). Groter dan de X-37, de X-34 is 58 voet (17,6 m) lang en heeft een spanwijdte van 28 voet (8,53 m). Eventueel, het ruimtevliegtuig X-34 wordt aangedreven door een Fastrac-raketmotor, een goedkopere motor dan eerdere motoren die door NASA werden gebruikt. De Fastrac is grotendeels opgebouwd uit kant-en-klare componenten, en heeft minder onderdelen dan andere raketmotoren. De Fastrac raketmotor werkt met een enkele turbopomp, die is samengesteld uit slechts twee pompen - een voor kerosine en een voor vloeibare zuurstof. De gasgenerator van de motor laat een kleine hoeveelheid kerosine en zuurstof circuleren om gas te leveren om de turbine aan te drijven, en put vervolgens de verbruikte splijtstof uit.

Waarschijnlijk de meest ambitieuze van NASA's ruimtevliegtuigen, en de duurste is de X-33 . Het is toevallig ook het ruimtevliegtuig dat het verst in ontwikkeling is. In de volgende sectie, we zullen het hebben over een ruimtevliegtuig gebaseerd op het X-33-ontwerp dat op een dag de spaceshuttle kan vervangen.

De Spaceshuttle vervangen

Bijna twee jaar achter op schema, NASA is nog steeds van plan om het ruimtevliegtuig X-33 te voltooien. Foto met dank aan NASA

Een nieuw tijdperk in de ruimtevaart begon op de ochtend van 12 april, 1981, toen de eerste space shuttle, de Colombia, in een baan om de aarde vloog. Vanaf dat moment, de spaceshuttle is het primaire lanceervoertuig van NASA gebleven voor het uitvoeren van onderzoek en het inzetten van satellieten en andere ruimtevaartuigen in de ruimte. De space shuttle heeft astronauten ook in staat gesteld om de Internationaal Ruimtestation .

Echter, ondanks de vele prestaties van de shuttle, het feit blijft dat het extreem duur is om de ruimte in te lanceren. Elke pond nuttige lading in de baai van de shuttle kost $ 10, 000 te lanceren. Volgens NASA, elk van de twee solide raketboosters van de spaceshuttle dragen ongeveer 1 miljoen pond (453, 592 kg) vaste stuwstof. De grote externe tanks bevatten nog eens 500, 000 gallons superkoude vloeibare zuurstof en vloeibare waterstof. Deze twee vloeistoffen worden gemengd en verbrand om de brandstof te vormen voor de drie belangrijkste raketmotoren van de shuttle. De kosten van deze enorme hoeveelheid drijfgas, en het herstellen en vervangen van de solide raketboosters voor elke missie, is extreem duur. NASA's oplossing voor het probleem is de X-33.

De X-33 is een prototype voor een uniek single-stage-to-orbit voertuig. Zijn wigachtige vorm is anders dan elk ruimtevaartuig dat eraan is voorafgegaan. Aan de basis, de X-33 is 77 voet (23,5 m) breed, en het voertuig is 69 voet (21 m) lang. Het doel van dit ontwerp is om het ruimtevaartuig in staat te stellen al het benodigde drijfgas aan boord van het schip te houden, waardoor de noodzaak voor solide raketboosters wordt geëlimineerd. Door de boosters en de hoofdbrandstoftank te elimineren, NASA zal een groot deel van het lanceringsgewicht verminderen dat space shuttle-missies zo duur maakt. Lanceringskosten voor de X-33, of een afgeleide van de X-33, naar verwachting slechts een tiende van de kosten van de lancering van de spaceshuttle zullen bedragen.

Er zijn problemen geweest met het X-33-project, die begon in 1996. Op dit moment is het loopt bijna twee jaar achter op schema, en de kosten zijn ver boven verwachting. NASA en Lockheed Martin hebben al meer dan $ 1 miljard uitgegeven aan de X-33, en het is nog maar voor driekwart klaar. In november 1999, tests op de brandstoftanks van grafietvezelcomposiet mislukten, waarbij NASA-wetenschappers klauterden om een ​​nieuwe tank te ontwerpen uit traditioneel aluminium materiaal. Ondanks deze tegenslagen, NASA zei dat het doorgaat met het bouwen van de X-33, en verwacht nu een functionerend voertuig klaar te hebben voor suborbitale vlucht in 2003.

NASA zei dat de Aerospike-raketmotor efficiënter is dan de conventionele Bell-raketmotor. Foto met dank aan NASA

Twee uniek ontworpen motoren zullen het ruimtevaartuig voortstuwen. De X-33 wordt het eerste ruimtevliegtuig dat wordt gebruikt Lineaire Aerospike-motoren . De vorm van de motoren past beter bij het wigvormige ruimtevliegtuig dan de conventionele raketmotoren met klokmondstuk, volgens NASA. In tegenstelling tot het mondstuk van de Bell-raketmotoren, het Aerospike-mondstuk is V-vormig, een helling genoemd. De hete gassen worden uit de kamers langs de buitenkant van het oppervlak van de helling geschoten. Deze nieuwe motoren zullen de X-33 voortstuwen tot snelheden tot Mach 13 (9, 100 mph / 14, 645 km/u).

Het uiteindelijke doel van het X-33-project is het produceren van een commercieel vliegtuig genaamd de VentureStar , die de opvolger van de spaceshuttle zou zijn. De VentureStar zal ongeveer twee keer zo groot zijn als het X-33-prototype, en zullen hetzelfde type motoren en dezelfde constructiematerialen gebruiken. Echter, het zal Mach 25 kunnen bereiken, wat de noodzakelijke snelheid is om de baan om de aarde te behouden. De VentureStar zou niet alleen worden gebruikt om ladingen in de ruimte te brengen, maar het kan ook worden gebruikt als voertuig voor ruimtetoerisme. Het succes of falen van de X-33 zal bepalen of de VentureStar het voertuig wordt dat openbare toegang tot de ruimte mogelijk maakt.

Veel meer informatie

Gerelateerde artikelen over hoe dingen werken:

  • Hoe zonnezeilen werken
  • Hoe ruimteliften zullen werken
  • Hoe opblaasbaar ruimtevaartuig zal werken
  • Hoe raketmotoren werken.
  • Jupiter uitgelegd
  • Neptunus uitgelegd
  • Pluto uitgelegd
  • Uranus uitgelegd
  • Het zonnestelsel uitgelegd

Andere interessante links:

  • NASA's X-Planes
  • NASA Ruimtevaartsite
  • 'X' markeert de toekomst:NASA gaat vooruit met ruimtevliegtuigen (CNN.com)
  • Lockheed Martin's X-33-site
  • Ruimtevliegtuig kost meer (ABCNews.com)
  • X-Planes van X-1 tot X-34
  • Thermisch beveiligingssysteem voor de X-33
  • X-43:Hypersonisch experimenteel onderzoeksvoertuig
  • X-30:Nationaal ruimtevaartvliegtuig (NASP)
  • Rocketdyne X-33 Aerospike raketmotor
  • MILNET:X-33 Aerospace-testbed voor VentureStar

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoeveel tijd kost het om een ​​DNA-molecuul te repliceren?
  2. Biosfeer: definitie, hulpbronnen, cycli, feiten en voorbeelden
  3. Wat zijn Twisted DNA-strengen in de kern van het cellichaam?

    Desoxyribonucleïnezuur, of DNA, is het materiaal dat door de natuur wordt geselecteerd om de genetische code van de ene generatie van een soort naar de volgende over te brengen. Elke soor

  4. Wat is Aerobic vs. Anaerobic in Biology?
  5. Wat is het pad van het licht door het oog?
  6. Het voordeel van het hebben van veel replicatie-origines in een eukaryotisch chromosoom
  7. Tumorsuppressorgenen: wat is het?
  8. Wat is het Malthusiaanse uitgangspunt?
  9. De rol van microben in de industrie

Wetenschap