Az űrrepülőgépek hattyúdala III. rész

Kevéssé ismert, hogy az űrsikló végleges formájába nagyban beleszólt az Amerikai Légierő is, cikksorozatunk harmadik részéből ez is kiderül.

- I. rész - | - II. rész - | - III. rész -

Az űrsikló megformálásának kezdete

1968-ban három elképzelés került a NASA és az Amerikai Védelmi Minisztérium asztalára, McDonnel-Douglas IRLV (az IRLV a légierő által életre hívott program nevének rövidítése, a gyártó cég nem vesződött fantázianevekkel, csak így jelölte a gépet), a Lockheed StarClipper és a General Dynamics Triamese. Mindhárom alapvetően az ekkor még csak kialakuló elvárásoknak próbált megfelelni.


A McDonnel-Douglas IRLV ajánlatának küldetésprofilja
A McDonnel-Douglas IRLV egy nagy sebességű repülésre optimalizált űrrepülőgépből és a hozzá csatolt kettő vagy négy póttartályból állt. Ez un. "másfél fokozatos" elképzelés tehát, ahol a póttartályokat ledobják, miután kiürültek, a drága hajtóműveket viszont visszahozza a Földre. Hogy a leszálláskor elegendő felhajtóerőt biztosítsanak, két keskeny, kinyitható félszárny került a gép tetejére (később innen át a gép hasára). Az a leszálláskor az X-15-höz hasonlóan egy orrfutó és két síléc szerű csúszótalpra érkezett volna.

A korai programok közül kiemelkedik abból a szempontból, hogy nem volt gázturbinás sugárhajtóműve, a visszatéréskor végig siklórepülésben, vitorlázva repül. A legtöbb hasonló tervnél kettő - négy gázturbinát is beépítettek volna, amelyek a leszállás fázisában tolóerőt biztosítanak, így a gép biztonságosabban szállhat le (hiszen a pilóta bármikor emelkedhet, irányt változtathat, ha arra szükség lenne). A gázturbinák ugyanakkor jelentős tömeget képviselnek, amit a repülés többi fázisában haszontalan teherként kell magával cipelnie, továbbá növelik a gép üzemeltetési költségeit.


A Lockheed StarClipper, és a jellegzetes "V" alakú üzemanyag-tartálya
A Lockheed StarClipper elképzelést a cég egyik főtervezője, Max Hunter fektette le még 1966-ban, ám a közismertséget 1968-ban kapta meg, amikor George Mueller, a NASA Emberes Űrrepülési Irodájának vezetője bemutatta az Angol Bolygóközi Társulat (British Interplanetary Society, egy non-profit űrkutatást propagáló alapítvány) egyik előadásán. Mueller szerint a StarClipper lehet az ideális űrrepülőgép a jövőbeni űrállomások kiszolgálásához, illetve a távolabbi célok (Hold, Mars) felé vezető út alapja.

A StarClipper az IRLV-hez hasonlóan "másfél fokozatú", a póttartály viszont egy hatalmas "V" alakot formáz, amely a gép orrára került. A gép végén lévő három (később öt) hatalmas hajtómű adja az űrrepülőgép üres tömegének a negyedét, és két kibocsátható pilonra helyezett gázturbina biztosítja a visszatéréskor a tolóerőt. Utóbbira azért is szükség van, mert a StarClipper a hagyományos utasszállítógépek szellemiségében valósult volna meg, mely szerint ugyan az induláshoz egy indítóállványra lenne szükség, de visszatéréskor bármilyen hagyományos repülőtérre leszállhat.


A Triamese rendszer szétválás után, a jobb oldali két jármű a "gyorsító" fokozat. A képen látható a nyitott szárny és a kibocsátott gázturbinás hajtómű is
A General Dynamics Triamese alapvetően különbözött a két konkurenstől, itt három, csaknem tökéletesen megegyező gép indul el összekapcsolva. Maga a világűrbe kijutó űrrepülőgép 25 000 font (11 636 kg) hasznos terhet vihet magával, a másik két gép, amelyek végülis gyorsítófokozatok, csak üzemanyagot cipelnek. Az első fázisban a két gyorsító fokozatos gép által vitt üzemanyagot égeti el mindhárom gép hajtóműve, majd miután a tartályaik kiürültek, ezek leválnak, az űrrepülőgép pedig a saját belső üzemanyagtartályaiban lévő üzemanyaggal éri el a világűrt.

A visszatérésnél a gép hasába elhelyezett kibocsátható félszárnyak segítik a kis sebességű repülést, illetve az orrban két oldalra kiengedhető gázturbinát helyeztek el. A Triamese fő előnye abban van, hogy teljesen újrafelhasználható, nem dob el semmit - tehát nem kell a visszahulló ledobott üzemanyagtartály miatt aggódni, nehogy lakott településbe csapódjon -, illetve elvi előnye, hogy mindhárom komponense gyakorlatilag azonos.

Egyenes szárny kontra Delta szárny

A Kutatás és Mérnöki Fejlesztési részlegének igazgatóját a NASA Emberes Űrrepülési Irodáján belül úgy hívták, hogy Maxime Faget. Az aerodinamikával foglalkozó mérnök dolgozta ki a Mercury kabinok légkörbe való visszatérését, és ő felelt az űrrepülőgép technikai döntéseiért. Az egyszerű megközelítés rabja volt, éppen ezért nem tetszettek neki a lehetséges űrrepülő elképzelések, mint a StarClipper. Nekiállt tehát a saját elképzelését papírra vetni, pozíciójából fakadóan pedig a szavára nem ártott odafigyelni.


Maxime Faget
Faget ellene volt a "Lifting Body" elképzelésnek, vagyis amikor a felhajtóerőt a test kiképzésével érik el, és hasonlóan ellenére volt a deltaszárnyú elképzelésnek. Ő egy egyszerű, egyenes szárnyű, tömpe orrú gépet képzelt el, ahol a kicsi űrrepülőgép egy nagyobb gyorsító fokozaton ül, amely 50 - 70 km magasan leválik, és innen az űrrepülőgép maga gyorsít tovább, hogy elérje a világűrt. Egyszerű, letisztult rendszer, ahol kevés az ismeretlen változó.


A NASA "Lifting Body" tesztjárművei, az X-24A, a H2-F3 és a HL-10. A felhajtóerőt a törzs kialakítása adta, szárnyaik nincsenek (Klikk a nagyobb képért)


A Max Faget féle űrrepülőgép elválik a gyorsító fokozatként szolgáló testvérétől (Klikk a nagyobb képért)
Az általa favorizált megoldás alapvetően úgy érkezne vissza a légkörbe, mint ahogy azt a Mercury, Gemini, Apollo vagy akár a mai Szojuz űrkapszulák tennék - viszonylag meredeken. Ez ugyan jelentős igénybevételt jelent, jobban felhevül a gép, mint egy laposabb beérkezésnél, ám kisebb a felhevülésnek kitett felület, amit hővédelemmel kell ellátni, illetve könnyebb lehet az egész gép.

A meredek beérkezés után a gép mintegy 12 000 méter magasságban a hangsebesség környékére lassul a sűrűbb légrétegekbe érve, ekkor lefele fordítja az orrát, hogy sebességet gyűjtsön (a gép addig a hasával előre haladt a légkörben, az orrát a menetirányba fordítva kisebb lesz a légellenállása), és az egyenes szárnyaival elegendő felhajtóerőt szerez ahhoz, hogy átmenjen vízszintes repülésbe olyan 4 700 méterrel a Föld felett. Ezután a gép már sima repülőgépként szállhat le. Faget megoldása tényleg egyszerű, alapvetően már kijárt utakat követett, és kevés ismeretlen volt benne - ha valamit olcsón és gyorsan kell megcsinálni, ezek kétség kívül jó ómennek számítanak.


Maxime Faget féle elképzelés arra, hogy érkezne meg a légkörbe az űrrepülőgép

Csakhogy ez magával vonta azt a vádat is, hogy túl óvatos, túl konzervatív megközelítés. Ennek a nézetnek a fő hangadója a StarClipper tervezője, Max Hunter, illetve az Amerikai Légierő Repülésdinamikai Laboratóriumának az Űrrendszerek csoport vezetője, Alfred Draper volt. Mindketten berzenkedtek attól, hogy egy repülőgép a visszatérés folyamán gyakorlatilag átesésben zuhan (az átesés leegyszerűsítve az az állapot, amikor a repülő test nem termel felhajtóerőt).

Az ő elképzelésük szerint végig nagy sebességgel, kontrolálltan kell a légkörbe belépni, viszonylag lapos szögben. Ehhez viszont vagy nagy felületű deltaszárnyra van szükség, vagy olyan géptestre, amely nagy felhajtóerőt termel. Mindkettő bonyolult kihívás, ráadásul nagyobb felületet kell megóvni a légköri súrlódás által termelt hőtől, illetve jóval bonyolultabb formákat (elsősorban a gép orrát, illetve a szárnyak belépőélét, míg a hassal előre repülésnél ezek nem kapnak akkora hőterhelést).

A NASA egy négy fázisból álló tenderen kezdett el dolgozni. Az "A" fázis a technológiai elképzeléseket gyűjtötte össze, a "B" fázis egy konkrétabb, kidolgozottabb tervet várt az indulóktól, míg a "C" és a "D" a már kiválasztott űrrepülőgép előzetes munkálatait,finomítását és végül a végleges formába való öntését takarta.

Az "A" fázis tervei

Az első fázisban, 1969-ben a lehetséges konfigurációkra kért a NASA ajánlatot. A folyamatosan változó igénylista miatt a tervek is állandóan változtak részleteiben, néha egész drasztikusan. Komoly fejtörést okozott a mérnököknek, hogy - mint azt az előző részben ismertettük - menet közben derült ki: a légierő 50 000 fontos (22 727 kg) hasznos teher igényét is teljesíteni kellene. Az elvárások között szerepelt, hogy teljesen újrafelhasználhatónak kell lennie az egész rendszernek, így a ledobható üzemanyagtartályoktól a legtöbb gyártó eltekintett.


A McDonnel-Douglas "A" fázis elképzelésének fantáziarajza. A méretek érzékeltetésére a festő emberalakokat helyezett el a gép alatt

Gyakorlatilag mindenki függőlegesen induló, vízszintesen leszálló, egy gyorsító-repülőgépből (ami rakétahajtóművekkel indult, majd gázturbinás hajtóművekkel tért vissza, miután elindította az űrrepülőgépet) és egy űrrepülőgépből álltak. Ebből következően viszont meg kell jegyezni, hogy igencsak méretesek lettek a gyorsító fokozatot képviselő repülőgépek méretei. Akadt olyan, amelyik üzemanyaggal feltöltve 1 600 tonnát nyomott volna; viszonyításképpen ez bő két és félszer annyi, mint a jelenlegi legnagyobb felszállótömegű repülőgép, az Antonov An-225-ösé!


A NAR DC-3 fantáziarajza. Feltűnő a tompa orr és a szárnyak felett elhelyezett hajtómű

A North American Rockwell (NAR) cég Faget útmutatását követte. Kétlépcsős, egyenes szárnyú elképzelést vázoltak fel, egy nagyobb, ember vezette gyorsító fokozattal, ami 70 000 méteres magasságban válik le, és tér vissza a kiindulási pontra. Az űrrepülőgépen a gázturbinás hajtóműveket a két félszárny tetején helyezték el, a gép orra pedig nagyon csapott volt, de a Fagot-féle küldetésprofilhoz ez illett tökéletesen. A kvázi végleges változat képes volt a légierő által igényelt bő 22 tonnás hasznos terhet mintegy 2 000 tonnás indulótömeg mellett a világűrbe juttatni. A számítások szerint hat űrrepülőgéppel évi 50 indítást tudnának biztosítani.


A Mc-D cég végső "A" fázis elképzelésének űrrepülőgépe. Feltünő a géptörzs keskenysége, és a "felhajtható" félszárnyak
A McDonnel-Douglas "A" fázisú terve szintén a Max Faget által javasolt utat követte. Két elképzelést vázolták fel, az egyik szerint egy ember vezette gyorsító fokozat viszi fel, és indítja tovább az űrrepülőgépet, a másik verzió szerint "másfél fokozattal" , egy ledobható üzemanyag-tartállyal képzelték el az űrrepülőgépet, ami nagyobb hasznos terhet lenne képes a világűrbe juttatni. Utóbbi esetén a teljes újrafelhasználhatóságot úgy biztosították, hogy az üzemanyagtartályt a levegőben befogja egy nagy méretű repülőgép, majd visszavontatja az indulási reptérre - meglehetősen bonyolult és veszélyes művelet, így ezen változat menet közben a kukában végezte.

Az érdekes, keskeny, de magas törzsű űrrepülőgép-kialakítás mögött az a motiváció húzódott meg, hogy minimalizálják a gép hasfelületét, amelyet hővédelemmel kell ellátni. Cserébe felvállalták, hogy a gép érzékeny lehet a szélre, és a magas súlypontja illetve nagy oldalfelülete miatt kevésbé stabil leszállásnál. A másik érdekessége, hogy a félszárnyakat a gép oldalához hajtották fel alapesetben, majd visszatérésnél, a sűrűbb légrétegekben nyitották volna csak le őket - egy újabb trükk a gép hasfelületének csökkentésére.


A Lockheed LS-112: a StarClipper póttartály nélkül, egy gyorsítógép hátán

A Lockheed az LS-112 jelölésű tervével ragaszkodott a StarClipper által felvázolt megoldáshoz, és egy "Lifting Body" kialakítású űrrepülőgépet párosítottak egy hatalmas, delta szárnyú gyorsító fokozattal. Ez a megoldás a Légierő kedvére való volt, és a Lockheed teljesítette a másik elvárásukat is, a 22 727 kg-os hasznos terhelést. A Lockheed érdeme volt ugyanakkor az is, hogy itt mutatta be a szilikát-alapú hővédő pajzsát, amely később a megvalósult űrrepülőgépnél is alkalmazva lett.

A Martin-Marietta cég Spacemaster fantázianevű elképzelése a Triamese elgondolást vitte tovább. A két különálló gyorsító fokozatot gyakorlatilag egybeépítették, két szárnyegységgel összekötve őket, egy kettős törzsű gépet létrehozva. A visszatéréskor az elülső közös szárnyszakaszba épített gázturbinás sugárhajtóművekkel repül a gép. Maga az űrrepülőgép nagy deltaszárnnyal rendelkezett, hogy biztosítsa a nagy sebességű kontrollált repülést, amire a légierő igényt tartott.

A NASA és a Légierő hitvesi viszonya…

Az egyes szárny kontra delta szárny-nézetek közül Fagot elképzelése maradt alul, mégpedig nem technológiai megfontolásból, hanem egyszerűen azért, mert az Amerikai Légierő csak úgy mutatott érdeklődést az egész űrrepülőgép iránt, ha képes arra, hogy a világ bármely pontja felett átrepülhessen, majd egyszer megkerülve a Földet visszatérhet a kiindulási pontra. Ezen igény igazából az 1967-es arab-izraeli háború és az 1968-as csehszlovákiai felkelés és forradalom miatt mutatkozott meg.

Már keringtek a Föld körül a Nemzeti Felderítési Iroda (NRO) Corona és Gambit kémműholdjai, de azok még visszatérő kazettás rendszerűek voltak, tehát a műholdak felvételeket készítettek a meghatározott helyekről, aztán a filmszalag egy kapszulában jutott vissza a Földre. Mind az 1967-es, mind az 1968-as eseményeknél, amire a felvételek visszajutottak, előhívták őket és végül elemzésre kerültek, már vége volt a konfliktusnak.


Az X-37B - igazából ez az a jármű, amely képes arra, amit a légierő és az NRO által 1969-ben elvárt az űrrepülőgéptől

Noha az adott kor csúcstechnológiáját képviselték, és addig elképzelhetetlen dolgokra voltak képesek, máris még többet vártak el tőlük - azt, hogy pár órán belül a világ bármely pontjáról felvételt lehessen készíteni. Hiába volt kezükben az U-2 és SR-71 kémrepülőgép, az adott célnak egyik sem felelt meg, mivel az ellenséges légvédelem által sebezhetőek voltak. A digitális képalkotás és képátvitel még csak gyerekcipőben totyogott, így a képeket még nem tudták rádiójelek útján leküldeni a Földre, tehát más módszer felé kellett fordulni. Vagyis a lényeg az volt a légierőnek, hogy az űrrepülőgépet kvázi kémrepülőgépként használhassa fel, ehhez pedig az kell, hogy nagy magasságban és sebesség mellett a gép irányítható legyen. Ezt azonban a Fagot-féle megoldással nem lehetett biztosítani, csak a deltaszárnyú vagy "Flying Body" kialakítású űrrepülőgépekkel.

George Mueller ha kényszeredetten is, de belátta a küzdelem haszontalan mivoltát, és szüksége volt a légierőre, hogy minél több feladatot szerezzen az űrrepülőgépének. Pontosabban, neki minden létező hasznos teherre szüksége volt, amit csak elérhet, a légierőnek viszont nem volt feltétlenül szüksége a NASA űrrepülőgépére. Már gyakorlatilag készen volt a Titan III hordozórakéta, amely kellően nagy terhet tud feljuttatni a világűrbe, és ezt szerették is érzékeltetni a NASA-val, így aztán úgy táncolt a NASA, ahogy a légierő fütyült.


Egy vázlat a KH-9-ről - a jobb oldalon lévő négy kúpos rész a négy visszatérő kapszula, amikben a felvételek visszajutnak a Földre
Ennek ékes példája volt a raktér mérete körüli huzavona. A NASA és a légierő eredetileg 30 x 12 láb (9,14 x 3,65 méter) méretben gondolkodott, ám a légierő egyszerűen ultimátumot adott 1970-ben, hogy neki hosszabb raktérre lesz szüksége, mert már az ekkori kémműholdak is elérték a 30 láb hosszt, így nyilvánvaló volt, hogy a későbbiek még hosszabbak lehetnek. Ezért először 40 (12,192 méter), majd később 60 láb (18,28 méter) hosszt írtak elő, illetve az átmérőt 15 lábra (4,57 méter) növelték. Utóbbi nem volt a NASA ellenére, lévén az űrállomáshoz jól jöhet még az, nagyobb modulokban gondokozhatnak.

Max Fagot, miután a NASA űrállomásra vonatkozó terveit a kormányzat alaposan elkezdte nyesegetni, úgy döntött, hogy felülvizsgálja a 60 x 15-ös igényt, miután úgy látta, hogy a légierőnek fontosabb a hossz, mint a raktér átmérője, és a NASA számára sem szükséges a 15 láb, ezért egy üzenetben kérte, hogy csökkentsék azt le az eredeti 12 lábra (3,65 méter). A légierő egy őrnagya három nap múlva kurta válaszban helyrerakta a Fagotot, a NASA egyik legbefolyásosabb emberét azzal, hogy a légierő továbbra is fenntartja a 60 x 15 lábra vonatkozó igényét. Indoklás, magyarázat nem szerepelt a válaszban, ahogy a kompromisszum-készségre való hajlam sem sütött belőle. A dolog pikantériája, hogy a legnagyobb akkor tervezés és építés alatt álló műhold a KH-9 HEXAGON kémműhold volt, ami azonban csak 10 láb átmérőjű és 53 láb hosszú volt.

Az "A" fázis végén, 1970-ben eredményhirdetés nem volt, viszont a Fagot által felvázolt megoldást lesöpörték az asztalról, és ezzel az ezekre épülő McDonnel-Douglas és North American Rockwell terveit is. Nekiálltak, hogy a következő, már részletesebb elképzelésekre kérjenek ajánlatott a gyártóktól, a "B" fázis keretében, ám ezúttal már teljesen a légierő igénylistája alapján...

(folytatjuk)