Studierte Space-Shuttle-Designs - Studied Space Shuttle designs
Während der Lebensdauer des Space Shuttle haben Rockwell International und viele andere Organisationen verschiedene Designs von Space Shuttles studiert . Diese Studien umfassten verschiedene Möglichkeiten zur Erhöhung der Shuttle-Nutzlastfähigkeit, der Besatzungskapazität und der Entwicklung eigenständiger wiederverwendbarer Trägerraketen. Ein großer Schwerpunkt des Programms lag auf neuen Shuttle-Boostern und einem Upgrade des externen Tanks, aber auch darauf, die Fähigkeit der NASA zu erweitern, Weltraummissionen zu starten und große modulare Raumstationen zu bauen. Viele dieser Konzepte und Studien würden die Konzepte und Programme der 2000er Jahre wie Constellation , das Orbital Space Plane Program und das Artemis-Programm prägen .
Vom Shuttle abgeleitete Fahrzeuge
Shuttle-C
Das Heavy Lift Launch Vehicle war eine Studie der NASA , um den Startstapel des Space Shuttle in einen speziellen Frachtwerfer ohne Besatzung zu verwandeln. Der externe Tank und die Space Shuttle Solid Rocket Booster (SRBs) würden mit einem Frachtmodul kombiniert, das den Platz des Shuttle-Orbiters einnimmt und die Space Shuttle-Haupttriebwerke umfasst . Eine ballistische Rückholkapsel würde als Hauptmotorstruktur verwendet werden und 2-4 SSMEs tragen sowie die Nutzlast / Booster-Stufe montieren. Es würde über Fallschirme im australischen Outback oder Nordmexiko geborgen. Kleine Hubflügel wurden hinzugefügt, um genauere Landungen zu ermöglichen. Zwischen 1984 und 1995 wurden verschiedene Heavy-Lift-Trägerraketenkonzepte untersucht, die schließlich als Shuttle-C bekannt wurden (das Shuttle-C würde keine ballistische Rückführungskapsel enthalten und hatte entbehrliche Motoren).
Das Shuttle-C-Konzept würde theoretisch die Entwicklungskosten für eine schwere Trägerrakete senken, indem die für das Shuttle-Programm entwickelte Technologie wiederverwendet wird. Auch End-of-Life- und Space-Shuttle-Hardware wäre zum Einsatz gekommen. Ein Vorschlag beinhaltete sogar den Umbau der Columbia oder Enterprise in eine Einweg-Ladungsrakete. Vor dem Verlust des Space Shuttle Challenger hatte die NASA mit etwa 14 Shuttle-Flügen pro Jahr gerechnet. Nach dem Challenger- Vorfall wurde klar, dass diese Startrate aus verschiedenen Gründen nicht machbar war. Beim Shuttle-C dachte man, dass die geringeren Wartungs- und Sicherheitsanforderungen für das unbemannte Fahrzeug eine höhere Flugrate ermöglichen würden.
Das Shuttle-C könnte auch einen unbemannten Mondlander und ein Antriebsmodul starten, während ein zweites Fahrzeug das Crew Exploration Vehicle starten würde , um Mondmissionen durchzuführen.
Das Shuttle-C würde als bemannte Komponente des 1993 vorgeschlagenen International Lunar Resources Exploration Concept fungieren .
In den frühen 1990er Jahren planten NASA-Ingenieure eine bemannte Mission zum Mars, einschließlich eines Shuttle-C-Designs, um sechs nicht wiederverwendbare 80-Tonnen-Segmente zu starten, um zwei Marsschiffe in der Erdumlaufbahn zu schaffen . Nachdem Präsident George W. Bush das Ende des Space Shuttle bis 2010 gefordert hatte, wurden diese vorgeschlagenen Konfigurationen beiseite gelegt.
Magnum
Die Magnum war eine große Super - Heavy-Lift - Trägerrakete entworfen von NASA ‚s Marshall Space Flight Center in der Mitte der 1990er Jahre. Die Magnum wäre ein etwa 96 m hoher Booster in der Größenordnung des Saturn V gewesen und ursprünglich dafür ausgelegt, eine menschliche Mission zum Mars zu befördern . Es sollte zwei anschnallbare seitliche Booster verwendet haben, ähnlich den Space Shuttle Solid Rocket Boosters (SRBs), aber stattdessen mit flüssigem Treibstoff. Einige Designs hatten die Strap-on-Booster mit Flügeln und Düsentriebwerken, die es ihnen ermöglichen würden, nach dem Abwurf im Flug zurück zum Startbereich zu fliegen. Die Magnum wurde entwickelt, um rund 80 Tonnen Nutzlast in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) zu transportieren.
Nationales Startsystem
Das National Launch System (oder New Launch System) war eine 1991 von Präsident George HW Bush autorisierte Studie , um Alternativen zum Space Shuttle für den Zugang zur Erdumlaufbahn zu skizzieren . Kurz darauf bat die NASA Lockheed Missiles and Space , McDonnell Douglas und TRW , eine zehnmonatige Studie durchzuführen.
Es wurde eine Reihe von Trägerraketen vorgeschlagen, die auf dem vorgeschlagenen Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk Space Transportation Main Engine (STME) basieren . Der STME sollte eine vereinfachte, entbehrliche Version des RS-25- Motors sein. Der NLS-1 war das größte von drei vorgeschlagenen Fahrzeugen und hätte einen modifizierten Außentank des Space Shuttle für seine Kernstufe verwendet. Der Tank hätte vier STMEs, die am Boden des Tanks angebracht waren, mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff versorgt. Eine Nutzlast oder zweite Stufe hätte auf die Kernstufe gepasst, und zwei abnehmbare Space Shuttle Solid Rocket Booster wären wie beim Shuttle an den Seiten der Kernstufe montiert worden. Periodische Illustrationen legen nahe, dass viel größere Raketen als NLS-1 in Betracht gezogen wurden, wobei ein Vielfaches der NLS-1-Kernstufe verwendet wurde.
Verbesserte Booster
Frühe Studien befassten sich mit alternativen Booster- und externen Tankkonfigurationen wie:
- SRM-Optionen, bei denen die SRBs inline, aber hinter dem externen Tank (ET) platziert wurden
- Flüssigraketen-Booster, sowohl Wasserstoff als auch Propan, um die SRBs zu ersetzen
- Twin- und Katamaran-Flyback-Booster als Ersatz für die SRBs
- Eine Triebwerkskabine hinter dem ET, die aus zwei Kraftstofftanks gespeist wird, wo sich normalerweise die SRBs befinden würden
- Ein integrierter Inline-Booster/ET mit einem wiederherstellbaren hinteren Triebwerksgehäuse
- Tandem-Booster und ETs in einer Vielzahl von wiederherstellbaren Konzepten
- Ein einzelner Booster mit mehreren ETs (entbehrlich und wiederherstellbar)
Advanced Solid Rocket Motor (ASRM)-Projekt
Die NASA plante, die Post- Challenger- SRBs durch einen neuen Advanced Solid Rocket Motor (ASRM) zu ersetzen, der von Aerojet in einer neuen Anlage gebaut werden sollte, die vom Subunternehmer RUST International am Standort eines stillgelegten Kernkraftwerks der Tennessee Valley Authority entworfen wurde. in Yellow Creek, Mississippi. Das ASRM hätte zusätzlichen Schub erzeugt, um die Shuttle-Nutzlast zu erhöhen, um Module und Bauteile zur ISS zu transportieren. Das ASRM-Programm wurde 1993 eingestellt, nachdem Robotermontagesysteme und Computer vor Ort waren und ungefähr 2 Milliarden Dollar für die weitere Nutzung des SRB nach Korrekturen von Konstruktionsfehlern ausgegeben wurden.
Wiederherstellbarer flüssiger Booster
Ein großer Schwerpunkt des Vertrages der NASA/ MSFC- Shuttle-Wachstumsstudie lag auf der Aufrüstung von Recoverable Liquid Boostern. Die Booster hätten eine ähnliche Flugbahn wie die Feststoffraketenmotoren, die einen Fallschirm zur Bergung im Atlantik trennen und einsetzen. Sie sollten wasseraufbereitbar sein und verwendeten Klapptüren, um die Motoren vor dem Eintauchen in Salzwasser zu schützen.
Flüssiger Flyback-Booster
Die Konzepte für Liquid Flyback Booster reichen bis in die frühen 1970er Jahre zurück. Ursprüngliche Shuttle-Booster waren massive, pilotierte Flyback-Booster. Das Konzept wurde in den 1980er Jahren untersucht, aber nach der Challenger- Katastrophe eingestellt, die die meisten Shuttle-Upgrades zum Erliegen brachte. Das Flyback-Booster-Konzept tauchte 1997 während der NASA Liquid Flyback Booster Study wieder auf. Das Konzept wurde aufgrund der massiven Komplikationen mit den Systemen und der minimalen Verbesserungen, die sie bieten würden, aufgegeben. Auf diesem Hintergrund baute die Shuttle Growth Study auf, indem sie bis ins Detail Designkonzepte für die Flüssigraketen-Booster entwickelt hat.
Fünf-Segment-Booster
Vor der Zerstörung des Space Shuttle Columbia im Jahr 2003 untersuchte die NASA den Ersatz der aktuellen 4-Segment-SRBs entweder durch ein 5-Segment-SRB-Design oder den vollständigen Ersatz durch flüssige "Flyback"-Booster, die entweder Atlas V- oder Delta IV EELV-Technologien verwenden . Der 5-Segment-SRB, der nur geringe Änderungen an der aktuellen Shuttle-Infrastruktur erfordert hätte, hätte es dem Space Shuttle ermöglicht, zusätzliche 9.100 kg (20.000 lb) Nutzlast in einer 51,6°-Neigungsbahn zu transportieren, die gefährliche "Rückkehr" zu beseitigen. to-Launch Site" (RTLS) und "Trans-Oceanic Abort " (TAL) und fliegen vom Kennedy Space Center aus durch ein sogenanntes "Dog-Leg-Manöver" von Süden nach Norden. Nach der Zerstörung von Columbia stellte die NASA den fünfteiligen SRB für das Shuttle-Programm ein, und die drei überlebenden Orbiter Discovery , Atlantis und Endeavour wurden 2011 nach der Fertigstellung der Internationalen Raumstation ISS ausgemustert . Ein fünfteiliger technischer Testmotor, ETM-03, wurde am 23. Oktober 2003 gezündet.
Als Teil des Constellation-Programms war die erste Stufe der Ares-I- Rakete für den Einsatz von Fünf-Segment-SRBs geplant – im September 2009 wurde ein Fünf-Segment-Space Shuttle SRB auf dem Boden im Wüstentestgebiet von ATK in Utah statisch abgefeuert.
Nachdem das Constellation-Programm im Jahr 2011 abgebrochen wurde, wurde das neue Space Launch System (SLS) für den Einsatz von Fünf-Segment-Boostern bestimmt. Der erste Test eines SRB für SLS wurde Anfang 2015 abgeschlossen, ein zweiter Test wurde Mitte 2016 im Werk Promontory von Orbital ATK in Utah durchgeführt.
Außentank-Ladeverkleidung
DARPA untersuchte die Modifizierung des aktuellen Außentankdesigns, um in der Lage zu sein, Nutzlasten mit geringer Dichte in einer Verkleidung mit einem Durchmesser von 25 oder 35 Fuß (7,6 oder 10,6 m) zu transportieren, wo sich derzeit der Sauerstofftank befand. Das Shuttle würde im Durchschnitt nur 66 % seiner Nutzlastkapazität fliegen, aber bei fast 100 % seines Nutzlastvolumens. Die externe Tanknutzlastverkleidung würde dieses Problem lösen. Der Sauerstofftank müsste als zylindrischer statt konischer Tank umgestaltet und die zweischalige Nutzlastverkleidung direkt darauf montiert werden. In dieser Konfiguration würde der Orbiter ohne Nutzlast starten. Diese Studien wurden schließlich aufgegeben, da das neue aerodynamische Profil ein Return to Launch Site (RTLS) -Manöver unmöglich machen würde. Der Vorschlag wurde als Aft Cargo Carrier (ACC) umkonfiguriert, um eher am Boden des Tanks positioniert zu werden. Diese Idee hat es weit in die Entwicklung geschafft, wobei Martin Marietta mit dem Design und der Herstellung des Containers beauftragt wurde. Erste Flüge des ACC wurden 1986 erwartet. Nach der Challenger- Katastrophe wurden das ACC sowie die meisten nutzlastbezogenen Shuttle-Upgrades abgesagt.
Modifizierte Orbiter
Im Folgenden sind alle Berichte aufgeführt, die Carl F. Ehrlich, Jr. in Shuttle Variations And Derivatives That Never Happened - An Historical Review erwähnt oder diskutiert hat
Gestreckter Orbiter
In Erwartung verbesserter Booster für das Shuttle wurde ein Design für einen gestreckten Orbiter entwickelt. Es hätte eine größere Nutzlastbucht mit einer zusätzlichen Länge von 4,6 m, was eine Nutzlastkapazität von 75 Fuß (23 m) ergibt und Nutzlasten von bis zu 100.000 lb (45.000 kg) tragen soll. Eine neue Tragflächenwurzel- und -durchführungsstruktur wurde entwickelt, um das zusätzliche Gewicht bei der Landung zu bewältigen, den Außenbordabschnitt der ursprünglichen Tragflächen beizubehalten und nur minimale Änderungen zu erfordern. Der 15-Fuß (4,6 m) lange Laufabschnitt würde direkt vor dem 1305-Schott zum Heck des Fahrzeugs angebracht werden.
Buckel-Orbiter
Ein undefinierter Bedarf an mehr Nutzlast führte zu der Idee, den Lee-Seitenbereich der Nutzlastbucht (im Anstellwinkel des Eintritts) als erweiterte Nutzlastbucht zu nutzen. Dies führte zu einem "Buckel", was zu einem überdimensionalen Frachtfahrzeug ähnlich dem Airbus Beluga oder dem Aero Spacelines Super Guppy führte . Die aerodynamischen Hyperschalleigenschaften während des Wiedereintritts blieben größtenteils gleich, jedoch wären Probleme höchstwahrscheinlich bei Unterschallgeschwindigkeiten ohne einen hohen Anstellwinkel aufgetreten.
Nicht angetriebener Orbiter
Als interne Antwort auf den motorlosen Buran- Orbiter der Sowjets wurde im Marshall Space Flight Center ein antriebsloser Orbiter entwickelt . Ein Segment der Nutzlastbucht würde an der Rückseite des Raumfahrzeugs hinzugefügt und sieht dem Space Shuttle Enterprise sehr ähnlich, wenn auch mit einigen Unterschieden. So viel Ausrüstung wie möglich würde im Heck des Fahrzeugs gelagert und positioniert, um das verlorene Gewicht auszugleichen und den Mangel an Motoren auszugleichen.
Crew-Notrückholfahrzeug
Von den späten 1980er bis Anfang der 2000er Jahre verfolgte die NASA in der einen oder anderen Form das Crew Return Vehicle ; ein kleines Raumflugzeug / eine kleine Kapsel, die im Notfall die Besatzung von einer Raumstation zurückbringen kann. Zu den bewerteten Kandidaten gehörten eine von Apollo abgeleitete Kapsel , HL-20 , HL-10 und M2F2 der NASA sowie die X-24A der Air Force . Basierend auf der für das HLLV untersuchten ballistischen Rückkehrkapsel wurde eine Sub-Scale-Variante des Shuttles vorgeschlagen. Die druckbeaufschlagte Besatzungssektion würde zu einem Hebekörper umgebaut. Der Hauptvorteil dieses Designs wäre die bewährte Technologie und das Wiedereintrittsprofil des Shuttles.
Orbiter mit hoher Kapazität
Ein Konzeptentwurf für einen Hochleistungsorbiter wurde erstellt. Das Konzept nutzte eine Reihe von Kanistern, die in der Nutzlastbucht montiert waren und 68 bis 74 Passagiere in einer Doppeldecker-Konfiguration ähnlich einer Boeing 747 befördern würden um mehr Auftriebsfläche zu ermöglichen. Das Design würde für eine Raumstation im Von-Braun-Stil verwendet werden, die Hunderte Besatzungskapazitäten benötigen würde.
Siehe auch
- Space Shuttle
- Vom Shuttle abgeleitetes Fahrzeug
- Weltraumstartsystem
- Ares ich
- Ares V
- Jupiter (Raketenfamilie)
- Artemis-Programm
- Aufstellungsprogramm
- Chrysler SERV