لوكهيد مارتن إكس-33

كانت طائرة لوكهيد مارتن X-33 نموذجًا أوليًا لتكنولوجيا مركبة فضائية شبه مدارية غير مأهولة، تم تطويرها خلال فترة التسعينيات. وكانت X-33 نموذجًا أوليًا لتكنولوجيا مركبة VentureStar الفضائية المدارية، التي كان من المخطط لها أن تكون مركبة إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام من الجيل التالي، تعمل تجاريًا . وكان من المقرر أن تختبر X-33 مجموعة من التقنيات التي اعتقدت ناسا أنها ضرورية لمركبات الإطلاق أحادية المرحلة إلى المدار القابلة لإعادة الاستخدام (SSTO RLVs)، مثل أنظمة الحماية الحرارية المعدنية ، وخزانات الوقود المبردة المركبة للهيدروجين السائل ، ومحرك Aerospike ، والتحكم الذاتي (غير المأهول) في الطيران، وسرعة إنجاز الرحلات من خلال عمليات مبسطة، وديناميكيات الهواء الخاصة بجسمها الرافعة . ^{[ 3 ]}

أدت إخفاقات جناحيها البالغ طوله 21 متراً وخزان الوقود متعدد الفصوص المصنوع من مواد مركبة أثناء اختبارات الضغط في نهاية المطاف إلى سحب الدعم الفيدرالي للبرنامج في أوائل عام 2001. وقد أجرت شركة لوكهيد مارتن اختبارات غير ذات صلة، وحققت نجاحاً واحداً بعد سلسلة من الإخفاقات باستخدام نموذج مصغر بطول مترين. ^{[ 4 ]}

في عام 1994، أطلقت وكالة ناسا برنامج مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام (RLV). بعد المرحلة الأولى من البرنامج، والتي تضمنت تطوير مقترحات من شركات روكويل إنترناشونال ، وماكدونيل دوغلاس ، ولوكهيد مارتن، مُنح عقد المرحلة الثانية لتطوير المركبة التجريبية X-33 لشركة لوكهيد مارتن في عام 1996. ^{[ 5 ]} في الوقت نفسه، مُنحت شركة أوربيتال ساينسز عقدًا لتطوير المركبة X-34 ، وهي مركبة بحثية فرط صوتية تُطلق من الجو. ^{[ 5 ]}

كانت أهداف برنامج RLV هي: ^{[ 5 ]}

• "لإثبات التقنيات التي تؤدي إلى جيل جديد من الصواريخ الفضائية القادرة على إيصال الحمولات بتكلفة أقل بكثير"
• "توفير قاعدة تكنولوجية لتطوير أنظمة إطلاق تجارية متقدمة من شأنها أن تجعل مصنعي الطيران والفضاء الأمريكيين أكثر قدرة على المنافسة في السوق العالمية".

 أُنفِقَ مليار دولار أمريكي حتى عام ١٩٩٩، حيثُ جاء حوالي ٨٠٪ من التمويل من وكالة ناسا، بالإضافة إلى مساهمات من الشركاء الصناعيين. ^{[ ٥ ]} وكان الهدف هو إجراء أول رحلة تجريبية بحلول مارس ١٩٩٩، وإطلاق مركبة "فينتشر ستار " الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام في عام ٢٠٠٦. ^{[ ٥ ]}

... لبناء مركبة تستغرق أيامًا، لا شهورًا، لإعادة تجهيزها؛ وعشرات الأشخاص، لا آلاف، لتشغيلها؛ بتكاليف إطلاق تُعادل عُشر التكاليف الحالية. هدفنا هو مركبة إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام تُخفّض تكلفة إيصال رطل واحد من الحمولة إلى المدار من 10,000 دولار إلى 1,000 دولار.

إلغاء

تم إلغاء البرنامج في فبراير 2001. ^{[ 6 ]}

تم تجميع النموذج الأولي بنسبة 85٪ مع 96٪ من الأجزاء، وتم الانتهاء من منشأة الإطلاق بنسبة 100٪ ^{[ 7 ]} عندما ألغت ناسا البرنامج في عام 2001، بعد سلسلة طويلة من الصعوبات التقنية بما في ذلك عدم استقرار الطيران والوزن الزائد .

على وجه الخصوص، فشل خزان وقود الهيدروجين السائل المركب أثناء الاختبارات في نوفمبر 1999. صُمم الخزان بجدران وهياكل داخلية مركبة على شكل خلية نحل لتقليل وزنه. كانت هناك حاجة إلى خزان أخف وزنًا لكي تُظهر المركبة التقنيات اللازمة لعمليات الإطلاق أحادية المرحلة إلى المدار. تتطلب نسبة كتلة مركبة الإطلاق أحادية المرحلة إلى المدار التي تعمل بوقود الهيدروجين أن يكون وزن المركبة بدون وقود 10% من وزنها عند امتلاء خزان الوقود. وهذا من شأنه أن يسمح للمركبة بالتحليق إلى مدار أرضي منخفض دون الحاجة إلى معززات خارجية وخزانات وقود من النوع المستخدم في مكوك الفضاء. ولكن، بعد فشل الخزان المركب على منصة الاختبار أثناء اختبارات التزود بالوقود والضغط، خلصت ناسا إلى أن التكنولوجيا في ذلك الوقت لم تكن متطورة بما يكفي لمثل هذا التصميم. في حين أن جدران الخزان المركب نفسها كانت أخف وزنًا، إلا أن شكل خزان الهيدروجين اللازم ليتناسب مع خط الانسيابية الهوائية أدى إلى وصلات معقدة زادت من الكتلة الإجمالية للخزان المركب إلى ما يزيد عن كتلة الخزان المصنوع من الألومنيوم، وأصبح ثقيلًا جدًا بالنسبة لمركبة إطلاق أحادية المرحلة إلى المدار. ^{[ 8 ]}

استثمرت وكالة ناسا 922  مليون دولار في المشروع قبل إلغائه، واستثمرت شركة لوكهيد مارتن 357  مليون دولار إضافية. ونظرًا للتغيرات التي طرأت على قطاع إطلاق الأقمار الصناعية، بما في ذلك التحديات التي واجهتها شركات مثل غلوبال ستار وتيليديسيك وإيريديوم ، وما نتج عنها من انخفاض في العدد المتوقع لإطلاق الأقمار الصناعية التجارية سنويًا، خلصت شركة لوكهيد مارتن إلى أن مواصلة تطوير مشروع X-33 بشكل خاص دون دعم حكومي لن يكون مربحًا.

في عام 2004، نجحت شركة نورثروب غرومان في بناء واختبار خزان هيدروجين مبرد أسطواني مركب بسيط كجزء من العمل المبكر لبرنامج كونستليشن . ^{[ 9 ]}

من خلال استخدام تصميم الجسم الرافِع، وخزانات الوقود السائل المركبة متعددة الفصوص، ومحرك إيروسبايك، أمِلت ناسا ولوكهيد مارتن في اختبار مركبة فضائية تُثبت جدوى تصميم المرحلة الواحدة إلى المدار (SSTO). فالمركبة الفضائية القادرة على الوصول إلى المدار في مرحلة واحدة لن تحتاج إلى خزانات وقود خارجية أو معززات للوصول إلى مدار أرضي منخفض . وسيؤدي الاستغناء عن الحاجة إلى "المراحل" في مركبات الإطلاق، كما هو الحال مع مكوك الفضاء وصواريخ أبولو، إلى مركبة إطلاق فضائية أكثر موثوقية وأمانًا بطبيعتها. ورغم أن المركبة X-33 لن تصل إلى مستوى أمان الطائرات، إلا أنها ستسعى إلى إثبات موثوقية بنسبة 0.997، أي 3 حوادث فقط من أصل 1000 عملية إطلاق، وهو ما يُعدّ أكثر موثوقية بعشرة أضعاف من مكوك الفضاء . ولم تكن الرحلات التجريبية الخمس عشرة المخطط لها للمركبة X-33 سوى بداية لهذا التقييم الإحصائي.

كان من المقرر إطلاق المركبة غير المأهولة عموديًا من منشأة مصممة خصيصًا لهذا الغرض تم إنشاؤها في قاعدة إدواردز الجوية، ^{[ 7 ]} وهبوطها أفقيًا ( VTHL ) على مدرج في نهاية مهمتها. وتم التخطيط لرحلات تجريبية أولية شبه مدارية من قاعدة إدواردز الجوية إلى ميدان دوجواي للتجارب جنوب غرب مدينة سولت ليك، يوتا .

وبمجرد الانتهاء من رحلات الاختبار تلك، كان من المقرر إجراء المزيد من اختبارات الطيران من قاعدة إدواردز الجوية إلى قاعدة مالمستروم الجوية في غريت فولز، مونتانا ، لجمع بيانات أكثر اكتمالاً حول تسخين الطائرات وأداء المحرك عند السرعات والارتفاعات العالية.

في الثاني من يوليو عام ١٩٩٦، اختارت وكالة ناسا شركة لوكهيد مارتن سكونك ووركس في بالمدايل، كاليفورنيا ، لتصميم وبناء واختبار المركبة التجريبية X-33 لبرنامج المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام. وقد تم اختيار تصميم لوكهيد مارتن للمركبة X-33 على حساب تصاميم منافسة من شركتي روكويل إنترناشونال وماكدونيل دوغلاس . اقترحت روكويل تصميمًا مستوحى من مكوك الفضاء ، بينما اقترحت ماكدونيل دوغلاس تصميمًا قائمًا على مركبتها التجريبية DC-XA ذات الإقلاع والهبوط العمودي .

كان من المقرر أن تقوم المركبة X-33 غير المأهولة بـ 15 رحلة شبه مدارية إلى  ارتفاع يقارب 75.8 كيلومترًا. ^{[ 10 ]} وكان من المقرر إطلاقها بشكل عمودي كصاروخ، وبدلًا من مسار طيران مستقيم، كانت ستطير بشكل مائل لأعلى لنصف الرحلة، لتصل إلى ارتفاعات شاهقة، ثم تنزلق عائدة إلى مدرج الهبوط لبقية الرحلة. في البداية، صُممت مجموعة معدات الهبوط لتكون عبارة عن مجموعة عجلات مزدوجة للعجلة الأمامية وأربع عجلات للعجلات الرئيسية، ^{[ 11 ]} ولكن تم تغييرها لاحقًا في مراحل التطوير إلى معدات هبوط من طراز F-15E بعجلات من طراز F-16 . ^{[ 12 ]}

لم يكن من المفترض أن تحلق المركبة X-33 على ارتفاع يزيد عن 100  كيلومتر، ولا بسرعة تتجاوز نصف السرعة المدارية. ولو أُجريت أي اختبارات ناجحة، لكان من الضروري استقراء النتائج لتطبيقها على مركبة مدارية مقترحة. ^{[ 10 ]}

انبثق قرار تصميم وبناء المركبة X-33 من دراسة داخلية لوكالة ناسا بعنوان "الوصول إلى الفضاء". ^{[ 13 ]} وعلى عكس دراسات النقل الفضائي الأخرى، كان من المقرر أن تؤدي دراسة "الوصول إلى الفضاء" إلى تصميم وبناء مركبة.

رحلات الفضاء التجارية

استنادًا إلى تجربة X-33 التي شاركتها مع ناسا، أمِلت شركة لوكهيد مارتن في إثبات جدوى مشروع مركبة إطلاق فضائية أحادية المرحلة قابلة لإعادة الاستخدام، تُسمى "فينتشر ستار" ، يتم تطويرها وتشغيلها عبر قنوات تجارية. وكان الهدف هو أن تتجه ناسا، بدلًا من تشغيل أنظمة النقل الفضائي كما فعلت مع مكوك الفضاء ، إلى القطاع الخاص لتشغيل مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام، وأن تشتري ناسا خدمات الإطلاق من مزود خدمات الإطلاق التجاري. وهكذا، لم يقتصر مشروع X-33 على صقل تقنيات رحلات الفضاء فحسب، بل شمل أيضًا إثبات نجاح التقنية اللازمة لإنتاج مركبة إطلاق تجارية قابلة لإعادة الاستخدام.

كان من المفترض أن تكون طائرة "فينتشر ستار" أول طائرة تجارية تحلق إلى الفضاء. صُممت "فينتشر ستار" لرحلات طويلة عابرة للقارات، وكان من المفترض أن تدخل الخدمة بحلول عام 2012، لكن هذا المشروع لم يُموّل ولم يبدأ العمل به قط.

الخصائص العامة

• الطول: 69  قدمًا (21  مترًا)
• العرض: 77  قدمًا (23  مترًا)
• أقصى وزن للإقلاع: 285,000  رطل (129,274  كجم)
• سعة الوقود: 210,000  رطل (95,000  كجم)
• محطة توليد الطاقة: محركان صاروخيان خطيان من طراز XRS-2200 ، بقوة دفع تبلغ 410,000 رطل (1,800 كيلو نيوتن) لكل منهما  

أداء

• السرعة القصوى: 9896  ميلاً في الساعة (15926  كم/ساعة، 8599  عقدة)
• السرعة القصوى: ماخ 13

أبدت خمس شركات اهتمامها وقدمت مقترحات. ومن بين هذه الشركات الخمس، تم اختيار لوكهيد مارتن وروكويل وماكدونيل دوغلاس لإجراء دراسات معمقة حول مقترحات أكثر تفصيلاً. ^{[ 18 ]}

https://www.youtube.com/watch?v=

• محاكاة رحلة طائرة X-33 على يوتيوب
• إكس-33 (التاريخ)، الولايات المتحدة: ناسا، مؤرشف من الأصل في 1 مايو 2021 ، تم استرجاعه في 11 سبتمبر 2007.
• "إكس-33"، طائرات إكس ، اتحاد العلماء الأمريكيين.
• حالة برنامج مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام X-33 (ملف PDF) ، الولايات المتحدة: مكتب المحاسبة الحكومي، أغسطس 1999، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 8 فبراير 2012 ، تم استرجاعه في 11 سبتمبر 2007.
• إلغاء مشروع X-33 (بيان صحفي)، ناسا، 1 مارس 2001، مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 2015.
• مجمع إطلاق X-33 (المنطقة 1-54) (ملف PDF) ، قاعدة WP الجوية: القوات الجوية، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 5 يونيو 2011