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 ]}

.. to build a vehicle that takes days, not months, to turn around; dozens, not thousands, of people to operate; with launch costs that are a tenth of what they are now. Our goal is a reusable launch vehicle that will cut the cost of getting a pound of payload to orbit from $10,000 to $1,000.

Cancellation

The program was cancelled in February 2001.^[6]

Construction of the prototype was some 85% assembled with 96% of the parts and the launch facility 100%^[7] complete when the program was canceled by NASA in 2001, after a long series of technical difficulties including flight instability and excess weight.

In particular, the composite liquid hydrogen fuel tank failed during testing in November 1999. The tank was constructed of honeycomb composite walls and internal structures to reduce its weight. A lighter tank was needed for the craft to demonstrate necessary technologies for single-stage-to-orbit operations. A hydrogen fueled SSTO craft's mass fraction requires that the weight of the vehicle without fuel be 10% of the fully fueled weight. This would allow a vehicle to fly to low Earth orbit without the need for the sort of external boosters and fuel tanks used by the Space Shuttle. But, after the composite tank failed on the test stand during fueling and pressure tests, NASA came to the conclusion that the technology of the time was simply not advanced enough for such a design. While the composite tank walls themselves were lighter, the hydrogen tank shape necessary to fit inside the aerodynamic mouldline resulted in complex joints increasing the total mass of the composite tank to above that of an aluminum-based tank, and too heavy for an SSTO vehicle.^[8]

NASA had invested $922 million in the project before cancellation, and Lockheed Martin a further $357 million. Due to changes in the space launch business—including the challenges faced by companies such as Globalstar, Teledesic, and Iridium and the resulting drop in the anticipated number of commercial satellite launches per year, Lockheed Martin concluded that continuing development of the X-33 privately without government support would not be profitable.

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