Den här artikeln visades ursprungligen på Drivenheten.
När rymdplanets landningsställ träffade banan den 21 juli 2011, markerade det slutet på linjen för rymdfärjan. En otrolig prestation i sin egen rätt, skyttelprojektet var ett barn av den optimistiska post-Apollo-eran. Finansieringskomplikationer, höga underhållskostnader och designbegränsningar förvandlade det så småningom till ett uppsvällt program som dock aldrig riktigt utforskade sin fulla potential. Men ta en titt på dess tidiga koncept så ser du hur projektet var tänkt för ännu större höjder än det faktiskt nådde.
Nästan ett decennium innan den första rymdfärjan flög, skissade rymdjätten Rockwell – med inflytande från NASA:s legendariska ingenjörstitan Maxime Faget – upp fantastiska designstudier som föreställde sig en elegant skyttelbana som kunde landa tillbaka på jorden som ett flygplan, tillsammans med ett verkligt monstruösa boostersteg som kunde hämtas på samma sätt. Detta, trodde Rockwell, skulle tillåta att kostnaderna förblir låga samtidigt som en hel del kapacitet bibehålls. Det genererade massor av data – och vackra konceptbilder – för att övertyga NASA om att den ambitiösa planen hade förtjänst.
Dessa koncept är inte lika besynnerliga som andra försök till en skytteldesign – tänk Chryslers enstegs för att kretsa kring giganten. Hade det bara varit lite mer tekniska framsteg och lite mindre inblandning från Flygvapen, det finns inget som säger att Rockwells skyttel- och boosterplan inte kunde ha hänt. Tyvärr var idén dock dödsdömd från början.
Post-Apollo förväntningar kontra budget verklighet
Efter att månlandningarna började 1969 var frågan om vad vi kunde göra härnäst i allas sinnen. Möjligheterna verkade oändliga. Att gå till de yttersta delarna av vårt solsystem, skapa en permanent månbas och mer kändes allt som distinkta verkligheter. Inom USA:s regering höll dock viljan att finansiera dessa program på att torka ut. I slutet av 1960-talet minskade Nixons administration och kongress gradvis budgetar för potentiella banbrytande projekt. Snart fanns bara de billigaste alternativen, en rymdstation i låg omloppsbana och ett tillhörande försörjningsfordon, på bordet.
Denna utveckling födde så småningom den internationella rymdstationen och rymdfärjan som vi alla känner och älskar. Det är sant att det 184 fot långa flygplanet med stubbvingar vi slutade med lät USA göra det enda rimliga anspråket på att någonsin äga en rymdflotta. Men innan den slutliga specifikationen officiellt fastställdes presenterade flera flygorganisationer, inklusive Rockwell och till och med interna team på NASA, olika, mer imponerande konstruktioner för regeringen för övervägande.
Tanken var att få kostnaden per uppskjutning och kostnaden per pund skickad i omloppsbana så låg som möjligt. Ekonomin fick fungera. Det fanns några sätt att göra det på. Du kan utveckla billiga fordon som var av engångstyp (dvs. förstördes efter varje lansering), dyra fordon som kunde återanvändas flera gånger eller en hybrid mellan de två idéerna.
Rymdfärjan vi slutade med var en hybrid och, på grund av en uppsättning oundvikliga begränsningar, inte särskilt bra. Själva orbitern var återanvändbar och endast den relativt billiga flytande bränsletanken skulle totalförstöras som en del av uppskjutningsprocessen; Men för att säkra finansieringen var projektet tvunget att använda befintlig, känd kvantitetsteknik. Resultatet var låga initiala kostnader men höga löpande underhållskostnader. Dessutom kunde endast 24 av engångsbränsletankarna för orbitern tillverkas per år. Detta satte olyckliga gränser för en viktig matematisk verklighet: Med ett relativt fast pris för programmet skulle fler lanseringar innebära lägre kostnad per lansering.
Rockwells plan
Denna enkla kalkyl är hur Rockwell, som så småningom blev huvudentreprenör för den slutliga rymdfärjan, definierade dess tidiga design. Den föreslog ett mycket återanvändbart system som skulle möjliggöra ett stort antal lanseringar. Det skulle bli en hög initial kostnad – avancerade material och tillverkningstekniker för att använda några otroliga nya ämnen skulle behöva utvecklas – men om det så småningom kunde göra detta system tillförlitligt och prisvärt, skulle det bli en vinnare bland de billigare engångsförslagen.
Det är här det börjar bli coolt. Precis som vad SpaceX gör idag, ville Rockwell återställa boosterstadiet som bär kretsloppets nyttolast ut ur jordens täta lägre atmosfär. För att göra detta skulle det inte ha boosters självständigt att återvända till startplattorna som de gör idag; det skulle ha varit mycket att begära av datorer från 1970-talet. Istället skulle själva boosterstadiet ha vingar. Efter att ha släppt den mindre orbiter som den bar på ryggen, skulle den manuellt styras tillbaka till en landningsbana av en besättning ombord och sedan landa som ett plan.
Orbitern skulle fungera på samma sätt som rymdfärjan till slut gjorde. Till skillnad från rymdfärjan definierades inte utsidan av Rockwells orbiter av tusentals unika keramiska kiselplattor för att försvara den mot värmen från återinträde. Istället skulle den vara gjord av mer exotiska, flygplansnära material. Den skulle också ha utplacerbara jetplan för att öka flygdistansen över räckvidden, en nyttolast på 9 070 kilogram (cirka 20 000 pund) och en total lastvolym på 18,3 meter gånger 4,6 meter i diameter (60 fot gånger 15,1 fot i diameter). Rymdfärjan kunde bära samma volym last, men dess nyttolast var mycket större på 27 500 kg (ungefär 60 000 pund).
Denna första orbiter-design baserades starkt på ett koncept som gjorts av det tidigare nämnda rymdgeniet Maxime Faget. Dess raka vingar visade sig senare vara opraktisk för återinträde; Rockwell skapade den dock ändå, påstås ha ett försök att få gunst hos NASA:s ledning, där Faget hade en hel del inflytande. Mycket av den senare tekniska konsten baserades på den mer genomförbara deltavingeversionen av detta hantverk.
Så ja, det tidiga Rockwell orbiter-konceptet behövde lite arbete, men på pappret var det mycket vettigt. Företaget sa att dessa mer hållbara farkoster av högre kvalitet skulle kunna genomföra så många som 100 operativa uppdrag och spara på enorma kostnader i det långa loppet. Det fanns trots allt inga engångsboosters att hantera, vilket kunde möjliggöra en stor mängd uppdrag. Visst, det fanns hinder, men om utvecklingsprocessen kunde börja, hävdade företaget, skulle det kunna reda ut dem. Det gällde bara att få bollen att rulla på sin orbiterdesign.
Det otroliga boosterstadiet
Sedan var det den drömda pilotboostern, i sig en gigant. Den hade 12 — ja, 12—Raketmotorer med flytande bränsle, samt fyra luftandande turbofläktar. Rymdfärjan, som referens, hade bara tre huvudsakliga vätskedrivna raketmotorer, tillsammans med två fasta boosters. I Rockwells tidiga konstruktioner skulle boosterstegets raketer spotta all den eld som var nödvändig för att få de två farkosterna i omloppsbana. När den delen av uppdraget var slutfört, skulle dess turbofans sätta in och utöka dess flygförmåga över räckvidden, liknande orbitern, och därmed öka det möjliga antalet landningsbanor som den kunde komma åt när det var dags att komma tillbaka ner till jorden.
Boosterstadiet var större än en 747:a och den hade en bruttostartvikt på 2,7 miljoner pund; mer än dubbelt så mycket som de dömda Antonov AN-225 Mriya. Medan hela den här idén verkar alltmer galen på ytan, var idén att använda jetmotorer för att driva rymdplan i jordens lägre atmosfär faktiskt inte så oortodox. Idén skulle så småningom testas på den sovjetiska Buran, även om prototypen som genomgick den testningen aldrig fullbordade ett återinträde.
När Rockwells projekt kokade ner lite var det mest realistiska skälet till att ha en gigantisk pilotbooster så att den kombinerade farkosten kunde färja sig själv från en landningsbana till en annan (i motsats till att bäras på baksidan av en 747 som det till slut blev) och på grund av det tidigare nämnda flygavståndet över räckvidden också.
Det var åtminstone teoretiskt möjligt att ha dessa jets på den styrda boostern, och faktiskt, utan det flytande bränslet för raketerna, var farkosten relativt lätt, enligt dess designers. Lättare än en 747 vid landning, faktiskt. Boostern skulle starta vertikalt, släppa orbitern och sedan gå in i atmosfären igen med hypersoniska hastigheter innan den gradvis saktade ner till under Mach 1 och utplacerade jetplanen för en kort flygning över räckvidden innan landning. Material som titan, columbium (niob), Inconel och mer skulle användas i dess konstruktion för att göra allt möjligt.
Jetmotorerna satt faktiskt kvar på skyttelkonceptet under en tid tills de så småningom togs bort i den slutliga designen.
Så vad hände?
Pengar så småningom gjorde kom till Rockwell, men inte för att bygga sitt pilotbaserade booster- och lätta orbiter-koncept. Problemet var att, efter Apollo-uppdragen som drog ut på 1970-talet, bleknade det allmänna intresset för rymdprogram och den politiska viljan att fortsätta spendera mycket på icke-militära rymdprogram egentligen inte existerade längre. För att motivera några skyttel, inte bara den skyttel som Rockwell verkligen ville ha, den innebar allvarliga nedskärningar och eftergifter för flygvapnet, som bara gick med på att stödja projektet offentligt om det fick sin vilja igenom vad gäller nyttolast.
Sedan var det frågan om motorerna. Att bara använda flytande raketmotorer skulle ha varit det bästa alternativet på papperet; Men för att minska kostnaderna lades återvinningsbara solida boosters till. Detta – plus införlivandet av ett engångsbränsletanksystem som togs från en annan konkurrerande skytteldesign, Lockheed Star Clipper – innebar att den dyrare, pilotstyrda boostern verkade orimlig. Engångsbränsletanken och solida boosters sparade för mycket pengar i förväg för att kunna ignoreras.
I slutändan var kostnaden för det piloterade boosterkonceptet det som dödade hela planen. Idag är det dock mer än bara ett stort vad-om. Stratolaunchen ambitiöst flygbolag, använder en massiv, raketfri, rent luftandande bärraket för att potentiellt hjälpa föremål, inklusive rymdflyg, att komma in i en låg omloppsbana om jorden. Likaså bevisar SpaceX:s återvinningsbara, flytande booster att idén kan fungera.
Ingen av dessa är ett enormt, vertikalt uppskjutet monster på 2,7 miljoner pund med ett dussin raketmotorer och fyra jetplan, men de syftar till att göra samma sak effektivt. Det visade sig att Rockwells ingenjörer inte skissade in sig i ett hörn trots allt. De behövde bara teknik för att avancera lite längre.