HL-42 (우주선)

HL-42 (spacecraft)
HL-42
HL-42-pic2.jpeg
NASA 도식도 접근부터 우주 연구까지
연산자나사
적용들승무원 우주비행기
사양
발사 질량어댑터 포함 29톤
정권지구 저궤도
치수
생산
상태취소된
시작됨0
관련 우주선
파생된 위치HL-20 인력진출 시스템

HL-42는 1983년부터 1991년까지 NASA의 랭글리 연구 센터에서 개발되었지만 결코 비행하지 않았던 HL-20 재사용 우주비행기 설계의 축소판이었다.HL-20 ("Horizonal Lander 20")처럼, HL-42는 2단계의 소모성 로켓 위에 탑재된 낮은 지구 궤도로 발사되었을 것이다.임무가 끝나면 다시 진입해서 활주로를 활주했을 것이다.null

HL-42는 1994년 NASA 우주 접근 연구(Access to Space Study)에서 우주왕복선의 유력한 후계자로 제시되었다.결국 또 다른 대안인 싱글 스테이지 대 오빗 디자인이 추가 개발을 위해 선택되었고, HL-42에 대한 작업은 포기되었다.null

배경: NASA 발사 정책

1980년대 초에는 민간과 군사 양쪽의 거의 모든 발사를 위해 우주왕복선 사용을 장려하는 것이 NASA의 정책이었다. 그때서야 우주왕복선 임무가 거의 매주 이륙하면서, 우주왕복선 프로그램이 경제적 타당성을 가질 수 있을 것이다.그러나 1986년 챌린저호 참사는 재고를 강요했고, 그 후 몇 년 동안 많은 연구들이 "더 빠르고, 더 좋고, 더 저렴하다"는 느낌이 커지는 것을 제외하고는 어떠한 합의에도 도달하지 않고 앞으로 나아갈 수 있는 방법을 도표화하려고 시도했다.또한 우주정거장 자유의 디자인(그리고 진정한 목적)에 대해서도 의견이 달랐다.null

1994년 우주연구에 대한 접근

마침내 1993년 1월 클린턴 대통령이 취임하면서 대니얼 골딘 신임 NASA 행정관은 다수의 가능성을 발사체계에 대해 세 가지 잘 정의된 옵션으로 줄이는 주요 연구를 의뢰했다.[1]null

1993년 11월, 그 연구가 아직 진행 중인 동안, 러시아와 자유 디자인을 국제 우주 정거장으로 개발하기로 합의가 이루어졌으므로, 우주 정거장 운영을 위해 연구 저자들은 '최악의 사례'를 위해 설계하도록 지시받았다.프리덤과 같은 4인 스테이션이 미국만이 건설하고 유지했을 것이라고 가정하고, 51.6도의 경사로를 미르 궤도에 올려놓으십시오(이것은 케이프 캐나베랄에서 도달하기 더 어렵고 셔틀의 탑재량을 1/3 정도 줄일 것이기 때문에 상당한 변화).[a][2]: 7 한편, 러시아와의 협력의 새로운 시대는 RD-170/RD-180 계열의 유망한 러시아 1단 엔진과 혁신적인 3단 RD-701을 구입하여 사용하는 것을 쉽게 만들 것이다.null

NASA 우주 시스템 개발 사무소는 1994년 1월에 이 우주 연구에 대한 접근을 발표했는데, 이것은 나머지 10년 동안 우주 정책에 큰 영향을 미쳤다.이 연구는 현재의 Shuttles가 은퇴에 가까워짐에 따라 2005년부터 새로운 발사 하드웨어를 도입하고 2030년까지 계속 사용하는 것을 목표로 했다.세 개의 전문가 팀이 각각 앞으로 나아갈 수 있는 길을 설계했다.[3][4]

옵션 1: 2030년까지 계속 셔틀을 기반으로 하지만 업그레이드는 계속됨

옵션 1은 기존 셔틀 비행대에 대한 점진적인 업그레이드와 가볍고 튼튼한 재료를 사용하여 몇 개의 셔틀을 추가로 건설할 수 있는 것으로 구성되는 가장 보수적인 것이었다.엄청나게 개선된 항전술은 일부 임무에 대해 나사 없는 자율적인 작전을 실용적이고 심지어 바람직하게 만들 수 있다.[4]: 8–23 null

옵션 2: 보수적인 엔지니어링, 소모성 발사대 및 HL-42를 포함한 일부 신차

약간 더 모험적이고 경제성과 효율성에 초점을 맞춘 옵션 2는 새로운 차량을 포함하지만 기존 재료와 방법에 대한 작은 진보만을 포함할 것이다; 팀 2는 1997년에 쉽게 이용할 수 있을 것으로 기대되는 기술만을 사용할 계획이었고, 2005년에는 새로운 하드웨어를 서비스할 수 있도록 준비시킬 계획이었다.null

옵션 2의 권장 버전에서 모든 발사 차량은 소모품이 될 것이다.델타 II는 유지되고, 아틀라스 II는 러시아 RD-180 엔진으로 업그레이드되며, 중형 타이탄 IV와 셔틀은 (RD-180 엔진과 J-2S로 구동되는 상단 스테이지 사용) 새로운 중형 발사기로 대체되며, 이 발사기는 1회용 무연장 자동 트랜스퍼 차량(화물용) 또는 HL-를 사용하는 모든 우주정거장 작동을 지원한다.42 재사용 가능 우주비행기(승무원용)[4]: 24–39 null

옵션 3: SSO(단일 단계 대 비트)로 바로 이동

옵션 3은 야심적이었지만, 팀 3은 완전히 재사용 가능한 대규모의 SSO(Single-Stage-to-Orbit) 발사대의 새로운 세대를 맞이할 때가 왔다고 느꼈다.그들은 맥도넬 더글러스 DC-X의 1993년 4월 출시와 그것의 중심 철학인 "항공기 같은 작전"에 깊은 인상을 받았다.실제로, 그들은 이탤릭체화된 신조로 연구의 그들의 부분을 마무리 지었다.요컨대 운전가능성은 단순한 목표가 아니라 설계 동인이어야 한다.[3][4]: 40–58

팀 3은 Rockwell X-30(NASP) 프로젝트의 경험에 기초하여 여러 개의 공기호흡 수평 이륙 대안 건축물을 조사했지만, 미래는 전체 로켓, 수직 이륙, 수평 착륙 SSO 설계와 함께 있다고 결론지었다.그들의 기준 설계는 제안되었지만 아직 건설되지 않은 러시아 RD-704 3-프로펠러 엔진, 작은 날개, 그리고 중앙 셔틀 스타일의 탑재 만이 있는 원통형 동체를 사용했다.이것은 화물이나 승객을 수송할 수 있지만, 두 경우 모두 운행이 완전히 자동화될 것이다.[4]: 48 연구팀은 4개 함대가 2011년까지 델타, 아틀라스, 셔틀 운영을 모두 인수할 준비가 돼 있는 가운데 2007년에 첫 작전 차량을 인도할 수 있을 것으로 계산했다.[4]: 53 null

이 최종 기준 설계는 NASA 마셜 우주 비행 센터의 한 단체가 1993년 8월에 제안한 X-2000 첨단 기술 시험기와 매우 흡사하다.[5]null

최종 권장 사항:SSTO 기술 개발

분석 후, 이 연구는 옵션 3을 결정했다: "선진 기술 개발을 채택하고, 완전히 재사용 가능한 단단계에서 비트까지 로켓 차량을 기관 목표로 삼는다."[4]: 72 "이것은 라이프사이클 비용뿐만 아니라 연간 운영 비용도 줄일 수 있는 가장 큰 잠재력을 가지고 있다..."국제 경쟁과 관련해 미국을 매우 유리한 위치에 놓이게 될 것이고, 미국을 차세대 발사 능력으로 도약시킬 것이다."[4]: 69 null

상업용 위성 발사에 대해서는 옵션 2도 '외국의 시스템 중 가장 효율적인 시스템'으로 지목된 아리안 4호, 아리안 5호 등과 경쟁하는 데 어려움을 겪을 것으로 봤다."반면 옵션 3은 미국 업계가 모든 경쟁업체에 비해 가격을 낮게 책정할 수 있을 정도로 출시 비용을 크게 낮출 것이다.미국은 이런 독특한 첨단 기술 차량을 활용해 상당 기간 국제 위성 발사 시장을 포착하고 다시 한 번 지배할 것으로 보인다.[4]: 68

옵션 3은 "높은 기술적 위험에 대한 더 많은 위험"을 제시하는 것으로 인식되었지만, 이는 "4~5년 기술 성숙 단계 때문에 관리가 가능할 것으로 생각되었으며, 이는 최소한 레벨 6 기술 준비 수준(운영 환경에서 입증됨)까지 필요한 기술을 개발하고 시연할 것이다."[4]: 68

결과:SSTO에 대한 희망의 실패

일단 SSTO에 집중하기로 결정되자 NASA는 HL-42에 대한 관심을 잃었고, 실제로 우주비행기를 소모성 발사기 위에 올려서 발사하는 전체 개념에서 흥미를 잃었다.NASA의 랭글리 연구 센터에 기반을 둔 마지막 HL-20 연구는 1991년에 이루어졌고, 그것들은 계속되지 않았다.null

나사는 이제 펜타곤으로부터 DC-X를 넘겨받아 DC-XA 클리퍼 그레이엄으로 개칭했다.[6]기술 시위대로서 두 개의 새로운 프로젝트가 시작되었다: 오비탈 사이언스 X-34와[7] 록히드 마틴 X-33.이 기술이 증명되었더라면, 다음 단계는 상업용 SSO 우주비행기인 VentureStar였을 것이다.null

하지만 '4~5년 기술 성숙 단계'는 잘 진행되지 않았다.DC-XA는 1996년 착륙 사고로 프로토타입이 심하게 파손돼 취소됐고, X-34와 X-33은 2001년 이견과 기술적 어려움으로 모두 취소됐다.VentureStar에 대한 작업도 2001년에 중단되어 SSO로의 추진이 사실상 종료되었다.[8]null

옵션 2의 HL-42

옵션 2D 출시 시스템 세부 정보

팀 2는 84개의 차량 제품군에서 시작하여 28개로 좁혀졌고, 그 중 3개는 HL-42 승무원이 탑승한 우주비행기를 포함했다.[4]: 24 그들의 최종 세부 권고사항(연구의 옵션 2D)은 다음과 같았다.

  • 5톤에서 낮은 지구 궤도(LEO) 임무의 경우, 델타 II(신뢰할 수 있고 금전적인 가치가 있다고 간주됨)를 계속 사용한다.
  • 10톤에서 LEO까지의 임무의 경우, 1단계의 "저비용, 저위험" 러시아 RD-180 엔진 1개를 사용하여 아틀라스 II를 새로운 발사기로 교체하고, 새로 개발된 센타우르 어퍼 스테이지에 2대가 아닌 단일 RL10 엔진을 장착한다.[9]
  • 무거운 Titan IV 또는 Shuttle-클래스 탑재물의 경우 비싼 Titans를 폐기하고 1단계의 러시아 RD-180 엔진 3개와 2단계의 J-2S 1개를 갖춘 새로운 2단 소모형 중형 발사기를 개발하십시오(실제로 S-IVB 무대가 업그레이드됨).이 새로운 발사기는 상부(3번째) 단계 없이 약 38톤을 LEO로 들어올릴 수 있을 것이다.[4]: 27

그러면 무거운 발사기는 다음을 운반할 수 있다.

  • 신형 23톤 단발 엔진 Centaur 상부 스테이지 + 정지궤도 위성 또는 행성간 우주선
  • 8톤의 일회용 어댑터와 탈출 시스템, 그리고 LEO에 완전히 적재된 21톤의 HL-42
  • LEO의 우주정거장까지 최대 30톤의 화물이나 구조물을 적재한 일회용 7톤의 ESA가 제작한 ATV
HL-42의 ATV 파트너

이 단계에서 ATV는 자체 보관 공간이 없는 짧은 스쿼트 궤도 예인으로서, 후기 운용 ESA 자동 이송 차량의 서비스 모듈 섹션과 유사했을 것이다.[10] 이 예인장치는 다음과 같이 추진될 수 있다.

  • 대형 CBM 크기의 도킹 포트가 있는 가압 물류 모듈(PLM)
  • 연료 및 가스 탱크가 있는 무압축 물류 운송 회사(ULC)
  • 우주 정거장 자체를 위한 새로운 모듈과 트러스 구조를 완성한다.

그 팀들은 4인용 프리덤급 스테이션을 유지하는 것이 매년 70톤의 화물 운송을 필요로 할 것이라고 가정했다.옵션 2에서 이 중 대부분은 5개의 ATV 임무(PLM 3개와 ULC 2개)로 수행된다.[4]: 29 폐기 폐기물은 ATV/PLM 또는 ATV/ULC에 적재되고, 그 다음 재진입 시 비트를 제거하고 연소된다.또한 ATV는 필요한 경우 손상되거나 구식 우주정거장 모듈이나 구조물을 완전히 디오빗할 수 있다.null

경제성과 효율성을 지향하는 발사체계는 공통 부품(RD-180 엔진, 센타우르 상부 스테이지)이 가능한 한 많이 사용되고 있다.ATV는 1991년 콜럼버스 프로그램이 취소된 후, 우주 정거장을 이용하는 대가로 유럽 비용으로 제공되었을 것이다. 이러한 비용 효율적인 방법으로 ESA는 우주에서의 발판을 보존할 수 있었다.[4]: 32 심지어 ATV 발사 페어링조차 타이탄 4호에서 차용되었다.[4]: 36 null

신규 차량 6대 또는 "프로그램 요소"가 필요할 것이다.Figure 24 from the Access to Space Study Summary Report 주목할 점은 옵션 2 권고안 중 많은 부분이 실제로 나중에 적용되었다는 점이다.제안된 신차 중 3대가 제작되어 널리 사용되었다.[b]null

HL-42는 얼마나 커야 하는가?다운매스 문제

2팀은 지구로 안전하게 반환되어야 할 화물인 다운매스(downmass), 화물(주로 장비와 완성된 실험)에 대해 많은 고민을 했다.이는 옵션 1과 3에 아무런 문제가 되지 않았다. 예를 들어, 셔틀은 그것의 페이로드 베이의 다목적 물류 모듈(MPLM)에서 쉽게 다운매스를 운반할 수 있었고, VentureStar는 유사한 시스템을 가지고 있을 것이다.그러나 옵션 2D에서는 모든 다운매스를 HL-42로 운반해야 하며, 이는 승무원 좌석뿐 아니라 일부 화물 용량을 제공하기 위해 HL-20보다 커야 한다.그러나 실제로 얼마나 많은 용량(볼륨뿐만 아니라 질량)이 필요할까?null

자유는 지금까지 서류상으로만 존재했기 때문에, 실질적인 경험이 없기 때문에 이것을 추정하기는 어려웠다.러시아 우주정거장들은 1회용 프로그레스 화물 모듈이 재진입 시 타오르도록 설계되었고, 비좁은 3인용 소유즈 재진입 모듈은 여분의 여유가 거의 없었기 때문에 거의 반환물량을 내려보내지 못했다.[c]그러나 Freedom과 ISS 프로그램은 훨씬 더 야심적이었고, 대규모 생물학적, 특히 산업 처리 사용자 실험을 정기적으로 반환하는 것을 계획했다.null

이러한 실험의 많은 부분은 ISPR(ISS International Standard Payload Rack)에 장착될 것이며, 이는 Progress 또는 Soyuz 프로브-Droug 도킹 포트를 통해서도 너무 클 수 있다.하나의 ISPR이라도 로드하려면, HL-42는 결국 스테이션의 미국제 모듈을 상호연결할 1300mm(51인치) Common Bering Mechanism 포트와 같은 크기의 도킹 포트가 필요할 것이다.그리고 각 비행에 몇 개의 ISPR을 수용해야 하는가?null

초기에는 팀들에게 연간 58톤의 다운미스(upmass 70톤과 비교)라는 기본 수치가 주어졌고, 이는 옵션 2에 큰 문제가 될 수 있었다: "그러나 우주에 대한 접근과 관련된 중심 문제는 반환질량이다.[4]: 28 나중에 보면 58톤은 불필요하게 큰 것으로 보이며, 실제로 랭글리 연구 센터(LaRC)의 즉각적인 분석은 "여분의 여유, 사용자 및 승무원 시스템의 현명한 반환"을 통해 30톤으로 줄어들 수 있다는 것을 보여주었다.null

이는 옵션 2의 경우 여전히 불편할 정도로 크기 때문에, LaRC는 다시 일하기 시작했고, 사용자 실험에 우선권을 부여하고, 더 이상 사용하지 않는 거의 모든 것을 버림으로써, 연간 다운미스를 10톤, 즉 약 15%까지 줄일 수 있다고 판단했다.이것은 HL-42의 필요한 크기를 계산하는 데 사용된 수치다.[4]: 28

1년에 세 번의 승무원 회전 임무를 부여받으면 각각 3~4톤의 하역 화물을 운반해야 할 것이다.팀 2는 HL-20 설계를 1.42배 증가시켜, 공교롭게도 42피트(그리고 이름 HL-42)의 길이를 줄임으로써 이 작업을 수행할 수 있다고 계산했다.승무원과 화물을 합친 질량은 4.2톤으로 정해졌다.[4]: 31 null

연간 기준 화물 운송 목록(baseline up cargo manifest)은 다음과 같다.Figure 19 from the Access to Space Study Summary Report 하향 이동 시 이 매니페스트는 78개의 중간 데크 사물함, 모든 차량 외부 활동복 및 약 65%의 사용자 가압 랙(ISPR)을 반환할 것이다.[4]: 28 null

그림 19에 따르면, HL-42는 정기적인 상향 비행 시 한두 개의 ISPR을 운반하지만, 내부 배치도에는 3개의 보관함이 표시된다.[11]: 10 null

그 시스템은 유연하도록 설계되었다.경험상 일부에서 추가 다운매스의 필요성이 드러나면 HL-42 추가 비행을 예약하거나 순서를 변경할 수 있다.세 대의 모든 차량이 동일한 새 중형 발사기를 사용했기 때문에, 이것은 가공에 최소한의 혼란을 야기할 것이다.null

팀 2는 그들의 최소한의 다운매스 제공이 "이 정도의 수익률(납품 질량의 약 15%)의 수용성은 최종 우주정거장 자유 물류 시나리오에서 다루어져야 할 문제를 나타낸다"[4]: 28 는 비판을 받을 수 있다는 것을 매우 잘 알고 있었다.그러나 이후 ISS 경험은 이것이 문제가 되지 않았을 것이라는 것을 시사했다.null

HL-42는 후에 나사를 하지 않은 스페이스X 드래곤과 거의 같은 화물 용량을 가지고 있었고 2011년 7월 셔틀이 은퇴한 후 적어도 5년 동안 드래곤은 ISS에서 상당한 하강을 운반할 수 있는 유일한 우주선이었다.[12]CRS-1에서 CRS-4까지의 첫 4개 상용 재공급 서비스 임무의 실제 다운 매스 수치는 2012년부터 2014년까지 3년간 0.9톤, 1.4톤, 1.6톤, 1.5톤이었다.이것은 HL-42가 특히 일년에 세 번의 비행을 했을 때 충분한 용량을 가지고 있었을 것임을 암시한다.[d]또한 다운 카고를 드래곤(드래곤의 경우 3.5g에 비해 감속 1.5g)보다 젠틀한 승차감과 활주로에 훨씬 편리한 착륙(드래곤의 태평양 스플래시다운보다는)을 주었을 것이다.null

HL-42의 안전장점

1986년 챌린저호 참사 이후 우주왕복선이 충분히 안전하지 않다는 것이 인식되어 왔다.본 연구는 현재의 "나사 생존 가능성"을 0.98로 추정했다.[e]이 연구의 목적 중 하나는 이것을 0.999까지 늘리는 것이었다.[4]: 4 null

그러나, 2030년까지 연장될 수 있는 많은 셔틀 업그레이드들을 검토했음에도 불구하고, 팀 1은 승무원들을 탈출시킬 수 있는 실질적인 방법을 찾을 수 없었다.전체 시스템을 상당히 안전하게 만드는 유일한 효과적인 방법은 근본적으로 단순한 화물 운송에 불과한 임무에 생명을 거는 위험을 피하기 위해 셔틀의 항전 장치를 업그레이드하고 자율적 운항을 가능하게 하는 것이다: "비용, 중량 및 무게중심으로 인해 추가 승무원 탈출 능력을 제공하는 것은 권장되지 않았다.기술적 위험.비용을 더 절감하고 비행 안전을 높이기 위한 여러 가지 수단이 확인되었다.하나는 나사 없는 궤도선인데, 이것은 인간의 안전에 영향을 주지 않고 비행 속도를 증가시킬 수 있을 것이다..."[4]: 23 그러나 절반의 임무가 해제되었다 하더라도, 이것은 위험을 절반으로 줄이고 "생존성"을 0.99로 증가시켰을 뿐인데, 이것은 여전히 목표치인 0.999보다 더 큰 순서가 될 것이다.null

승무원과 화물을 분리하여 안전성을 향상시킨다는 일반적인 원칙(화물 임무에 생명을 걸지 않음)은 이미 연구 전 몇 년 동안 NASA에 의해 연구되어 왔으며, 옵션 2는 처음부터 이런 방식으로 설계되었다.HL-42는 승무원 교대가 필요할 때만 비행할 수 있었다.이는 또한 화물 전용 하드웨어(ATV, PLM, ULC)를 사람 등급으로 매길 필요가 없어 전체 시스템을 저렴하게 만들 수 있다는 것을 의미했다.[4]: 28 null

셔틀보다 훨씬 작은 HL-42는 발사대 위에 장착할 수 있으므로, 패드와 비행 첫 1분 동안 간단한 발사 탈출 시스템(LES)은 "HL-42를 치명적인 부스터 이벤트로부터 빠르게 거리를 두고 다시 발사대 근처의 활주로로 미끄러져 들어가도록 하는 높은 충격력을 제공할 수 있다."[4]: 32 [f]null

다음 몇 분간의 비행에서 "생성적 사건"을 처리하기 위해, 발사 어댑터(HL-42의 후방에서 2단 로켓 상단 사이)를 대형 고체 로켓 모터에 장착하여 부스트백과 RTLS(Return To Launch Site)를 온전하게 중단시킬 수 있는 옵션이 있을 것이다.null

사고가 RTLS 범위를 넘어 발생하면 LES는 HL-42를 클리어하고 배출되며 HL-42 자체는 다시 낮은 대기권으로 미끄러져 들어가게 된다.만약 (대규모 상업 공항에서도) 적당한 긴 활주로가 없다면, 그것은 바다에 낙하산과 스플래시 다운을 배치할 것이다.HL-42 자체의 모든 기동 엔진은 무독성 메탄 연료와 액체 산소(셔틀의 독성 쌍곡선 연료가 아님)를 사용했기 때문에 이러한 비상 착륙 후 활주로 "안전" 절차가 필요하지 않으며 충돌 착륙 시 위험도 줄어들 것이다.null

HL-42는 1986년 챌린저호와 2003년 콜롬비아호를 파괴한 상황에서 살아남았을 것이다.1986년에 LES는 부스터 폭발을 막았을 것이다; 그리고 발사기 위에서는 컬럼비아의 단열재를 치명적으로 손상시킨 낙하 잔해로부터 안전하게 벗어났을 것이다.null

이러한 고려사항들은 팀 2가 HL-42와 함께 안전 목표를 충족시켰다는 결론을 내리게 했다: "우주왕복선의 0.98에서 최소한 0.999로 승무원 안전 개선(승무원 생존 가능성)은 옵션 2와 3의 신차에 의해 충족되거나 초과되었다."[4]: 67

디자인

HL-42는 30년간의 차체 우주비행기 인양 경험을 간접적으로 도출했지만, 주로 직전의 전신인 HL-20에 의존했다.팀 2는 이들의 설계 배경을 다음과 같이 설명했다. "HL-42 디자인은 1983년부터 랭글리 연구 센터에서 연구 중인 HL-20 리프팅 차체 컨셉에서 직접 유래한다.이것은 HL-20의 42%의 치수 확장이며, HL-20 설계의 주요 설계 및 작동 특징을 유지하고 있다.적용 가능한 HL-20 설계 데이터 베이스에는 광범위한 NASA 공기역학, 비행 시뮬레이션 및 중단, 인적 요인 연구와 더불어 효율적인 제조 및 운영 설계를 정의하는 데 있어 Rockwell, Lockhead, Boeing과 계약된 연구 결과가 포함된다.[4]: 30

구조 및 열 보호

옵션 2는 1997년에 실용적으로 사용할 수 있는 기술에 기초했기 때문에 HL-42는 셔틀과 동일한 재료들을 많이 사용했다; 그것은 알루미늄 합금의 구조 골격과 매우 유사한 열 보호 시스템을 가지고 있었다.null

HL-42의 구조 핵심부는 원통형 알루미늄 압력 캐빈으로, 발사 어댑터가 폐기된 후 우주정거장과 도킹을 위해 후방에 있는 대형 해치(및 발사 전 수평 화물 적재용)와 발사 시 수직으로 선원이 접근하기 위해 선실 지붕에 있는 훨씬 작은 해치 등 두 개의 접근 해치가 있었다.패드(그리고 착륙 후, 특히 비상 대양 스플래시 다운으로 낙하산을 내린 후 대체 출구로서).알루미늄 프레임은 구조물의 나머지 부분을 지지하기 위해 이 강한 원통형 코어의 양쪽에서 확장된다.null

리프팅 본체의 전체 하단 표면은 셔틀의 HRSI 타일을 더욱 단단하고 충격에 강한 형태로 보강한 TUFI 타일로 재진입 열로부터 보호되었다. 업그레이드된 TUFI 타일은 1996년에 사용되기 시작했다.이 타일들은 우주왕복선 위의 타일처럼 검은색 매트로 알루미늄 프레임에 장착된 멀티피스 티타늄 내열성 피부에 직접 접합되었다.[g]null

훨씬 낮은 온도에 노출된 상부 표면 피부는 프레임 사이에 압축되지 않은 장비 베이에 접근할 수 있도록 제거될 수 있는 알루미늄 벌집형 패널로 제작되었다.상부 피부는 셔틀의 상부 표면과 동일한 절연 화이트 원단(AFSI, Nomex Advanced Felt 재사용 가능 표면 단열재)으로 덮여 있었다.null

핀은 전적으로 티타늄으로 만들어졌고, TUFI 타일(더 뜨거운 부위)과 AFSI 직물(더 차가운 부위)이 피부에 직접 접합되었다.

가장 뜨거운 부분인 코 캡과 지느러미의 가장자리는 우주왕복선에 있는 탄소-탄소로 만들어졌다.null

추진: 메탄 연료가 포함된 OMS 및 RCS

HL-42의 온-오르빗 추진 시스템은 작은 규모로 보면 셔틀의 그것과 겉보기에 가까웠다.접근 해치의 양쪽에 있는 후면에는 궤도 조정, 다른 우주선과 랑데부, 그리고 마침내 디오르빗에 사용되는 우주왕복선 궤도 기동 시스템(OMS) 엔진 두 개가 있었다.연료가 완전히 공급된 OMS는 셔틀의 300m/s 수치와 유사한 총 속도 변화(델타-v)를 HL-42에 제공할 수 있었다.null

반응 제어 시스템(RCS)은 또한 OMS와 동일한 연료를 사용하여 피치, 롤링 및 요에서 HL-42의 자세를 제어하는 소형 로켓 엔진의 시스템인 셔틀의 그것과 원칙적으로 유사했다. 이는 OMS 엔진 고장의 경우 나머지 연료를 후향 RCS 엔진과의 상호 연결을 통해 보낼 수 있다는 것을 의미했다.응급 탈부착 화상을 완료하기 [16]위해서요null

그러나, 셔틀과 HL-42 사이에는 연료의 종류라는 한 가지 주요한 차이가 있었다.우주왕복선은 OMS와 RCS 모두에 독성 및 고압 모노메틸히드라진(MMH)과 이뇨제 테트로사이드(NO24)를 사용했다.새로운 "더 빠르고, 더 좋고, 더 저렴한" 항공사 스타일의 운영 원리에 따라, 팀 2는 OMS와 RCS 모두를 위한 메탄(CH4)과 액체 산소로 바꾸기로 결정했다.[4]: 31 비록 이것들은 독성이 없고 다루기 훨씬 쉽지만, 그것은 미지의 세계로 들어가는 한 단계였다. 1994년에 메탄-녹스 엔진에 대한 어떠한 작업도 아직 거의 이루어지지 않았기 때문이다.따라서 이는 옵션 2에 필요한 다섯 가지 고급 개발 과제 중 네 번째 항목으로 나열되었다.[4]: 35 null

공기역학적 제어 표면

HL-20과 마찬가지로 HL-42는 7개의 이동 가능한 제어 표면이 있었는데, 각 측면 지느러미에는 입면, 지느러미 사이에는 모든 이동 가능한 중앙 방향타, 그리고 4개의 차체 플랩(후면의 하단 표면에 2개, 방향타와 지느러미 사이의 상단 표면에 2개)이었다.셔틀에 비해 HL-42는 피치 및 롤링 제어를 위해 두 개의 하반신 플랩에 훨씬 더 많이 의존했으며, 특히 높은 동적 압력과 높은 공격 각도로 재진입하는 중간 단계에서는 더욱 그러했다.이 점에서 HL-20과 HL-42는 셔틀과 후기 ESA IXV와 같은 차량들 사이의 중간 지점에 있었으며, 두 개의 하반신 플랩이 있고 다른 제어 표면이 없었다.[4]: 31 null

재진입 초기 단계에서는 셔틀과 마찬가지로 HL-42는 자세 제어를 전적으로 RCS에 의존할 것이다.셔틀의 경우 주변 공기의 밀도가 높아지고 동적 압력이 증가함에 따라 날개의 바깥쪽 후행 가장자리에 있는 아일러론이 먼저 기류를 잡고 RCS로부터 롤 컨트롤을 인계받게 된다.그런 다음, 조금 후에 내부 후행 가장자리의 고도가 피치 제어를 이어받게 된다.(셔틀의 단일 후방 차체 플랩은 피치 트림 탭으로만 작동하고 재진입 열로부터 주 엔진 노즐을 차폐하는 등 자세 제어에 덜 중요했다.[16]null

HL-42의 경우, 옆지느러미의 고도가 이 단계에서 일정한 기류를 충족시키기에는 너무 몸에 가까웠기 때문에, 하체 플랩 두 개가 대신 이어받아서 피치를 제어하고 롤링을 위해 서로 다르게 움직였다.그러나, 셔틀과 HL-42의 경우 모두 높은 각도의 공격이 여전히 방향타를 기류로부터 보호해 주기 때문에, 요는 RCS에 의해서만 제어될 것이다.[h][18]: 4 null

마지막으로 셔틀과 HL-42의 경우, 보다 밀도가 높고 공격 각도가 낮은 마하 3.5 이하로 비행 속도가 떨어짐에 따라 방향타가 기류를 충족하기 시작하여 RCS로부터 요(Yaw) 제어를 인수하게 된다.여기서부터 착륙할 때까지 HL-42는 주로 상승기와 방향타에 의해 제어되고 하반신 플랩에서 일부 롤링 제어로 제어되는 일반 항공기처럼 동작할 것이다.저속에서는 상체 플랩이 함께 움직이면 고도가 피치를 제어하는 데 도움이 될 수 있다(높은 속도에서는 공기 흐름에서 벗어나 비효율적일 수 있음).터치다운 후 상체 플랩은 하체 플랩과 함께 연장되어 에어브레이크 역할을 한다.[18]: 4 null

내부 전원: 유압식 아님, 전자 기계식

모든 7개의 HL-42 제어 표면은 셔틀과 같은 유압 장치가 아닌 전기 기계식 액추에이터에 의해 이동되었다.바퀴(기존 셔틀형 세발자전거 언더캐리지)도 셔틀과 같이 유압식으로 내려가지 않고 전기기계적으로 내려졌다.이는 설계 정책의 의도적인 전환의 결과였다: 랭글리 연구소는 HL-20에 유압 시스템을 두지 않고 대신 전기 기계식 액추에이터를 사용하기로 결정했고, HL-42도 같은 원리를 따랐다.[4]: 31 null

셔틀은 독성 하이드라진에 의해 구동되는 APU에 의해 구동되는 터보펌프에 의해 각각 가압된 3개의 독립적인 유압 시스템으로 설계되었다.이들 시스템은 발사, 재진입, 착륙 시에만 전원이 공급돼 짧은 시간 동안 많은 전력을 공급할 수 있도록 설계됐다.또한 최대 3배의 정상 동력 수요 급증에 대처할 수 있으며, 1초 또는 2초 동안 지속된다(예를 들어 모든 제어면을 빠르게 이동하면서 휠도 하강하는 경우).[19]null

그러나, 그 후 수십 년 동안, 몇몇 우주선 엔지니어들은 수력발전을 불필요하게 복잡하고, 신뢰할 수 없으며, 유지하기 어려운 것으로 간주하게 되었다.[i]가능한 셔틀 업그레이드 목록의 팀 1조차 유압 시스템의 일부 또는 전부를 전기 기계식 시스템으로 교체할 것을 권고했다.그 이유 중 하나는 유독성 하이드라진 APU 연료를 제거하여 지상 처리를 단순화하려는 것이었는데, 이는 새로운 항공사 스타일의 운항 정책과 잘 맞아떨어졌다.[4]: 11, 17 null

그러나 HL-42 전기 시스템은 이제 착륙 중 전력 수요의 크고 예측할 수 없는 급증에 대처해야 할 것이다.[j]그러므로 그것은 두 개의 동력원으로 설계되었다.궤도를 도는 셔틀에서와 마찬가지로 수소-산소 연료 전지에 의해 정상적인 기본 전력이 공급되었지만, HL-42에는 수요가 매우 높은 단기간 동안 예비 전력을 제공하기 위해 충전식 은-진크 배터리가 있었다.(이것은 아폴로 CSM에 사용된 전원과 동일한 조합이었다.)[4]: 31

팀 2는 이 2-소스 전기 시스템, 특히 예비 전력의 입출력 전환 절차에 대해 추가 개발을 수행해야 할 것이라고 인식했다.따라서 그들은 이것을 "… 액추에이터와 그 전기 구동 및 스위칭 시스템은 전력 공급 시스템을 강조하면서 숙성되어야 한다"라는 다섯 가지 고급 개발 과제 중 두 번째 과제로 삼았다.[4]: 35 null

항전학

전자 하드웨어는 셔틀이 처음 계획된 이후 20년 동안 엄청나게 발전했고, HL-42는 이러한 발전을 최대한 활용하도록 설계되었다.발사대에서 직접 확인한 뒤 자율적으로 임무 전체를 비행할 수 있어 GPS로 항해를 하고 자신의 건강을 지속적으로 감시할 수 있을 것이다."임무 운용의 중요한 부분은 자동 시스템의 사용을 통해 달성될 것이다.발사, 오르막, 온오르빗 운영, 진입, 착륙은 자동화되고 승무원의 개입이 필요 없어 시설과 승무원 훈련에 대한 주요 요건을 없애 비용을 절감한다…온보드 시스템의 지상 관리는 자동화 및 온보드 차량 상태 관리로 축소된다.궤도 및 항법관리는 위성위치확인시스템(GPS)을 사용하여 감소한다."[4]: 33

자율운전은 그동안 시범운행 차량으로 설계됐던 아폴로와 셔틀의 철학에서 크게 벗어난 것이었다.비행 제어, 안내 및 항법 장치는 다른 항공기에서 이미 자동화되었지만 "기내 차량 상태 관리"는 더 어려운 과제일 것이다; 실제 우주 비행 경험은 조종사가 어떤 경보나 경보 조합이 안전하게 또는 일시적으로 무시될 수 있는지 결정하는 것이었고, 이를 요구하는 것이 조종사 업무 중 주요 임무였음을 보여주었다.총체적인 상황을 감안한 긴급 [k]조치이 결정들은 이제 소프트웨어에 기록되어야 할 것이다.실제 비행 시험 기회가 극도로 제한된다는 점을 감안할 때,[l] 이 소프트웨어를 테스트하고 디버깅하는 것은 어려운 작업이 될 것이다(실행 및 재입고의 경우, 심지어 연간 몇 분으로 제한된다).null

항전 하드웨어의 노후화는 다른 문제를 가져올 것이다.5년에서 10년마다 전자장치를 업그레이드하는 것이 논리적으로 보일 수도 있지만, 그 후 모든 소프트웨어는 더 빠른 새로운 하드웨어에서 다시 검증되어야 하며, 더 나은 하드웨어의 이점을 훨씬 능가할 수 있는 운영 지연과 비용을 야기할 것이다.[m]null

2팀은 이 모든 것을 잘 알고 있었으며, "업그레이드가 가능한 항전 시스템, 자동 생성되고 검증되는 소프트웨어, 기내 기능의 건강 관리"[4]: 35 라는 5가지 고급 개발 과제 중 첫 번째 과제로 항전 및 소프트웨어를 선택했다.

개발:일상 업무와 스컹크 작업 비교

1990년대 초 일부 엔지니어들 사이에서 NASA의 문화가 너무 많은 서류 작업과 중간 관리자들로 지나치게 관료화되었고, 더 좋은 결과는 슬림해진 "스컹크 워크" 접근법에서 나올 수 있다는 느낌이 들기 시작했다.연구팀 중 두 팀은 "옵션 2와 3팀은 록히드 '스컹크 워크스(Skunk Works)'를 본떠서 만든 간소화된 관리 및 계약 접근법을 추천했다"고 말했다. 이 접근방식은 작지만 헌신적이고 통합된 정부 감독, 보다 효율적인 계약자 내부 조직, 신속한 프로토타이핑 및 de로부터의 팀 연속성 등을 특징으로 한다.비행에 서명하다."[4]: 61

다른 NASA 팀들도 이 같은 느낌을 공유했다.DC-X 평가팀이 연구 요약이 발표된 지 불과 몇 주 후인 1994년 3월 1일에 Dan Goldin에게 DC-X 프로젝트에 대해 브리핑을 했을 때, 그들은 추가 DC-X 개발을 위해 동일한 접근법을 권고했다.DC-X는 맥도넬 더글라스에 의해 만들어졌기 때문에, "급격한 관리"는 결코 록히드에만 국한된 것이 아니었다.[24]null

특히 팀 2는 이러한 접근방식을 통해 주요 비용 절감을 기대했다."HL-42의 개발은 "스컹크 워크스" 타입의 접근법을 사용할 수 있다.이 접근법은 헤라클레스, U-2, SR-71과 같은 주요 군사 프로그램에서 성공적으로 사용되었다.Langley Research Center와 Lockhead에 의해 HL-20 페이로드 시스템에 대해 수행된 연구에서, 이 접근법을 사용하여 상당한 절감을 달성할 수 있다고 결정되었다.이러한 결과에 기초하여, HL-42에 대한 새로운 접근방식은 기존의 "비즈니스-as-usual" 추정치에 비해 총 우주선 개발 및 생산 비용 추정치에서 40-45%까지 감소할 수 있다.[4]: 35 null

팀 2는 "Skunk Works" 개발을 다음과 같이 특성화했다: "펌 요구사항, 단일 관리 권한, 소규모 기술 인력, 현장 고객, 계약업체 검사, 제한된 외부 액세스, 적시에 자금을 조달, 중요한 작업만 보고, 간단한 도면 공개, 신속한 프로토타이핑 등"[4]: 36

일상적인 작업

일상적인 작업에서 HL-42는 케네디 우주 센터(KSC)의 세 가지 OPF 중 하나에 전달되어 준비 및 적재될 것이다.그것은 비행 준비 상태로 도착할 것이다; 제조 시설에서 이미 수행된 것과 중복되는 모든 시험과 체크아웃 절차는 제거될 것이다.null

로딩되면 VAB로 이동하여 수직으로 회전하고 헤비 런처 상단의 두 번째 스테이지와 결합한다.그 후에는 "최소한의 직원 시간 및 1-2교대 근무"로 자율 시스템을 사용하여 스스로를 점검할 것이다.[4]: 32, 33 그런 다음 전체 스택을 셔틀과 마찬가지로 Launch Complex 39 패드 중 하나로 이동시킨다.ATV를 이용한 화물 발사와 정확히 동일한 절차가 사용될 것이다.null

셔틀 지상 운용의 경우, 차량에서 실제로 작업한 사람에 대한 지원 인력의 비율("비터치-터치-터치" 비율)은 6대 1이었다.HL-42의 경우, 팀 2는 이를 상업 항공사의 전형적인 비율인 3대 1로 축소하여 급여뿐 아니라 숙박 비용도 절반으로 줄일 수 있기를 희망했다.[4]: 34 null

KSC는 HL-42가 발사체 2단계에서 분리되자마자 휴스턴에 있는 존슨 스페이스 센터의 작은(10–12 콘솔) 임무 제어실에 넘겨 모든 발사를 처리하게 된다."분리점을 향해 부스터를 조준했던 자율 시스템은 궤도 차량의 자율 시스템으로 제어권을 이전할 것이다.이 시스템은 궤도 삽입을 계산하고 차량을 그 위치로 조종할 것이다.차량은 다음 사전 정의된 임무 단계로 진행하지 않을 것이다.이 순서는 모든 미션 이벤트가 완료될 때까지 계속될 것이다.지상 감시기는 어떤 단계든 종료하고 새로운 지침으로 자율 비행 시스템을 재초기화할 수 있는 기능을 갖게 될 것이다."[4]: 34

'나사'는 이제 승객에 불과할 것이기 때문에, 훈련은 크게 간소화되고 완전히 시뮬레이션에 기반할 수 있다."모든 훈련은 중앙 시뮬레이션 시설에서 실시될 겁니다.훈련 시설은 비행 모니터링을 위해 비행 통제 시설을 미러링해야 한다.훈련 시설은 비행 전 분석을 검증하는 데 사용될 것이다.훈련의 일차적 모드는 컴퓨터 기반일 것이다.모션 기반, 고정 기반 또는 비행 항공기 시설은 필요하지 않을 것이다."[4]: 34, 35

그러나 이 모든 세부 계획은 1994년 SSTO 옵션이 선택되었을 때 보류되었다.null

레거시

2001-2004년 상황: 옵션 2가 부분적으로 채택됨

2001년까지 SSTO 옵션 3은 (적어도 의회가 기꺼이 배정할 자금으로 볼 때) 실제적으로 너무 어려울 것이라는 것이 명백해졌고 그 해에 X-33, X-34, 벤처스타는 취소되었다.셔틀 시스템을 대폭 업그레이드한 옵션 1도 포기했었다.이 연구는 이것이 비용 효율적일 수 없다는 것을 설득력 있게 보여주었다: "... 본 연구의 목표로 삼은 주요 비용 절감 효과는 신차를 채용하는 아키텍처에서만 발생하는 것이 분명하다.[4]: 65 또한, 셔틀 "크루즈 생존 가능성"을 현재의 0.98 또는 0.99: 옵션 1보다 높게 올리는 것이 "현재 승무원 안전 분석에서 유의하게 개선되지 않았다"[4]: 67 는 것이 실무적으로 입증되었다.따라서 기존의 궤도선들은 실질적으로 업그레이드되지 않을 것이고, 2004년까지 "이 작업이 완료됨에 따라, 우주왕복선은 10년 말에 계획된 ISS의 조립이 완료되면 단계적으로 폐지될 것"[25]이라고 결정되었다.null

실무에서, 그렇다면, 완전히는 아니지만, 궁극적으로 따라오는 것은 옵션 2뿐이었다.델타 II호는 유지되었다.아틀라스 II는 러시아 RD-180 엔진으로 개량되어 2000년에 아틀라스 III로 비행했다.값비싼 타이탄 4호는 옵션 2 시스템에 제안된 보다 강력한 트리플 RD-180 버전(38톤에서 미르 궤도)이 아닌 델타 IV 헤비(26톤에서 미르 궤도)가 되겠지만 2005년에 은퇴하여 2004년에 도입된 새로운 중형 발사기로 대체될 것이다.이러한 업그레이드로 아틀라스와 델타 가족은 앞으로 한동안 미국 우주선을 계속 발사하게 될 것이며, ESA ATV는 우주왕복선이 은퇴하기 3년 전에 국제우주정거장에 화물을 공급할 준비가 될 것이다.null

그러나 이 차량들 중 어느 것도 승무원을 국제우주정거장으로 수송할 수 없을 것이다.

승무원이 탑승한 우주비행기는 재고되지 않음

우주정거장 후 승무원의 ISS 접근 보장 문제가 점점 더 시급해지고 있음에도 불구하고 NASA는 승무원이 탑승한 우주비행기와 소모성 발사기의 조합인 옵션 2를 재방문하지 않았다.제안된 X-38 우주정거장 '라이프보트'는 겉보기에는 HL-20과 비슷해 보이지만, 셔틀의 탑재 만에서 화물로 운반되어 한 번 또는 전혀 사용되지 않았을 것이다. 이마저도 2002년에 취소되었다.반면 군용 보잉 X-37은 2010년부터 운용하면서 훨씬 더 작았고(발사 당시 5톤) 나사를 풀지 않았으며, 우주정거장 작전을 지원할 의도는 전혀 없었다.null

NASA는 최근 모든 승무원 수송을 위해 러시아 소유즈 프로그램 인프라를 사용하는 네 번째 옵션이 제공되었기 때문에 스터디에서 고려되지 않았던 가능성인 스터디에서 제시된 셔틀 이후 ISS 승무원 접근에 대한 세 가지 옵션을 모두 거부할 수 있었다.null

네 번째 옵션:소유스-프로그레시브

1993년, 우주 연구에 대한 접근법이 만들어지는 동안, 몇 가지 발전이 연속적으로 발생하여 NASA와 러시아의 협력을 크게 증가시켰다.[n]그 결과 1993년 1월부터 1994년 1월 사이에 서재가 진행되는 동안 러시아 협력의 위상은 여전히 불확실했다.참조 조건은 저자들이 (엔진의 경우 그럴 수 없는) 장비 공급자로서 러시아 기업을 이용할 수 있도록 허용했지만, 그들은 '최악의 경우'를 계획하게 되어 있었고, 재정이나 서비스를 위해 새로 설립된 러시아연방우주국에 의존하지 않았다.[o]따라서 이 연구에서 승무원 접근은 1993년 1월 이 연구가 위탁되었을 때와 마찬가지로 원래 우주정거장 자유 컨소시엄인 미국, 유럽, 캐나다 및 일본만이 제공할 것으로 가정되었다.[p]null

당초 소유스-프로그레스는 신뢰할 수 있는 것으로 여겨지지 않았다.많은 약속들은 러시아 고위 관리들에 의해 이루어졌다.대부분은 보관되지 않았다.소유즈 '라이프보트' 우주선과 프로그레스 '레보스트' 우주선을 충분히 공급할 수 있는 러시아의 능력도 의문시됐다.러시아의 우주 프로그램에 대한 자금 지원은 심한 스트레스를 받고 있었다..."[26]: 3

그러나 그 후 몇 년 동안 소유스-프로그레스에 대한 미국의 신뢰는 꾸준히 성장했다.러시아는 간신히 미르호를 계속 운항시켰고 야심찬 셔틀-미르 프로그램(1994-98년)은 성공적이었다.2000년 7월까지 ISS 최초 3개 모듈(이 중 2개, 자랴와 즈베즈다, 러시아가 건설)이 가동되었고, 2001년 3월 23일 미르가 해체된 후 소유즈-프로그레시브 시스템의 모든 자원을 ISS 운영을 지원하기 위해 이용할 수 있었다.ISS 승무원의 접근을 소유즈-프로그레시브에만 의존하는 것은 더 이상 너무 위험해 보이지 않았다.null

2001년 3월 X-33 SSTO 프로그램이 취소될 때까지 NASA는 더 이상 우주왕복선 은퇴 후 ISS에 대한 접근을 보장하기 위해 전미 승무원 수송 차량을 빨리 개발하라는 압력을 느끼지 않았다; 러시아의 소유즈는 이제 적어도 단기적으로는 그것을 제공할 수 있다.장기적으로, NASA는 재사용 가능한 차량에 초점을 맞춘 새로운 이니셔티브를 구상하고 있었다.null

2001년 우주발사계획

2001년 2월에 우주 발사 이니셔티브(SLI, 일명 2세대 재사용 발사체(RLV) 프로그램)가 정식으로 설립되었고, 우주에 대한 접근 비용을 획기적으로 절감하는 것을 목표로 하고 있다.이를 위해서는 획기적인 신기술과 출시 사업에서의 사업화 및 경쟁이 필요할 것이다."오늘날, 나사의 우주 운송 요구를 상업적 발사 차량에 이전하는 것은 나사의 우주 운송 노력의 핵심 목표로 남아 있다."[27]

SLI는 세 가지 대안이 명확하게 정의된 우주 연구에 대한 접근성보다 훨씬 덜 구조화되었다.SLI는 "수백 개의 개념"으로 시작할 것이다. 그리고 "프로그램의 처음 2년 동안, 다양한 위험 감소 활동과 마일스톤 리뷰가 실행 가능한 재사용 가능한 우주 운송 시스템을 2, 3명의 후보자로 점차 좁힐 것이다.""새로운 기술과 운영으로...페이로드를 운송하는 비용은 현재의 파운드당 1만 달러에서 극적으로 떨어질 것이다."[27]

그러나 재사용이 몇 가지 기술적 돌파구가 있어야 가능하다는 것은 모두에게 분명했다; 그리고 그러한 돌파구를 정부 비용으로 제공하는 것은 NASA의 몫일 것이다.X-33의 운명을 결정하는 데 도움을 준 2000년 4월 11일의 영향력 있는 의회 증언에서 많은 존경을 받는 이반 베키 전 NASA 국장보다 더 명확하게 이 자리를 제시한 사람은 없었다.이러한 태도는 '최첨화 또는 전혀 아니다'로 요약될 수 있다.베키는 X-33 프로그램의 전 목적이 신기술 개발 및 실증이었기 때문에 착공하지만 어려운 복합 수소탱크 없이 건설하는 것은 "기술적인 관점에서 보면 별 의미가 없다"고 강하게 주장했다.[8][28]

SLI 하에서는 HL-20 및 HL-42 재생 불가능

이러한 연구 우선순위는 왜 HL-20과 HL-42 프로그램이 NASA에 의해 결코 부활되지 않았는지를 설명한다.SSTO X-33(에어로스피크 엔진과 혁신적인 올메탈 열 보호 시스템을 갖춘)조차 복합 탱크가 없으면 최첨단이 아니라고 생각한다면 HL-20과 HL-42는 정부 자금으로 건설될 가능성이 훨씬 더 낮았다.

  • 소모성 발사대를 사용했을 때, 그들은 원하는 발사 비용을 10배 절감하는 것과는 매우 거리가 멀었다.
  • 이들은 어떤 획기적인 기술도 사용하지 않도록 의도적으로 설계되었다.
  • 그들의 일은 이미 소유즈가 하고 있었다.

이러한 환경에서는 NASA에 의해 더 이상 개발될 가능성이 없었다.null

그러나 상업적인 우주 운송 회사들은 그들이 원한다면 HL-20과 HL-42 디자인을 개발할 수 있을 것이다. NASA는 이제 상업적 참여를 환영했다.그러나 그렇게 하는 회사들은 SLI 자체와의 경쟁에 직면할 위험이 있다.NASA가 후원하는 연구가 실제로 파운드당 1000달러(약 10배)의 발사 비용으로 획기적인 기술을 만들어냈다면, 소모성 발사대를 장착한 우주비행기는 결코 경쟁력이 없을 것이다.null

SLI는 2004년에 중단됨

2004년까지 NASA는 Bekey가 주장하는 고위험 고수익 프로그램("잘 자금 지원된 병렬 부품 개발")의 유형에 충분한 자금을 결코 받지 못할 것이 분명해졌고, 따라서 만약 어떤 선에서 실패하더라도 필연적으로 성공하고 엄청난 보상을 가져다 줄 수 있을 것이다 – 어쩌면 심지어 비용 절감까지도 할 수 있을 것이다.파운드당 100달러 정도의 적은 [28]돈의회가 자금 지원을 꺼렸을 뿐만 아니라 X-33과 X-34가 보여준 것처럼 그러한 프로그램의 운영도 의외로 어려운 것으로 판명되었다.null

이에 따라 NASA는 2004년 3월 이 개발 노선을 포기했다."나사는 중형 리프트 차량이 충족시킬 수 있는 것과 같은 독특한 탐사 요구를 지원하기 위해 필요한 경우를 제외하고는 새로운 지구 대 궤도 운송 능력을 추구할 계획이 없다.예산으로 우주 발사 계획이 중단되었다..."[25]

NASA의 자체적인 신차 프로그램은 이제 LEO: Constellation 프로그램, 그리고 궁극적으로는 무거운 우주 발사 시스템과 오리온 (필요하다면 ISS를 지원하는 소유즈 역할에도 사용될 수 있지만, 주로 LEO를 넘어 여행하기 위해 설계될 것이다.)을 넘어서는 탐사에만 집중할 것이다.null

2004년 이후의 우주비행기 부활:드림 체이서

NASA가 지원하는 획기적인 발전으로 발사 비용을 1회(또는 2회)나 절감할 수 있을 것이라는 전망이 없었던 지금, 상업적 벤처기업들은 NASA가 10년 동안 '최첨단이 아니다'라고 일축했던 좀 더 전통적인 아이디어를 개발할 수 있는 길이 열렸는데, 그 중 HL-20과 HL-42가 그것이었다.이제 겨우 비용을 절반으로 줄인 아이디어는 성공적이고 심지어 수익성까지 낼 수 있는 좋은 기회가 되었다.null

2006년 짐 벤슨(1997년 스페이스Dev를 설립했던)은 드림 체이서 프로젝트에 사용하기 위해 HL-20 디자인을 허가했다.HL-42와는 달리 드림 체이서는 3, 4톤의 화물을 지구로 다시 운반할 필요가 없었기 때문에 HL-20의 작은 크기로 되돌아갈 수 있었다.이것은 아틀라스급 발사대에 올려놓을 정도로 가벼웠고, 2007년에는 유나이티드 론치 얼라이언스와 아틀라스 V를 최초의 드림 체이서 발사기로 사용하기로 합의가 이루어졌다.[29][30]null

이 조합은 2016년 1월 마침내 NASA와 6개 발사 상용 재공급 서비스 계약을 따낸 것이다.null

참고 항목

메모들

  1. ^ 자유는 케이프 커내버럴의 우주왕복선 발사대의 위도와 같은 28.5도의 경사로 궤도에 건설되었을 것이다; 우주왕복선을 방문하는 우주왕복선은 지구의 동쪽 회전으로부터 최대한의 이점을 얻기 위해 동부로 발사될 수 있다.
  2. ^ 델타 2호는 20년 더 사용되었고, 2018년 마지막 임무는 100회 연속 성공적인 발사를 마쳤다.아틀라스 II(그림 24에서 "20k LV"로 명명됨)로의 RD-180 업그레이드는 그림 24에서 예상한 것보다 이른 2000년에 아틀라스 III로 처음 비행했으며, RD-180 엔진과 단일 RL10 센타우르 상단은 향후 20년 동안 미국 출시 산업의 일꾼이 되었다.ATV는 운영 중인 ESA ATV로 진화한 후 제안된 오리온 서비스 모듈로 진화했다.업그레이드된 J-2 2단이라는 발상은 오랜 수명을 가지고 있었다.3중 RD-180 중발사기와 HL-42 자체만 추격하지 않았다.
  3. ^ 러시아인들은 1990년과 1994년 사이에 10차례에 걸쳐 미르에서 화물을 반환하는 데 사용된 소형 재입고 캡슐인 VBK-Raduga를 개발했다.Raduga는 Progress-M에서 내부 화물로 운반되었다.미션이 끝날 무렵, 미르에서 일회용 프로그레스(progress)가 도킹 해제된 후, 라두가는 프로그레스에서 배출되어 별도로 재입고 낙하산을 타고 내려왔다.그러나 라두가는 각각 150kg만 실을 수 있었다.
  4. ^ 다운매스 문제는 화물량 문제로 복잡하다.우주정거장 화물차량을 비교한 결과 드래곤과 프로그레스 모두 1톤당 약 3m의3 고물량을 허용하고 있는 것으로 나타났다.경험에 따르면 이것은 너무 작다; 캡슐의 부피는 종종 질량 한계에 도달하기 전에 채워진다.따라서 2014년, 상업적 재공급 서비스 2 계약을 준비하면서 NASA는 고밀도의 경우 톤당 4m3(14.25~16.75톤의 경우 50~70m3)에 가까운 허용량을 지정했다.NASA는 같은 양의 다운매스에3 대해 70~90m를 권고하면서 다운매스에 대해 톤당 약 5m의3 허용량을 주었다(오르비트 패킹은 필연적으로 그라운드 패킹보다 효율성이 떨어지기 때문이다).[13]따라서 HL-42의 경우, 다운마스의 전체 3.5톤 하중은 15–20m를3 차지할 가능성이 있다.HL-42의 "거대용량"은 16.40m로3 제공되었지만, 보관용 사물함 내부와 유사한 공간이 포함되었는지 여부는 확실하지 않다.[11]: 9 그러나 그것은 HL-42의 경우 다운 카고의 양이 그것의 질량이 아니라 그것의 부피에 의해 실제로 제한되었을 수 있음을 시사한다.
  5. ^ 이것은 정확한 평가로 판명되었다.우주왕복선 수명 동안 135개의 임무 중 133개의 성공으로, 실제 수치는 0.985이다.
  6. ^ 이러한 까다로운 기동은 이전에 한번도 수행된 적이 없었지만, NASA의 여러 연구(T-38 트레이너와의 일부 시험 포함)에서 HL-20에 실용적일 것으로 나타났다."성급성 이벤트"에서 활주로 착륙까지의 총 시간은 약 2분이 될 것이다.[14][15]
  7. ^ 셔틀에서 피부는 알루미늄이었고 타일은 피부에 접착된 변형 방지 패드에 접합되었다.이 시스템은 알루미늄의 열팽창과 구조물의 일반적인 굴곡으로부터 깨지기 쉬운 깨지기 쉬운 타일을 분리했다.HL-42에 사용된 티타늄은 알루미늄의 3분의 1 정도만 팽창했을 것이므로 분리 패드가 불필요할 것이다.그러나 이것은 티타늄 껍질이 내부의 알루미늄 프레임 구조보다 훨씬 덜 팽창하기 때문에 새로운 문제를 일으켰다.이 때문에 두 금속의 미분 팽창이 가능하도록 피부는 따로 움직일 수 있는 조각으로 만들어져야 했던 것이다.
  8. ^ 차체 플랩은 불리한 요(Yaw)가 생성되고 요(Yaw) 제어가 방해되지 않도록 주의 깊게 설계해야 한다.일부 하반신 플랩은 항공기의 중심선에 직각으로 힌지 선이 있다.그럴 경우 왼쪽 플랩을 내리면 의도한 대로 항공기를 오른쪽으로 굴리지만 왼쪽을 추가로 끌면 왼쪽에도 역방향 요가 발생한다.그러나 힌지 선이 바깥쪽 끝의 뒤쪽으로 치우쳐 있는 경우(일반적으로 약 15~25도의 각도가 충분함) 기류도 플랩을 왼쪽으로 밀어서 끌림에 의해 야기되는 원치 않는 불리한 요를 거의 또는 거의 취소하는 요가 생성된다.나머지 무균등 요는 RCS(또는 마하 3.5 이하, 방향타)로 처리할 수 있다.[17]: 12 [18]: 7
  9. ^ 예를 들어, 처음 9번의 셔틀 임무 중 3번의 APU 오작동이 있었다.
    • STS-2(1981년 11월):발사대를 유지하는 동안, 3개의 APU 중 2개에서 고유가 발견되었다.기어 박스는 플러싱하고 필터는 교체해야 해 발사 일정을 다시 잡을 수 밖에 없었다.[20]
    • STS-3(1982년 3월):한 APU는 상승 중에 과열되어, 나중에 재진입과 착륙 시 제대로 기능했지만, 폐쇄되어야 했다.[21][22]
    • STS-9 (1983년 11월–12월):착륙 도중 APU 3대 중 2대에 불이 붙었다.[23]
  10. ^ 발사에는 문제가 없을 것이다.우주왕복선은 발사하는 동안 대부분의 수력발전을 이용하여 3개의 주요 엔진을 짐짓고 대형 밸브를 작동시켰다.옵션 2D에 따라 주요 엔진은 현재 소모성 발사대에 있기 때문에, HL-42 자체는 발사 중 셔틀보다 훨씬 적은 전력을 필요로 했다.
  11. ^ 오랫동안 상업 항공에서 그랬듯이, 대부분의 조종사 훈련은 하나 이상의 일이 예기치 않게 잘못되는 상황을 위한 것이었다.
  12. ^ 팀 3의 표현대로 "자동차 건강관리와 모니터링은 고성능 군용기와 상업용 항공기에 성공적이고 광범위하게 활용되고 있지만, 우주왕복선의 특정 서브시스템을 제외하면 국내 우주발사체 시스템에서는 성숙도에 미치지 못한다"[4]: 54 고 밝혔다.비행 시험은 옵션 3의 완전 재사용 가능한 SSTO가 큰 이점을 가지고 있었을 영역이었다; SSO 우주선은 단일 HL-42 발사와 동일한 비용으로 많은 아궤도 시험 비행을 할 수 있었다.F-22와 F-35에 대한 이후 경험은 수십 대의 항공기가 매주 시험 비행을 하더라도 소프트웨어 시험과 검증이 그러한 최첨단 개발 프로그램에서 항상 주요한 병목 현상이 될 것이라는 것을 보여주었다.
  13. ^ 이것이 우주왕복선(그리고 후에 F-22)이 전자 하드웨어 업그레이드를 거의 받지 않고, 수십 년 된 회로 기판과 함께 일상적으로 비행하게 된 하나의 이유다.
  14. ^ 상세 연대기:
    • 클린턴 대통령은 1993년 3월 NASA에 비용 절감을 위해 우주정거장의 자유를 재설계하고, 이미 유럽 일본 캐나다 등이 포함된 국제우주정거장 파트너십에 러시아를 참여시키는 방안을 검토하라고 지시했다.[26]: 2
    • 1993년 6월 10일 우주정거장 재설계 자문위원회는 나사가 러시아와 협력할 수 있는 기회를 추구할 것을 권고했다.[2]: 1
    • 1993년 9월 2일 미국과 러시아는 인간 우주 비행에 대한 일반적인 협력을 추진하기로 합의했다; 러시아는 이제 단순한 장비 공급자가 아니라 완전한 파트너가 될 것이다.[26]: 2
    • 1993년 9월 7일 알파로 개명한 새로운 우주정거장 설계가 발표되었다.[26]: 2
    • 1993년 11월 1일 NASA와 러시아 우주국은 러시아를 우주정거장 프로그램에 끌어들여 우주정거장 알파(Alpha)를 국제우주정거장 알파(International Space Station Alpha)로 바꾸는 계획에 정식으로 합의했다.ISSA는 NASA로부터 20억 달러의 자금 지원을 덜 받는 동시에 스테이션의 능력을 실질적으로 증가시킬 것이다.[2]: 2
  15. ^ "[1993년 9월 2일 이전] 러시아의 참가는 [우주정거장] 재설계 과정에서 고려되었지만, 파트너가 아닌 공급자로서 고려되었다."[26]: 2
  16. ^ ISS 자체의 경우 러시아를 파트너로 받아들인 후 1993년 11월 1일에 초기 ISSA 계획이 발표되었기 때문에 소유스-프로그레스가 더 많이 참여하면서 상황은 약간 달랐다.그때도 러시아는 "...'라이프보트' 역할을 할 소유즈 우주선 2척을 1년에 발사하고, 몇 개의 프로그레스 우주선을 매년 발사해 우주정거장을 주기적으로 '재진'시켜 정확한 궤도에 유지시키기로 합의했다."[26]: 3 대부분의 일상적인 승무원 수송은 여전히 NASA에 의해 공급될 것이다.

참조

  1. ^ "Part I: The Policy Origins of the X-33". NASA History Website. NASA. 7 December 1997. Retrieved 20 January 2016.
  2. ^ a b c Heivilin, Donna M. (21 June 1994). "Space Station: Impact of the Expanded Russian Role on Funding and Research" (PDF). Archive of the United States General Accounting Office. United States General Accounting Office. Retrieved 20 January 2016.
  3. ^ a b "Part II: The NASA Access to Space Study". NASA History Website. NASA. 23 September 1998. Retrieved 20 January 2016.
  4. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as "Access to Space Study: Summary Report" (PDF). NASA Archive. NASA. January 1994. Retrieved 20 January 2016.
  5. ^ "Part III: The X-2000". NASA History Website. NASA. 23 September 1998. Retrieved 20 January 2016.
  6. ^ "Part VI: The DC-XA". NASA History Website. NASA. 22 December 1999. Retrieved 20 January 2016.
  7. ^ "Part VII: The X-34". NASA History Website. NASA. 25 March 2000. Retrieved 20 January 2016.
  8. ^ a b Bergin, Chris (4 January 2006). "X-33/VentureStar – What really happened". www.nasaspaceflight.com. Retrieved 3 March 2016.
  9. ^ Dawson, Virginia P.; Bowles, Mark D. (2004). "Taming Liquid Hydrogen: The Centaur Upper Stage Rocket 1958-2002" (PDF). NASA History Website. NASA History Series. p. 251. Retrieved 23 January 2016.
  10. ^ "Automated Transfer Vehicle". www.spaceflight101.com. Spaceflight101. Retrieved 23 January 2016.
  11. ^ a b De Chiara, Giuseppe; Talay, Theodore (2013). "HL-42" Personnel & Logistics Vehicle: The might have been.
  12. ^ Bergin, Chris (20 April 2012). "Cargo up and down: Dragon to demonstrate the importance of downmass". NASA Spaceflight. Retrieved 23 January 2016.
  13. ^ "International Space Station Commercial Resupply Services 2 Industry Day". NASA. 2014-04-10. pp. 26, 29. Archived from the original (ppt) on 2015-04-03. Retrieved 23 January 2016.
  14. ^ Jackson, Bruce; Rivers, Robert; Chowdhry, Rajiv; Ragsdale, W.; Geyer, David (May 1994). "Launch-Pad Abort Capabilities of the HL-20 Lifting Body" (PDF). ntrs.nasa.gov. NASA (Technical Memorandum 4550). Retrieved 8 February 2016.
  15. ^ Jackson, Bruce; Rivers, Robert (August 1998). "Flight-Simulated Launch-Pad-Abort-to-Landing Maneuvers for a Lifting Body" (PDF). ntrs.nasa.gov. NASA. Retrieved 8 February 2016.
  16. ^ a b "RCS Overview". spaceflight.nasa.gov. NASA. Archived from the original on 10 February 2001. Retrieved 8 February 2016.
  17. ^ Baiocca, Paolo (June 2007). Pre-X experimental re-entry lifting body: Design of flight test experiments for critical aerothermal phenomena (PDF). RTO-EN-AVT-130 — Flight Experiments for Hypersonic Vehicle Development (von Karman Institute, 24–27 October 2005). NATO Research and Technology Organisation. p. 12. ISBN 978-92-837-0079-1. Archived from the original (PDF) on 2 March 2013. {{cite conference}}:외부 링크 위치 conference=(도움말)
  18. ^ a b c Scallion, William I. (September 1999). "Aerodynamic Characteristics and Control Effectiveness of the HL-20 Lifting Body Configuration at Mach 10 in Air" (PDF). ntrs.nasa.gov. NASA (Langley Research Center). Retrieved 10 February 2016.
  19. ^ "Hydraulic System". spaceflight.nasa.gov. NASA. Archived from the original on 2 June 2001. Retrieved 8 February 2016.
  20. ^ "Space Shuttle Mission Archives STS-2". www.nasa.gov. NASA. Retrieved 18 February 2016.
  21. ^ "Space Shuttle Mission Archives STS-3". www.nasa.gov. NASA. Retrieved 18 February 2016.
  22. ^ Lousma, Jack R. (15 March 2010). "Jack R. Lousma Edited Oral History Transcript". NASA Johnson Space Center Oral History Project (Interview). Interviewed by Ross-Nazzal, Jennifer. Retrieved 18 February 2016.
  23. ^ "Space Shuttle Mission Archives STS-9". www.nasa.gov. NASA. Retrieved 18 February 2016.
  24. ^ "Part VI: The DC-X mutates into the DC-XA". NASA History Website. NASA. 22 December 1999. Retrieved 20 January 2016.
  25. ^ a b O'Keefe, Sean (11 March 2004). "Testimony of Sean O'Keefe, Administrator, NASA". Washington D.C.: Appropriations Subcommittee, US Senate. Archived from the original on December 27, 2006. Retrieved 6 March 2016.
  26. ^ a b c d e f Smith, Marcia S. (4 April 2001). "NASA's Space Station Program: Evolution and Current Status" (PDF). history.nasa.gov. Washington D.C.: Congressional Research Service. Retrieved 5 March 2016.
  27. ^ a b "The Space Launch Initiative: Technology to pioneer the space frontier". www.nasa.gov. NASA: Marshall Space Flight Center. April 2002. Retrieved 6 March 2016.
  28. ^ a b Bekey, Ivan (11 April 2000). "Testimony of Mr. Ivan Bekey". Spaceref. Washington, D.C.: House Committee on Science, Space, and Technology. Retrieved 7 March 2016.
  29. ^ Klingler, Dave (7 September 2012). "50 years to orbit: Dream Chaser's crazy Cold War backstory". www.arstechnica.com. arstechnica. p. 2. Retrieved 22 January 2016.
  30. ^ De Chiara, Giuseppe (19 November 2012). "From HL-20 to Dream Chaser, the long story of a little spaceplane". forum.nasaspaceflight.com. Retrieved 22 January 2016.

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