연구된 우주왕복선 설계

Studied Space Shuttle designs
아티스트 컨셉의 직경 35피트(10.6m) 해머헤드 구성 출시

우주왕복선의 생애 동안, Rockwell International과 많은 다른 기관들은 다양한 우주왕복선 디자인을 연구했다. 이러한 연구에는 셔틀 탑재 능력, 승무원 역량 및 독립형 재사용 발사 차량을 개발하는 다양한 방법이 포함되었다. 이 프로그램의 큰 초점은 새로운 우주왕복선 부스터와 외부 탱크로의 업그레이드에 있었지만, 또한 깊은 우주 임무를 착수하고 대형 모듈형 우주정거장을 건설하는 NASA의 능력을 확장시키는 것이었다. 이러한 개념과 연구들 중 많은 것들이 Constellation, Orbital Space Plane Program, Artemis Program과 같은 2000년대의 개념과 프로그램을 형성할 것이다.[1]

셔틀 파생 차량

예술가의 직경 25피트(7.6m) 페어링 개념
주요 기사: 셔틀유발차량

셔틀-C

주요 기사: 셔틀-C

헤비 리프트 발사체는 우주왕복선 발사대를 나사 없는 전용 화물 발사대로 만들기 위한 NASA의 연구였다. 외부 탱크와 우주왕복선 고체 로켓 부스터(SRBs)를 우주왕복선 궤도선 대신 탑재하고 우주왕복선 메인엔진을 탑재한 화물 모듈과 결합하게 된다. 탄도 리턴 포드는 주 엔진 구조로 사용되며 2-4 SSME를 운반할 뿐만 아니라 페이로드/부스터 스테이지도 탑재할 수 있다. 그것은 호주 아웃백이나 멕시코 북부에서 낙하산을 타고 복구될 것이다. 작은 리프팅 날개가 추가되어 보다 정확한 착지가 가능해졌다. 1984년과 1995년 사이에 다양한 헤비 리프트 발사체 개념이 조사되었고, 그것은 결국 셔틀-C로 알려지게 되었다. (셔틀-C는 탄도 리턴 포드를 포함하지 않고 소모성 엔진을 가졌다.)

셔틀-C 개념은 이론적으로 셔틀 프로그램을 위해 개발된 기술을 재사용함으로써 중형 발사 차량의 개발 비용을 절감하게 될 것이다. 종말기와 우주왕복선 하드웨어도 사용되었을 것이다. 한 제안은 심지어 콜롬비아나 엔터프라이즈호를 1회용 화물 발사기로 바꾸는 것을 포함했다. 우주왕복선 챌린저호가 사라지기 전, NASA는 연간 약 14번의 셔틀 비행을 예상했었다. 챌린저호 사건 여파로 이번 발사율은 여러 가지 이유로 실현 가능성이 없는 것이 분명해졌다. 셔틀-C와 함께, 나사를 하지 않은 차량에 대한 낮은 유지 보수와 안전 요건이 더 높은 비행 속도를 허용할 것으로 생각되었다.

셔틀-C는 또한 달 착륙선과 추진 모듈을 발사할 수 있고, 두 번째 차량은 달 탐사선을 발사하여 달 탐사 임무를 수행할 수 있다.

셔틀-C는 1993년에 제안된 국제 달 자원 탐사 개념의 승무원 구성 요소로 작용할 것이다.

1990년대 초 화성 탐사를 계획 중인 NASA 엔지니어들은 지구 궤도에 화성 2척을 만들기 위해 재사용할 수 없는 80톤급 6척을 발사하는 셔틀-C 설계를 포함했다. 조지 W 부시 대통령이 2010년까지 우주왕복선의 종료를 요구한 후, 이러한 제안된 구성은 제쳐졌다.[2]

HLLV

매그넘

주요기사 : 매그넘(로켓)

매그넘호는 1990년대 중반 NASA 마셜 우주비행센터가 설계한 초대형 중거리 발사체였다. 매그넘호는 토성 V의 315피트(96m) 높이의 부스터였을 것이며, 원래 화성까지 인간의 임무를 수행하도록 설계되었다. 우주왕복선 고체 로켓 부스터(SRB)와 비슷한 2개의 스트랩온 사이드 부스터를 사용하되 액체 연료를 사용하는 것이었다. 일부 설계에는 날개와 제트 엔진을 사용하는 스트랩온 부스터가 있어 비행 중에 분사된 후 발사 구역으로 다시 날아갈 수 있다. 매그넘호는 약 80톤의 탑재물을 낮은 지구 궤도(LEO)로 운반하도록 설계되었다.[3]

내셔널 론치 시스템

내셔널 론치 시스템

주요 기사: 내셔널 론치 시스템

국가 발사 시스템(National Launch System, 또는 New Launch System)은 1991년 조지 H. W. 부시 대통령이 지구 궤도에 접근하기 위한 우주왕복선의 대안을 개략적으로 설명하도록 승인한 연구였다. 그 직후 NASA는 록히드 미사일과 우주, 맥도넬 더글러스, TRW에 10개월간의 연구를 의뢰했다.

다양한 부스터, 외부 탱크 및 추진제 옵션 연구

제안된 우주 운송 메인 엔진(STME) 액체 연료 로켓 엔진을 중심으로 일련의 발사 차량이 제안되었다. STME는 RS-25 엔진의 단순하고 소모적인 버전이어야 했다. NLS-1은 제안된 세 대의 차량 중 가장 큰 것으로, 핵심 단계를 위해 수정된 우주왕복선 외부 탱크를 사용했을 것이다. 이 탱크는 액체 산소와 액체 수소를 탱크 바닥에 부착된 4개의 STME에 공급했을 것이다. 페이로트나 2단계가 코어 스테이지의 꼭대기에 맞았을 것이고, 두 개의 분리형 우주왕복선 고체 로켓 부스터가 셔틀과 같이 코어 스테이지의 측면에 장착되었을 것이다. 주기 그림은 NLS-1보다 훨씬 큰 로켓이 NLS-1 핵심 단계의 배수를 사용하여 고려되었음을 시사한다.[4]

업그레이드된 부스터

초기 연구에서는 대체 부스터 및 외부 탱크 구성(예:

  • SRB를 외부 탱크(ET) 후면에 인라인으로 배치한 SRM 옵션
  • SRB를 대체할 수 있는 수소와 프로판 둘 다 액체로켓 부스터
  • SRB를 대체하는 트윈 및 카타마란 플라이백 부스터
  • 일반적으로 SRB가 위치하는 트윈 연료 탱크에서 공급되는 ET 후면의 엔진 포드
  • 후방 엔진 포드가 복구 가능한 인라인 통합 부스터/ET
  • 다양한 복구 가능한 개념의 탠덤 부스터 및 ET
  • ET가 여러 개인 단일 부스터(확장 및 복구 가능)[citation needed]

ASRM(Advanced Solid Rocket Motor) 프로젝트

주요 기사: 우주왕복선 고체 로켓 부스터

NASA는 미시시피 주 옐로우 크릭에 위치한 테네시 밸리 오피셜 원자력 발전소 위치에 하청업체 러스트 인터내셔널이 설계한 새로운 시설에서 챌린저 SRB를 에어로젯이 새로 건설할 신형 고체로켓 모터(ASRM)로 교체할 계획이었다. ASRM은 ISS로 모듈과 건설부품을 운반할 수 있도록 셔틀 탑재량을 증가시키기 위해 추가적인 추력을 생산했을 것이다. ASRM 프로그램은 1993년 로봇 조립 시스템과 컴퓨터가 현장에 있었고 설계 결함 수정 후 지속적인 사용을 위해 SRB의 사용을 위해 약 20억 달러를 지출한 후 취소되었다.[5]

회수가 가능한 액체 부스터를 위한 NASA/MSFC 설계

회수가 가능한 액체 부스터

NASA/MSFC 셔틀 성장 연구 계약의 큰 초점은 회수가능 액체 부스터로 업그레이드되었다. 부스터들은 대서양에서 복구를 위해 낙하산을 분리하고 배치하면서 고체 로켓 모터의 비행 경로가 비슷할 것이다. 그것들은 물을 회수할 수 있고, 소금물이 스며들지 않도록 엔진을 보호하기 위해 조개껍데기 문을 사용했다.

리퀴드 플라이백 부스터

리퀴드 플라이백 부스터 개념은 1970년대 초반으로 거슬러 올라간다. 원래 셔틀 부스터는 대규모 조종사 플라이백 부스터였다. 이 개념은 1980년대 내내 연구되었지만 챌린저호 참사로 대부분의 셔틀 업그레이드가 중단되면서 보류되었다. 플라이백 부스터 개념은 1997년 NASA 리퀴드 플라이백 부스터 연구 중에 다시 등장했다. 그 개념은 시스템과의 엄청난 복잡성과 그들이 제공할 최소한의 개선으로 인해 포기되었다. 우주왕복선 성장 연구는 액체 로켓 부스터를 위한 디자인 개념을 매우 상세하게 개발함으로써 이러한 배경을 바탕으로 구축되었다.[6]

Ares I 출시 차량은 5개 세그먼트 SRB를 사용했을 것이다.

5-세그먼트 부스터

주요 기사: 우주왕복선 고체 로켓 부스터

2003년 우주왕복선 컬럼비아호가 파괴되기 전 NASA는 현재의 4-세그먼트 SRB를 5-세그먼트 SRB 설계로 교체하거나 아틀라스 V나 델타 IV EIGERV 기술을 사용하여 액체 "플라이백" 부스터로 교체하는 것을 조사하였다. The 5-segment SRB, which would have required little change to the current shuttle infrastructure, would have allowed the space shuttle to carry an additional 20,000 lb (9,100 kg) of payload in an 51.6°-inclination orbit, eliminate the dangerous "Return-to-Launch Site" (RTLS) and "Trans-Oceanic Abort" (TAL) modes, and, by using a so-called "dog-leg 조종" 케네디 우주 센터에서 남북 극지 궤도를 도는 비행을 한다. 컬럼비아호가 파괴된 후 NASA는 셔틀 프로그램을 위해 5개 부문 SRB를 보류했고, 생존한 오비서스, 디스커버리, 아틀란티스, 인데버호는 국제우주정거장이 완공된 후 2011년 은퇴했다. 2003년 10월 23일 5개 세그먼트 엔지니어링 테스트 모터 ETM-03 1대가 발사되었다.

Constellation 프로그램의 일환으로, 아레스 1 로켓의 1단계는 5개 세그먼트 SRB를 사용할 계획이었다 – 2009년 9월 5개 세그먼트 우주왕복선 SRB가 유타주 ATK 사막 시험 구역에서 지상에서 정적으로 발사되었다.

2011년 Constellation 프로그램이 취소된 후, 새로운 SLS(Space Launch System)가 5개 세그먼트 부스터를 사용하도록 지정되었다. SLS용 SRB 1차 시험은 2015년 초 완료됐으며, 2016년 중반 유타주 오비탈 ATK의 프로몬토리 시설에서 2차 시험이 실시됐다.[7]

외부 탱크 카고 페어링

우주왕복선 7.6 및 10.6 페어링

DARPA는 현재 산소 탱크가 있는 25 또는 35ft(7.6 또는 10.6m) 직경의 페어링에서 저밀도 유하중을 전달할 수 있도록 현재 외부 탱크 설계를 수정하는 연구를 수행했다. 우주왕복선은 평균적으로 탑재능력의 66%만 날릴 수 있지만 탑재량의 거의 100%를 날릴 수 있다. 외부 탱크 탑재 페어링으로 이 문제를 해결할 수 있을 것이다. 산소 탱크는 원뿔형 대신 원통형 탱크로 재설계되어야 하며 클램셸 페이로드 페어링이 그 위에 직접 장착될 것이다. 이 구성에서 궤도선은 어떤 페이로드도 없이 발사될 것이다. 이러한 연구들은 결국 새로운 공기역학적 프로파일이 발사장으로의 복귀(RTLS) 기동을 불가능하게 만들 것이라는 사실 때문에 포기되었다. 제안서는 Aft Cargo Carrier(ACC)로 재구성되어 탱크 상단보다는 하단 쪽으로 배치되었다. 이 아이디어는 마틴 마리에타가 컨테이너를 디자인하고 조립하기로 계약하면서 개발에 착수했다. ACC의 첫 비행은 1986년에 예상되었다. 챌린저호 참사 이후, ACC뿐만 아니라 대부분의 화물 적재 관련 셔틀 업그레이드가 취소되었다.[8]

수정된 궤도선

다음은 칼 F가 언급하거나 논의한 모든 계정이다. 결코 일어나지 않았던 셔틀 변주곡과 파생상품 분야의 에를리히 주니어 - 역사적 고찰[1]

연장 궤도선

우주왕복선을 위한 업그레이드된 부스터를 기대하면서, 늘어난 궤도선 설계가 이루어졌다. 그것은 길이 15피트(4.6m)의 더 큰 페이로드 베이를 가지고 있어 75피트(23m)의 페이로드 용량을 가질 수 있으며, 최대 10만 lb(45,000 kg)의 페이로드를 운반할 것으로 예상된다. 새로운 날개 뿌리와 이월 구조물은 착륙 시 추가 무게를 감당할 수 있도록 설계되어 원래 날개의 바깥쪽 부분을 유지하고 최소한의 수정이 필요했다. 15피트(4.6m) 배럴 섹션은 1305 벌크헤드 바로 앞 차량 후면을 향해 부착될 것이다.

혹등 궤도선

슈퍼 구피의 "허프백" 디자인

더 많은 페이로드에 대한 정의되지 않은 필요성으로 인해 (공격의 진입각에서) 페이로드 베이의 이측 섹션을 확장 페이로드 베이로 사용할 수 있다는 생각이 들었다. 그 결과 에어버스 벨루가나 에어로 스페이스라인 슈퍼 구피와 비슷한 크기의 화물 차량이 탄생했다. 재진입 시 극초음속 공기역학적 특성은 대부분 동일하지만 높은 각도의 공격 없이 음속 이하의 속도에서 문제가 발생했을 가능성이 크다.

무동력 궤도선

스페이스 셔틀엔터프라이즈 무동력 테스트 차량은 무동력 궤도선의 기본이 되었을 것이다.

소련에 대한 내부 반응으로, 무동력 오비터는 마샬 우주 비행 센터에서 설계되었다. 페이로드 베이 세그먼트는 우주선의 후면에 추가될 것이며, 비록 약간의 차이는 있지만 스페이스 셔틀 엔터프라이즈와 매우 유사하게 보일 것이다. 가능한 한 많은 장비를 우주선 후면에 보관하고 배치하여 감량된 무게를 보충하고 엔진 부족을 보상할 수 있을 것이다.

생산에 성공한 유일한 CRV 및 OSP 설계인 Boeing X-37B는 적어도 나사 없이 작은 규모로 제작됨

승무원 비상 복귀 차량

주요 기사: 승무원 귀환 차량

1980년대 후반부터 2000년대 초반까지 NASA는 어떤 형태로든 우주정거장에서 비상사태가 발생했을 때 승무원을 귀환시킬 수 있는 소형 우주비행기/캡슐인 승무원 귀환기를 추구했다. 평가 대상에는 아폴로 유도 캡슐, NASA의 HL-20, HL-10, M2F2, 공군의 X-24A 등이 포함됐다. HLLV를 위해 연구된 탄도 리턴 포드에 기초하여 셔틀의 하위 규모의 변종이 제안되었다. 가압된 승무원 부분은 리프팅 차체로 개조될 것이다. 이 설계의 주요 장점은 셔틀의 검증된 기술과 재진입 프로필일 것이다.

대용량 오비터

대용량 궤도선 개념 설계가 작성됐다. 이 개념은 보잉 747과 유사한 이중 데크 구성으로 68명에서 74명의 승객을 태울 수 있는 일련의 페이로드 베이에 장착된 캐니스터를 사용했다. 이것은 날개 구조물에 작은 변화가 필요한 질량 전방의 중심을 이동시켰고, 더 많은 리프팅 표면이 가능하도록 카나드 같은 표면을 추가했다. 이 디자인은 수백 명의 승무원이 필요한 폰 브라운 스타일의 우주 정거장에 사용될 것이다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b "Shuttle Variations And Derivatives That Never Happened – An Historical Review" (PDF). Carl F. Ehrlich, Jr. James A. Martin.
  2. ^ (PDF). 2009-09-20 https://web.archive.org/web/20090920034004/http://pdf.aiaa.org/preview/1989/PV1989_2521.pdf. Archived from the original (PDF) on 2009-09-20. Retrieved 2019-12-15. {{cite web}}: 누락 또는 비어 있음 title= (도움말)
  3. ^ "NASA Draws Up Big Booster for Mars". 2009-05-23. Archived from the original on 2009-05-23. Retrieved 2019-12-15.
  4. ^ Duffy, James B.; Lehner, Jack W.; Pannell, Bill (1993-09-01). "Evaluation of the national launch system as a booster for the HL-20". Journal of Spacecraft and Rockets. 30 (5): 622–627. doi:10.2514/3.25574.
  5. ^ Leary, Warren E. (1989-04-22). "NASA Picks Lockheed And Aerojet". The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved 2019-12-15.
  6. ^ Healy, T. J. (January 1998). "SHUTTLE LIQUID FLY BACK BOOSTER CONFIGURATION OPTIONS" (PDF). {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  7. ^ "SLS Solid Rocket Booster Fact Sheet" (PDF).
  8. ^ Portree, David S. F. (2012-05-11). "Shuttle With Aft Cargo Carrier (1982)". Wired. ISSN 1059-1028. Retrieved 2019-11-25.