X-33 og X-34: De fremtidige romfergeavløserne?

Av Per Olav Sanner

Som tidligere meldt i Nytt om Romfart, har NASA tatt initiativet til utvikling av to nye typer ubemannede fartøyer som skal gjøre adgangen til rommet billigere og mer pålitelig. Det ene fartøyet, foreløpig kalt X-33, er i første omgang tenkt som et demonstrasjonsfartøy som senere kan bli utviklet til å overta for dagens romferge. Lillebroren, X-34, skal ta seg av mindre nyttelaster.

X-33

8. mars 1995 kunngjorde NASA at de tre selskapene Lockheed (nå Lockheed Martin), McDonnell Douglas og Rockwell International var blitt valgt ut til å foreta studier av ulike X-33-løsninger.

Utviklingen skal ikke finansieres av NASA alene, men i hovedsak bekostes av selskapene selv. Dette er en måte å drive forretning på som er ganske ny for NASA. Romorganisasjonen vil bidra med 8 millioner dollar til hvert av studieprosjektene, men resten må i denne såkalte fase 1 betales av industripartnerne. Fase 1 vil vare i 15 måneder, og vil ende med at NASA i løpet av 1996 avgjør om man skal sette igang med fase 2, hvor demonstrasjonsfartøyer skal bygges av ett eller to av selskapene.

I løpet av 1999 skal prøveflyvninger komme igang. Gjennom disse flyvningene vil man finne frem til det beste konseptet, og dette vil eventuelt utvikles til romfergens arvtager. Utviklingen av et slikt operasjonelt fartøy må i sin helhet finansieres av det selskapet som går av med seieren.

Lockheed

Lockheed foreslår et fartøy med løftskrog som skal ta av vertikalt og lande horisontalt. Det skal ha en lengde på 38 m, en bredde på 26 m og en startvekt på rundt 725 tonn. Vekt uten drivstoff antas å være 90 tonn, og 18 tonn skal kunne medbringes til lav jordbane. Motorene skal komme fra Rocketdyne, som faktisk er et datterselskap av Rockwell

Rockwells fartøy skal også starte vertikalt og fly ned til en horisontal landing. Rockwell akter imidlertid å utstyre fartøyet med deltavinger i likhet med romfergen, som Rockwell har konstruert og bygget.

Det skal ha fem motorer, og det er mulig de vil være videreutviklede utgaver av romfergens hovedmotorer. Selvsagt er Rocketdyne kontraktør også for disse.

Lengden vil være 57 m og vingespennet 32 m. Startvekt er drøyt 860 tonn, mens tørrvekt er i underkant av 85 tonn. Rockwell hevder at nyttelastkapasiteten til lav jordbane vil være mellom 6,8 og 18 tonn, altså klart lavere enn kapasiteten til dagens romferge. Poenget er likevel ikke å kunne frakte med seg mer opp i bane, men å gjøre det vesentlig billigere og enklere enn i dag. Både Lockheed, Rockwell og McDonnell Douglas har foreslått såkalte ett-trinn-til-bane-fartøyer. Hele fartøyet skal kunne gjenbrukes, i motsetning til romfergen, hvor den store utvendige drivstofftanken går tapt.

McDonnell Douglas

McDonnell Douglas' fartøy vil muligens skille seg litt fra konkurrentenes løsninger ved at det er tenkt å lande vertikalt i stedet for horisontalt. Her vil selskapet kunne dra nytte av erfaringer gjort med eksperimentfartøyet DC-X, som er blitt bygget for å demonstrere teknikker i forbindelse med nettopp vertikal landing. DC-X er nå blitt reparert etter uhellet i fjor, da fartøyet ble delvis ødelagt av en hydrogeneksplosjon under start. Nye prøveflyvninger står for døren før det skal bygges om til DC-XA. Dette er en mer avansert versjon med drivstofftanker og deler av strukturen bygget med komposittmaterialer.

X-34

X-34 skal, som før nevnt, være et mindre fartøy enn X-33. NASA har allerede avgjort at det skal bygges av Orbital Sciences Corporation i samarbeid med Rockwell. NASA stiller til disposisjon både personell og materielle ressurser under utviklingen av fartøyet, men romorganisasjonen skal bare være for underleverandør å regne. Det vil si at Orbital Sciences Corporation vil ha styringen over prosjektet. Som motytelse får imidlertid NASA demonstrasjonsfartøyet og alle tekniske data når utviklingsfasen er over, og mye av erfaringsgrunnlaget vil komme til nytte under arbeidet med X-33. NASA og Orbital/Rockwell bidrar foreløpig med henholdsvis 70 og 100 millioner dollar til utviklingsprosjektet, men det er ventet at totalprisen vil komme på 150-200 millioner dollar. Første prøveferd, som i sin helhet skal følge en ballistisk bane, kan finne sted i slutten av 1997, mens første ferd til jordbane er planlagt i midten av 1998.

American Space Lines

X-34 vil først og fremst være et kommersielt fartøy. Orbital og Rockwell håper å etablere et selskap kalt American Space Lines hvis oppgave vil være å ta seg av driften av fartøyet når det blir operativt.

En oppskyting med X-34 skal koste mellom tre og fire millioner dollar. Dette vil i så fall være en betydelig reduksjon i pris i forhold til hva man opererer med i dag. Imidlertid må X-34-kontraktørene belage seg på konkurranse fra ikke-gjenbrukbare raketter som Lockheed Launch Vehicle, Conestoga og Russlands Kosmos og Start. Orbitals egne raketter Pegasus og Taurus faller også innenfor denne kategorien med hensyn til nyttelastkapasitet.

Oppbygningen

I motsetning til X-33 er X-34 ikke helt gjenbrukbar. Første trinn vil lande automatisk og kunne gjøres klar til nye ferder, men andre trinn, som får nyttelasten inn i sin endelige bane, fungerer etter bruk-og-kast-prinsippet. Dette har ifølge Orbital vist seg å være den mest kostnadseffektive løsningen. Andre trinnet med nyttelasten er plassert inne i første trinnet, og blir sendt ut gjennom en dør når førstetrinnet brenner ut.

X-34A - lettvekteren

Ennå har man ikke bestemt seg for hvilket av to mulige alternativer man skal velge. Første alternativ, som kalles X-34A, består av et fartøy med en startvekt på 35 tonn, en lengde av 22 m og et vingespenn på drøyt 10 m. Denne versjonen skal kunne sende nesten 550 kg inn i en bane med høyde 160 km og ekvatorvinkel 28°.

Førstetrinnets motor vil måtte ha en skyvekraft på 38,6 tonn, og valget står mellom en Rocketdyne MA-5, som lenge har vært i bruk på Atlas-raketten, og den russiske Trud NK-31/39. Sistnevnte ble utviklet for bruk på den russiske måneraketten N-1s tredje og fjerde trinn på slutten av 1960-tallet, og markedsføres i dag i USA av det amerikanske selskapet Aerojet. Drivstoffet vil uansett være en blanding av kerosen og flytende oksygen.

X-34B - tungvekteren

X-34B er noe større. Den vil være 27 m lang, 15 m bred og veie 49 tonn i startøyeblikket. Nyttelastkapasitet til samme bane er i overkant av 1100 kg. Foreløpig foreligger tre motoralternativer. Disse er to MA-5-motorer, en modifisert motor fra andretrinnet på Delta-raketten og den russiske RD-120, som brukes i Zenit-raketten.

Andre trinnet vil være det samme likegyldig hvilken løsning man velger. Det vil drives av kerosen og flytende oksygen. Orbital er interessert i et motorkonsept som NASA har på tegnebrettet, men må finne en egnet produsent til motoren.

Man regner med at det vil kunne koste omtrent ti prosent mer å utvikle X-34B enn X-34A. Imidlertid er det mulig å oppgradere X-34A slik at den nesten tar igjen sin storebror i nyttelastkapasitet. Dette lar seg gjøre ved å montere to jetmotorer under vingene på fartøyet. Dermed skal nyttelastkapasiteten lett kunne økes til 1000 kg.

Begge fartøyene vil fraktes opp i starthøyde av et moderfly. For X-34A vil dette være det samme Lockheed L-1011 Tristar som i dag brukes som moderfly for Pegasus-rakettene. X-34B vil måtte starte fra toppen av en Boeing 747.

En typisk ferd

Før start vil X-34A fraktes opp i passende høyde av sitt moderfly. Omtrent 10 km over bakken slippes fartøyet. Etter noen få sekunders fall starter det opp motoren og legger i vei på samme måte som Pegasus. Under oppstigningen snur imidlertid fartøyet seg rundt slik at buken vender opp. Etter tre minutter er førstetrinnet utbrent.

I en høyde av 135-160 km åpnes så en dør i buken, og andretrinnet med nyttelasten, med en kombinert masse på 5 tonn, slippes ut. Deretter tenner andretrinnet og plasserer nyttelasten i bane. Trinnet kan, ettersom det kan tennes igjen, også benyttes til å gjøre banen sirkulær i det nyttelasten når det høyeste punktet over bakken tre kvarter etter start.

Førstetrinnet følger i mellomtiden en ballistisk bane tilbake til Jorden. Det når en maksimal høyde av 175 km seks minutter etter start før det faller ned i atmosfæren igjen. Fortsatt vender buken opp fra Jorden fordi varmeskjoldet er plassert på fartøyets rygg. Først 7,5 km over bakken snur fartøyet seg rundt slik at varmeskjoldet vender opp. Hastigheten er nå to ganger lydens, og trinnet går inn for landing som et glidefly.

Det bruker GPS-data til å navigere, og lander automatisk mindre enn 20 minutter etter starten, som fant sted 1500 km unna. Landingsvekten er i overkant av 6,5 tonn. Orbital tar sikte på at fartøyet skal kunne klargjøres for en ny ferd av en arbeidsstyrke på 15 personer i løpet av drøye to uker.

X-34 vil, i tillegg til å kunne senke oppskytingsprisene for små nyttelaster betraktelig, skaffe til veie mye nyttig informasjon som kan være til hjelp i utviklingen av X-33. Selskapene som studerer X-33 vil jevnlig orienteres av X-34-kontraktørene for å bli holdt oppdatert. Slik kan forhåpentligvis kostnadene forbundet med utviklingen av X-33 holdes nede. X-34 vil, gjennom konkurranse med eksisterende engangsraketter, vise om X-33 har livets rett.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Slik ser Rockwell for seg sin X-33 tidlig i startfasen. Fartøyet har, ikke overraskende, en del likhetstrekk med dagens romferge, som også er bygget av Rockwell.

Ny japansk sportsbil? Nei, dette er en fullskalamodell av X-34A som ble presentert 30. mars 1995.

Bildeserien illustrerer ulike faser i en ferd for X-34. Fartøyet slippes fra fly og klatrer mot bane som en Pegasus-rakett, men snur seg selv opp-ned slik at lasteromsdøren på undersiden vender vekk fra Jorden. Fartøyet møter jordatmosfæren i denne stillingen, og snur seg riktig vei først like før landing.

Ferdprofilen til en X-34-rakett fra start til landing. Diagrammet viser hvordan høyde (altitude), fart (mach), trykk (pressure) og varmeutviklingsforholdet («heat rate») varierer under en typisk ferd.