X-37

Av Øyvind Ryan

NASA og Boeing har nylig underskrevet en fireårsavtale om å utvikle, bygge og teste (i bane) farkosten X-37. Avtalen innebærer at NASA og Boeing deler de totale utgiftene på 173 millioner dollar, mens det amerikanske flyvåpenet i tillegg bidrar med 18 millioner dollar. X-37 skal demonstrere en rekke teknologier som på sikt skal kunne kutte dagens utgifter når det gjelder tilgang til verdensrommet med en faktor på 10 (til rundt 15 000 kr/kg).

X-37 er en del av NASAs Future-X Pathfinder-serie. Planen med denne serien er å kutte kostnader forbundet med oppskytinger av romfarkoster gjennom demonstrasjoner av avansert teknologi relatert til romferder. Hvis alt går etter planen, vil den omtrent ti meter lange X-37 bli skutt opp med romfergen sent i 2002. X-37 vil så starte selvstendige flyvninger utenfor romfergen.

To ferder planlegges, hvorav den ene vil ha varighet på et par dager. Den andre vil kunne vare opptil tre uker, og være i forbindelse med langtidsevaluering av systemene og teknologiene som er involvert. Begge ferdene vil avsluttes med agressive tilbakevendinger gjennom atmosfæren og landing på enten Edwards- eller Vandenberg-flybasen i California. Selv om romfergen rutinemessig manøvrerer i bane og under tilbakevending gjennom atmosfæren, kan man ikke prøve ut tilbakevendingsrelaterte manøvre som kan være litt mer hasardiøse. Dette er tilfellet på grunn av sikkerhetskravene med hensyn til besetningen. Med X-37 vil man ha en unik mulighet til å teste aggressive manøvre under tilbakevendingsfasen.

X-37 har fokus på ny teknologi, men ikke nødvendigvis på utvikling av denne. Alt i alt vil 41 nye teknologier bli testet. Det er den første farkosten i X-serien som faktisk flyr i bane. X-33 skal gjennomføre sine flyvninger i atmosfæren (se artiklene X-33 i Nytt om Romfart nummer 105, 1998, sidene 26-29 og Motorer for X-33, X-34 og Delta 4 i Nytt om Romfart nummer 107, 1998, sidene 36-39). Det samme er tilfelle med X-34, men da med mer fokus på operasjoner under flyvningene.

Fokus på ny teknologi

Målene for NASA, Boeing og det amerikanske flyvåpenet er ikke helt de samme, men de er såpass forenlige at et felles prosjekt er mulig. Boeing ser X-37 som en fantastisk mulighet til testing av ny teknologi utviklet i flere deler av Boeing-konsernet. Et mål er også å bruke færre komponenter enn tidligere for å lage fartøyet, men likevel gi fartøyet mange gode egenskaper. Dette er en nøkkel til å redusere kostnader i forbindelse med produksjon av romfarkoster. Ved å finne billige og lure måter for konstruksjon av fartøyer som X-37, håper Boeing å tjene mange penger i det lange løp.

Det amerikanske flyvåpenet (USAF) griper muligheten til å utforske teknologier forbundet med dets Space Maneuvering Vehicle (SMV). En av disse teknologiene innebærer å utvikle solcellepaneler som blir montert i lasterommet til X-37. Solcellepanelene vil øke varigheten av operasjonene i bane dramatisk, noe som også er et krav for SMV-operasjonene. Lasterommet, som er litt over 2,0 m langt og 1,5 m bredt, vil kunne ta en last på 250 kg.

Både NASA og Boeing er interessert i å utforske teknologier som vil muliggjøre mer selvstendige operasjoner under tilbakevending og landing, samt risikomanøvre forbundet med tilbakevending gjennom atmosfæren. Romfergen tar en veldig sikker rute ved tilbakevending. X-37 er derimot konstruert for å bli testet under mer ekstreme forhold, og også manøvrere under slike forhold. Den vil i så henseende bli den første farkosten som blir testet for slike ting ved hastigheter opp mot Mach 25.

Fra tidligere har man gode testdata fra forhold opp til kun Mach 10. Ved å skaffe nye testdata vil X-37 bane vei for fremtidens romfly. Man tror at X-37 også vil fylle mange andre teknologihull som må tettes både for å utvikle ett-trinns og to-trinns romfarkoster. Mange heller i dag til at to-trinns romfarkoster er veien å gå, dette til dels på grunn av ønsket om et andretrinn som kan utføre flylignende operasjoner, og dels fordi man tror det vil ta litt for lang tid per i dag å få ett-trinnsløsninger klare for kommersielle operasjoner. En annen faktor er at horisontale oppskytinger som i totrinnsløsninger appellerer, siden de tillater mer flylignende operasjoner fra oppskytingsområdet.

X-37 vil videre være et prøveprosjekt for å se hvor effektivt det vil kunne være for flere forskningsavdelinger å smelte sammen sine kunnskaper for å oppnå et felles mål. X-37 er kanskje det første prosjektet der man virkelig ser resultat av sammenslåingen av det som tidligere het McDonnell Douglas, Rockwell og Boeing. Samarbeidet mellom disse i et så stort prosjekt har ført til mange kulturelle sammenstøt, noe som igjen har ført til at man har måttet betrakte ting i nytt lys. Dermed har også mange gode ideer sett dagens lys.

X-37 er en oppfølger til et annet testfartøy, Boeing/USAF X-40A. Dette ble testet av Boeing sommeren 1998. Den gangen testet man de selvstendige manøvrerings- og landingssystemene til farkosten. X-40A var dog ikke motordrevet, men ble testet ved slipp fra et annet fly. X-37 er 20 % større enn X-40A. Manøvreringsmulighetene til X-37 kommer fra de to halerorene bak og flere flaps som kan foldes ut for å redusere hastigheten. X-37 drives frem av en Rocketdyne AR2-3-motor som går på hydrogenperoksid og JP10-flydrivstoff. Hydrogenperoksid ble valgt fremfor flytende oksygen fordi det kan tåle lagring over lenger tid i rommet og imøtekommer sikkerhetsregulativer for å kunne fraktes i romfergens lasterom. Dermed er hydrogenperoksid bra egnet til lange ferder med X-37.

En motor med høyere effektivitet må utvikles senere hvis man skal ha et fullt gjenbrukbart kommersielt fartøy. Rocketdyne bygger to av motorene til X-37 ved å ta deler fra motorlagre regjeringen har fra tidligere. Ved å finne motorer i slike lagre som er av omtrent riktig størrelse og effektivitet, vil man kunne kutte kostnadene ytterligere. Tilsvarende motorer har vært brukt for flere tiår siden på forskningsfly av typen F-104.

Nye teknologier som planlegges testet

Under de to flyvningene i bane og ved slipptester fra B-52-fly vil X-37 blant annet demonstrere følgende teknologier forbundet med flydesign, fremdrift og operasjoner:

• Lagring av drivstoff i lasterommet (hovedsakelig bestående av hydrogenperoksid, som nevnt ovenfor).
• Nye isolasjonsmaterialer på de av X-37s flater som vil bli utsatt for høye trykk og temperaturer. Nye keramiske fliser vil bli brukt; disse skal tåle særlig høye temperaturer.
• Nytt landingsutstyr som skal kunne tåle lange perioder i bane.
• Et modulært flyskrog som er kompatibelt med stadig nye eksperimenter og stadige utskiftinger av utstyr.
• Et GPS-basert datasystem for navigasjon. Dette vil kunne gi gode data ved tilbakevending gjennom atmosfæren, også når flyet er omgitt av varmt plasma. Systemet vil kunne gi meget gode data når det gjelder høyde og hastighet.
• En egen antenne for overføring av data med en meget høy hastighet. Antennen betraktes som en stor utfordring når det gjelder å integrere den i det termiske beskyttelsessystemet.
• Et selvstendig styringssystem som er feiltolerant. Man kan ikke styre fartøyet fra bakken, men man kan kommunisere med det og starte forhåndsprogrammerte rutiner.
• System for automatisert møte med andre fartøyer i rommet. Man vil ikke teste dette systemet mot et faktisk objekt i rommet, men man vil få nok informasjon til å kunne evaluere systemet.
• Avanserte solcellepaneler somskal kunne tas i bruk i bane, og lagres beskyttet i lasterommet under tilbakevendingen.

Man regner med å slippteste X-37 fra og med sommeren 2001, for så å gjøre flyvninger i bane fra sent i 2002. Man vil også foreta flere testflyvninger med X-40A neste år for å redusere risikoen under de første X-37-flyvningene. X-40A vil slippes fra et B-52-fly, og vil evaluere både datasystemet, flyvningskontroll-programvare, navigasjonssystemet og aerodynamisk ytelse. X-37 vil bli sluppet fra et B-52-fly i 2001, og flere slipp vil skje fra 13 km høyde.

Sikkerhetsregler for selvstendige flyvninger over befolkede områder vil være avgjørende for hvor X-37 vil få lov til å lande. Mange utfordringer gjenstår før man kan fastslå om de planlagte datoene for prosjektet vil holde. Blant annet er det en stor utfordring å få alle involverte i prosjektet til å arbeide effektivt sammen for å nå det felles målet. Boeing planlegger å sette sammen X-37 i de forskjellige fabrikkene selskapet har i Sør-California og St. Louis.

Tekst til illustrasjoner brukt i artikkelen

X-37 har et lasterom med len engde på litt over 3,0 m og en bredde på omtrent 1,5 m. Den vil kunne frakte omtrent 250 kg med eksperimenter og datasystemer. En Rocketdyne AR2-3-motor vil brenne hydrogenperoksid og JP-10.

Ett av målene for X-37-programmet er å ta en viss risiko under tilbakevending gjennom atmosfæren. Dette vil man gjøre ved å foreta noen aggressive manøvre når farkosten går inn i atmosfæren ved hastigheter på Mach 25. Det er farkosten selv som vil stå for disse manøvrene.

Mange slipp-tester av X40-A og X-37 vil bli foretatt fra en B-52 eller et helikopter over de neste årene. Dette vil bidra til å evaluere farkostens datasystem og aerodynamiske ytelse. Bildet forestiller et slipp i en høyde på 13 km.