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X-33试验机

  • 来源:爱游戏下载
  • 添加时间: 2023-12-13 03:07:18
  • X-33是一种无人操纵的小型化冒险之星试验机,原本X-33计划成为下一世代的可重复使用的发射系统
产品介绍 / introduction

  X-33是一种无人操纵的小型化冒险之星试验机,原本X-33计划成为下一世代的可重复使用的发射系统,但是后来因为所需新技术的开发失败,最后计划于2001年中止。

  X-33的起飞重量将是131吨,干重为33吨。已将干重降低了约2404~ 2586公斤。火箭各组件由一石墨环氧桁

  架连到一起。头锥和前缘部分由碳/碳防热段覆盖,上表面使用柔性可复用表面隔热材料(FRSI)和先进柔性可复用表面隔热材料(AFRSI)石英隔热毡,下表面由带防热层的因康镍(Inconel)和钛蜂窝板防护。X-33的翼展为23.5米,长21米。

  X-33所使用的由洛克达因公司制造的较小的气动塞式喷管发动机将在斯坦尼斯航天中心进行检验确定。火箭将在出厂两个月后进行首次飞行。这一首飞时间比原定的3月份晚了4个月,是由氢贮箱返工造成的。试飞共将进行15次。试飞时火箭均将从加州爱德华兹空军基地的海斯塔克比犹特起飞,但着陆地点有两处,一是犹他州的迈克尔陆军机场(723公里),二是蒙大拿州的马姆斯特罗姆空军基地(1500公里)。

  要飞到马姆斯特罗姆,火箭的推进剂密度可能要提高10%,因此要把温度降到比正常水平低11开,同时又不使液氢变成浆状。火箭的飞行高度飞往迈克尔机场时为52~55公里,飞往马姆斯特罗姆时在79公里以下。飞行速度将在8~13.5马赫之间,比先前15马赫的目标有所降低。如起飞20秒后发生发动机故障,火箭将在迈克尔机场着陆;20秒之内出故障,火箭则将坠入爱德华兹基地的辖区内。关于环境影响问题的最终报告已得到批准。

  对不载人的X-33试验火箭的控制将依照预先编制的程序完全自主地进行,这中间还包括中止飞行模式的选择。

  X-33将为冒险星验证几项关键性的技术,即采用气动塞式喷管发动机的升力体式构型,适于飞行使用的轻型复合材料结构(如氢贮箱),防热技术和高效率的操作技术等。试验的目标之一是要连续3次实现7天内再次飞行,并要有一次在两天内再次飞行。

  冒险星总起飞重量估计值为1180吨,高于原来998 吨的估计。其中的10%为干重(主结构5%,发动机1.7%,分系统1.3%,有效载荷2%)。洛马公司1996年7月赢得X-33合同时,对冒险星低地轨道有效载荷能力的估计是26762公斤(59千磅),而看来只能朝着22680公斤(50千磅)努力了。

  如果冒险星方案能在2000年初获得批准,制造工作将在2002年开始做,2004年初进行首次飞行,同年至2005年开始做营业性飞行。火箭的主要用户将是美国航宇局大多数都用在空间站补给),但据洛马公司负责该项目的臭鼬作业公司官员称,商业性发射的比例最终将达到50%。

  X-33 采用垂直起飞方式,亚轨道飞行,能在飞行跑道上着陆动力采用一台波音公司特别开发的 J2S 火箭发动机,其余部件也是包含了诸多高科技元素。2001 年 3 月,同样由于存在诸多难以突破的技术难关(如线性气塞式发动机),NASA 取消了已经耗资了 13 亿美元的 X-33 项目。

  试制新一代可完全重复使用的独立式航天器以取代服役多年的航天飞机一直是美国宇航局(NASA)的梦想,但是这一梦想却不得不在3月2日暂时告一段落。美国宇航局当天宣布,终止X-33试验宇航器的研制计划。

  X-33试验航天器的研制始于1996年,是美国宇航局雄心勃勃的下一代航天器研制计划的重要部分。美国宇航局希望这一可完全重复使用的航天器的研制成功能够把卫星送入轨道的成本降低90%,大幅缩减发射费用,从而推进航天业的快速发展。按照当时的设想,X-33样机将是一款造型优美的三角形空气动力装置,长21米,宽23.5米,发射时重量为129.4吨,其中95.3吨将是液氢和液氧燃料。它将不设任何窗口,也不携带宇航员,并将垂直升空,但着陆时则类似于一架无人驾驶飞机。如果X-33研制成功,它将取代火箭和航天飞机成为更廉价更安全的航天器。

  然而X-33项目在1999年下半年遭遇重大挫折,不仅预算严重超支,而且进展大大落后于原定计划,原定于2000年发射升空的第一架X-33样机的发射日期一再推迟。当时这种航天器的一个液氢燃料箱在试验中出现了故障,负责该航天器设计的承包商洛克希德—马丁公司不得不临时修改计划,用更为普通的铝质燃料箱替换原先由轻质层状复合材料制造的氢燃料箱。

  最终,X-33项目还是没能逃脱被遗弃的厄运。根据美国宇航局2日公布的数据,宇航局在5年中为这一计划投资了9.12亿美元,洛克希德—马丁公司也在设计中投入了3.57亿美元,可惜的是迄今为止X-33项目还没有进入实质性试验发射阶段。

  2001年3月3日,美国媒体披露,曾经被美国宇航局(NASA)寄予厚望的太空飞机X-33计划,在4年多的时间里吞噬了近12亿美元后,终于寿终正寝。然而,美国的太空争霸企图并未因此而动摇,一项更加野心勃勃的“SLI”计划又悄然出台。

  美国争霸太空,NASA担负着“开路架桥”的重任。1996年6月,NASA举行了一次声势浩大的太空项目招标会。组织者介绍说,在经过了“挑战者”号爆炸等悲剧事件之后,美国的航天飞机经受住了考验,随后进行的一系列飞行和太空实验都取得了圆满成功。然而,由于航天飞机设计的局限性,NASA决定开发下一代太空飞机。太空飞机是NASA的一个长远设想,说得冠冕堂皇一点,它是将来人类太空旅游的主要载具,但说白了,它是美国争霸太空不可或缺的利器。然而,太空飞机的设计比航天飞机要复杂得多,因此,在正式决定上马之前,NASA决定首先进行无人太空飞机的研制,如试验成功,NASA将上马代号为“冒险明星”的既可以载人又可以载货的超级太空飞机。事实上,NASA已将这一设想对外公布,这次招标会的目的便是确定哪一个企业的设计的具体方案中标。

  招标会现场吸引了美国各大顶级航天技术公司,波音、麦道以及代表洛克希德-马丁总公司出战的马丁太空系统公司都派出精兵强将参与竞标。因为他们了解,太空飞机项目是一个金娃娃,在无人太空飞机开发项目上抢得先机,也就在太空领域抢占了桥头堡,今后将有赚不完的钱。最后,NASA宣布马丁公司中标。

  由于NASA在资金上给予全力支持,马丁公司又人才济济,所以该公司高层及其航天专家们从一开始就对这一个项目信心十足。经过两年的努力,公司向宇航局报告:将于1999年3月首次进行亚轨道飞行试验。

  然而,报告递交给NASA不久,马丁公司的科研人员即发现了一个重大安全风险隐患——无人太空飞机的航天减震引擎和氢燃料箱发现严重的设计问题。马丁公司只好硬着头皮向NASA发出申请,希望把首次试验的日期推迟到2000年。NASA同意把首次试验的日期定在2000年6月前后。但谁知好景不长,1999年11月,马丁公司在进行燃料填装试验时发生一次不大不小的事故,其中一个氢燃料箱遭到破坏。对这起事故原因的调查竟然持续了1个月之久,到1999年底,原因终于查明,使用轻质的合成材料以减少飞机的重量是成功研制太空飞机的关键,但燃料箱使用的轻质材料不符合标准要求,NASA和马丁公司只好达成新的协议,把首次试验的时间再度推迟到2003年。

  虽然一波三折,但外界还是认为无人太空飞机计划不会有问题。然而,美国媒体披露了一个惊人消息,NASA宣布太空飞机X-33计划流产!

  夭折NASA与马丁公司达成2003年进行首次试验的协议后,双方的合作还算愉快,但是,X-33这个“金娃娃”跟着时间的流失开始褪色,最后成了一个吞噬金钱的黑洞。按照当初的协议,NASA应在5年的时间里为X-33项目投入13亿美元。但马丁公司的研制工作接二连三发生意外,使NASA非常头疼。就在这样一个时间段,NASA又遭到致命一击:市场调研部门完成的报告数据显示,X-33的未来市场发展的潜力并不像原先预期得那样美好,它很可能落入无人问津的境地!

  X-33计划从一开始就曾遭到美国舆论的广泛批评。为了对公众有个交代,NASA已向国会提交了“太空发射提案(SLI)”,并获得国会通过,政府将为此在5年之内投资45亿美元。在这份提案中,NASA列举了几大类很有发展前途的太空技术,包括助推系统、太空轨道运输以及太空生存技术,其中也包括X-33项目。但哪个项目能最后获得政府投资,也还需要竞标。

  然而在第一轮的科研经费争夺战中,X-33和它的近亲X-34——用巨型飞机在空中发射的飞机器——项目便双双败下阵来。NASA权衡再三,认为其他的太空技术方案不仅都具有操作性,而且都比X-33和X-34“钱”途光明,NASA最终以“开支超出获利”为由,做出了终止这两个项目的决定。

  据悉,迄今为止,NASA共在X-33项目上投资9.12亿美元,在X-34项目上投资2.05亿美元。马丁公司依照合作协议,应向X-33项目投资2.12亿美元,但实际投资了3.57亿美元。

  分析人士认为,如果马丁公司自己不想放弃这个已花费了太多心血的项目的话,可完全利用自己的科研经费把研究进行下去。但该公司发言人麦克科鲁姆已经明确说,该项目失去了政府的支持,也就没有了继续研究下去的基础,公司只能作出下马的决定。但麦克科鲁姆透露,洛克希德-马丁公司毕竟是一家很有实力的公司,X-33风波不可能影响该公司去竞争SLI上的其他项目。

  2004年9月7日,诺斯罗普格鲁曼公司和美国航空航天局的工程师公布了碳纤维复合材料液氢罐,已证明有能力重复使用和模拟发射周期。诺斯罗普格鲁门公司认为,这些成功的测试能开发和精致化新的制造工艺,使该公司建造大型高压复合罐,以及设计和工程开发适形油箱使用于单级轨道载具。

  洛克希德马丁公司正在测试一种新的1/5模型火箭达到此种功能和设计,如今仅仅作为一种称为“太空可重复使用运载火箭”的专案在研发。两次测试都在新墨西哥州暗中进行。2007年12月19日完整的吊挂降落测试,而2008年8月12日却发生12.5秒飞行后坠毁的失败。第三个测试2009年10月10日结果成功。

  在宣布X-33航天器研制计划终止的同时,美国宇航局也宣布终止一项小型的亚轨道试验航天器X-34的研制,宇航局正在与负责X-34项目的轨道科学公司就终止合同进行谈判。X-33和X-34项目都在马歇尔航天中心进行。

  美国宇航局马歇尔航天中心的负责人阿特·斯蒂芬森感慨地说:“我们从X计划中获得了大量知识,但是我们也认识到一点,那就是我们目前掌握的科技还远未达到我们所预期的水平:能够成功地研制一种新型的可完全重复使用的航天器,并且大幅度提升安全性、可靠性以及缩减开支。”

  X-33通过关键设计评审美国航宇局和洛克希德·马丁公司的X-33技术验证飞行器使用洛克达因公司制造的线性气动塞式喷管发动机洛马公司为美国航宇局研制的X-33试验火箭通过了关键设计评审,从而向首次飞行试验又迈进了一步。X-33将用来验证一种单级入轨可重复使用运载工具将使用的技术。洛马公司称这种新型实用型火箭为冒险星。已有一部分X-33 项目的工程技术人员开始对冒险星火箭的方案进行“细化”。

  尽管X-33已经采用了一些最新的技术,但冒险星在性能上还需比X-33有明显的提高。据预计,X-33的速度增量约为5.5公里/秒,而冒险星在此基础上还要再提高2/3,达到 9.1公里/秒,才能实现入轨的目的。X-33的干重为起飞重量的25%,而冒险星必须降至10%,其中还包括2%的有效载荷重量。工程技术人员正在进行以下几方面的技术改进,以使冒险星能成为一种可行的方案:

  (1)设计一种能耐受液氧腐蚀的轻质复合材料液氧贮箱。X-33的液氧贮箱使用的是2219号铝。

  (2)提高空间利用率。X-33中有很多未利用的空间。提高空间利用率的办法之一是去掉某些连接结构和使各组件靠得更紧密一些,如把发动机直接安装到液氢贮箱上而不再通过中间结构安装以及把液氧贮箱套装到液氢贮箱上面等。由多瓣组成的液氢贮箱可能将变为不太占地方的共形贮箱,以便使防热蒙皮离贮箱更近一些。

  (3)降低波音公司洛克达因分部制造的RS-2200线性气动塞式喷管发动机的重量,提高推重比。

  (4)把比冲性能提高59牛·秒/公斤,这可能将通过提高涡轮泵涡轮温度和室压来实现。

  这次通过评审的X-33设计包括经过改动的操纵舵和四瓣式液氢贮箱的安装办法。原来的操纵舵在跨音速条件下俯仰控制效能不足,跨音速和亚音速区逆向偏航角过大。修改后的设计把斜置舵的上反角从37度减为20度,以提高俯仰效能,减小逆向偏航角,同时还加大了垂尾尺寸,以增强控制。已进行了约5000小时的风洞试验。

  石墨环氧氢贮箱原在由英瓦合金(又称微胀合金或殷钢)薄片连接到一起的各瓣之间有约76米长的接缝。工程技术人员认为英瓦合金的公差很难保证,并用4个月的时间设计和试验了一种带同时固化接缝的全复合材料贮箱。这种接缝要通过8次自动接合才能形成。

  X-33 采用垂直起飞方式,亚轨道飞行,能在飞行跑道上着陆。X-33的 动力采用一台波音公司特别开发的 J2S 火箭发动机,其余部件也是包含了诸多高科技元素。

  2001 年3月,同样由于存在诸多难以突破的技术难关(如线性气塞式发动机),NASA 取消了已经耗资了 13 亿美元的 X-33 项目。