Avión Espacial: El regreso de la nave espacial reutilizable

Por Fouad Sabry

¿Qué es un avión espacial?

Un vehículo que es capaz de volar y deslizarse como un avión en la atmósfera de la Tierra y maniobrar como una nave espacial en el espacio se denomina un avión espacial. Para hacer esto, los aviones espaciales deben incluir aspectos tanto de la aviación como de las naves espaciales en su diseño. Los aviones espaciales suborbitales a menudo se parecen más a los aviones de ala fija que los aviones espaciales orbitales, mientras que los aviones espaciales orbitales tienden a ser más análogos a las naves espaciales convencionales. Se han utilizado cohetes para propulsar todos los aviones espaciales que han volado alguna vez, pero se han utilizado planeadores para aterrizarlos.

Cómo se beneficiará

(I) Perspectivas y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Avión espacial

Capítulo 2: Vuelo espacial tripulado

Capítulo 3: Programa Buran

Capítulo 4: Nave espacial

Capítulo 5: Vuelo espacial

Capítulo 6: Cuerpo de elevación

Capítulo 7: Programas de vuelos espaciales tripulados

Capítulo 8 : Sistema de lanzamiento reutilizable

Capítulo 9: Boeing X-20 Dyna-Soar

Capítulo 10: Lockheed Martin X-33

Capítulo 11: Boeing X-37

Capítulo 12: Dream Chaser

Capítulo 13: Vehículo de lanzamiento

Capítulo 14: Lista de naves espaciales tripuladas

Capítulo 15: Experimental intermedio Vehículo

Capítulo 16: Buran (nave espacial)

Capítulo 17: USA-212

Capítulo 18: Despegue y aterrizaje

Capítulo 19 : XS-1 (nave espacial)

Capítulo 20: Space Rider

Capítulo 21: SNC Demo-1

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre t spaceplane.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de spaceplane en muchos campos.

(IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener Comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías de los aviones espaciales.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quiere ir más allá del conocimiento o la información básicos para cualquier tipo de avión espacial.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 28 oct 2022

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Derechos de autor

Spaceplane Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Portada diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente coincidencia.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Spaceplane: The return of the reusable spacecraft, y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

Visite el sitio web de 1BK en

www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Había una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea,desde el cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Así que convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20, estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de la industria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar su conocimiento sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de La Enciclopedia de las Tecnologías Emergentes, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es '¿Cómo elimino el atasco de papel?'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Spaceplane, utilizo muchas herramientas para escuchar datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente saco cada frase y pregunta útil, la gente pregunta sobre la palabra clave Spaceplane.

Es una mina de oro de conocimiento de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Spaceplane, hechas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más al respecto.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan alrededor de Spaceplane, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo estas preguntas en palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Entonces, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que sea lo más optimizado y específico posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre Spaceplane. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen las personas y responderlos directamente, y agregar perspicacia, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otro modo no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque la fibra sensible y genere una mayor comprensión del tema.

Mantén mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubra tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

El bloque de construcción para escribir este libro incluye lo siguiente:

(1) He dejado de perder el tiempo en ideas viscerales y conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores, llené el contenido del libro con lo que la gente necesita y dije adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

(2) He tomado decisiones sólidas, y he tomado menos riesgos, para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y usar los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

(3) He simplificado mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de escribir este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

Para los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... Empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen, y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

Un vehículo que es capaz de volar y deslizarse como un avión mientras está en la  atmósfera de la Tierra y maniobrar como una nave espacial mientras está en el espacio se conoce como un avión espacial.  Para hacer esto, los aviones espaciales deben incluir aspectos de la aviación y las naves espaciales en su diseño. Los aviones espaciales suborbitales a menudo se parecen más a los aviones de ala fija que los aviones espaciales orbitales, mientras que los aviones espaciales orbitales tienden a ser más análogos a las naves espaciales convencionales. Los cohetes se han utilizado para impulsar todos los aviones espaciales que han volado, pero se han utilizado planeadores para aterrizarlos.

Tabla de contenidos

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 1: Avión espacial

Capítulo 2: Vuelos espaciales tripulados

Capítulo 3: Programa Buran

Capítulo 4: Naves espaciales

Capítulo 5: Vuelos espaciales

Capítulo 6: Cuerpo de elevación

Capítulo 7: Programas de vuelos espaciales tripulados

Capítulo 8: Sistema de lanzamiento reutilizable

Capítulo 9: Boeing X-20 Dyna-Soar

Capítulo 10: Lockheed Martin X-33

Capítulo 11: Boeing X-37

Capítulo 12: Cazador de sueños

Capítulo 13: Vehículo de lanzamiento

Capítulo 14: Lista de naves espaciales tripuladas

Capítulo 15: Vehículo experimental intermedio

Capítulo 16: Buran (nave espacial)

Capítulo 17: USA-212

Capítulo 18: Despegue y aterrizaje

Capítulo 19: XS-1 (nave espacial)

Capítulo 20: El Jinete Espacial

Capítulo 21: SNC Demo-1

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 1: Avión espacial

Un vehículo que es capaz de volar y deslizarse como un avión mientras está en la atmósfera de la Tierra y maniobrar como una nave espacial mientras está en el espacio se conoce como un avión espacial. Para hacer esto, los aviones espaciales deben incluir aspectos de la aviación y las naves espaciales en su diseño. Los aviones espaciales suborbitales a menudo se parecen más a los aviones de ala fija que los aviones espaciales orbitales, mientras que los aviones espaciales orbitales tienden a ser más análogos a las naves espaciales convencionales. Hasta el día de hoy, todas las naves espaciales han sido puestas en órbita por cohetes, pero se han deslizado de regreso a la Tierra por sus propios medios.

El transbordador espacial, el Buran y el X-37 son los tres tipos de aviones espaciales que han podido lanzarse con seguridad en órbita, volver a entrar en la atmósfera de la Tierra y aterrizar con éxito. Otro, titulado Dream Chaser, está ahora en proceso. A partir del año 2019, cada vehículo orbital que ha sido, está siendo o será lanzado lo hizo verticalmente en su propio cohete dedicado. El viaje espacial en órbita ocurre a altas velocidades, con energía cinética orbital generalmente siendo al menos 50 veces mayor que la de las trayectorias suborbitales. Debido al hecho de que esta energía cinética se pierde en forma de calor al reentrar, es necesario un blindaje térmico sustancial. Ha habido muchas más propuestas de aviones espaciales, pero ninguna de ellas ha alcanzado aún el estatus de vuelo.

Al menos dos aviones suborbitales propulsados por cohetes han sido lanzados horizontalmente en vuelos espaciales suborbitales desde un avión portador aerotransportado antes de volar más allá de la línea Kármán: el X-15 y el SpaceShipOne.

Además de poder funcionar en el espacio, al igual que otros tipos de naves espaciales, los aviones espaciales también deben poder volar en la atmósfera, al igual que los aviones normales. La complejidad, el peligro, la masa seca y el gasto de los diseños de aviones espaciales aumentan como resultado de estas limitaciones. Las siguientes partes se centrarán principalmente en el transbordador espacial de los Estados Unidos, ya que es el avión espacial orbital más grande, más letal, más complicado, más costoso, más volado y el único tripulado. Sin embargo, varios diseños han sido probados con éxito en el espacio.

Se producen cargas aerodinámicas significativas, vibraciones y aceleraciones como consecuencia de la trayectoria de vuelo necesaria para alcanzar la órbita. La estructura del vehículo debe ser capaz de soportar todas estas fuerzas para tener éxito.

En el caso de que el vehículo de lanzamiento tenga una falla de proporciones catastróficas, un mecanismo de escape de lanzamiento guiará a una nave espacial cápsula convencional a un aterrizaje seguro. Debido al enorme tamaño y peso del transbordador espacial, esta estrategia nunca iba a funcionar. Como consecuencia, se desarrollaron una variedad de rutas de escape de emergencia, cualquiera de las cuales puede haber resultado fatal. En cualquier caso, el accidente del Challenger demostró que el transbordador espacial no era capaz de sobrevivir a la fase de ascenso de su misión.

Una vez en órbita, un avión espacial tiene que ser dirigido, mantenido en equilibrio térmico, orientado y comunicado. Lo hace mediante el uso de paneles solares, baterías o celdas de combustible para generar electricidad, que luego se utiliza para alimentar los sistemas a bordo. Las condiciones térmicas y radiactivas que están presentes en órbita imponen estresores adicionales. Además de esto, la nave espacial llevará a cabo la misión para la que fue lanzada, que puede incluir la colocación de satélites o la realización de investigaciones científicas.

Para realizar maniobras orbitales, el transbordador espacial se basó en motores especializados. Estos motores utilizaban propelentes hipergólicos peligrosos, que necesitaban medidas de seguridad adicionales al manipularlos. En recipientes a presión compuestos envueltos, varios gases, como el helio para la presurización y el nitrógeno para soporte vital, se mantuvieron a alta presión para su almacenamiento.

Al reingresar a la atmósfera de la Tierra, las naves espaciales que han estado orbitando el planeta deben perder una gran cantidad de velocidad, como consecuencia directa, temperaturas muy altas.

Por ejemplo, el sistema de protección térmica (TPS) del transbordador espacial protege la estructura interior del orbitador de temperaturas superficiales que alcanzan hasta 1.650 ° C (3.000 ° F), sustancialmente por encima de la temperatura a la que se funde el acero.

Los aviones espaciales suborbitales navegan por trayectorias de menor energía, lo que alivia parte de la tensión que de otro modo se colocaría en el sistema de protección térmica de la nave espacial.

El mal funcionamiento del TPS fue la causa directa de la destrucción del transbordador espacial Columbia.

Es necesario operar las superficies de control aerodinámico. La inclusión del tren de aterrizaje es obligatoria a pesar del aumento de volumen que lo acompaña.

Sería necesario que un avión espacial orbital que respira aire navegue por lo que se conoce como una trayectoria deprimida, lo que mantendría al vehículo en el régimen de vuelo hipersónico de gran altitud de la atmósfera durante un tiempo considerable. Este entorno causa alta presión dinámica, alta temperatura y altas cargas de flujo de calor, especialmente en las superficies del borde de ataque del avión espacial. Debido a esto, las superficies externas del avión espacial deben fabricarse con materiales de vanguardia y / o usar enfriamiento activo.

La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de los Estados Unidos operó un sistema de naves espaciales en órbita terrestre baja llamado Transbordador Espacial desde 1981 hasta 2011 como parte del programa del Transbordador Espacial. El transbordador espacial está ahora fuera de servicio y sólo parcialmente recuperable. El acrónimo STS significaba Sistema de Transporte Espacial y se extrajo de una propuesta hecha en 1969 para una flota de naves espaciales reutilizables. El STS fue el único componente del diseño que obtuvo fondos para su desarrollo.

El vehículo orbital (OV) del transbordador espacial está compuesto por tres motores principales Rocketdyne RS-25 agrupados, un par de propulsores de cohetes sólidos recuperables (SRB) y un tanque externo desechable (ET) que contiene hidrógeno líquido y oxígeno líquido. Otros componentes del transbordador espacial incluyen estos. El transbordador espacial fue lanzado verticalmente, como un cohete típico, con los dos SRB trabajando en conjunto con los tres motores principales del orbitador, que fueron alimentados por el ET. El ET se utilizó como fuente de combustible para todos los motores. Los SRB fueron liberados antes de que el vehículo alcanzara la órbita, pero los motores principales continuaron operando durante todo el proceso. El ET fue lanzado después de que los motores principales se apagaron y justo antes de la inserción en órbita, lo que se logró con la ayuda de los dos motores del Sistema de Maniobra Orbital (OMS) del orbitador. Después de la finalización de la misión, el OMS se activó en el orbitador para que pudiera desorbitar y regresar a la atmósfera de la Tierra. Las baldosas del sistema de protección térmica mantuvieron el orbitador seguro durante la reentrada, y se deslizó como un avión espacial hacia un aterrizaje en pista, que fue en la instalación de aterrizaje del transbordador en KSC en Florida o en Rogers Dry Lake en la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California. En el caso de que el orbitador aterrizara en Edwards, fue transportado de regreso al Centro Espacial Kennedy sobre el Shuttle Carrier Aircraft (SCA), un Boeing 747 especialmente adaptado.

El primer orbitador, el Enterprise, fue construido en 1976 y puesto en uso en pruebas de aproximación y aterrizaje (ALT), pero no pudo entrar en órbita por sí mismo. Al principio, la construcción incluyó un total de cuatro orbitadores completamente funcionales: Columbia, Challenger, Discovery y Atlantis. Tanto el Challenger en 1986 como el Columbia en 2003 perecieron en trágicos incidentes durante sus respectivas misiones, cobrando la vida de un total combinado de 14 astronautas. Endeavour, el quinto orbitador operacional (y el sexto en general), fue construido en 1991 para tomar el lugar del Challenger. Después de que Atlantis completó su último vuelo el 21 de julio de 2011, los tres vehículos en funcionamiento que aún existían fueron retirados de servicio y dados de baja. Desde la última misión del transbordador espacial en julio de 2011, hasta el lanzamiento de la misión Crew Dragon Demo-2 en mayo de 2020, Estados Unidos ha dependido de la nave espacial rusa Soyuz para entregar humanos a la Estación Espacial Internacional (ISS).

El programa Buran (ruso: Буран, IPA: [bʊˈran], Tormenta de nieve, Ventisca), también conocido como el programa VKK Space Orbiter (ruso: ВКК «Воздушно-Космический Корабль», lit. 'Nave aérea y espacial'), Además de ser el nombre dado a todo el esfuerzo soviético y ruso para desarrollar una nave espacial reutilizable, Orbiter K1 también fue conocido por el nombre de Buran en un momento,  Completó con éxito una misión al espacio sin nadie a bordo en 1988 y fue la primera nave espacial soviética reutilizable en ser enviada al espacio.

Como medio de propulsión, el cohete Expendable Energia se utilizó para los lanzamientos de orbitadores de clase Buran.

En el lenguaje común, se consideran como la versión de la Unión Soviética del transbordador espacial operado por los Estados Unidos, Sin embargo, con respecto al proyecto Buran, solo el orbitador en forma de avión tenía alguna posibilidad de ser reutilizado, en contraste con la capacidad del sistema del transbordador para reciclar propulsores de cohetes sólidos.

La Unión Soviética comenzó el programa Buran como una reacción directa al programa del transbordador espacial que fue dirigido por los Estados Unidos. Tras su lanzamiento, el programa Buran se recuperó con éxito. Aunque la nave espacial de la clase Buran se parecía al orbitador del transbordador espacial en apariencia y compartía la capacidad del transbordador espacial para operar como un avión espacial de reentrada, la arquitectura interna y funcional de la clase Buran era significativamente diferente. Por ejemplo, la nave espacial no puso sus motores primarios en órbita con ella, ya que ya estaban instalados a bordo del cohete Energia antes del lanzamiento. Similar a las cápsulas OMS en el transbordador espacial, los motores de cohetes más pequeños montados en el cuerpo del vehículo suministraron energía durante las maniobras orbitales y las quemaduras fuera de órbita.

Un ejemplo de una nave espacial robótica reutilizable es el Boeing X-37, que a menudo se conoce como el Vehículo de Prueba Orbital (OTV). Después de ser propulsado al espacio por un vehículo de lanzamiento, desciende a través de la atmósfera de la Tierra para aterrizar como un avión espacial en la superficie del planeta. En misiones orbitales de vuelos espaciales diseñadas para mostrar tecnologías espaciales reutilizables, el X-37 está siendo volado por la Fuerza Espacial de los Estados Unidos. Antes de esto, fue volado por el Comando Espacial de la Fuerza Aérea hasta 2019; Estos vuelos fueron diseñados para demostrar