Τη δεκαετία του 1990, η NASA σχεδίασε ένα πειραματικό διαστημικό αεροπλάνο που προοριζόταν να αποτελέσει μια οικονομικά αποδοτική εναλλακτική λύση στους ακριβούς πυραύλους.

Ονομάστηκε X-33 και βασιζόταν σε μια ιδέα που ονομάζεται SSTO – ή «single stage to orbit». Το SSTO καταργεί τα στάδια πυραύλων των συμβατικών διαστημικών πτήσεων – όπου οι πύραυλοι που περιέχουν κινητήρες και καύσιμα και πέφτουν κατά την άνοδο για να μειωθεί το βάρος – και προτιμά ένα πλήρως επαναχρησιμοποιήσιμο ενιαίο διαστημόπλοιο.

Το X-33 σχεδιάστηκε για να εκτοξεύεται κατακόρυφα όπως ένας πύραυλος, αλλά να προσγειώνεται σε διάδρομο προσγείωσης όπως ένα αεροπλάνο, με στόχο να μειωθεί το κόστος αποστολής μισoύ κιλού ωφέλιμου φορτίου σε τροχιά από 10.000 δολάρια σε μόλις 1.000 δολάρια.

Το πρόγραμμα, ωστόσο, ακυρώθηκε το 2001 λόγω τεχνικών δυσκολιών, και προστέθηκε σε έναν κατάλογο παρόμοιων σχεδίων που δεν υλοποιήθηκαν.

«Ήμουν επικεφαλής του προγράμματος X-33, και το εγκαταλείψαμε επειδή η εκτίμησή μας ήταν ότι θα κόστιζε περισσότερο από ό,τι θα μπορούσαμε να διαπραγματευτούμε, και βρισκόμασταν ακριβώς στα όρια της τεχνολογικής δυνατότητας να το πραγματοποιήσουμε», λέει ο Λίβινγκστον Χόλντερ, αεροδιαστημικός μηχανικός, πρώην αστροναύτης της USAF και υπεύθυνος προγράμματος του X-33, και τώρα CTO της Radian Aerospace – μιας εταιρείας με έδρα το Σιάτλ, την οποία συνίδρυσε το 2016 για να αναβιώσει το όνειρο του SSTO.

«Τα πράγματα έχουν αλλάξει δραματικά από το X-33 – έχουμε σύνθετα υλικά που είναι ελαφρύτερα, πιο ανθεκτικά και μπορούν να αντέξουν μεγαλύτερο θερμικό εύρος από ό,τι τότε. Και η πρόωση είναι καλύτερη από οτιδήποτε είχαμε, όσον αφορά το πόσο αποτελεσματικά καίει το προωθητικό και πόσο ζυγίζουν τα συστήματα», λέει.

Το προϊόν αυτής της ανανεωμένης τεχνολογίας είναι το Radian One, ένα νέο διαστημικό αεροπλάνο που θα αντικαταστήσει την κάθετη εκτόξευση με ένα πολύ ασυνήθιστο σύστημα – ένα έλκηθρο που κινείται με πυραύλους.

Περιττά στάδια

Για να μπορέσει να ξεφύγει από τη γήινη βαρύτητα και να φτάσει σε τροχιά, ένας πύραυλος πρέπει να φτάσει σε ταχύτητα περίπου 17.500 μιλίων την ώρα, σύμφωνα με τον Τζέφρι Χόφμαν, καθηγητή αεροναυπηγικής και αστροναυτικής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης και πρώην αστροναύτη της NASA που έχει πετάξει σε πέντε αποστολές διαστημικών λεωφορείων. «Το πρόβλημα είναι ότι καθώς ανεβαίνεις, δεν πρέπει να σηκώσεις μόνο τον πύραυλο και το ωφέλιμο φορτίο, αλλά και όλα τα καύσιμα που μεταφέρεις», λέει.

Ένας πύραυλος ικανός να φτάσει αυτή την ταχύτητα θα πρέπει να αφιερώσει το 95% της μάζας του στα καύσιμα, λέει ο Χόφμαν, αφήνοντας πολύ λίγο χώρο για όλα τα υπόλοιπα. «Ήταν ένα όνειρο να μπορέσουμε να φτάσουμε σε τροχιά με ένα στάδιο», προσθέτει. «Αλλά για να γίνει αυτό, η δομή του πυραύλου, των κινητήρων και του ωφέλιμου φορτίου δεν μπορεί να είναι πάνω από το 5% της συνολικής μάζας ολόκληρου του συστήματος. Και απλά δεν ξέρουμε πώς να κατασκευάσουμε τέτοια πράγματα».

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο όλοι οι πύραυλοι που χρησιμοποιήθηκαν ποτέ για να φτάσουν σε τροχιά ήταν πολλαπλών σταδίων, αν και οι σημερινοί πύραυλοι, όπως ο Falcon 9 της SpaceX, έχουν λιγότερα στάδια -δύο- από τους παλαιότερους, όπως ο Saturn V της σεληνιακής αποστολής Apollo, που είχε τρία.

«Μόλις χρησιμοποιήσεις όλο το προωθητικό από το πρώτο στάδιο, αντί να μεταφέρεις αυτή τη δομή μαζί σου σε όλη τη διαδρομή μέχρι την τροχιά, απλά την αφήνεις. Και αυτό ουσιαστικά σου επιτρέπει να πάρεις πολύ περισσότερο ωφέλιμο φορτίο για δεδομένη μάζα που βρίσκεται στην εξέδρα εκτόξευσης», εξηγεί ο Χόφμαν.

Παραδοσιακά, τα χρησιμοποιημένα στάδια των πυραύλων, είτε πέφτουν πίσω στη Γη (συνήθως στον ωκεανό), είτε καίγονται στην ατμόσφαιρα, είτε καταλήγουν σε τροχιά ως διαστημικά σκουπίδια. Η SpaceX άλλαξε αυτό το πρότυπο σχεδιάζοντας επαναχρησιμοποιήσιμες προωθητικές κεφαλές που μπορούν να προσγειωθούν αυτόνομα πίσω στη Γη. Η προϋπόθεση ενός διαστημικού οχήματος ενός σταδίου είναι να καταργηθούν εντελώς τα στάδια των πυραύλων, με την υπόσχεση να μειωθεί ακόμη περισσότερο το κόστος.

Δεν είναι εύκολο να παρακάμψει κανείς αυτό που ο Χόφμαν αποκαλεί «τυραννία της εξίσωσης του πυραύλου» ή να λύσει το πρόβλημα της μεταφοράς του βάρους των καυσίμων στο διάστημα. Η λύση της Radian είναι ένα πυραυλοκίνητο έλκηθρο που κινείται κατά μήκος μιας ράγας μήκους δύο μιλίων και επιταχύνει μέχρι τα 0,7 Mach – 864 χιλιόμετρα την ώρα – πριν απελευθερώσει το διαστημικό αεροπλάνο, το οποίο στη συνέχεια πετάει σε τροχιά με τη δύναμη των δικών του κινητήρων.

«Υπήρξαν διάφορες προσπάθειες για την ανάπτυξη οχημάτων με ένα στάδιο προς την τροχιά», σημειώνει ο Χόφμαν. «Η NASA και η Πολεμική Αεροπορία το προσπάθησαν στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και τη δεκαετία του 1990. Προσπάθησαν να παρακάμψουν το πρόβλημα έχοντας αυτό που ονομάζουν κινητήρα scramjet, ο οποίος θα ανέβαζε το αεροπλάνο μέσω της ατμόσφαιρας και θα έκαιγε οξυγόνο από εκεί, αντί να χρειάζεται να το κουβαλάς μαζί σου. Είναι μια σπουδαία ιδέα, αλλά τεχνικά είναι πολύ δύσκολο να κατασκευαστεί ένας τέτοιος κινητήρας».

«Αυτό που κάνει η Radian με το έλκηθρο πυραύλων της είναι κάτι σαν το ισοδύναμο του scramjet», εξηγεί ο Χόφμαν. «Με άλλα λόγια, προσπαθεί να επιτύχει την αρχική επιτάχυνση χωρίς να κάψει το προωθητικό καύσιμο του πυραύλου. Με αυτόν τον τρόπο, παρακάμπτεις ορισμένους από τους περιορισμούς της εξίσωσης του πυραύλου».

Διαστημικό φορτηγό pick-up

Η Radian είναι πεπεισμένη ότι μπορεί να ξεπεράσει τα εμπόδια για ένα επιτυχημένο SSTO χάρη σε τρεις βασικές τεχνολογίες.

Η πρώτη είναι το σύστημα εκτόξευσης με έλκηθρο, το οποίο χρησιμοποιεί τα καύσιμά του όχι μόνο για να τροφοδοτήσει τους τρεις δικούς του κινητήρες, αλλά και εκείνους του ίδιου του διαστημικού αεροπλάνου, αφήνοντας το διαστημικό αεροπλάνο με γεμάτη δεξαμενή ακριβώς πριν από την απογείωση.

Η δεύτερη είναι το σύστημα προσγείωσης, το οποίο έχει σχεδιαστεί μόνο για την προσγείωση και όχι για την απογείωση, γεγονός που το καθιστά σημαντικά ελαφρύτερο.

Και το τρίτο είναι τα φτερά, τα οποία απουσιάζουν από έναν κάθετο πύραυλο, αλλά μειώνουν την απαιτούμενη από το σύστημα ώθηση, παρέχοντας άνωση κατά την πτήση προς την τροχιά.

«Μόλις φτάσουμε σε τροχιά, η πιο κοντινή αναλογία είναι πιθανώς το διαστημικό λεωφορείο», λέει ο Χόλντερ. «Έχουμε μικρότερη αποβάθρα, αλλά μπορούμε να εκτελέσουμε πολλούς από τους ίδιους τύπους αποστολών. Και όταν επιστρέφουμε στην πατρίδα μας, έχουμε μια πιο ανθεκτική σύνθετη εξωτερική επιφάνεια, και αυτό μας επιτρέπει να επαναχρησιμοποιούμε το σύστημα ξανά και ξανά με μειωμένες απαιτήσεις επιθεώρησης και ταχύτερους χρόνους επεξεργασίας».

Η Radian λέει ότι το διαστημικό αεροπλάνο της θα είναι επαναχρησιμοποιήσιμο έως και 100 φορές, μεταφέροντας πλήρωμα δύο έως πέντε αστροναυτών με χρόνο εναλλαγής 48 ωρών μεταξύ των αποστολών. Ένα μοντέλο κλίμακας του αεροπλάνου θα δοκιμαστεί φέτος, σύμφωνα με τον Χόλντερ, ενώ μια έκδοση πλήρους κλίμακας θα αρχίσει τις δοκιμαστικές πτήσεις -χωρίς να φτάσει σε τροχιά- το 2028.

Όπως και το Shuttle, το Radian One θα μπορεί να αναπτύσσει ωφέλιμα φορτία, όπως δορυφόρους, σε τροχιά ή να εκτελεί αποστολές χρησιμοποιώντας εξοπλισμό που βρίσκεται στην αποβάθρα, όπως παρατηρήσεις της Γης ή επιτήρηση και πληροφορίες για αμυντικές ή στρατιωτικές οντότητες. Όμως, προσθέτει ο Χόλντερ, το αεροπλάνο θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει με ανθρωπιστική βοήθεια σε περιοχές καταστροφών, όταν οι διάδρομοι προσγείωσης και απογείωσης, για παράδειγμα, έχουν καταστεί άχρηστοι – ρίχνοντας το ωφέλιμο φορτίο από την αποβάθρα με ελεγχόμενη επανείσοδο μέσω της ατμόσφαιρας.

Ανιχνεύει έναν παραλληλισμό με ένα εργοτάξιο, όπου οι πύραυλοι είναι τα 18τροχα φορτηγά που ανεβαίνουν με μεγάλο εξοπλισμό, και το Radian One είναι το φορτηγό που φέρνει μικρότερα υλικά και το πλήρωμα. «Νομίζω ότι θα υπάρχει πάντα μια θέση για τους πυραύλους κάθετης εκτόξευσης», προσθέτει. «Αυτοί θα ανεβάζουν τα πραγματικά βαριά πράγματα».

Γνωρίζει τον σκεπτικισμό που θα αντιμετωπίσει μια ακόμη απόπειρα SSTO. Το τελευταίο τέτοιο σχέδιο υψηλού προφίλ που έχασε έδαφος ήταν το βρετανικό Skylon, ένα διαστημικό αεροπλάνο με κινητήρα υδρογόνου που προοριζόταν να απογειωθεί από έναν ενισχυμένο διάδρομο και να προσγειωθεί στη Γη. Η εταιρεία που βρίσκεται πίσω από το έργο δήλωσε πέρυσι ότι ένα σύστημα δύο σταδίων για να φτάσει σε τροχιά είναι πλέον πιο πιθανό.

«Δεν επικρίνω τους ανθρώπους που ξύνουν το κεφάλι τους και αναρωτιούνται αν είναι βιώσιμο το ένα στάδιο προς την τροχιά», λέει ο Χόλντερ. «Μου πήρε περίπου έναν ολόκληρο χρόνο σε αυτό το πρόγραμμα για να πείσω ξανά τον εαυτό μου ότι είναι. Απλώς πρέπει να είσαι σε θέση να βάλεις τον εαυτό σου στην τεχνολογία του σήμερα σε σχέση με την τεχνολογία του παρελθόντος για να δεις αν είναι βιώσιμη ή όχι».

Το μεγάλο ερώτημα, σύμφωνα με τον Χόφμαν, δεν είναι μόνο κατά πόσον το SSTO μπορεί να είναι τεχνικά εφικτό, αλλά και κατά πόσον μπορεί να το κάνει με κόστος που να είναι οικονομικά ανταγωνιστικό σε σχέση με άλλα συστήματα εκτόξευσης, όπως το νέο διαστημόπλοιο της SpaceX, το οποίο μπορεί να σηκώσει εκατοντάδες μικροσκοπικά φορτία σε μία εκτόξευση και να το κάνει σχετικά φτηνά. «Αυτός ήταν πάντα ο λόγος για να προχωρήσουμε στο όνειρο της τροχιάς με ένα στάδιο – κατ’ αρχήν, θα πρέπει να είναι λιγότερο δαπανηρό», δήλωσε.

«Ελπίζω να έχουν επιτυχία», πρόσθεσε ο Χόφμαν. «Επειδή θα ήταν σίγουρα μια πρώτη φορά, από τεχνικής άποψης – και θα δούμε για τα οικονομικά. Ποτέ δεν ξέρεις μέχρι να επιδείξουν τη δυνατότητα και να δουν ποιος θα υπογράψει για να το χρησιμοποιήσει».

Με πληροφορίες από CNN

Tags