Wahadłowce kosmiczne X‑37B i ich misje

X-37B (OTV-1) podczas testów na lotnisku firmy Astrotech Space Operations, w Titusville na Florydzie; 30 marca 2010 r.

X‑37B (OTV‑1) pod­czas testów na lot­ni­sku firmy Astrotech Space Operations, w Titusville na Florydzie; 30 marca 2010 r.

Należące do Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych dwa waha­dłowce typu Boeing X‑37B to pierw­sze na świe­cie bez­za­ło­gowe pojazdy kosmiczne wie­lo­krot­nego użytku. Wynoszone na orbitę za pomocą rakiet nośnych, powra­cają auto­no­micz­nie na Ziemię lądu­jąc na lot­ni­sku tak jak kla­syczne waha­dłowce zało­gowe. Obydwa pojazdy spę­dziły już w kosmo­sie łącz­nie ponad 2800 dni. Od samego początku misje X‑37B skryte są zasłoną tajem­nicy woj­sko­wej, co zro­dziło sze­reg spe­ku­la­cji na temat ich funk­cji oraz zadań. Wydaje się jed­nak, że sta­no­wią nie­zwy­kle efek­tywne narzę­dzie do testo­wa­nia róż­no­rod­nych tech­no­lo­gii wyko­rzy­sty­wa­nych w ame­ry­kań­skich pro­gra­mach kosmicz­nych.

Pomysł zbu­do­wa­nia „samo­lotu kosmicz­nego”, który wyno­szony byłby na orbitę przez rakietę nośną i powra­całby lotem szy­bo­wym lądu­jąc na lot­ni­sku tak jak samo­lot, poja­wił się w Stanach Zjednoczonych po raz pierw­szy w poło­wie 50. XX wieku. Siły powietrzne (US Air Force, USAF) roz­po­częły wów­czas pro­gram budowy zało­go­wego waha­dłowca X‑20 Dyna-Soar (Dynamic Soarer). W czerwcu 1959 r. kon­trakt na budowę pojazdu przy­znano fir­mie Boeing. USAF nie ukry­wały, że X‑20 będzie pojaz­dem bojo­wym do któ­rego głów­nych zadań będzie nale­żało m.in. pro­wa­dze­nie roz­po­zna­nia, ratow­nic­two kosmiczne, ser­wi­so­wa­nie i naprawa sate­li­tów, ale też prze­chwy­ty­wa­nie i zwal­cza­nie sate­li­tów prze­ciw­nika oraz bom­bar­do­wa­nie stra­te­giczne pro­wa­dzone za pomocą bomb ato­mo­wych. Zakładano, że X‑20 wyko­rzy­stu­jąc wła­sny napęd oraz oddzia­ły­wa­nie gór­nych warstw atmos­fery będzie zdolny do zmiany inkli­na­cji orbity. Miało mu to umoż­li­wić prze­chwy­ty­wa­nie sate­li­tów prze­ciw­nika. Po wielu dywa­ga­cjach, w grud­niu 1961 r. jako plat­formę nośną dla X‑20 wybrano rakietę Titan IIIC. Ówczesne moż­li­wo­ści tech­no­lo­giczne nie nadą­żały jed­nak za ambit­nymi zało­że­niami pro­gramu. Ponadto zbyt wyso­kie koszty oraz brak jed­no­znacz­nego celu spra­wiły, że osta­tecz­nie w grud­niu 1963 r. Pentagon posta­no­wił go ska­so­wać. Wiele wnio­sków oraz kon­cep­cji ana­li­zo­wa­nych w ramach pro­gramu X‑20 zostało jed­nak póź­niej wyko­rzy­sta­nych w kolej­nych przed­się­wzię­ciach takich jak pro­gram budowy waha­dłow­ców kosmicz­nych, czy pro­gram X‑37B.
Pomimo nie­wąt­pli­wego suk­cesu ame­ry­kań­skiego pro­gramu budowy waha­dłow­ców kosmicz­nych (Space Transportation System, STS), ich eks­plo­ata­cja oka­zała się o wiele za droga oraz zbyt skom­pli­ko­wana w sto­sunku do pier­wot­nych zało­żeń. Przygotowanie orbi­te­rów STS (waha­dłow­ców) do kolej­nego lotu trwało mie­sią­cami i roz­mi­jało się z kon­cep­cją szyb­kiego i rela­tyw­nie taniego wyno­sze­nia ładun­ków na orbitę. Fakt, że były to pojazdy zało­gowe znacz­nie kom­pli­ko­wał pro­ces przy­go­to­wa­nia do lotu i pod­no­sił koszty eks­plo­ata­cji. Katastrofa promu kosmicz­nego Challenger w 1986 r., a póź­niej promu Columbia w 2003 r. poka­zały też z jak olbrzy­mimi stra­tami mogą wią­zać się misje zało­gowe. Dlatego już na początku lat 90. XX wieku NASA roz­po­częła bada­nia nad opra­co­wa­niem nowego pojazdu kosmicz­nego wie­lo­krot­nego użytku (Reusable Launch Vehicle, RLV). Celem pro­gramu była budowa zało­go­wego pojazdu jed­no­czło­no­wego (Single-Stage-To-Orbit, SSTO) nazwa­nego Venture Star. Zbudowany w tech­no­lo­gii kadłuba nośnego pojazd miał star­to­wać pio­nowo dzięki wła­snym (nie­odrzu­ca­nym) sil­ni­kom, a póź­niej powra­cać na Ziemię lotem szy­bo­wym – tak jak waha­dło­wiec.
W 1996 r. NASA przy­znała fir­mie Lockheed Martin kon­trakt na opra­co­wa­nie demon­stra­tora tech­no­lo­gii ozna­czo­nego jako X‑33. Miała to być pomniej­szona (w skali 1:2), bez­za­ło­gowa wer­sja pojazdu Venture Star. W tym samym cza­sie przy­znano też kon­trakt fir­mie Orbital Sciences na budowę demon­stra­tora tech­no­lo­gii ozna­czo­nego jako X‑34. Miał to być rela­tyw­nie tani, bez­za­ło­gowy, auto­no­miczny pojazd sub­or­bi­talny przy­po­mi­na­jący mały waha­dło­wiec. Podczas budowy X‑33 napo­tkano pro­blemy tech­no­lo­giczne, gdy oka­zało się, że kom­po­zy­towy zbior­nik paliwa (cie­kłego wodoru) jest z jed­nej strony zbyt ciężki, a z dru­giej nie prze­szedł testów wytrzy­ma­ło­ścio­wych. Zastosowanie zaawan­so­wa­nych kom­po­zy­tów było nie­zbędne.
Jeśli pojazd miał o wła­snych siłach (bez rakiety nośnej) osią­gnąć niską orbitę oko­ło­ziem­ską (Low Earth Orbit, LEO) jego masa wła­sna musiała wyno­sić jedy­nie 10% masy pojazdu napeł­nio­nego pali­wem. Ostatecznie, w lutym 2001 r., NASA prze­rwała pro­gram X‑33, pomimo że pro­to­typ był ukoń­czony w osiem­dzie­się­ciu pię­ciu pro­cen­tach, a cen­trum star­towe cał­ko­wi­cie przy­go­to­wane do użytku. W marcu 2001 r. ska­so­wano też pro­gram X‑34, a dwa zbu­do­wane egzem­pla­rze testowe prze­su­nięto w stan maga­zy­nowy.

Boeing X‑40A SMV oraz Boeing X‑37A

Jeszcze w poło­wie lat 90. XX wieku NASA zaczęła roz­wa­żać odej­ście od lotów zało­go­wych na rzecz bez­za­ło­go­wych lotów auto­no­micz­nych. Bezzałogowe statki wie­lo­krot­nego użytku mogłyby znacz­nie obni­żyć koszty umiesz­cza­nia ładun­ków na orbi­cie oko­ło­ziem­skiej. W tym samym kie­runku szły rów­nież ana­lizy USAF, które szu­kały moż­li­wo­ści rela­tyw­nie taniego i szyb­kiego umiesz­cza­nia na orbi­cie sate­li­tów woj­sko­wych za pomocą tzw. kosmicz­nego pojazdu manew­ru­ją­cego (Space Maneuver Vehicle, SMV).
US Air Force zle­ciły wów­czas Boeingowi zbu­do­wa­nie demon­stra­tora tech­no­lo­gii, który miał mieć 85% wiel­ko­ści pojazdu doce­lo­wego. Pojazd ozna­czony jako X‑40A miał słu­żyć do testów aero­dy­na­micz­nych oraz testo­wa­nia auto­no­micz­nego sys­temu lotu. X‑40A zbu­do­wany został w kon­fi­gu­ra­cji dol­no­płata z trzy­punk­to­wym cho­wa­nym pod­wo­ziem i przy­po­mi­nał minia­tu­rowy waha­dło­wiec. Długość kadłuba X‑40A wyno­siła 6,4 m, nato­miast roz­pię­tość skrzy­deł 3,4 m. 11 sierp­nia 1998 r., w bazie sił powietrz­nych Holloman AFB w Nowym Meksyku, prze­pro­wa­dzono pierw­szy test X‑40A. Podwieszony pod śmi­głow­cem UH-60 Black Hawk pojazd wynie­siono na wyso­kość 2800 m, w odle­gło­ści ok. 4 km od pasa star­to­wego. Po odcze­pie­niu, X‑40A wyko­nał auto­no­miczny lot szy­bu­jący zakoń­czony zwięk­sze­niem kąta natar­cia i przy­zie­mie­niem. Zatrzymanie na dystan­sie 2100 m odbyło się dzięki spa­do­chro­nom hamu­ją­cym.
W 1999 r. US Air Force wypo­ży­czyły X‑40A NASA, która zmo­dy­fi­ko­wała pojazd na potrzeby wła­snego pro­gramu testów. W okre­sie od 4 kwiet­nia do 19 maja 2001 r. X‑40A wyko­nał sie­dem lotów szy­bo­wych w cen­trum testo­wym NASA Dryden FRC w Kalifornii (obec­nie: Neil A. Armstrong FRC, Centrum Badania Lotu im. Neila A. Armstronga). Badano wów­czas auto­no­miczne sys­temy nawi­ga­cji i ste­ro­wa­nia. Do wyno­sze­nia X‑40A na pułap star­towy wyko­rzy­sty­wano nale­żący do armii Stanów Zjednoczonych śmi­gło­wiec typu CH-47D Chinook. Pojazd zrzu­cano z wyso­ko­ści ok. 4570 m. Na ówcze­snym eta­pie pro­gramu, NASA pla­no­wała zbu­do­wa­nie dwóch pojaz­dów: jed­nego do testo­wa­nia podej­ścia i lądo­wa­nia na lot­ni­sku (Approach and Landing Test Vehicle, ALTV) i dru­giego do testów orbi­tal­nych (Orbital Vehicle, OV). Do głów­nych zadań pojazdu orbi­tal­nego miało nale­żeć prze­pro­wa­dza­nie inspek­cji i ewen­tu­al­nych napraw sztucz­nych sate­li­tów. Początkowo pla­no­wano, że pojazd OV wyno­szony będzie na orbitę oko­ło­ziem­ską w luku trans­por­to­wym orbi­tera STS (waha­dłowca). Rozwiązanie takie jed­nak było mało eko­no­miczne i zde­cy­do­wano, że pojazd będzie wyno­szony za pomocą rakiety nośnej Delta IV lub innej o podob­nych para­me­trach.

  • Paweł Henski

To jest skrócona wersja artykułu.

CZYTAJ E-WYDANIE KUP WYDANIE PAPIEROWE