Arany László: Az XCOR Aerospace

Az XCOR Repülési- és Űrhajózási vállalat kaliforniai székhelyű, 50 embert foglalkoztató, 1999-ben, négy személy által alapított, magáncég. A magasan képzett és gazdag tapasztalatokkal rendelkező munkatársi gárda tekintélyes méretű hangárban dolgozik a Kaliforniában a Mojave-ban található Repülési- és Űrközpontban. Ezen a futurisztikus helyen dolgoznak az alapítók vágyainak megvalósításán, akik felismerték, csak úgy tudják álmaikat megvalósítani, ha a világűrt elérhetővé teszik a hétköznapi emberek számára, megfizethető áron. A vállalat eszköze a megvalósítás érdekében: a Lynx (hiúz) űrrepülőgép.

„Az Ön útja, a mi hajónk!”

1.    ábra. Az XCOR Repülési és Űrhajózási vállalat logója.

Az XCOR munkájának központjában a kutatás, a fejlesztés, a projekt-menedzsment, a gyártás és karbantartás minél magasabb szintű megvalósítása áll, hogy biztonságosabb, megbízhatóbb, újrafelhasználható, szuborbitális és orbitális hordozórakétákat (RLS), valamint űrhajókat fejlesszenek ki, beleértve rakétahajtóműveket és meghajtási rendszereket. Az elmúlt tizenhat évben a vállalat tizenhárom különböző típusú rakétahajtóművet épített, továbbá megalkotott két, rakéta-meghajtású repülőgépet, ezeket berepülő pilóták ki is próbálták élesben. Az EZ-Rakéta 2001-ban készült el, ez volt az első ilyen jellegű szerkezet, amelyet nem kormányzati szervezet tervezett és épített. 2008-ban pedig befejeződtek a repülési tesztek a második kísérleti repülőgépükkel is, az X-Racerrel. A kísérleti program végén az X-Racer hét felszállást is képes volt teljesíteni egyetlen nap alatt. A két kísérleti repülőgépet az XCOR összesen 66 alkalommal működtette, pilótával a fedélzetén a legcsekélyebb hiba nélkül, Ezek a berendezések bizonyították, hogy rakétahajtóműveik – igény szerint – azonnal leállíthatók, repülés közben újraindíthatók, s az általuk meghajtott repülőgépek naponta több felszállás végrehajtására is képesek. A mérnökeik az egyes rakétahajtóműveket 4000-nél is többször indították újra, és közel 500 percen át működtették.

Ezeknek az eredményeknek köszönhetően került az XCOR reflektorfénybe, mint a magán űrhajózási- és űrszállítási társaságok egyik legígéretesebb tagja - szakértőik még nagyobb elismerést kaptak. Az XCOR szerephez jutott a Kereskedelmi Űrhajózásról szóló törvény módosításainak kidolgozásában 2004-ben, nemrégiben pedig a vállalat Vezérigazgatója helyet kapott az Egyesült Államok Pilótás Űrprogramjainak Tervbizottságában.

 2.    ábra. Jeff Greason, vezérigazgató, a négy alapító tag egyike.

Az XCOR fejlesztési és kutatási munkái fedezetére gondosan megtervezett kereskedelmi- és üzletbővítési programok, valamint kormányfinanszírozású fejlesztési megbízások hoznak bevételt, de rendelkeznek tőkeerős magánberuházókkal is. Ez a gazdasági háttér tette lehetővé számukra az áttörést jelentő eredményeket a hőszivattyús rendszerek- és éghetetlen összetevők alkalmazása terén - ezek kulcsfontosságú elemei az XCOR Vállalat űrrepülési terveinek megvalósítása útján.

„Felfedezőket keresünk” – az XCOR legújabb szlogenje a következő generációt jelentő, újrafelhasználható űrrepülőgépük, a Lynx fejlesztésének jelen fázisában. Amellett, hogy a gép egy pilótát és egy utast képes lesz felrepíteni a világűr határára, egyben piaci alapú szuborbitális szolgáltatást is kínál akadémikus, tudományos, mérnöki, illetőleg különféle megfigyeléseket végző berendezések számára. Az XCOR tervezi, műszakilag megvalósítja, összeszereli, fenntartja és működteti ezeket az gépeket, teljes egészében bérleti alapú, űrrepülési szolgáltatóként.

Az alapítók

A vállalat alapítója, egyben jelenlegi vezérigazgatója Jeff Greason. 20 éves tapasztalattal rendelkezik az innovatív műszaki projektek megvalósítása terén. A tapasztalatait a következő vállalatoknál szerezte: XCOR, Rotary Rocket Company és az Intel Corporation. Az X-Racer gépen ő maga is repült, fedélzeti mérnökként.

Dan DeLong - világszerte ismert és elismert szakértője a rakétafejlesztők közösségének. Már közel negyven éve tervez és tesztel extrém körülmények között működő prototípusokat. Ezekhez a legkülönfélébb hajtóanyagokat használja, alkoholt, metánt, etánt, nitro-etánt, kerozint, továbbá kriogén oxidáló anyagokat. Jelen legfontosabb munkái között a Lynx szuborbitális űrrepülőgép, valamint az XCOR orbitális űrrepülőgépe a leginkább alkalmas említésre.

Doug Jones – főmérnök. A tervezési munkákat felügyeli, elemzi a kísérleti rakétahajtóművek működését, tanácsadással segíti a kutatási-fejlesztési programokat. „A Vállalat Súgója” címet érdemelte ki a fentiek miatt, képes ugyanis a legkisebb anomáliákat is azonnal észrevenni. Ő is többször repült az X-Racer repülőgéppel fedélzeti mérnökként.

Aleta Jackson – főtechnikus, irodavezető. Bő három évtizedes tapasztalattal rendelkezik a repülőgép-fejlesztések terén. A McDonnel Douglasnál kezdte, a Gemini-programmal, az elektronikus berendezések burkolását végezte. Éveket töltött az Electron Emissions Systems vállalatnál mikroáramkörök tervezésével, és 10 évet a Xerox Vállalatnál. Évtizedes tapasztalattal bír, mint újságíró és szerkesztő. Aleta volt az első nő, aki az X-Racerrel repült.

3.    ábra. Az EZ-Rakéta első repülése 2001-ben.

A Lynx űrrepülőgép fejlesztési terve

Ahogy az bármely repülőgép-fejlesztési program keretében történik, az XCOR is első lépésként egy kísérleti prototípust fejleszt ki, ezt később számos modell megépítése követi, ezek már különböző céloknak és piaci igényeknek felelnek meg.

Az Lynx MARK-I

Ez az a bizonyos, előbb említett, kísérleti prototípus. Az XCOR Kaliforniában, a Mojave sivatagban található létesítményében építik. Ennek a prototípusnak a segítségével tudják majd meghatározni a végső formát, egyúttal tesztelik a repülési alrendszereket, valamint a gép életfenntartó rendszerének működését éles körülmények között, továbbá a hajtóművet, a tartályokat, a szerkezeti elemeket, a hővédelmet, az aerodinamikát, a visszatéréskor fellépő melegedést, és egyéb elemeket. Az első repülések végrehajtására 2015. második felében, vagy 2016. első felében számíthatunk. A berepülési program a hagyományos szisztémát követi, a gépet egyre nagyobb és nagyobb terhelésnek vetik alá, végül pedig elérik vele a maximumot. A MARK-I később kereskedelmi használatba kerül, mihelyt megkapja az engedélyeket a Szövetségi Repülésügyi Hivataltól, megfelelve az általuk lefektetett szabályzatnak. A MARK-I felhasználható egyúttal pilóták és személyzet kiképzésére a MARK-II számára. A Lynx e típusát nagyjából 61 km-es magasság elérésére tervezik. Belső tartályában 120 kg hasznos terhet tud szállítani, legnagyobb sebessége a hang sebességének kétszerese, visszatéréskor 4 g erő hat a szerkezetre.

A Lynx MARK-II

A MARK-II megépítése és összeszerelése a MARK-I-es fejlesztési programjának ideje alatt történik. A MARK-II az MARK-I sorozatgyártású változata lesz, egyaránt szolgál a szuborbitális turista-repülések piacán, továbbá mindazoknak opciót kínál, akik élni szeretnének a különböző kísérleti berendezések felbocsátási lehetőségével, mint például mikrogravitációs vagy biotechnológiai összeállítások szállítása. A Lynx MARK-II ugyanazokat az avionikai- és meghajtási rendszereket használja, mint a Lynx MARK-I, ám szerkezeti tömege kisebb, ezért nagyobb magasság elérésére képes társánál. A MARK-II könnyűsúlyú, kompozit, a védőburokba épített folyékony-oxigén tartályt szállít, ezen kívül még számos fontos újítást tartalmaz, ezek mindegyike az XCOR-hoz köthető. Az előzetes várakozásoknak megfelelően 100 km-es magasság elérésére lesz képes, amennyiben az előírt tömeghatárokon belül maradnak. A MARK-II képes lesz utasokat és hasznos terhet a világűr határára szállítani majd vissza a földre.

4.    ábra. Az X-Racer rakéta-meghajtású repülőgép 2008-ból.

A Lynx MARK-III

A MARK-III jelentősen továbbfejlesztett és –módosított változata a MARK-II-nek. Külső rakodótérrel rendelkezik, ebben kísérleti berendezéseket szállíthat, vagy akár egy kétfokozatú rakétával felszerelt kicsiny műholdat, alacsony földkörüli pályára indítva. A külső tárolótartályban mindösszesen 650 kg-nyi berendezés helyezhető el. A MARK-III a továbbfejlesztett futóművében, aerodinamikájában, alapvető szerkezeti elemeiben is eltér elődjétől, erősebb, módosított hajtóműve pedig – egyéb változtatásokkal együtt – lehetővé teszi számára nagyobb teher emelését.

 Hajtómű

A Lynx meghajtásáról 4 db XR-5K18 hajtómű gondoskodik, egyenként 12.9 kN tolóerőt szolgáltatva vákuumban. A hajtóanyag folyékony oxigén és kerozin keveréke. Részletes tervezése 2008. őszén kezdődött. Az első fékpadi próbára az év december 15-én került sor. A hajtóműtesztek jelenleg is zajlanak.

5.    ábra. Az XCOR munkatársai a kaliforniai Mojave sivatagban felépített Repülési- és
Űrközpontban található hangárjuk előtt.

Hasznos teher

A Lynx számos, elsődleges és másodlagos hasznos teher szállítási kapacitást kínál a kereskedelmi partnerei számára, akár megismételt küldetések igénybevételével is. Ezek az alábbiak lehetnek: a pilótakabinban elhelyezett kísérleti berendezések, kívül helyet kapó csomagok, tesztpilóták/űrhajósok kiképzése, magaslégköri kísérletek, mikroműholdak indítása (csak a MARK-III esetében amerikai hasznos terheket illetően), kutatások ballisztikus pályán, továbbá űrturisták szállítása

6.    ábra. A Lynx űrrepülőgép pilótakabinjában elhelyezhető és bérelhető hasznos teher blokkok. Az A-jelű tárolórekesz a pilótaülés mögött helyezkednek el, az alján 40x41 cm, a tetején már csak 14x41 cm, a magassága 45 cm. A terhelhetősége 20 kg. A B-jelű tárolórekesz a pilóta jobbján helyezkedik el. A 19 hüvelykes sztenderd mérete az EIA 14U szabványszámot viseli. Mélysége 50 cm. Megfelel a hajdani Űrrepülőgép két középfedélzeti tárolóegységének. 120 kg-ig terhelhető.

A Lynx űrrepülőgép az elsődleges hasznos terhet a pilótakabinban szállítja, közvetlenül a pilótaülés jobbján, illetőleg, a MARK-III esetében (csak az USA részére) a gép tetején a külső rakodó-tartályban. (A másodlagos hasznos terhek különböző helyeket kaphatnak.) A MARK-II esetében az elsődleges hasznos teher maximális tömege 120 kg lehet, 100 km-es magasság esetén. Ezt a bizonyos „jobboldali ülést” elfoglalhatja egy szkafanderbe öltözött ember, vagy pedig, az amerikai Űrrepülőgépekhez szabványosított, két darab fedélközi blokk (MDL), a 19 hüvelykes szabványosított tárolórekesz is. A kizárólagosan az USA területén bevetésre kerülő MARK-III esetében az elsődleges hasznos teher tárolótartálya a repülőgép testén kívül kap helyet, maximálisan 650 kg hasznos teher szállítására képes, elegendő méretű tehát ahhoz, hogy helyet adjon egy űrtávcsőnek, vagy pedig egy kétfokozatú hordozórakétának - különböző típusú mikroműholdak pályára állítása végett. Ebben a külső tartályban visszatérő kísérleti berendezések is helyet kaphatnak. Ami a másodlagos hasznos terhet illeti – valemennyi Lynx változatot beleértve -, két szóba jöhető elhelyezés adódik, egyik a pilóta mögött a pilótakabinon belül, a másik pedig az űrrepülőgép testében (a MARK-I és MARK-II esetében) a gép végében, a hajtóműház fölött, 2 db 10x10x22 cm-es, maximum két-két kg hasznos terhet raktározó rekesz formájában. A repülés során ezeket a vákuum hatásainak teszik ki. Az érdeklődők további részletekről is tájékoztatást kaphatnak az XCOR internetes oldalain. Az alábbiakban bemutatunk egy táblázatot a MARK-I űrrepülőgép esetében érvényes árak feltüntetésével. Az árak abban az esetben értendők, ha a szállítandó berendezések további integrációt nem igényelnek. Az XCOR általában nem közvetlenül az ügyfeleknek értékesít, ehhez nagykereskedelmi cégeket használ fel. Az ő feladatuk a rakomány esetleges integrációs tevékenységének ellátása is.

 7.    ábra. A Lynx szuborbitális űrrepülőgép főbb szerkezeti elemei (balról-jobbra): helyzetbeállító rakéták a gép orrán, túlnyomásos kabin, folyékony-oxigén tartály, hajtóműház, hátsó helyzetbeállító rakéták, főhajtómű (4 db rakétamotor), tápvezetékek, oldalsó helyzetszabályzó rakéták, üzemanyagtartály/szárnyrögzítő elem.

Kereskedelmi felhasználókat érintő árak a Lynx MARK-I gépe esetében.

A Lynx MARK-II repülési profilja, felkészülés a repülésre

A Lynx közönséges kifutópályáról is fel tud szállni, bárhol a világon. A levegőbe emelkedését követőn orrát felfelé fordítja, 2.9-szeres hangsebességre gyorsul, mintegy 3 perc alatt, eközben kb. 58 km-es magasságra emelkedik. Kikapcsolja a hajtóművét, a lendülete erejét kihasználva tovább emelkedik, amíg el nem éri a 100 km-es csúcsmagasságot. Ekkor ereszkedni kezd, zuhanási sebességét spirálozó mozgással ellensúlyozza. Az út e szakaszán 4 g terhelés hat az utasokra. Mindösszesen fél órányi száguldást követően már le is száll a kifutópályán.

Az utas közvetlenül a pilóta jobbján foglal helyet. A gép pilótafülkéje nyomás alatt áll, azonban a pilóta és az utas szkafandert visel az út során a biztonság kedvéért és vészhelyzet esetére. A szkafandert az XCOR számára a túlnyomásos ruhák vezető gyártója készítette el, az Orbital Outfitters, már 2011-ben.

8.    ábra. A Lynx űrrepülőgép további tárolórekeszei: a CP- és CS-jelű csak a MARK-I és MARK-II esetében használatos. Két darab, 10x10x22 cm-es rekeszről van szó, két-két kg terhelhetőséggel. A repülés közben a vákuum hatásainak kitéve. A D-jelű csak a MARK-III esetén érhető el. Hengeres tartály 76 cm-es átmérővel és 340 cm-es hosszal. 650 kg teher helyezhető el benne: kísérleti berendezések, kisebb űrtávcső, esetleg kétfokozatú rakétával felszerelt mikroműhold.

A Lynxszel való repülés előtt a résztvevők több napos ellenőrzési procedúrán esnek át, e során minden részletre kiterjedően megismertetik a résztvevőkkel a szuborbitális repülés által nyújtott élményeket. A repülés biztonságosabbá és élvezhetőbbé tétele érdekében a jelentkezők számos orvosi szűrésen is átesnek, szemináriumokon vesznek részt, és g-terheléses képzésen. A fentiek szolgálnak alapul a „Felfedezőket keresünk” szuborbitális képzési programnak.

A repülés során a résztvevők megtapasztalhatják a rakéta-meghajtással repülés fantasztikus érzését. Megláthatják bolygónkat kívülről, átélhetik a súlytalanságot. Megfigyelhetik az űr feketeségét, csodálhatják a horizont görbületét, a légkor vékonnyá keskenyedő kék sávját. A visszatérés közben is élvezhetik mindezeket a jelenségeket, egészen a sűrűbb légkör eléréséig. A leszállás ugyanarra a kifutópályára történik, ahonnan a gép felemelkedett.

9.    ábra. A Lynx űrrepülőgép műszerfala.

Kereskedelmi tevékenység

Az XCOR elvárása szerint a Lynx űrrepülőgép naponta akár négynél is többször szállhat fel, s a MARK-III jelzésű példánya nemcsak a világűr határára tud hasznos terhet feljuttatni, hanem mikroműholdak indítására is képes lesz. A MARK-I jelzésű prototípus 2015. második felében, vagy 2016. elején emelkedik fel először. Egy-másfél évvel később már a MARK-II gép is felszállhat. Jelen tervek szerint a bemutatkozó repülésre a Kaliforniában található Mojave Légi- és Űrkikötőből kerül majd sor. A Lynx azonban bármely repülőtérről képes felszállni, amely legalább 2400 m hosszú kifutópályával rendelkezik. Nagy várakozás előzi meg az első felszállást, különösen azért, mert a vetélytárs, a Virgin Galactic SpaceShipTwo nevű szuborbitális űrrepülőgépe „furcsa körülmények között” megsemmisült. A Blue Origin pedig még csak tervezi szuborbitális repülésre szánt űrhajója, az Új Shepard, pilóták nélküli, bemutatkozó küldetéseit.  Az űrturisták és a ballisztikus kísérleteket tervezők számára jelenleg egyedül a Lynx maradt, mint bevethető eszköz. A későbbiekben a karib-tengeri szigetről, Curaçaoból is lesznek felszállások.

Révén más meghajtással nem rendelkezik a rakétamotorokon kívül, a Lynx repülőgépet a kifutópálya végére kell vontatni. Amikor a megfelelő helyzetet elfoglalja, a pilóta begyújtja a négy hajtóművet és a gép meredek emelkedésbe kezd. A MARK-I esetében 42 km-es magasságban kapcsolja ki őket, kétszeres hangsebesség mellett. Ezután – a lendület következtében – további emelkedés jön, egészen a 61 km-es csúcsmagasság eléréséig. A súlytalanság megtapasztalására kicsivel több idő jut négy percnél. Utána az űrrepülőgép a sűrűbb légkörbe merül. A Lynx siklórepülésben közelíti meg a kifutópályát, s vitorlázógépként száll le. A teljes repülési idő nagyjából harminc perc. A gépet – várhatóan – csak negyven repülésenként kell karbantartani.

A MARK-II utódja viszont már kétfokozatú, teljes egészében újrafelhasználható, vízszintesen fel- és leszálló, orbitális pályára eljutó űrrepülőgép lesz.

Ami pedig a költségeket illeti, a MARK-I 10 millió dollárba, a MARK-II nagyjából 12 millió dollárba kerül majd. A bekerülésük nem emészt hát tehát fel gigászi összegeket. Remélhetőleg hozzájárul majd tudományos-technikai látókörünk tágításához, s a Hiúz hamarosan az egeket ostromolja majd.

10.  ábra. A Lynx MARK-II űrrepülőgép repülési profilja. Felszállás közönséges repülőtérről; 3 perces emelkedés, maximális sebesség 2.9 Mach, a motorok leállnak 58 km-es magasságban, emelkedés a 100 km-es csúcsmagasság eléréséig, visszatérési szakasz maximálisan 4 g terhelés mellett, spirálok leírása a fékezés végett, leszállás ugyanazon a kifutópályán 30 perccel később.

Lezárva 2015. február április 8.

Források:

space.com

wikipédia

xcor.com/lynx