X-33

Lockheed Martin


Die X-33 - Gut zu erkennen sind die beiden Linear Aerospike Triebwerke. (Picture by NASA Dryden Flight Research Center)

Aufgrund der enormen Kosten der Space Shuttle-Flotte (5 Mrd. US-Dollar/Jahr), gab das US-Parlament 1993 den Anstoß zum Bau einer wiederverwendbaren Raumfähre. Wegweisend soll die X-33 sein, nach deren Vorbild dann die Venture Star mit einer Nutzlast von über 22,68 t gebaut werden soll. Die X-33 wird unter Federführung von den Lockheed Martin Skunk Works (Forschungsanlagen der Lockheed Werke zur Entwicklung geheimer Projekte für das amerikanische Militär) für die NASA als Technologie-Träger für einen zukünftigen, wiederverwendbaren, einstufigen Raumtransporter (RLV) entwickelt. 

Zwei bezeichnende Ziele des RLV-Projekts der NASA sind zum einen die Senkung der Kosten, die zur Beförderung eines Pfundes ins All geleistet werden müssen (von $10.000 auf $1.000) und zum anderen eine dramatische Erhöhung der Zuverlässigkeit. Indem man die Kosten der Nutzlastbeförderung in eine niedrige Erdumlaufbahn verringert, werden kommerziellen RLV's neue Möglichkeiten beim Zugang ins All ermöglicht und eindeutig die Wettbewerbsfähigkeit der US-Wirtschaft auf dem Weltmarkt gefördert.

 

Der erste Testflug der X-33, entwickelt um in 55 Meilen Höhe und mit max. Mach 15 zu fliegen, wurde ursprünglich während des Sommers 2000 erwartet. Eine Serie von bis zu 15 Flügen ist geplant: Der Start der X-33, der Wiedereintritt und eine flugzeugähnliche Landung sollen erprobt werden. Es wird erwartet, dass das Testprogramm, zusammen mit grundlegender Forschung, den Lockheed Werken bei der Entwicklung des kommerziellen RLV "Venture Star" die Technologie liefern wird.

20% des Budgets des X-33 Programms gehen bereits direkt in die Konzeption des RLV. Die NASA finanziert das Projekt mit 941 Mio. $ während Lockheed Martin als Hauptauftragnehmer weitere 212 Mio. $ zuschießt. Wenn der "Venture Star" einsatzbereit ist wird er das Space Shuttle ersetzen wobei die NASA dann nur noch Kunde von Lockheed Martin sein wird. 

 

Die X-33, entspricht zu 53% dem vorgeschlagenen Venture Star. Das Design beider Fahrzeuge basiert auf dem flügellosen Auftriebskörperkonzept (Lifting Body), das zwischen 1966 und 1975 bereits in verschiedenen Fluggeräten, wie beispielsweise der X-24, erprobt wurde. Dieses Konzept des flügellosen Auftriebskörpers wurde bereits beim Space Shuttle erfolgreich angewendet. Jeder der 15 unbemannten Testflüge wird mit einem Senkrechtstart von Edwards AFB aus gestartet und entweder mit einer Landebahnlandung auf dem Michael Army Airfield in den Dugway Proving Grounds in Utah, oder auf dem Malmstrom AFB, Great Falls, Montana abgeschlossen. Gegenwärtig wird geplant die ersten 5 Flüge in Utah zu landen, dann 2 auf dem Malmstrom AFB. Bis zu 8 weitere Flüge könnten danach, basierend auf der anfänglichen Serie, unternommen werden.

 

Die keilförmige X-33 kennzeichnet ein Flugkörper aus Titan und Composite-Materialien. Kleine, am Heck angebrachte Steuerklappen und 2 senkrechte Ruder übernehmen die Steuerung und die Kontrolle in der Atmosphäre. Des Weiteren steht in der Anfangsflugphase bis zum Abschalten der Aeropsike Haupttriebwerke eine effektive Schubvektorsteuerung zur Verfügung. Da die beiden nebeneinander liegenden Aerospike Triebwerke je zwei "Schubseiten" haben, stehen durch einen Schubunterschied innerhalb eines Triebwerks insgesamt vier verschiedene Schubbereiche zu Verfügung. Dies erlaubt eine Vektorsteuerung ohne bewegliche Triebwerke. Ein höherer Schub auf den beiden Unterseiten der Triebwerke und ein geringer Schub auf den Oberseiten führt beispielweise zu einem Steigflug der X-33.

 

In großer Höhe, wenn die Haupttriebwerke bereits abgeschaltet sind, stehen acht Steuermotoren (Raketenantrieb) zur Verfügung um die X-33 zu navigieren.  Die X-33 ist einstufig ausgelegt und sämtlicher Treibstoff wird intern befördern. Im hinteren Teil des Flugkörpers befinden sich zwei Flüssigwasserstofftanks (LH2) aus Graphit-Verbundwerkstoff. Der vordere Teil des Rumpfs ist mit einem Flüssigsauerstofftank (LO2) aus Aluminium ausgefüllt. Zusammen werden sie die beiden Boeing Rocketdyne XRS-2200 Linear Aerospike Triebwerke versorgen, die die X-33 auf bis Mach 15 beschleunigen und mehr als 260.000 ft an Höhe bringen werden. Der Startschub dafür wird 413.000 lbs betragen.

Die ersten Linear Aerospike Antriebe wurden bereits in den 70er Jahren entwickelt und getestet. Sie wurden jedoch nicht als ausgereift genug angesehen - bis zur Entwicklung neuer Materialien und Bearbeitungsmöglichkeiten in den letzten Jahren. Linear Aerospike Antriebe nutzen den selben Treibstoff wie herkömmliche Antriebe, allerdings besitzen sie eine völlig neue Triebwerksform: Anstatt einer glockenförmigen Schubdüse, wie sie konventionelle Triebwerke besitzen, hat ein Linear Aerospike Triebwerk an den Außenseiten mehrere kleinere Schubzellen und die konkaven Seitenflächen dienen als Schubrampe für die sich expandierenden Gase. Dieser Aufbau macht Linear Aerospike Antriebe ungefähr 75% kleiner als vergleichbare Antriebe mit ähnlichem Schub, was zu einem leichteren Raumfahrzeug und geringeren Unterhaltskosten führt.

 

Mit dem Linear Aerospike SR-71 Experiment (LASRE) hat die NASA 1998 Flugversuche mit einem verkleinerten Aerospike-Antrieb durchgeführt. Die Versuchsanordung war für sieben Flüge auf dem Heck einer SR-71 montiert. Ziel des Experiments war, den Einfluß der Abgasfahne des Triebwerks auf die Aerodynamik des Raumgleiters zu bestimmen.

 

Die Hülle der X-33 ist mit metallenen Thermalschutzplatten (Inconel 617 und Titan) verkleidet (TPS). Diese hitzebeständigen Materialien werden die extremen Bedingungen die beim Wiedereintritt der X-33 entstehen aushalten. Die Stellen an denen die größte Hitze auftritt, wie der Bug oder die Vorderkanten der Steuerflächen, sind mit C/C (kohlefaserverstärkter Karbonverbundwerkstoff Carbon-Carbon) bedeckt und werden Temperaturen von bis zu 3.000° ausgesetzt sein. Zwischen Tanks und Thermalschutz liegt lediglich noch eine Wabenkernisolierung.  Die X-33 fliegt nach einem jeweils neu programmierten Einsatzplan, jedoch kann die X-33 auch vom Bodenpersonal gesteuert werden. Die Kontrolle über den Raumgleiter geschieht hierbei über eine dreifach redundante Avionik und eine Fly-by-Wire Flugsteuerung.

Update (13.05.02): 


Die Forschungsarbeiten an den Experimentalträgern X-33 sowie X-34 wurden im März 2001 aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt. Im Gegenzug dazu hat die NASA ein neues Projekt Namens "Space Launch Inititative" (SLI) zur Entwicklung der Technologie für eine Raumfähre der zweiten Generation bewilligt, welche im Gegensatz zu den bisher angestrebten einstufigen Konzepten zweistufig sein wird. Weitere Informationen dazu auf der offiziellen NASA-Seite oder bei Boeing.



Die X-33 beim Start auf der Edwards Air Force Base, Californien (NASA-Simulation). (Picture by NASA Dryden Flight Research Center)

Bezeichnung des X-Flugzeugs: X-33
Typ: Prototyp eine zukünftigen wiederverwendbaren Raumtransporters (RLV)
Hersteller: Lockheed Martin Skunk Works
Antrieb: 2 Boeing Rocketdyne XRS-2200 Linear Aerospike Antriebe
Startschub (lbs): 413.000
Höchstgeschwindigkeit: Mach 15
Max. Startgewicht (kg): 124
Höhe (m): 6,8
Länge (m): 20,5
Spannweite (m): 20,8
Nutzlast (LEO): keine
Produktionszahlen: 1

Das Linear Aerospike Triebwerk der X-33. Die konkaven Außenseiten mit den kleinen Schubzellen am oberen Ende sind gut zu erkennen. (Picture by NASA Dryden Flight Research Center)



Interne Links zum Thema

Liste der X-Flugzeuge



 

Text by Tschixel. Letztes Update:  7. September 2007