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NASA - Hoja Del Hecho de la NASA Dryden - Programa "Hiperactivo-X" de la NASA
August 22, 2006
 
 

El programa "Hyper-X" de la NASA Demuestra las Tecnologías de Propulsión Scramjet

El vuelo X-43A Hace Historia en la Aviación

La NASA hizo historia en la aviación con el primer vuelo exitoso de un avión propulsado por scramjet a velocidades hipersónicas, es decir, velocidades mayores de Mach 5 o cinco veces la velocidad del sonido. Si se lo compara con un vehículo propulsado por cohete, como el Transbordador Espacial, los vehículos propulsados por scramjet (ramjet o autorreactor supersónico de combustión) prometen operaciones más parecidas a las de los aviones para lograr mayor asequibilidad, flexibilidad y seguridad para los vuelos de ultra alta velocidad dentro de la atmósfera y en la órbita terrestre. Como no necesitan transportar su propia unidad de oxidación, como deben hacerlo los cohetes, los vehículos propulsados por scramjets de combustión atmosférica pueden ser más pequeños y livianos, o pueden tener el mismo tamaño y transportar mayor carga útil.



Los investigadores han trabajado durante décadas para demostrar las tecnologías scramjet, primero en túneles de viento y simulaciones por computadora, y ahora en el aeroplano en vuelo. Las aplicaciones primordiales incluyen futuros misiles hipersónicos, aeroplanos hipersónicos y la primera etapa de vehículos de lanzamiento reutilizables "dos etapas hasta la órbita" y "una sola etapa hasta la órbita".
 

Programa de Alto Riesgo, Elevada Rentabilidad

El programa Hyper-X de la NASA, de ocho años de duración y aproximadamente $230 millones, es un programa de alto riesgo y elevada rentabilidad. Está intentando desafíos que nunca se efectuaron antes. Ningún vehículo había volado jamás a velocidades hipersónicas, propulsado por un motor scramjet de combustión atmosférica, antes del exitoso vuelo de marzo de 2004. Además, el impulso del cohete y la subsiguiente separación del cohete para lograr la condición de prueba del scramjet implican elementos complejos que deben funcionar adecuadamente para el éxito de la misión. Se efectuaron cuidadosos análisis y diseños para reducir los riesgos a niveles aceptables; aun así, cierto nivel de riesgo residual es inherente al programa. La investigación Hyper-X comenzó con un diseño conceptual y el trabajo en túneles de viento en 1996. Se construyeron tres aeronaves X-43A de investigación no tripuladas. Cada uno de los vehículos, de 12 pies de largo (3,7 m) y 5 pies de ancho (1,5 m) de cuerpo de sustentación, estaba diseñado para volar una sola vez. Dichos vehículos eran de apariencia idéntica, pero estaban diseñados con ligeras diferencias que simulaban variables de geometría de motor, que generalmente eran una función del número Mach. Los dos primeros vehículos estaban diseñados para volar a Mach 7 y el tercero a Mach 10. A esas velocidades, la forma del morro del vehículo cumple el mismo propósito que los pistones de un auto, comprimiendo el aire a medida que el combustible es inyectado para su combustión. El combustible del X-43 es el hidrógeno gaseoso. El primer intento de vuelo de junio de 2001 fracasó cuando el cohete impulsor quedó fuera de control y "todo el montón", la combinación de cohete impulsor y X-43, fue destruido por los controladores de tierra. El segundo intento a Mach 7 en marzo de 2004 fue muy exitoso. El tercer vuelo, y el que constituía el mayor desafío, a Mach 10, estaba previsto para otoño de 2004.


 

El Vuelo sin Precedentes

A Mach 7, o siete veces la velocidad del sonido, el vehículo de investigación X-43A viajaba a casi 5.000 mph (8047 km/h) durante el vuelo de marzo de 2004, estableciendo con facilidad un récord mundial de velocidad para un vehículo propulsado a chorro (de combustión atmosférica). El libro Guinness de récords mundiales ha reconocido este logro y el vuelo se encuentra en la lista de su sitio web y en su próximo libro de récords.



El récord anterior correspondía a un misil propulsado por ramjet, que logró una velocidad apenas superior a Mach 5. La mayor velocidad obtenida por un avión propulsado por cohete, la aeronave de la NASA X-15, fue Mach 6,7. El vehículo tripulado más veloz de combustión atmosférica, el SR-71, logró una velocidad ligeramente superior a Mach 3. El X-43A superó el doble de la velocidad máxima del SR-71, propulsado a chorro.

El vuelo del X-43A comenzó con el transporte del "montón" mediante una aeronave B-52B del Centro de Investigaciones de Vuelo Dryden de la NASA, hasta un punto a 40.000 pies (12000 m) sobre el Pacífico, 50 millas (80,5 km) al oeste de la costa del sur de California. En ese punto se dejó caer el "montón" y el impulsor levantó el vehículo de investigación hasta la altitud y velocidad de prueba.

A 95.000 pies (30.000 m), el vehículo de investigación X-43A se separó del impulsor y voló por sus propios medios, con el control preprogramado. El vehículo de investigación estaba separado del cohete impulsor por dos pequeños pistones. Poco después de la separación, el motor scramjet funcionó durante diez segundos, demostrando un empuje hacia adelante en vuelo y obteniendo datos de vuelo únicos para un scramjet de estructura integrada.

Una vez terminada la prueba del motor scramjet, el vehículo efectuó un vuelo de planeo maniobrado a alta velocidad y recogió casi diez minutos de datos aerodinámicos hipersónicos, mientras volaba hasta el punto de finalización de misión, a 450 millas (724 km) derecho hacia el oeste de la costa sur de California, en el Centro de Guerra Naval y Aérea, División de Armas (Naval Air Warfare Center Weapons Division), Sea Range.


 

El Próximo Paso es el Vuelo a Mach 10

El último vehículo X-43A tiene protección térmica adicional para el vuelo a Mach 10, debido a que experimentará un calentamiento de aproximadamente el doble que el del vehículo a Mach 7. Se ha agregado un material compuesto reforzado carbono-carbono a los bordes de ataque de las aletas verticales del vehículo para manejar las altas temperaturas. Para el vuelo a Mach 10, que equivale a aproximadamente 7.000 mph (11266 km/h), el cohete impulsor lanzará el X-43A a 110.000 pies (33.000 m) antes de que se separe y que el X-43A opere su scramjet. El vehículo de investigación viajará a aproximadamente 850 millas (1368 km) antes de caer en el océano. Igual que sucedió con los vehículos X-43A anteriores, no será recuperado.
 

Vuelo e Investigación en 2001

El primer intento de vuelo del X-43A se produjo en junio de 2001. Desafortunadamente, el impulsor falló y debió ser destruido al principio del vuelo. Como resultado, el vehículo de investigación no fue probado porque nunca llegó a las condiciones de prueba. Aunque no se encontró un único factor causante, la causa radical del problema se identificó en el sistema de control de vuelo del impulsor. El impulsor falló debido a los modelos de diseño inadecuado que sobreestimaban la capacidad del sistema de control de vuelo para operar dentro de condiciones de vuelo previstas.



Se tomaron numerosas medidas en respuesta a estos hallazgos. Se efectuaron pruebas en túneles de viento para proporcionar datos a fin de reducir las cargas atmosféricas sobre las superficies de control de los impulsores, se agregaron accionadores de aletas de impulsores más potentes para resistir las cargas aerodinámicas, y se fabricó un propelente tomando como modelo el impulsor Pegasus para posibilitar el lanzamiento a la altitud de lanzamiento normal de 40.000 pies (12.000 m), en lugar de 23.000 pies (7000 m) (como ocurrió en el primer vuelo), con el objeto de reducir las cargas aerodinámicas.
 

Cómo Funcionan los Scramjets

Un ramjet funciona mediante la combustión subsónica de combustible en una corriente de aire comprimido, producido por la velocidad hacia adelante de la aeronave en sí. Lo opuesto ocurre con un motor a chorro común, en el cual la sección del compresor (las cuchillas del ventilador) comprime el aire. Los ramjets funcionan desde alrededor de Mach 3 hasta Mach 6.

Un scramjet (ramjet de combustión supersónica) es un motor de autorreacción en el cual el flujo de aire a través de todo el motor permanece supersónico. Se considera que un scramjet puede funcionar desde Mach 5-6 hasta por lo menos Mach 15. Ver ilustración arriba.


 

Langley & Dryden - Un Esfuerzo Conjunto

El programa Hyper-X es administrado por la Junta Directiva de Misiones de Investigación Aeronáutica (Aeronautics Research Mission Directorate) de Washington, y es dirigida en forma conjunta por el Centro de Investigaciones Langley (Langley research Center), de Hampton, Virginia, y el Centro de Investigaciones de Vuelo Dryden (Dryden Flight Research Center), de la Base Edwards, California. Langley es el centro líder y es responsable del desarrollo de tecnología hipersónica. Dryden es responsable de la investigación de vuelo y de la integración y prueba del hardware.

La Junta Directiva de Misiones de Investigación Aeronáutica de la NASA desarrolla herramientas y tecnologías que ayudan a transformar la manera en que funciona el sistema de transporte aéreo, la manera en que se diseñan y fabrican las nuevas aeronaves y la manera en que nuestro sistema de transporte nacional puede alcanzar niveles de seguridad sin precedentes. ATK GASL (antes MicroCraft, Inc.), de Tullahoma, Tennessee, y Ronkonkoma, de Nueva York, construyeron los tres motores y aeronaves X-43A. Boeing Phantom Works, de Huntington Beach, California, diseñó la protección térmica y los sistemas de a bordo. El impulsor es un cohete Pegasus modificado, construido por Orbital Sciences Corp., de Chandler, Arizona.

Para más información, contacte a:

NASA Langley Research Center
Office of Public Affairs
Hampton, VA 23681
(757) 864-6124

o

NASA Dryden Flight Research Center
Office of Public Affairs
Edwards, CA 93523
(661) 276-3449

Para más información sobre el X-43A, visite: www.nasa.gov/missions/research/x43-main.html
 

Acoplamientos Adicionales

Hoja Del Hecho Lanzamientos De las Noticias Colección De la Foto Colección De la Película
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Page Last Updated: August 21st, 2013
Page Editor: NASA Administrator