Pana acum ne-am ocupat aproape exclusiv de concepte pentru nave spatiale care foloseau motoare nucleare pentru manevre orbitale. Insa, doream sa amintesc cititorilor ca motoarele nucleare au fost propuse si pentru o serie de vehicule de lansare. De fapt, daca privim literatura anilor 60, o sa intalnim multe astfel de concepte, pentru ca fiecare concern aerospatial a incercat sa integreze noua tehnologie si sa defineasca arhitecturi de vehicule in jurul ei. Propun, umil, sa ne limitam la doua astfel de concepte, primul fiind familia de vehicule cvasi-necunoscuta in ziua de astazi, denumita RITA.
RITA este un acronim de la Reusable Interplanetary Transport, sau Transport Reutilizabil Interplanetar. Cumva o denumire ambitioasa, dat fiind ca acest vehicul de lansare nu era gandit sa opereze dincolo de sistemul Pamant-Luna.
Era, de fapt o familie de trepte sau rachete, cu o forma usor neobisnuita, fiind aproximativ trunchiuri de con, cu propulsie nucleara. Forma aceasta interesanta era rezultatul eforturilor de design ale inginerului Phillip Bono, caruia intentionez sa ii dedic un articol separat.
In esenta, ideea era ca ajutajul unei rachete esta o componenta care oricum trebuie sa reziste unor temperaturi imense in timpul operarii normale a motorului la lansare. In acest caz, de ce nu ai folosi aceasta particularitate in timpul reintrarii in atmosfera. Mai pe romaneste, daca partea dorsala a rachetei oricum rezista la temperaturi inalte, de ce nu reintrii cu ea inainte si aterizezi pe coada, cum intentionau Dumnezeu si Heinlein?
Pentru asta, insa, trebuie un vehicul care sa fie stabil la reintrare, dar si aerodinamic, specificatii care conduc la ceve similar ca forma cu capsulelor orbitale timpurii cum erau Mercury si Gemini.
RITA-B
Familia RITA urma sa aibe trei variante, A, B si C. Reutilizabilitatea lor era un aspect inedit pentru acea vreme, gandirea fiind ca o racheta reutilizabila isi poate amortiza costurile pe mai multe lansari si ca ar permite, pe termen lung, acces in spatiu la un cost similar cu un avion de linie (comparatia fiind un Douglas DC-8), in special pentru misiuni lunare.
Imagine preluata de pe site-ul domnului Winchell Chung. Atentie la scara logaritmica!
In diagramele de mai sus, se presupune ca costul dezvoltarii unui lansator chimic ar fi cam jumatate din costul unuia nuclear, o comparatie neobisnuit de optimista in opinia autorului. Problema este ca aceste costuri nu sunt tocmai transparente, ele fiind combinate cu costurile de operare. Aici ne lovim de o problema fiindca orice orice sintagma ce contine termenul de “nuclear” va fi, probabil, scump de dezvoltat. In cazul RITA-A estimarea era aproximativ 1 miliard de dolari in 1960, si ca isi va putea amortiza costurile livrand un total de 400 de tone pe Luna.
RITA-A era gandita ca fiind, de fapt, treapta finala a unui lansator mixt, cu o treapta inferioara cu propulsie chimica de tip Saturn S-IB, si folosea un motor ROVER. Studiul nu specifica exact motorul, dar dat fiind anul 1963, putem specula ca era vorba despre unul dintre ultimele motoare din seria KIWI, cu o singura camera de expansiune.
O dezvoltare ulterioara a RITA-A, denumita Nexus, era in esenta, identica, diferenta fiind folosirea unor motoare mai noi, cu tractiune mai buna, care sa ii permita sa reduca din pierderile gravitationale in timpul ascensiunii, dar si sa fie lansata singura, fara treapta inferioara din familia Saturn. O astfel de lansare s-ar fi facut, evident, cu sarcina utila mult redusa. Cand era folosita ca si treapta finala pentru lansator,designul se numea Nexus, si avea impulsul specific de 850 sec (cu motor optimizat pentru vid) si tractiune de 91.000 kgf. Sarcina utila era, astfel, 38.200 kg pe LEO (orbita pamanteana joasa) sau 13.600 kg LLO (orbita lunara joasa).
Aici mi-i se pare util sa exemplific cititorilor utilitatea unui motor nuclear folosind o comparatie intre acest lansator ipotetic Nexus si Saturn V. Saturn V folosea trei trepte (S-IC, SII si S-IVB) pentru a lansa 130 t pe LEO. Aceste 130 de tone era de fapt, treapta a treia (S-IV) si nava Apollo (formata din modulul de comanda si modulul lunar). Aceste 130 de tone de nava puteau transporta pe LLO cele 16 tone de nava Apollo.Asta fiindca motorul principal al treptei S-IV folosea propulsie chimica, LOX/H2, cu un impuls specific de 450 sec. Nexus nu putea duce pe orbita decat cele 38 tone ale vehiculul RITA (partial golit), dar impulsul specific aproape dublu ii permitea, odata ajunsa pe orbita, sa duca 13 tone pe LLO. Cu alte cuvinte, un vehicul spatial mult mai mic putea larga o masa similara, cu o treapta mai putin.
Cei ce cunosc istoria istoria vehiculelor spatiale cu propulsie nucleara (numerosi, de altfel…) vor fi desigur familiarizati cu termenul de Super Nexus, o serie de vehicule spatiale conice cu propulsie nucleara, de mari dimensiuni, descrise in cadrul unor studii de la sfarsitul anilor 60. Ei se vor intreba “Daca acestea sunt Super Nexus, care era originalul Nexus?”. Ei bine, RITA-A era originalul Nexus, RITA fiind designatia sa in cadrul companiei Douglas, iar Nexus era numele dat de autoritatea contractanta a studiilor (NASA).
Capacitatea de reutilizare a vehiculului RITA se datora nu doar formei aerodinamice stabile la reintrare, cat si faptului ca, odata golit, vehiculul era foarte usor. Astfel, in timpul reintrarii, el pierdea energie foarte repede, ca un balon, iar sarcinile termice la care ar fi fost expusa nava erau multe reduse. Din pacate, este extrem de greu in ziua de astazi sa gasesti detalii multe despre RITA, iar eu personal nu am gasit studii asupra sarcinilor termice la reintrare, decat ca erau mult reduse comparativ cu o capsula normala. Daca asta ar fi permis un scut termic metalic in locul celui compozit de unica folosinta utilizat de capsule e necunoscut.
RITA-A, in varianta de treapta finala. Spre deosebire de Apollo, RITA era reutilizabila, si putea larga pe Luna o sarcina utila similara cu un lansator Saturn V (inalt de 118 metrii sau 360 picioare). De asemenea, RITA-A putea fi lansata singura, dar cu o sarcina utila de doar 7300 kg.
RITA-B, in schimb, era un vehicul mult mai mare, de sine statator. Era un lansator cu o singura treapta (SSTO) cu propulsie integral nucleara.
Probabil cea mai maare diferenta intre A si B, pe langa dimensiuni, era motorul nuclear. Unde RITA-A folosea motoare ROVER, nu foarte diferite de ceea ce se testa, RITA-B ar fi necesitat ori un motor singular mult mai puternic, de 330,000 kgf sau un manunchi de patru motoare mai mici de 89,000 kgf. Aceste directive au condus la experimentele ROVER cu motoare multiple (detaliate in articole anterioare) dar au constituit si un impuls pentru devoltarea ulterioara a reactoarelor PHOEBUS (RITA fiind gandita ca un succesor pentru vehiculele experimentale RIFT). Noul motor, mai avansat, trebuia sa aibe un impuls specific de 950 sec.
Motoarele ar fi fost situate la baza vehiculului, cu rezervoare deasupra si in jur pentru ecranarea radiatiilor (desi nu se mentioneaza ce se intampla atunci cand acele rezervoare se golesc…). Folosea aceleasi principii pentru reintrare ca si la RITA-A, cu o sarcina maxima de 2G la reintrare, permitand astfel transportarea unor sarcini utili relativ fragile (cum ar fi oamenii).
Comparatie ca dimensiuni intre Nexus/RITA-A, RITA B, si un aparat Douglas DC-8.
Sus: Imagine decupata cu RITA-B. Jos: Compartimentul sarcinii utile pentru RITA-B, in acest caz, sarcina utila fiind o capsula spatiala de mari dimensiuni. A se observa sistemul de control cu reactie la baza capsulei. Duzele erau expusa pentru a permite controlul intregii nave. Capsula avea propriul sistem termic pentru reintrare in caz de urgenta, si un vehicul de evacuare separat, veizibil in partea de sus a imaginii.
RITA-B era un design mult mai ambitios si a fost calul de bataie al multor studii, descriind tehnologii care au fost apoi aplicate retroactiv si RITA-A (motiv pentru care studiile sunt confuze).
Pe langa necesitatea unui motor nuclear de mari dimensiuni cu raport tractiune/greutate bun, RITA-B era gandita sa fie si realimentata pe orbita, permitand o crestere substantiala a sarcinii utile catre Luna sau Marte. De altfel, fiindca suntem in era in care se credea ca Marte are o atmosfera mai densa, RITA-B era gandita sa fie capabila si de o amartizare, folosind forma de capsula pentru a obtine un raport de portanta/frecare de 0.7.
Aici putem observa o chestie interesanta, si anume ca in propulsie spatiala, nu exista originalitate. RITA-A folosea doua trepte, si putea folosi realimentare pe orbita, pentru a transporta incarcaturi catre Marte, dar si pentru reintoarcere pe Pamant, folosind frecarea pentru a pierde din viteza si motoarele principale pentru aterizare retropropulsiva. Starship foloseste tot doua trepte, cu realimentare orbitala, reintrare aerodinamica, si aterizare propulsiva cu motoarele principale. Diferenta e motorul nuclear, care permite mai putine realimentari orbitale…
Cateva date tehnice:
| Orbita | RITA-B | RITA-A | RITA-A/Nexus |
| LEO | 73000 kg | 39000 kg | 6800 kg |
| LLO | 11,000 kg / 27,000 kg cu o realimentare | 4500 kg/ 17,000 kg cu o realimentare | – |
| Interplanetar | 20,000 kg cu realimentare | – | – |
Despre RITA-C, se cunosc putine, pentru ca acest concept nu a fost studiat foarte in amanunt. Fiindca provine din era in care conceptul de “Big Dumb Booster” (adica rachete simple de mari dimensiuni) era popular, RITA-C era un vehicul colosal, cantarind 4390 tone, care putea transporta 454 tone de orbita. Daca un asemenea vehicul este practic e inca o intrebare deschisa, pentru ca nici unul dintre conceptele de BDB nu a fost realizat inca (cum ar fi Sea Dragon-ul lui Robert Truax). Vehiculele super grele avansate de-a lungul timpului (Saturn, Energie, Vulcan, Starship) au fost orice numai nu simple.
Un alt aspect interesant era ca RITA-C folosea o propulsie hibrida, arzand LOX/LH2 pana la o anumita altitudine, apoi trecand pe un regim pur NTR, folosind LH2 ca si masa de reactie. Din pacate, detaliile sunt putine.
RITA-C in varianta simplificata. Alte desene, din pacate, nu veti gasi.
Marian Dumitriu (Checkmate)
Surse:
1. http://www.astronautix.com/r/ritac.html
2. http://www.projectrho.com/public_html/rocket/realdesigns4.php#id–Reuseable_Interplanetary_Transport
3. Andrew J. Butrica – Single Stage to Orbit: Politics, Space Technology, and the Quest for Reusable Rocketry (New Series in NASA History) ( https://books.google.ro/books?id=v6eTVBEDA54C&pg=PA89&lpg=PA89&dq=%22RITA%22+nuclear+space+saturn&source=bl&ots=CxlxRQJSH1&sig=ACfU3U0sXApnc_Si3_BmmjAuwyXTefahqQ&hl=ro&sa=X&ved=2ahUKEwiZ4eWgrtPyAhWdhf0HHbieAOgQ6AF6BAgNEAM#v=onepage&q=%22RITA%22%20nuclear%20space%20saturn&f=false )
4. US Congress – Hearings, vol 3 ( https://books.google.ro/books?id=TNL6usz6yBAC&pg=RA4-PA166&lpg=RA4-PA166&dq=%22RITA%22+nuclear+space+saturn&source=bl&ots=YS7FW9opE5&sig=ACfU3U0e1rtsou2qNeMC–cUhH3qn9Bc-w&hl=ro&sa=X&ved=2ahUKEwiZ4eWgrtPyAhWdhf0HHbieAOgQ6AF6BAgPEAM#v=onepage&q=%22RITA%22%20nuclear%20space%20saturn&f=false )