211service.com
Nedtælling til raketfly
Den solbeskinnede by Mojave, Californien, med en befolkning på kun 3.700, kan prale af en lufthavn, der fylder næsten lige så meget som Los Angeles International. Det store, isolerede sted, ved den bjergkantede kant af en bred flade af høj ørkenslette, har været hjemsted for adskillige maverick-luftfartsselskaber. Voyager, det ekstremt lette fly, der i 1986 blev det første til at flyve nonstop rundt i verden uden at tanke brændstof, blev affødt her. Nu, i en beskeden lav bygning ved lufthavnens udkant, er fremtiden for rumtransport muligvis født.
Husk, den fremtid ser ikke ud af meget endnu: et lille tosædet fly, der ligner en jetjager med halen hugget af og stumpe vinger installeret nær næsen. I juli sidste år nåede dette letvægtsfartøj, kaldet EZ-Rocket, en ny luftfartsmilepæl, da piloten Dick Rutan, som også havde styret Voyager, satte sine to raketmotorer igennem en drejelig berøring og manøvrerede: lette, slukke for motorerne, lande, fyre motorerne op igen, og tage afsted uden at stoppe. Dette repræsenterede et nyt højvandsmærke i at give fly-lignende fleksibilitet og kontrollerbarhed til et raketdrevet fartøj, en kendsgerning, der har øget betydning, siden rumfærgen Columbia-katastrofen rejste nye spørgsmål om levedygtigheden af den amerikanske regerings bemandede rumprogram.
Hver af disse to flyvninger varede mindre end 15 minutter og nåede aldrig højere end 3.000 meter. Men de viste, at Xcor Aerospace, firmaet bag EZ-Rocket, muligvis har den bedste chance endnu til rent faktisk at give verden en genanvendelig raketfly-rutine, flyselskabslignende operationer til raketverdenen og reducere opsendelsesomkostningerne til så lidt som en tiendedel af opsendelsen af rumfærgen og nutidens forbrugsraketter. Et sådant fartøj kunne inden for flere år tillade billig satellitudbredelse til forskning og kommunikation og springende rumturisme. Over en længere tidsramme kan efterfølgerfartøjer levere en New York CityTokyo passagerflyvning, der tager mindre end tre timer. Og fordi frigørelse af Jordens tyngdekraft er den største omkostning ved enhver rummission, er billigere opsendelser væsentlige forudsætninger for sådanne visionære satsninger som rumbaserede solfangere, der vil sende energi til Jorden 24 timer i døgnet og udvinding af ædelmetaller fra asteroider.
Selvfølgelig har folk i årtier forsøgt at realisere visionen om et genanvendeligt raketfly, med ringe succes. Raketvidenskab er blevet synonymt med avanceret teknologi, men sagen er, at der har været meget lidt i vejen for nyudvikling af raketter siden begyndelsen af 1960'erne, siger Xcor Aerospace-præsident Jeff Greason, en tidligere Intel-direktør. Hvad der er anderledes nu, siger han og andre, er, at selv før Columbia brød fra hinanden den 1. februar, begyndte folk faktisk at bygge og teste nye designs. Faktisk er mere end to dusin virksomheder verden over, for ikke at nævne NASA og andre nationale rumorganisationer, aktivt ved at udvikle raketfly. Og med tabet af Columbia, dødsfald på syv astronauter og efterfølgende grundstødning af de resterende shuttles, vil både antallet af udviklere og behovet for deres opgave sandsynligvis vokse. Behovet for at finde en måde at få nye teknologier og nye tilgange til rumtransport er sandsynligvis meget tydeligere, end det var før, siger Greason.
Mange private spillere er ansporet af udsigten til at vinde X-prisen på $10 millioner. Denne dusør, der tilbydes af en St. Louis, MO-baseret fond finansieret af rumturisme-boostere, vil blive tildelt det første privatfinansierede raketfartøj, der transporterer tre personer til kanten af rummet (en højde på mindst 100 kilometer), vender tilbage dem sikkert til Jorden, og gør det hele igen inden for to uger. Allerede nu har 24 spillere meldt sig til at gøre forsøget.
Men 10 millioner dollars er en dråbe i bøtten sammenlignet med den rigtige præmie: rumturisme. Sidste år konkluderede en undersøgelse bestilt af NASA, at hvis pålidelige fartøjer var tilgængelige, ville 15.000 velhavende spændingssøgende årligt tilmelde sig suborbitale flyvninger, der koster omkring $50.000 hver. Det repræsenterer et marked på $750 millioner. Og selvom det ikke ville svare til nutidens vigtigste rumforretning med at opsende satellitter - i 2001, genererede 39 opsendelser på verdensplan næsten 3,3 milliarder dollars i indtægter - kan det markere starten på noget langt større. Rumturisme har potentialet til at vokse til en stor ny industri, der er lige så vigtig som civil luftfart, siger Patrick Collins, økonom ved Azabu University i Fuchinobe, Japan, og mangeårig fortaler for kommercialisering af rummet. På kort sigt, tilføjer han, er der ingen anden anvendelse af rum med selv et meget lignende potentiale. Og uanset om et sådant marked bliver til virkelighed hurtigt eller ej - det er muligt, at de kolde billeder af Columbia, der går i stykker, vil gøre vordende rumturister nervøse i de kommende år - selve teknologien modnes tydeligvis. I november sidste år sagde rapporten fra en præsidentiel kommission for den amerikanske luft- og rumfartsindustri, at genanvendelige løfteraketter, der i det mindste kunne sænke omkostningerne ved at sætte satellitter ud i rummet væsentligt, er inden for vores rækkevidde i dette årti.
Historie om fiasko
At skabe genanvendelige raketfly burde have været NASAs opgave. Men NASAs indsats - X-33, et ambitiøst koncept for et genanvendeligt raketfly, der i 2005 skulle demonstrere teknologier, der i sidste ende kunne erstatte rumfærgeprogrammet - blev den største hvide elefant nogensinde produceret af det amerikanske rumprogram. Mellem 1997 og 2001 blev der brugt næsten 1,3 milliarder dollars på det brintdrevne fartøj, og der er stort set intet at vise til. Skæbnesvangert valgte NASA en plan, der brugte et væld af teknisk udfordrende (læs: risikable) teknologier - inklusive unikke raketmotorer, brændstoftanke og varmeskjolde - og et komplekst køretøjsdesign. Hver af disse teknologier ville have skullet arbejde for, at fartøjet kunne lede vejen til at løsne rumfærgen-flåden - nu mere end to årtier gammel - for missioner, der inkluderer færge af astronauter til den internationale rumstation og opsendelse af videnskabelige nyttelaster såsom Hubble Rumteleskop.
Men en del, en sammensat flydende-brint brændstoftank bygget af Lockheed Martin, mislykkedes i test. I 2001 gik NASA, med udsigten til at vente endnu et år på en ny version, væk fra indsatsen og startede noget nyt, siger agenturets tidligere associerede administrator for politik og planlægning Lori Garver. Hver gang du gør det, mister du terræn. Nu, to år efter X-33's annullering, forventes NASA's stadig stort set udefinerede nye indsats ikke at producere en rumfærge-erstatning tidligere end to årtier fra nu. Der vil dog utvivlsomt være pres efter Columbia for at fremskynde den tidsplan.
Et resultat af X-33-debaklet var at lægge en alvorlig dæmper på private investeringer på området. Konventionel visdom mente, at hvis NASA ikke kunne bygge en genanvendelig raket, kunne ingen, siger Collins. Men verden mangler et raketfly, ikke fordi det er svært at bygge, siger han. Det er bare sådan, at stort set al raketforskning er blevet udført af et monopolstatsorgan. Buzz Aldrin, som i 1969 blev den anden mand til at gå på månen, siger, at USA simpelthen mangler et sammenhængende nationalt program til at udvikle prisbillig, genanvendelig affyringsteknologi. Og mens Columbias forfærdelige skæbne kunne skærpe fokus, siger Aldrin, at foreløbig alligevel er vi i et rod.
Ind i dette rod ankommer Xcor Aerospace og dets konkurrenter. Deres vision: at bygge en ny race af raketter. I modsætning til enhver raket, der hidtil er blevet opsendt, ville dette fartøj flyve ud i rummet og vende hjem intakt. (Nogle designs kræver en to-trins proces, der får raketten til at komme i vejret ved at piggybacke oven på et jetfly.) Selv rumfærgerne, verdens første og eneste genanvendelige rumfartøj, kasserer dele af de to boosterraketter og alle de enorme eksterne brændstoftank ved hver lancering.
At realisere denne vision ser forholdsvis ligetil på papiret. Raketmotorer er dybest set forbrændingskamre med pumper, der bringer brændstof og oxidationsmiddel-ilt eller et iltrigt kemikalie, der tillader brændstoffet at brænde selv i rummets vakuum. De har ikke brug for en jetmotors højhastighedsturbofans og kompressorer, som giver ilt fra luften til at forbrænde brændstof og tegner sig for omkring 80 procent af motorens størrelse, vægt og kompleksitet. Og som følge heraf kan raketter flyve langt højere end jetfly, som ikke kan overstige højder på 16 kilometer, fordi luften bliver for tynd til at forbrænde flybrændstof og give løft til deres vinger.
Ingen siger, at sådanne opkomlinge som Xcor Aerospace kan nå rummet i ét trin. At nå kredsløb betyder at opnå hastigheder på 27.800 kilometer i timen, transportere enorme mængder brændstof og modstå ekstreme belastninger. At møde disse udfordringer vil efter alt at dømme tage mindst et årti. I mellemtiden kan der dog læres meget, mens du skyder efter et meget mere beskedent mål: at bygge et raketdrevet fartøj, der er i stand til at nå kanten af rummet - en højde på 100 kilometer - uden egentlig at gå i kredsløb. At opnå den højde kræver en hastighed på omkring 4.500 kilometer i timen, ikke meget hurtigere end tophastighederne for nutidens jetjagerfly, så designere af fartøjet burde være i stand til at tilpasse jagerflyenes relativt gennemprøvede systemer og tekniske procedurer til ny opgave.
Xcor Aerospace-præsident Greason siger, at det er muligt at nå designmålet inden for de næste par år. Faktisk forlod han for omkring seks år siden den blomstrende mikrochipindustri, fordi han så rumbranchen som værende dér, hvor computere havde været tilbage i 1970'erne: nogle få virksomheder kontrollerede et marked for stort, dyrt, eksklusivt hardware, og de var uvidende om havændringer, der er ved at blive forårsaget af et par besatte universitetsfrafald, der arbejder i garager, ved at bruge hyldevare til at producere fantastiske nye personlige computersystemer. Det minder meget om pc'ens tidlige dage, siger Peter Diamandis, formand og stifter af X-Prize Foundation. Suborbitale køretøjer, der kan foretage tusindvis af flyvninger om året, vil skabe en markedsplads ved at ændre perspektivet på rummet: det er ikke kun for regeringer, men for offentligheden.
Lille, kvik konkurrence
Xcor Aerospaces EZ-Rocket er som de tidlige pc'er - enkle, grundlæggende og fra den almindelige rumfartsvirksomheds synspunkt praktisk talt mikroskopiske. Dens to raketmotorer, drevet af alkohol og flydende ilt, producerer hver for sig kun en tusindedel af trækkraften fra hver af rumfærgens tre hovedmotorer. Men i modsætning til deres shuttle-modstykker kan EZ-Rocket-motorerne styres fuldt ud og endda lukkes ned og genstartes under flyvning. Alligevel er EZ-Rocket kun et demonstrationskøretøj. Det lille fartøj er designet til at samle erfaring med at bygge et tosædet suborbitalt rumfly, kaldet Xerus, som nu er under udvikling.
Til Xerus udvikler Xcor Aerospace en raketmotor med fem gange så stor kraft som EZ-Rocket - en motor, der kan drosles op og ned gennem en lang række hastigheder. En klynge på fire eller fem sådanne motorer ville løfte raketflyet til en højde af 100 kilometer; så ville mindre raketter gøre det muligt for fartøjet at opretholde stabilitet under en udkant af rummet.
Xcor Aerospace forfølger to-personers Xerus, selvom den ikke vil opfylde tre-personers kriteriet for X-Prize. Præmie eller ingen præmie, Greason, Rutan og deres håndfuld kolleger ser masser af markedsincitamenter. Greason siger, at Xerus kunne sende en lille satellitnyttelast - omkring 10 kg - ind i en lav bane ved hjælp af en boosterraket på satellitten. Sådanne små satellitter bliver brugt til universitetsforskningsprojekter, som ofte skal vente i årevis på at komme tilbage til en større satellitopsendelse. Og selve Xerus kunne også bruges til forskning - såsom at indsamle atmosfæriske data eller udføre ingeniøreksperimenter, der kræver korte perioder i nul-tyngdekraftsmiljøer.
Det egentlige mål er dog turisme. Greason siger, at Xerus kunne give turister en halv times joyrides - tre minutters vægtløshed og en chance for at se jordens krumning og rummets mørke - og derefter lande på en almindelig landingsbane. En Xerus alene, siger han, kunne tjene 24 millioner dollars om året i turistindtægter på udviklingsomkostninger på mindre end 10 millioner dollars. På grund af sådanne visioner håber Xcor Aerospace inden for tre år at have fløjet og testet Xerus og klargjort fartøjet til produktion. Vi besluttede at gøre de mindste skridt, vi kunne, med så mange af dem som muligt, der genererede indtægter, forklarer Greason. Hvis Xerus virker, og turistfortjenesten ruller ind, siger han, ville virksomhedens udviklere begynde at tackle den ultimative opgave - at komme i kredsløb.
Ideen om de mindste skridt har selvfølgelig en vis historisk resonans, når det kommer til rumteknologi. Men mens Xcor Aerospace fokuserer på den inkrementelle tilgang, forfølger flere konkurrerende virksomheder allerede den store vision: et fartøj, der kan gå hele vejen i kredsløb. En spiller er Pioneer Rocketplane i Solvang, CA. Virksomheden har designet en raket-og-jet-hybrid kaldet Pathfinder, som vil lette med traditionelle jetmotorer. En gang i en krydshøjde på omkring 5.500 meter, vil et brændstoftankfly mødes med Pathfinder og pumpe flydende ilt ind i en tom tank ombord på fartøjet. Derefter, drevet frem af en kombination af flydende ilt og petroleum, vil Pathfinder tænde sin raketmotor og svæve til en højde på 139 kilometer, hvor den frigiver et ubemandet øvre trin for at levere en nyttelast på 2.280 kg i kredsløb.
Ligesom Xcor Aerospace starter Pioneer med en mindre version - Rocketplane XP - som vil konkurrere om X-prisen. Selvom hverken XP eller Pathfinder selv har nået prototypestadiet, betragtes Pioneer Rocketplane som en seriøs spiller. Dens administrerende direktør, Mitchell Burnside Clapp, var ansvarlig for et luftvåbendesign af en flylignende genanvendelig raket, der senere udviklede sig til Pathfinder-konceptet. På grund af dette design er Pioneer Rocketplane en førende konkurrent til et Defense Advanced Research Projects Agency-projekt om at udvikle en billig raketdrevet satellitaffyringsrampe. (Styrelsen forventes at annoncere tildelingen af to endelige designkontrakter den 1. marts.)
De fleste af de genbrugelige raketspillere tænker i forhold til at transportere mennesker - både piloter og turister. Men Tysklands Astrium udelader udtrykkeligt menneskelig last. I stedet er det ved at udvikle et autonomt raketfartøj kaldet Hopper, designet til at levere billige satellitopsendelser. Det første skridt i denne retning er Phoenix, en version af Hopper i en sjette skala.
Phoenix er hovedsageligt en testseng for autonom landingsteknologi. Fartøjets designere inkorporerer laserbaserede højdemålere-højdesensorer og digitalt Global Positioning System-udstyr sammen med intelligente navigationsalgoritmer, der gør det muligt for fartøjet at lave en glidende landingsbane uden hjælp fra mennesker eller udstyr på jorden. Den første test af køretøjet, som er under konstruktion, forventes næste år: en helikopter vil tabe Phoenix fra en højde på omkring 1.400 meter og efterlade den til at lande på egen hånd. Astrium vurderer, at Hopper i fuld størrelse kan opsende satellitter om 15 til 20 år, til halvdelen af dagens opsendelsesomkostninger.
Og NASA sidder ikke på sidelinjen. Selvom den nøjagtige form for et efterfølgerprogram til den skæbnesvangre X-33 stadig er ved at blive udarbejdet af agenturadministratoren Sean O'Keefe, som overtog roret i slutningen af 2001, var NASA begyndt at udforme langsigtede planer for en større, mere ambitiøst håndværk før Columbia-katastrofen. Orbital Space Plane er bare et blankt ark papir lige nu, men tanken er, at det ville være klar til at levere besætning og små mængder last til den internationale rumstation i 2012.
Hvis det flyver inden 2012 eller før, ville Orbital Space Plane komme til at kredse oven på en konventionel forbrugsraket. Men NASA håber i sidste ende at erstatte den raket med et genanvendeligt system. For at gøre dette forenkler og strømliner forskere ved NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, AL, raketmotordesign og inkorporerer indbyggede diagnostiske systemer til at opdage problemer såsom revner, lækager og fastsiddende ventiler. Sådanne systemer ville give enorme besparelser sammenlignet med rumfærgerne, hvis motorer demonteres og inspiceres efter hver mission af hundredvis af ingeniører. Målet er at bringe raketmotorpålidelighed ind i samme kategori som nutidens jetmotorer, siger Garry Lyles, der er ansvarlig for fremdriftssystemer til NASAs program til udvikling af teknologi til fremtidige løfteraketter. Lige nu kræver NASAs planer i hvert fald en fuldt genanvendelig rumfærge-erstatning inden 2025.
Privat push
På trods af sin dårlige track record med raketfly er NASA fortsat en seriøs langsigtet konkurrent. Men styrelsens lidt adstadige tidsplan har efterladt feltet vidt åbent for den private sektor. Og begejstringen omkring potentialet for små virksomheder til faktisk at producere et genanvendeligt raketfartøj vokser. En X-Prize-sejr fra et af disse virksomheder ville fjerne skepsis og kunne også sætte gang i investeringerne. Det er et psykologisk skridt, siger Rand Simberg, der er rumfartsingeniør og konsulent. De små virksomheder går tilbage og gør det, som det skulle have været gjort i første omgang.
For at forudse små virksomheders evne til at slå nye veje, booker et firma faktisk turistflyvninger på raketfly, der kun eksisterer i dag på papiret. Space Adventures, fra Arlington, VA, sender allerede turister på nul-tyngdekraftsflyflyvninger i Rusland, og det arrangerede russiske rumflyvninger - hver med en pris på 20 millioner dollars - til den internationale rumstation for den amerikanske forretningsmand Dennis Tito i 2001 og den sydafrikanske Internet tycoon Mark Shuttleworth sidste år. Nu satser selskabet på Xcor: det har indgået kontrakt om 600 Xerus turistflyvninger, og det har endda taget kontante indskud fra mere end 100 kunder.
Vi har været imponerede over Xcors team af mennesker og deres evne til at producere egentlig flyvende hardware og til at udføre demonstrationer på et lavt budget, siger Eric Anderson, præsident for Space Adventures. Og selvom Anderson oprindeligt frygtede, at Columbias skræmmende død kunne få nogle af hans kunder til at tænke sig om to gange på rumrejser, havde ingen bedt om refusion i de første par dage efter, at rumfærgen var gået tabt - et faktum, han siger, viser et stærkt menneskeligt engagement i rumflyvning. . I stedet for at skræmme folk væk, tilføjer han, vil det, der skete med Columbia, tjene som et wake-up call. Om ti år vil folk føle sig mere sikre, vil være mere sikre ved at gå i kredsløb som følge af forbedringer, der uundgåeligt vil følge af undersøgelsen af ulykken.
Space Adventures opbakning til Xcor og andre raketvirksomheder giver en synergi, der kan være afgørende for at realisere de årtier gamle visioner om genanvendelige raketter, siger Bruce Lusignan, professor i elektroteknik ved Stanford University og direktør for Center for International Cooperation in Space, en verdensomspændende konsortium af universiteter. Han siger, at indtægter fra rumrelateret turisme kan bruges til at finansiere en ny generation af turistorienterede løfteraketter, og det kan være kernen til at opbygge kapaciteten. Det kan være den rigtige vej at gå. Og det betyder, at EZ-Rocket - det uimponerende testkøretøj i den store Mojave Lufthavn - måske ender med at blive den første pc i en ny rumalder.