UFOeUAPARQUIVO EM PORTUGUÊS

Data: 08/03/2010Local: Relatório preparado para a Divisão de Apoio à Aquisição (DWO-3) da DIA, Washington, D.C., EUA

DIA, 2010: estudo do AAWSAP defende planadores hipersônicos e foguetes que respiram ar como caminho para um acesso regular ao espaço

O DIRD de 8 de março de 2010 reúne a visão de um único autor sobre o histórico do acesso ao espaço. Defende que planadores hipersônicos de corpo sustentador e foguetes que respiram ar, estudados nos anos 1960 a 1980, poderiam dar acesso regular à órbita baixa com capacidade industrial já demonstrada. O documento não trata de UFOs nem de UAPs.

Dossiê completoHistória da investigação
Data do evento
08/03/2010
Local
Relatório preparado para a Divisão de Apoio à Aquisição (DWO-3) da DIA, Washington, D.C., EUA
Tema
História da investigação
Órgãos das fontes
DOW
Documentos
1 documento · 56 páginas
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126 min
Capa com selo da DIA, a data de 8 de março de 2010, o código DIA-08-1001-006 e o título do relatório sobre o acesso ao espaço.Capa de relatório oficialPágina física 1
Capa de relatório oficial · Defense Intelligence Agency (DIA) · Página física 1 do arquivo divulgado. Capa do DIRD “Space Access: Where We’ve Been . . . and Where We Could Go”, de 8 de março de 2010, com o selo da DIA e a marcação “Apoio contra Ameaças de Aquisição”. D124, página física 1. A marcação de uso oficial exclusivo aparece riscada. Reprodução da capa do documento; não é imagem de veículo nem de ensaio. Fonte documental ↗ · Ampliar imagem ↗

FONTES DOCUMENTAIS · DOW

O que os registros contam

Este é um estudo técnico de história e engenharia aeroespacial, não um relato de avistamento. O Documento de Referência de Inteligência de Defesa (DIRD) “Space Access: Where We’ve Been . . . and Where We Could Go” tem data de capa de 8 de março de 2010 e data-limite de informação (ICOD) de 1º de dezembro de 2009. Foi preparado pela Divisão de Apoio à Aquisição (DWO-3), do Escritório de Alerta de Defesa, na Diretoria de Análise da Agência de Inteligência de Defesa (DIA). O nome do autor foi substituído por “AAP Person 67”. Na capa aparece a marcação “Apoio contra Ameaças de Aquisição” e o código DIA-08-1001-006.

Segundo o expediente, o texto é um dos relatórios de tecnologia avançada do ano fiscal de 2009 produzidos no Programa de Aplicações de Sistemas de Armas Aeroespaciais Avançados (AAWSA) do Escritório de Alerta de Defesa. O documento não explica por que esse tema foi encomendado além de integrar a série. O que ele diz é que o acesso regular, programável e frequente à órbita baixa da Terra é, em sua visão, mais uma questão de hardware e de capacidade industrial do que de tecnologia nova, e que os Estados Unidos não tiveram até então uma abordagem verdadeiramente comercial das viagens espaciais.

O autor escreve em parte como memória pessoal: diz que trabalhou em Wright-Patterson a partir de 1958, relata conversas com projetistas russos, entre eles Gleb Lozino-Lozinski, e afirma ter presenciado procedimentos de lançamento em Baikonur em 1988. Esses relatos são do autor e não são comprovados por outros documentos do arquivo. A tese central é que planadores hipersônicos de corpo sustentador, como os da série FDL do Laboratório de Dinâmica de Voo da Força Aérea e o Modelo 176 da McDonnell Douglas, estudados nas décadas de 1960 e 1970, ofereceriam voo de ida e volta ao espaço com pouso em qualquer aeroporto, sem esperar órbitas.

A maior parte do texto compara configurações e propulsão. O autor discute o peso de veículos de reentrada sustentadores em relação às cápsulas balísticas, com correlações e equações que cita de estudos antigos, os materiais e a proteção térmica das telhas metálicas, os bordos de ataque com tubos de calor, os foguetes que respiram ar (LACE, o HOTOL britânico e variantes russas e japonesas) e os modos de decolagem vertical e horizontal. Propõe também lançar um planador do dorso de um Antonov An-225 e opera com números de projetos de conceito, não com resultados de voo de um veículo operacional. O único voo de teste citado de um planador é o do ASSET.

Uma seção curta trata do chamado tubo Qu, um tubo de calor que o autor diz ter visto em demonstração nos anos 1990 e do qual diz possuir dois exemplares. A página reproduzida de um relatório anual da Universidade do Alabama em Huntsville afirma condutividade térmica de dezenas de milhares de vezes a do cobre, mas o próprio texto reproduzido o chama de “um tanto controverso”. São alegações do inventor, da empresa e dos pesquisadores citados, e este documento não traz verificação independente. O autor também relata que as tentativas de levar o desenvolvimento adiante fracassaram.

A conclusão volta ao argumento da infraestrutura: o autor compara o espaço a uma rede ferroviária que precisa de pátios de manobra, estações orbitais de montagem, abastecimento e reparo, e diz que, sem isso, só haverá veículos descartáveis de missão única. Apresenta uma tabela de 25 elementos de uma infraestrutura espacial futura, de lançadores a hotéis orbitais, como visão prospectiva. Os anexos trazem o histórico de relatórios de 1964 e 1965 sobre uma estação giratória, uma estimativa de custos de um esquadrão de veículos transatmosféricos (TAV) em 1984 e as elipses de pouso de planadores. Entre as aplicações do TAV, o apêndice C menciona penetradores cinéticos de uso militar.

O horizonte tecnológico é duplo. Por um lado, o autor trata de conceitos dos anos 1960 e 1980 que, segundo ele, poderiam ser construídos com a capacidade industrial já demonstrada, em prazo que não indica. Por outro, afirma que desenvolvimentos de propulsão serão necessários para viagens além das vizinhanças da Terra. O documento não menciona UFOs, UAPs, origem extraterrestre ou engenharia reversa. Sua ligação com o tema do portal é institucional: é um dos DIRDs do programa AAWSAP, e a leitura do texto mostra que o escopo da encomenda foi a história e as perspectivas do acesso humano ao espaço por veículos aeroespaciais.

Quanto à evidência, trata-se de um texto de opinião e síntese de um único autor, com 34 notas de rodapé a artigos técnicos, livros e comunicações privadas. As afirmações de desempenho vêm de estudos de conceito, ensaios em túnel de vento e dimensionamentos citados, não de operação real, e as tabelas e equações são reproduzidas das fontes que ele indica. Parte das figuras vem de livros e artigos de terceiros, e o expediente avisa que não é autorizada a divulgação adicional das fotografias do documento, por isso só a capa entra como imagem neste dossiê.

LEITURA DIRETA DO ARQUIVO

O documento, em português

Traduzidas na íntegra as 56 páginas do documento (blocos por página, documento 861270e395ef20b9): capa, expediente, sumário, listas de figuras, texto, legendas e rótulos de figuras, tabelas, equações (notação reproduzida como no original), anexos A a D e a lista de 34 referências (só os elementos descritivos; os títulos de obras ficam como “[referências bibliográficas no original]”). A página 31 reproduz uma página de relatório anual da Universidade do Alabama em Huntsville. Rótulos de gráficos parcialmente ilegíveis foram marcados na própria tradução. As fotografias não são reproduzidas por causa do aviso de direitos autorais do expediente; só a capa entra como imagem. O documento não menciona UFOs nem UAPs.

TRECHO 1 · PÁGINA FÍSICA 1

página inteira

SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL Documento de Referência de Inteligência de Defesa Apoio contra Ameaças de Aquisição 8 de março de 2010 Data de corte (ICOD): 1º de dezembro de 2009 DIA-08-1001-006 Acesso ao espaço: de onde viemos... e para onde poderíamos ir SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL

Nota editorial: Capa do documento de referência da Agência de Inteligência de Defesa, de 8 de março de 2010, sobre o histórico e as perspectivas de acesso ao espaço.

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UNCLASSIFIED//FOR OFFICIAL USE Oilti Defense Intelligence Reference Document Acquisition Threat Support 8 March 2010 !COD: 1 December 2009 DIA-08-1001-006 Space Access: Where We've Been ... and Where We Could Go UNCLASSIFIED/ /FOA OFFI@IAL USE er•tv

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TRECHO 2 · PÁGINA FÍSICA 10

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[Departamento de Projetos Avançados da McDonnell Aircraft, 1958 a 1967, Sr. H. D. Altis, diretor.] Figura 3. Aeronave de cruzeiro hipersônico HSVS mostrando a temperatura real da superfície É possível uma grande variedade de configurações de espaçonaves recuperáveis. Mas, se os requisitos de um sistema de transporte capaz de ir ao espaço e voltar devem ser atendidos, o espectro de configurações se estreita muito. Surgem dois tipos básicos de configuração. Uma configuração é a de um planador hipersônico movido por foguete ou por ciclo de foguete que respira ar, que pode operar com propulsão que respira ar até Mach 5,5 ou menos. Uma entrada de ar versátil, de captura variável e virada para dentro,4 pode ser integrada à configuração do veículo derivada da série de planadores hipersônicos FDL, desenvolvida pelo Laboratório de Dinâmica de Voo da Força Aérea dos EUA (AFFDL),5 e do trabalho da McDonnell Douglas Astronautics Company. Por causa da razão de massa até a órbita, essas configurações são veículos de decolagem vertical e pouso horizontal, como exemplifica o veículo no alto à esquerda da Figura 4. Esse veículo costuma ser o estágio superior de um sistema de dois estágios para órbita, e não um veículo de estágio único para órbita. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 3

Nota editorial: Distingue dois tipos de veículo (planador hipersônico de decolagem vertical e cruzador hipersônico) e apresenta a figura de um projeto de cruzeiro da McDonnell dos anos 1960.

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-- UNCLASSIFIED/ /FOR OFFl@IAL l::l!H! 8HL'I McDonnell Aircraft Advanced Design Dept. 1958 to 1967 Mr. H. D.Altis, Director Figure 3. HSVS Hypersonic Cruise Aircraft Showing True Skin Temperature A wide variety of configurations for recoverable spacecraft are possible. But if the requirements for a transportation system capable of traveling to and returning from space are to be met, the configurations spectrum is significantly narrowed. Two basic configuration types emerge. One configurat ion is for a hypersonic glider powered by either rocket or air-breathing rocket cycle propulsion that can operate as air-breath ing propulsion to mach 5.5 or less. A versatile variable-capture, inward-turning inlet 4 can be integrated with the vehicle configuration derived from the FDL series of hypersonic gliders developed by the U.S. Air Force Flight Dynam ics Laboratory (AFFDL)5 and the work of the McDonnell Douglas Astronautics Company. Because of the mass ratio to orbit, these configurations are vertical takeoff and horizontal landing vehicles, exemplified by the upper-left vehicle in Figure 4. This vehicle is usually an upper stage in a two-stage-to-orbit rather than a single-stage -to-orbit vehicle. UNCLASSIFIED/ /EAR OFFICIO I. Uiliii 0PUi!lf 3

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TRECHO 3 · PÁGINA FÍSICA 11

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[Figura 4, rótulos: "Planador hipersônico a foguete" e "Cruzador hipersônico movido por aparelho que respira ar, de ciclo combinado".] Figura 4. Planador hipersônico a foguete e cruzador hipersônico que respira ar A segunda configuração é a dos sistemas de propulsão que respiram ar e operam entre Mach 6 e Mach 14, que exigem um veículo configurado para a propulsão, no qual a parte inferior do veículo é parte integrante do sistema de propulsão (formando a maior parte da entrada de captura de ar). Isso é típico do veículo no canto inferior direito da Figura 4. O conceito de configuração termicamente integrada, de ciclo combinado e que respira ar, vem da organização de Projetos Avançados da McDonnell Douglas (St. Louis). O conceito de veículo, concebido inicialmente no fim da década de 1950 e início da de 1960, era um veículo configurado para propulsão que respira ar, acelerado por um foguete principal na parte traseira do corpo, como mostra a Figura 3. A parte inferior do veículo é o sistema de propulsão; o motor está no módulo do motor. Ambas as formas básicas são funções de tau; isto é, para uma dada área em planta, a distribuição das seções transversais é determinada pelo volume necessário. O tau foi relatado no livro de D. Küchemann sobre aerodinâmica supersônica6 como: τ = V_total / S_plan^1,5 (1) A única configuração discutida em algum detalhe no livro é o planador hipersônico movido a foguete. O planador hipersônico tem maior potencial de curto prazo para se tornar um sistema operacional, considerando o fracasso do Avião Aeroespacial Nacional (NASP) em chegar a uma fase funcional de hardware. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 4

Nota editorial: Esquema que contrasta o planador a foguete e o cruzador com propulsão integrada ao ventre, e a equação (1) do parâmetro tau; o autor privilegia o planador como opção de curto prazo.

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UNCLASSIFIED/ JFOR OFFICIJltL YSE 8PUslf Rocket Powered Hypersonic Glider Combined Cycle Airbreather Powered Hypersonic Cruiser Figure 4. Hypersonic Rocket-Powered Glider and Hypersonic Air-Breathing Cruiser The second configuration is for air-breathing propulsion systems operating at between mach 6 and mach 14 that require a propulsion-configured vehicle, where the underside of the vehicle is an integral part of the propulsion system (forming most of the air­ capturing inlet). This is typified by the lower-right vehicle in Figure 4. The thermally integrated, air-breathing, combined-cycle configuration concept is derived from the McDonnell Douglas (St. Louis) Advanced Design organization. The vehicle concept initially conceived in the late 1950s and early 1960s was an air-breathing propulsion­ configured vehicle accelerated by a main rocket in the aft end of the body, as shown in Figure 3. The vehicle's underside is the propulsion system; the engine is in the engine module. Both basic shapes are functions of tau-that is, for a given planform area, the cross­ sectional distribution is determined by the volume required. Tau was reported in D. Kuchemann's book on supersonic aerodynamics 6 as: V'C = total (1)s1.5 plan The only configuration discussed in the book in any detail is the rocket-powered hypersonic glider. The hypersonic glider has greater near-term potential to become an operational system, considering the failure of the National Aerospace Plane (NASP) to reach a functional hardware stage. UNCLASSIFIED/ /FOR OFFICIO! 1 !SE Ql!L¥ 4

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TRECHO 4 · PÁGINA FÍSICA 12

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Tudo o que entra em órbita precisa reentrar na atmosfera muitas vezes se for um veículo de uso continuado. Se for um veículo comercial, a flexibilidade de pousar onde estiverem os clientes comerciais é essencial. Pense no sucesso que teriam a FedEx, a UPS ou a DHL se houvesse apenas dois pontos de coleta e entrega nos Estados Unidos e alguns poucos no resto do mundo. Uma cápsula balística tem ainda menos opções de pouso, e um pouso e recuperação em água salgada é caro demais para ser comercialmente viável. O que se precisa é de um planador hipersônico com a flexibilidade de reentrar quando necessário, sem espera, e de pousar em diferentes bases operacionais, como faria um avião de transporte. Havia nos Estados Unidos três concorrentes sérios quanto às configurações de planadores hipersônicos: o AFFDL, na Base da Força Aérea de Wright-Patterson, a McDonnell Douglas Corporation (MDC) e a Lockheed Corporation. O NASA Ames e o NASA Langley também geravam configurações hipersônicas, mas a visão da NASA sobre planadores hipersônicos (basicamente projetos de pesquisa e desenvolvimento) e seus requisitos de alcance em planeio diferia da das três organizações citadas. Essa diferença se vê bem na distância entre os requisitos operacionais de uma aeronave experimental (como o X-1, X-2, X-10, X-15 ou X-20), que voa raramente e quando convém à organização de pesquisa, e os de uma aeronave operacional da Força Aérea ou da Marinha, que precisa poder voar em qualquer dia e em quase qualquer tempo quando necessário (também uma regra operacional das espaçonaves russas). Do meio da década de 1960 ao início da de 1970, a Força Aérea dos EUA e a NASA divergiram sobre a capacidade operacional dessas aeronaves e seus requisitos. Como resultado, cada uma seguiu sua própria direção de desenvolvimento, e grande parte da originalidade e da praticidade dos conceitos do AFFDL não se refletiu nas configurações de acesso ao espaço desenvolvidas pela NASA. Houve uma última tentativa de aplicar ao ônibus espacial da NASA a filosofia do AFFDL de uma configuração em planta delta com alta razão sustentação/arrasto (L/D), detalhada no artigo "A Delta Shuttle Orbiter", na edição de janeiro de 1971 de Astronautics and Aeronautics.7 A Figura 5 mostra o conjunto de configurações em planta delta que o AFFDL considerou no período de 1958 a 1968. [Figura 5, imagens de várias configurações de corpo sustentador delta.] Figura 5. Projetos de corpo sustentador delta. O conjunto de projetos de corpo sustentador delta mostra que a configuração não se limita a altas razões sustentação/arrasto hipersônicas, a grande alcance lateral e a grande porte.8 SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 5

Nota editorial: Argumenta que a reentrada com pouso flexível é requisito operacional e compara os critérios da Força Aérea e da NASA para veículos de reentrada.

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UNCLASSIFIED/ fFOR OFFl&IAL YSIE er•tv Whatever goes into orbit must enter the atmosphere many t imes if it is to be a sustained-use vehicle . If it is to be a comme rcial vehicle, then the flex ibility to land wherever the commercial customers are is essential. Consider how successful FedEx, UPS, or DHL would be if there were only two pickup and delivery sites in the United States and a few more elsewhere in the world. A ballistic capsule has even fewer landing opt ions, and a saltwater landing and recovery is too costly to be commercially feasible. What is needed is a hypersonic glider with the flexibility to enter when necessary, without waiting, and to land at different operational bases, just as a transport might. There were three serious competitors in the United States with respect to hypersonic glider configurations: the AFFDL at Wright-Patterson Air Force Base, the McDonnell Douglas Corporation (MDC), and the Lockheed Corporation. NASA Ames and NASA Langley were also generating hypersonic configurations, but NASA's views on hypersonic gliders (fundamentally research and development projects) and their glide range requirements differed from those of the three organizat ions listed above. That difference is clearly exemplified by the difference between the operational requirements of an experimental aircraft (such as X-1, X-2, X-10, X-15, or X-20) that flies infrequently and at the convenience of the research organization and those of an operational Air Force or Navy aircraft that must be able to fly on any day in almost any weather when needed (also a Russian spacecraft operational rule). From the middle of the 1960s to the early 1970s, the U.S. Air Force and NASA had disagreements over the operational capability of these aircraft and their requirements. As a result, each went its own development direct ion, and much of the originality and pract icality of the AFFDL concepts has not been reflected in the space access configurations developed by NASA. There was a final attempt to apply the AFFDL's philosophy of a high lift-to-drag (L/D) ratio delta planform configuration to the NASA space shuttle, as detailed in the article "A Delta Shuttle Orbiter" in the January 1971 issue of Astronautics and Aeronautics. 7 Figure 5 shows the array of delta planform configurations the AFFDL considered during the 1958-68 timeframe. Figures. Delta-Lifting Body Designs. Array of delta -lifting body designs shows configuration is not limited to high hypersonic lift-to -drag ratios, high cross range, and large size.8 UNCLASSIFIED/ ,<FOR OFFI&IAL YSIE 8HLY 5

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TRECHO 5 · PÁGINA FÍSICA 13

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A abordagem do AFFDL foi projetar uma configuração de desempenho hipersônico que minimizasse o tempo de espera em órbita para voltar ao território continental dos Estados Unidos (CONUS). Isso resultou em configurações com bordos de ataque mais afiados e raios de nariz menores do que os encontrados nas configurações da NASA e da Rússia. Todos os detalhes de materiais, estruturas e termodinâmica relacionados às configurações mais afiadas foram testados e verificados em instalações de ensaio em solo e em voos de teste (BGRV e ASSET). As características de configurações selecionadas de planadores hipersônicos do AFFDL estão indicadas na Tabela 1. Tabela 1. Características de configurações selecionadas de planadores hipersônicos do Laboratório de Dinâmica de Voo no período de 1958 a 1968 N.º | Modelo | Observação 1 | FDL-24B | Fundo plano, bordos de ataque afiados, caudas convencionais, conforme projetado 2 | Planador de corpo inteiro, semelhante aos veículos russos BOR | Nariz espatulado voltado para cima, caudas convencionais 3 | ASSET | Veículo de teste para avaliar aerodinâmica, termodinâmica e materiais, baseado no nariz do DynaSoar 4 | FDL-7MC | Fundo plano, bordos de ataque afiados, asa de geometria variável, configuração de cauda em X desenvolvida experimentalmente 5 | (sem modelo indicado) | Nariz rombudo, configuração asa-corpo do tipo DynaSoar 6 | Versão de nariz espatulado do tipo DynaSoar | Primeira integração de um nariz bidimensional (menor arrasto) em um planador hipersônico (R. D. Newmann) 7 | FDL-8 | Fundo plano, bordos de ataque afiados, caudas externas 8 | HL-10 | NASA Ames, fundo plano com parte superior arredondada e varrida para cima, caudas de grande ângulo de diedro 9 | X-24A | NASA Langley, corpo redondo, caudas de grande ângulo de diedro 10 | Star | Corpo em estrela baseado em configuração russa do tipo corpo em estrela A configuração 2 era um corpo inteiro relativamente rombudo, de maior carga alar, com nariz espatulado voltado para cima, não muito diferente da série russa Bor de planadores hipersônicos de Lozino-Lozinski. Quando o autor estava em Wright-Patterson, o interesse por ela diminuiu depressa por causa do alcance lateral limitado. Por causa da extensão longitudinal da antiga União Soviética em comparação com a dos Estados Unidos, a razão L/D mínima para garantir um pouso na massa continental era menor para a antiga União Soviética do que para os Estados Unidos: 1,7 para a União Soviética contra 2,7 para os Estados Unidos. A configuração 3 era um veículo de pesquisa em escala reduzida para avaliar a termodinâmica e os materiais dos planadores hipersônicos. Os raios do nariz e dos bordos de ataque tinham tamanho real. O ASSET foi voado com sucesso sobre um propulsor míssil balístico de alcance intermediário (IRBM) Thor. Um dos que foram recuperados após pouso no oceano está em exposição no Museu da Força Aérea dos EUA em Dayton, Ohio. A configuração 6 foi o primeiro nariz bidimensional aplicado nos Estados Unidos a um corpo alado convencional (configuração 5). A configuração 4 foi produto da cooperação entre o AFFDL (Alfred Draper) e a McDonnell Douglas Astronautics Company (Robert Masek) para desenvolver um veículo de apoio ao Laboratório Orbital Tripulado (MOL). Esse conceito foi apresentado à Força Aérea dos SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 6

Nota editorial: Tabela das configurações de planadores hipersônicos do Laboratório de Dinâmica de Voo da Força Aérea (1958-1968), com comentários do autor; cita o voo de teste do ASSET e diz que os demais ficaram em conceito.

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UNCLASSIFIED/,CFOA OFFl€1Ak Uliliii ONkY The AFFDL's approach was to design a hypersonic performance configuration that would minimize the waiting time in orbit to return to the continental United States (CONUS). This resulted in configurations with sharper leading edges and smaller nose radii than found in NASA and Russian configurations. All of the material, structural, and thermodynamic details related to the sharper configurations were tested and verified in ground test facilities and flight tests (BGRV and ASSET). Characteristics of selected AFFDL hypersonic glider configurations are identified in Table 1. Table 1. Characteristics of Selected Flight Dynamics Laboratory Hypersonic Glider Configurations During the 1958-68 Timeframe # Model Observation l FDL-24B Flat bottom, sharp leading edges, conventional tails, as designed 2 All Body Glider, similar to Russian BOR vehicles Upnirned spatular nose, conventional tail s 3 ASSET Test vehicle to evaluate aerodynami cs, thermodynamics and materi als, based on nose of DynaSoar 4 FDL-7MC Flat bottom , sharp leading edges, variable geometry wing, ex perimentally developed tail X configuration 5 Blunt nose, wing-body DynaSoar type configuration 6 Spaturlar Nose Version of DynaSoar type First integration of 2-dirnensional nose (less drag) on a hypersonic glider (R.D. Newmann) 7 FDL-8 Flat bottom , sharp leading edges, outboard tails 8 HL-10 ASA Ames flat up-swept with bottom, round upper body, high dihedral angle tai ls 9 X-24A NASA Langley round body, high dihedral angle tails LO Star Body based on Russian Star Body type configuration Configuration 2 was a higher wing-loading, relatively blunt all-body with an upswept spatular nose that is not unlike Russia's Bor series of Lozino-Lozinski hypersonic gliders. When the author was at Wright-Patterson, interest in this waned quickly because of the limited cross range available. Because of the longitudinal extent of the former Soviet Union compared with the United States, the minimum L/D ratio to ensure a landing on the continental land mass was less for the former Soviet Union than it was for the United States-1. 7 for the Soviet Union versus 2. 7 for the United States . Configuration 3 was a subscale research vehicle to evaluate the thermodynamic and materials for hypersonic gliders. The nose and leading edge radii were full-scale size. ASSET was successfully flown on a Thor intermediate-range ballistic missile (IRBM) booster. One that was recovered after an ocean landing is on display in the U.S. Air Force Museum in Dayton, Ohio. Configuration 6 was the first two-dimensiona l nose applied to a conventional winged-body (configuration 5) in the United States. Configuration 4 was a product of cooperation between the AFFDL (Alfred Draper) and McDonnell Douglas Astronautics Company (Robert Masek) to develop a vehicle to support the Manned Orbiting Laboratory (MOL). This concept was briefed to the U.S. UNCLASSIFIED/ /FOR OFFICIO! 1ISliii AIIL¥ 6

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TRECHO 6 · PÁGINA FÍSICA 14

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à Força Aérea dos EUA em 1964, e elementos dessa configuração serão mostrados adiante. A intenção era um veículo para 9 a 12 pessoas, destinado à rotação de tripulação, que também pudesse levar suprimentos à estação orbital em calendário regular e frequente (cerca de um voo por semana por veículo). A asa de geometria variável, do tipo canivete, permitia pousar com cargas pesadas vindas do espaço e, por fim, decolar na horizontal. A característica determinada experimentalmente foi a configuração da cauda. Essa configuração foi testada em túnel de vento e demonstrou estabilidade e controle inerentes em velocidades de Mach 22 até a velocidade de pouso. A configuração 6 foi produto da cooperação entre o AFFDL (Richard D. Neumann) e a McDonnell Douglas Astronautics Company (Robert Krieger) para reduzir o arrasto dos planadores hipersônicos. Com base na física de que uma cunha bidimensional tem menos arrasto que um cone circular reto de mesmo volume, esses engenheiros conceberam o "bordo de ataque espatulado". A configuração asa-corpo serviu de base às configurações do X-20 e do DynaSoar, que tinham razão L/D hipersônica limitada, principalmente por causa do arrasto. Com o nariz espatulado, o arrasto de onda do nariz podia ser reduzido de 35 a 40 por cento, aumentando assim a razão L/D hipersônica. A configuração 6 derivou do corpo alado convencional, a configuração 5. A configuração 10 é uma adaptação do conceito russo de "corpo em estrela", que pode reentrar em uma de três orientações e não precisa ter sempre um lado voltado para o escoamento (lado de compressão). A teoria era que, em caso de dano, um dos três lados estaria disponível para uma reentrada segura. A limitação desse conceito é o pequeno volume interno e a alta razão entre área molhada (superfície) e área em planta, o que reduz a razão L/D hipersônica. O X-24B baseou-se na configuração FDL-8. As diferentes abordagens da configuração de planadores hipersônicos ficam bem exemplificadas na Figura 6. O X-24A, construído pela Martin Marietta em suas instalações de Denver, Colorado, é uma configuração de fuselagem redonda com deriva verticais externas de grande ângulo de diedro. Todas as configurações desse tipo têm sérios problemas de estabilidade lateral-direcional em baixas velocidades e tendem a rolar em torno do eixo horizontal que passa pela fuselagem. Um projetista, o russo Gleb Lozino-Lozinski, resolveu o problema empregando caudas de diedro variável. O AFFDL resolveu o problema usando configurações não redondas; isto é, a busca por altas razões L/D hipersônicas levou à solução do problema em baixa velocidade. Em um programa do AFFDL, a Martin Marietta modificou o X-24A, dando-lhe uma configuração de fundo plano com elevons no bordo de fuga, chamada X-24B, mostrada na Figura 6. Comentários de Bill Dana, piloto da NASA que voou o X-15 e o X-24A/B, sobre a mudança no desempenho em baixa velocidade do X-24B confirmaram a vantagem da abordagem do AFFDL.9 [Figura 6. Planadores de pesquisa X-24 A e B da Martin Marietta. Fotos do X-24A e do X-24B modificado; X-24A baseado na configuração PRIME da USAF.] SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 7

Nota editorial: Descreve as configurações 4, 6 e 10 da tabela e a diferença entre os planadores X-24A e X-24B, com foto dos dois (Figura 6).

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UNCLASSIFIED/; FOR OFFICIAL U.!I! er~t'f Air Force in 1964, and elements of that configuration will be shown later. The intent was a 9 - to 12-person vehicle for crew rotation that could alternat ively carry supplies to the orbital station on a regular, frequent schedule (about one flight per week per vehicle) . T he variable geometry switchblade wing permitted landing with heavy loads returning from space and eventually horizontal takeoff. The experimentally determined configuration feature was the tail configuration. This configuration was wind tunnel tested and demonstrated inherent stability and control at speeds ranging from mach 22 to landing speed. Configuration 6 was a product of cooperation between the AFFDL (Richard D. Neumann) and McDonnell Douglas Astronautics Company (Robert Krieger) to reduce the drag of hyperson ic gliders. Based on the physics that a two-dimensional wedge has less drag than a right circular cone of the same volume, these engineers devised the "spatular leading edge." The wind-body configuration formed the basis of the X-20 and DynaSoar configurations that had a limited hyperson ic L/D ratio, primarily because of drag. With the spatular nose, the nose wave drag could be reduced by 35 to 40 percent, thus increasing the hypersonic L/D ratio. Configuration 6 was derived from the conventional wing body, configuration 5. Configuration 10 is an adaptation of the Russian "Star Body" concept that can enter in one of three orientat ions and need not always have one side facing the flow (compression side). The theory was that in a damaged situation, one of the three sides would be available for a safe entry . The limitation of this configuration concept is a small internal volume and a high ratio of wetted (surface) area per planform area that reduces the hypersonic L/D ratio. The X-24B was based on the FDL-8 Martin Mar•tt ■ X-23A configuration. The different approaches to hypersonic glider configuration are best exemp lified by Figure 6. The X- 24A, built by Martin Marietta at its Denver, Colorado, facilities, is a round fuselage configuration with outboard high-dihedral-angle vert ical tails. All the configurations of this type have serious lateral-directional stability problems at low speeds and tend to roll about the horizontal axis through the fuselage . One designer, the Russian Glebe Lozino-Lozinski, solved the problem by employing variable dihedral Figure 6. Martin Marietta X-24 A& BResearch tails. The AFFDL solved the problem by Gliders. X-24A based on USAF PRIME config urat ion. using nonround configurations; that is, the quest for high hypersonic L/D ratios led to the solut ion of the low speed problem. Under an AFFDL program, Martin Marietta modified the X-24A into a flat-bottomed configuration with trailing edge elevens called the X-24B, shown in Figure 6. Comments by Bill Dana, the NASA pilot who flew the X-15 and the X-24A/B, about the change in the slow speed performance of the X-24B confirmed the advantage of the AFFDL approach. 9 l' 0[ USA f Mod1lied Th• X·24 I UNCLASSIFIED/ /EAR AEEJCJOP 1155 All! X 7

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Os parâmetros de projeto que mais determinam o peso de uma espaçonave são sua configuração e a quantidade de área molhada, ou de superfície, em relação à área em planta. Os planadores hipersônicos mostrados na Figura 5 têm valores diferentes de área molhada em relação à área em planta. Outro fator importante é a presença de asas, como nas configurações 5 e 6, que são corpos alados com asa relativamente fina, ou a ausência de asa, como no planador hipersônico de corpo sustentador da classe FDL (configurações 2, 4 ou 7). Nesse caso, os corpos sustentadores têm uma vantagem de forma que reduz a quantidade de superfície fina ou sujeita a aquecimento intenso. Na década de 1960, quando o corpo sustentador de alto desempenho da Força Aérea dos EUA competia com o corpo alado de desempenho modesto da NASA, houve muito debate sobre o peso desses conceitos sustentadores em comparação com o de uma cápsula balística (ver Apêndice A). Naquela época, com as grandes frotas de recuperação no mar, as cápsulas balísticas eram os únicos veículos de reentrada, tanto nos Estados Unidos quanto na antiga União Soviética. Vários estudos do início ao meio da década de 1960 tentaram corrigir e quantificar o peso de um veículo de reentrada sustentador em comparação com uma cápsula balística. Em toda a discussão dos programas Mercury, Gemini e Apollo, o custo da recuperação no mar era quase tido como líquido e certo, de modo que o foco estava no custo do veículo em si, não no de todo o sistema do veículo. O governo montou um gráfico que representava o peso relativo de sistemas de reentrada hipersônica, de balísticos a planadores de alto desempenho (alta razão L/D), reunido de relatórios de contratadas e do governo. O peso relativo era o peso do sistema comparado ao de uma cápsula balística com a mesma capacidade de carga útil. O resultado foi uma curva de correlação que mostrou que os planadores asa-corpo de alto desempenho podiam pesar até o dobro do que pesava uma cápsula balística de carga útil comparável. Essa correlação se baseava na razão L/D do veículo. O Apollo tem razão L/D de cerca de 0,5, mas o sistema ainda era um veículo balístico com alcance lateral muito limitado. Uma correlação dos dados é: W/W₀ = 1 + 0,1259 (L/D) − 0,1029 (L/D)² + 0,0621 (L/D)³ (2) W₀ = o peso de uma cápsula balística com a mesma carga útil Essa correlação dá a um planador de alta razão L/D hipersônica um peso de quase o dobro do da cápsula balística. Nessa correlação, diferentes conceitos de configuração foram misturados e correlacionados como um único conjunto de dados. Um relatório citado no Apêndice A (Stephens, 1965) concluiu: "O fator de peso das espaçonaves sustentadoras resulta principalmente da maior área de superfície e só secundariamente do ambiente associado da espaçonave, e pode ser até duas vezes maior que o das espaçonaves balísticas." Engenheiros da McDonnell Douglas Astronautics Company examinaram o banco de dados e concluíram que o grande impacto de peso de uma espaçonave sustentadora era tanto função da configuração quanto da razão L/D. Os engenheiros se propuseram a separar o banco de dados em famílias de configurações semelhantes. Onde havia lacunas, estabeleceram uma configuração que oferecia a razão L/D buscada, com base nas regras de configuração daquela família. Foram identificadas três famílias. As configurações da família SV baseavam-se em configurações de seção transversal circular/elíptica, características dos conceitos HL-10 e X-24A da NASA. As configurações da família FDL baseavam-se na configuração em planta delta trapezoidal. E as configurações da família MRS baseavam-se em uma versão da família FDL modificada pela McDonnell Douglas, com ênfase em criar telhas de proteção térmica metálico-radiativas que fossem planas, reduzindo assim o custo da telha e talvez introduzindo um elemento de intercambialidade de hardware. No total, 10 configurações das 3 famílias foram SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 8

Nota editorial: Relaciona o peso do veículo de reentrada, a área molhada e a razão sustentação/arrasto; a equação (2) é uma correlação histórica de dados que misturava famílias de configuração.

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UNCLASSIFIED/ /FOR OFFl&IAl l:ISlii 8,.lY The design parameters that largely determine a spacecraft's weight are its configuration and the amount of wetted or surface area relative to the planform area. The hypersonic gliders shown in Figure 5 have differing values of wetted area to planform area. Another important factor is the presence of wings, such as for configurations 5 and 6, which are wing bodies with a relatively thin wing or no wing, such as the lifting­ body FDL-class hypersonic glider (configurations 2, 4, or 7). In this case the lifting bodies have a shape advantage that reduces the amount of surface area that is thin or subject to high heating. In the 1960s, when the U.S. Air Force's high-performance lifting body was competing with NASA's modest-performance wing body, there was much debate regarding the weight of these lifting concepts compared with that of a ballistic capsule (see Appendix A). At that time, with the large sea-recovery fleets, ballistic capsules were the only entry vehicles in either the United States or the former Soviet Union. A number of studies in the early-to-mid-1960s attempted to rectify and quantify the weight of a lifting entry vehicle compared with a ballistic capsule. In all the discussion in the Mercury, Gemini, and Apollo programs, the cost of the sea recovery was almost taken for granted, so the focus was on the cost of the vehicle itself, not the entire vehicle system. The government assembled a chart representing the relative weight of hypersonic entry systems-from ballistic to high-performance (high L/D ratio) gliders-collected from contractor and government reports. The relative weight was the system weight compared with that of a ballistic capsule with the same payload capacity. The result was a correlation curve that showed the high­ performance wing-body gliders could weigh as much as twice what a comparable payload ballistic capsule weighed. This correlation was based on the L/D ratio of the vehicle. Apollo has an L/D ratio of about 0.5, but the system was still a ballistic vehicle with a very limited cross range. One correlation of the data is: W/W0 =l + 0.1259aL/D)-0.1029aL/D)2 + 0.0621aL/D)3 (2) W = the weight of a ballistjc capsule with the same payload0 This correlation yields a high hypersonic L/D ratio glider with a weight almost twice that of the ballistic capsule. In this correlation, different configuration concepts were mixed and correlated as a single data set. A report cited in Appendix A (Stephens, 1965) concluded, "Weight factor for lifting spacecraft results primarily from larger surface area and only secondarily from the associated spacecraft environment and may be as large as a factor of two greater than ballistic spacecraft." Engineers at the McDonnell Douglas Astronautics Company examined the database and concluded the large weight impact for a lifting spacecraft was as much a function of the configuration as the L/D ratio. The engineers set out to separate the database into families of like configurations. Where gaps existed, they established a configuration that provided the L/D ratio sought that was based on the configuration rules for that family. Three fam ilies were identified. The SV family configurations were based on circular/ell iptical cross-section configurations that were characteristic of the HL-10 and X-24A NASA configuration concepts. The FDL family configurations were based on the trapezoidal delta planform configuration. And the MRS family configurations were based on a McDonnell Douglas modified version of the FDL family, with an emphasis on creating metal-radiative thermal-protect ion shingles that were flat, thereby reducing the cost of the shingle and perhaps introducing an element of hardware interchangeability. Altogether, 10 configurations from among the 3 families were 8 UNCLASSIFIED/ /FOR OFFICilAk Wliliii OPtllf

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projetadas, pesadas e executadas com a mesma capacidade industrial de fabricação. O resultado foi uma curva que representa cada família de configuração, como mostra a Figura 7. As três famílias são representadas pelas três retas paralelas. [Figura 7. Gráfico do peso relativo W/W₀ (eixo vertical, de 0 a 1,5) contra a razão L/D hipersônica (eixo horizontal, de 0 a 3), com três retas paralelas rotuladas "Família SV", "Família FDL" e "Família MRS" e o ponto "Balística". Fórmula no gráfico: W = W₀ · (1 + (L/D)/11,1).] Figura 7. As análises detalhadas de projeto mostram que as tendências de peso são tanto função da família de configuração quanto da razão sustentação/arrasto W/W₀ = K [1 + 0,0901 (L/D)] (3) K = 1,000 para a família SV K = 0,9297 para a família FDL K = 0,7622 para a família MRS Isso mostra que a configuração e sua razão individual entre área molhada e área em planta podem variar tanto em peso da espaçonave quanto em razão L/D. As configurações de alta razão L/D tinham pesos comparáveis aos de cápsulas balísticas de mesma carga útil de: SV = 1,9; FDL = 1,7; MRS = 1,4. Assim, a penalidade de ter uma configuração de corpo sustentador é menor que a esperada se as características da configuração forem levadas em conta no projeto e na pesagem da espaçonave. Além disso, a razão pela qual se considerou a espaçonave sustentadora de alto desempenho era eliminar a necessidade de recuperação no mar e, portanto, o custo de uma frota de recuperação e o dano sofrido pela espaçonave em um pouso em água salgada. O SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 9

Nota editorial: Gráfico e equação (3) que separam as tendências de peso das três famílias de configuração; os valores vêm de análise comparativa de projeto citada pelo autor.

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UNCLASSIFIED/ ;'FOR: OFFIEiIAk W&lii &Pn.Y designed, weighed, and performed using the same industrial fabrication capability. The result was a curve representing each configuration family, as shown in Figure 7. The three families are represented by the three parallel straight lines. SV FAMILY 1.5 10 • w 0.5 W - W •(1 L/DJ - 0 +11 .1 - - -~----- MRS FAMILY 0 1 2 3 Hypersonic LID Figure 7. Detailed Design Analyses Show the Weight Trends are as Much a Function of Configuration Family as Lift-to-Drag Ratio W/W0 = K{l+0.090l!(L/D)] K =1.000 for the SV Family (3) K =0.9297 for the FDL Family K =0.7622 for the MRS Family This illustrates that the configuration and its individual wetted area to planform area can vary as much in their spacecraft weight as they can in their L/D ratio. The high L/D-ratio configurations had weights comparable to same-payload ballistic capsules of : sv = 1.9 FOL= 1.7 MRS =1.4 So the penalty for having a lifting-body configuration is less than expected if the configuration characteristics are taken into consideration in the design and weighing of the spacecraft. In addition, the reason the lifting spacecraft with high performance was considered was to eliminate the need for sea recovery and therefore the cost of a recovery fleet and the damage incurred by the spacecraft in a saltwater landing. The 9 UNCLASSIFIED/ /iOA: OiilCI0ls. !lili QPlls.V

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objetivo era poder recuperar a espaçonave em qualquer aeroporto do CONUS, eliminar a necessidade de um local de recuperação no exterior e eliminar a espera exigida até que uma razão L/D menor pudesse pousar no CONUS (até 14 órbitas para a cápsula Apollo, ou 21 horas). Em uma emergência, isso pode ser tempo demais. O objetivo do AFFDL para a espaçonave de apoio ao Laboratório Orbital Tripulado era não haver espera, mas poder alcançar o CONUS a partir de qualquer posição arbitrária do MOL em sua órbita. Isso foi considerado possível nas apresentações ao governo de 1964-65 sobre o MOL, especificamente com a configuração Modelo 176 que a MDC propôs para o apoio ao MOL em 1964. O planador hipersônico baseado no FDL-7C e a aeronave hipersônica que respira ar da Figura 8 têm ambos razões L/D hipersônicas superiores a 2,7. Em termos muito práticos, isso significa alcances laterais sem motor superiores a 4.500 milhas náuticas e alcances longitudinais da ordem da circunferência da Terra. Assim, essas duas naves podem partir de qualquer ponto de uma órbita baixa e pousar no CONUS ou na Europa continental. Ambas são dinamicamente estáveis em todo o regime de planeio. [Figura 8: "Planador hipersônico FDL-7 C/D" e "Cruzador hipersônico de corpo integrado".] Figura 8. Aeronave planadora hipersônica de alto desempenho. Impulsão a foguete com planeio e cruzador que respira ar. Os defensores do corpo alado de fuselagem cilíndrica criticaram duramente os corpos sustentadores, sustentando que são configurações piores e muito mais complicadas que as configurações asa-corpo da sabedoria convencional (ver Figura 9). Mas isso está longe da verdade. O especialista em estruturas vê essa configuração como um tanque leve de propelente e presume que é essa consideração que determina o projeto. Na verdade, essa observação cria problemas para todas as outras disciplinas técnicas que são muito mais difíceis de resolver do que um tanque não cilíndrico ou um tanque cilíndrico em seção transversal não simétrica. A superfície sustentadora única, com controles no bordo de fuga, traz problemas de controle, como trouxe ao ônibus espacial. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 10

Nota editorial: Argumenta que maior alcance lateral dispensaria a espera em órbita em retornos de emergência e defende o corpo sustentador contra críticas dos defensores da configuração asa-corpo.

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UNCLASSIFIED/ /FOR OFFI@IAL l:ISE OHL¥ goal was to be able to recover the spacecraft at any airport in CONUS, to eliminate the need for an overseas recovery site, and to eliminate the waiting required until a lower L/D ratio could land in CONUS (up to 14 orbits for the Apollo capsule, or 21 hours). In an emergency, that may be too long. The AFFDL's goal for the spacecraft to support the Manned Orbiting Laboratory was no waiting but to be able to reach CONUS from any arbitrary MOL position in its orbit. This was considered possible in the 1964 -65 briefs to the government with respect to MOL, specifically the Model 176 configuration the MDC proposed for the MOL support in 1964. The hypersonic glider based on the FDL-7C and the hypersonic air-breathing aircraft in Figure 8 both have hypersonic L/D ratios in excess of 2.7. In very practical terms, that means unpowered cross ranges in excess of 4,500 nautical miles and down ranges on the order of the Earth's circumference. So these two craft can depart from any location of a low-altitude orbit and land in CONUS or in continental Europe. Both are dynamically stable over the entire glide regime. FDL-7 CID Hypersonic Glider Blended Body Hypersonic Cruiser Figure 8. High-Performance Hypersonic Glide Aircraft. Rocket boost-gl ide and air-breather cruiser. The wing-body, cylindrical fuselage advocates have strongly criticized the lifting bodies, contending that they are poorer configurations and much more complicated than the conventional-wisdom wing-body configurations (see Figure 9). However, that is far from the truth . The structural specialist sees this configuration as a lightweight propellant tank and assumes it is t his consideration that drives the design. Rather, that observation introduces problems for all other technical disciplines that are far more difficult to rectify than a noncylindrical tank or a cylindrical tank in a nonsymmetrical cross section. The lone lifting surface with t railing edge controls introd uces control issues just as it did for the space shuttle. UNCLASSIFIED/ ;'POlt err1e1J1tt U.!I!! er~t I 10

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[Figura 9. Conceito de configuração asa-cilindro WB-004 do NASA Langley. Rótulos: estabilidade e controle lateral-direcional inadequados; controles de bordo de fuga da asa dão capacidade limitada de controle a um veículo de manobra militar; asas finas encontram aquecimento severo dos dois lados, isto é, "estrutura quente"; sistema TPS curvo complexo; ângulo de ataque de planeio muito alto, cerca de 45°, contra 15° para o projeto de alta L/D; vórtices assimétricos podem produzir problemas de controle supersônico; o aquecimento do cilindro se estende de 55° a 60°; razão sustentação/arrasto hipersônica ruim limita o alcance de planeio.] Figura 9. Configuração asa-corpo WB-004 do NASA Langley, com as áreas geralmente críticas dos corpos alados identificadas Com um ângulo de ataque de reentrada alto, o escoamento cruzado sobre o cilindro produz altas taxas de aquecimento além da linha média do cilindro. Com uma razão L/D menor, os alcances longitudinal e lateral ficam limitados ao que se poderia obter, mas mais de acordo com o critério da NASA de uma órbita perdida. As asas finas são aquecidas dos dois lados, o que cria problemas térmicos adicionais, além de mais área de superfície para aumentar o arrasto. Al Draper e sua equipe, junto com a equipe de Bob Masek na McDonnell Douglas Astronautics, trabalharam longa e diligentemente para chegar às configurações FDL-7/Modelo 176 mostradas na Figura 10. A foto inserida é o modelo radiocontrolado do FDL-7MC, de Dale Reed, no NASA Dryden. As configurações do AFFDL e da MDC eram inerentemente estáveis em todos os ângulos de ataque operacionais, de pelo menos Mach 22 até a velocidade de pouso. O restante deste relatório se concentrará nas características dessa classe de corpo sustentador. As afirmações da Figura 10 baseavam-se todas em dados de túnel de vento. Uma vantagem real da forma trapezoidal era não só as telhas metálicas planas, mas também o aquecimento nas laterais e na superfície superior, que era pelo menos três quintos do das formas convencionais. O alcance de planeio era tal que essa configuração podia pousar no CONUS a partir de qualquer ponto de qualquer órbita, em qualquer inclinação, a partir de sua órbita atual, sem espera. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 11

Nota editorial: Diagrama que critica as limitações de aquecimento e de controle da configuração asa-cilindro da NASA e atribui a estabilidade das configurações FDL a ensaios em túnel de vento.

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UNCLASSIFIED/ fFOA OFFI&iIAk Ulilii ONkY system A ALan g l Wing- yl inder nfi gu rati n n ep Inadequate lateral-directional stability and control WB-004 Wing training edge control s Unsymmetrical vortices can produce super­ sonic control problems Cylinder heating extends up to 55° to 60° Poor hypersonic lift-to-drag ratio Glide angle of attack Complex very high ~ 45° compared curved TPS to 15° for high UO design provide limited limits glide range Thin wings control capability encounter for a military severe heating maneuver vehicle from both sides i.e. "hot structure" Figure 9. NASA Langley Wing-Body Configuration WB-004 With Generally Critical Areas for Wing Bodies Identified With a high entry angle of attack, the cross flow over the cylinder produces high heating rates beyond the mid-cylinder line . With a lower L/D ratio, the down and cross ranges are limited as to what might be achieved but more in l ine with NASA one­ missed-orbit criterion. The thin wings are heated on both sides to create added thermal problems , as well as added surface area to increase drag. Al Draper and his team, together with Bob Masek's team at McDonnell Douglas Astronaut ics, worked long and dilige ntly to arrive at the FDL-7 /Model 176 configurations shown in Figure 10. The insert photo is Dale Reed's mode l of the FDL- 7MC radio-co ntro lled model at NASA Dryden. The AFFDL and MDC configu rations were inherently stable at all operatio nal angles of attack from at least mach 22 to landing speed. The remainder of this report will focus on the characteristics of t his class of lift ing body . The statements in Figu re 10 were all based on wind tunnel data. A real advantage of the trapezoidal shape was not only flat metallic shingles but heat ing on the sides and upper surface that was at least three-fifths tha t of the convent ional shapes. The glide range was such that th is configuratio n could land in CONUS from any locat ion on any inclination orbit from its current orbit w ith no waiting . UNCLASSIFIED/ /fOR OFFI&il.lJ.k 11ilii CNP X 11

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[Figura 10. Conceito de configuração de corpo sustentador AFFDL-7C/D. Rótulos: ponta de nariz testada em voo assegura temperatura de 100 °C; a configuração de corpo sustentador elimina asas finas, com sustentação semelhante à de asa, e dá alta razão sustentação/arrasto e alcance de planeio global; superfícies de controle totalmente móveis dão estabilidade e controle de Mach 0,2 a 22; bordos de ataque com tubo de calor asseguram raios de bordo de ataque compatíveis com alta L/D; sistema TPS de painéis planos; a seção transversal trapezoidal aumenta a razão sustentação/arrasto e reduz em 1/3 o aquecimento lateral e da superfície superior; aletas fixas anédricas com flaps de bordo de fuga asseguram estabilidade e controle lateral-direcional subsônicos. Foto inserida: Dale Reed, NASA Dryden, por volta de 1967.] Figura 10. Configuração de corpo sustentador FDL-7C/D e FDL-7MC. Oferece estabilidade e controle inerentes, com volume suficiente e alta razão sustentação/arrasto. A versão de asa tipo canivete do FDL-7MC foi a preferida nos estudos de 1983 que fizeram parte do esforço do TAV (veículo transatmosférico) da McDonnell Douglas; esse veículo seria movido por um turborreator-estatorreator da Aerojet Sacramento ou por um sistema de propulsão de foguete que respira ar. A entrada de ar de captura variável e virada para dentro10 fornece o fluxo de ar correto ao motor, de velocidades de pouso a Mach 5,5, como ilustra a Figura 11. [Figura 11, imagem do FDL-7C/D com a entrada de ar.] Figura 11. FDL-7C/D com entrada de ar retrátil de virada para dentro da DuPont Os tanques de propelente eram estruturas multilobulares de segmentos cilíndricos, com anteparas e longarinas para sustentar as telhas planas de proteção térmica metálico-radiativas (muito semelhantes às fabricadas pela Goodrich Aerospace para o já extinto X-33). O nariz era SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 12

Nota editorial: Ilustra a configuração FDL-7C/D e sua entrada de ar retrátil; as afirmações de desempenho vêm de conceitos e de ensaios em túnel de vento, segundo o autor.

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UNCLASSIFIED/ /POR: OPPIEIICL t:191!!! 9HL'I Lifting body configuration AFFDL-7C/D Lifting Body Flight tested nose eliminates thin wings with tip design assures Configuration Concept wing-like lift. High lift-to-drag 100 °C temperature ratio and global glide range All-flying control surfaces provide stability and control from Mach 02 to 22 Heat pipe leading edges assures high LID leading edge radii. Flat pane TPS system Trapezoidal cross section increases lift-to-drag ratio and reduces side Anhedral fixed fins and upper surface with trailing edge heating by 1/3 flaps assure subsonic lateral-directional stability and control Figure 10. FDL-7C/D and FDL-7MC Lifting-Body Configuration. Offers inherent stability and control with sufficient volume and high lift-to-drag ratio. The switchblade wing version of the FDL-7MC was the preferred version for 1983 studies that were part of the McDonnell Douglas TAV (transatmospheric vehicle) effort; that vehicle was powered by either an Aerojet Sacramento air turboramjet or an air­ breathing rocket propulsion system. The inward-turning, variable-capture area inlet 10 provides the correct engine airflow from landi ng speeds to mach 5.5, as illustrated in Figure 11. Figure 11. FDL-7C/D with a DuPont Retractable Inward -Turning Inlet The propellant tanks were cylindrical-segment, multilobe structures with bulkheads and stringers to support the flat, metal-radiative thermal-protection shingles (very similar to those fabricated by Goodrich Aerospace for the now-defunct X-33). The nose was UNCLASSIFIED/ lFOR. OFFI&I.t.k Wliliii 8Plk¥ 12

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TRECHO 12 · PÁGINA FÍSICA 2

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL Acesso ao espaço: de onde viemos... e para onde poderíamos ir Preparado por: Divisão de Apoio à Aquisição (DWO-3) Escritório de Alerta de Defesa Diretoria de Análise Agência de Inteligência de Defesa Autor: Pessoa AAP 67 Nota administrativa AVISO DE DIREITOS AUTORAIS: não é autorizada a divulgação adicional das fotografias desta publicação. Este produto faz parte de uma série de relatórios de tecnologia avançada produzidos no ano fiscal de 2009 no âmbito do Programa de Aplicações de Sistemas de Armas Aeroespaciais Avançados (AAWSA) do Escritório de Alerta de Defesa da Agência de Inteligência de Defesa. Comentários ou dúvidas sobre este documento devem ser dirigidos a [Pessoa AAP 1], gerente do Programa AAWSA, Agência de Inteligência de Defesa, ATTN: CLAR/DWO-3, Bldg 6000, Washington, DC 20340-5100. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL ii

Nota editorial: Página de expediente: identifica a divisão e o escritório da Agência de Inteligência de Defesa responsáveis, a série de relatórios do programa AAWSA e o aviso sobre reprodução das fotografias.

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UNCLASSIFIED/ /FQA QFFl61alil l!ISI!! 91ft I Space Access: Where We've Been . . . and Where We Could Go Prepared by: Acquisition Support Division (DW0-3) Defense Warning Office Directorate for Analysis Defense Intelligence Agency Author: AAP Person 67 Administrative Note COPYRIGHT WARNING: Furthe r dissemin ation of the photo graphs in this publication is not authorized. This product is one in a series of advanced technology reports produced in FY 2009 under the Defense Intelligence Agency, Defense Warning Office's Advanced Aerospace Weapon System Applications (AAWSA) Program. Comments or questions pertaining to this document should be addressed tolAAP Person 1 I, AAWSA Program Manager, Defense Intelligence Agency, ATTN: CLAR/DW0 -3, Bldg 6000, Washington, DC 20340-5100 . UNCLASSIFIED/ /FQA QFFICl1'1k W&li 8HLY ii

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TRECHO 13 · PÁGINA FÍSICA 20

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resfriado por transpiração, com um nariz esférico poroso de baixa vazão de água. Os bordos de ataque afiados (o mesmo raio de bordo de ataque foi usado na ponta do nariz) eram tubos de calor de metal líquido. Essa abordagem foi testada com sucesso no período de 1964 a 1968 e se mostrou de peso igual e muito mais durável que um sistema comparável de telhas cerâmicas e carbono-carbono. A experiência do AFFDL com bordos de ataque de carbono-carbono no veículo de teste ASSET convenceu a Força Aérea de que era preciso uma solução mais durável. A Figura 12 compara o FDL-7C/D e o Modelo 176 da McDonnell Douglas. O Modelo 176 tinha um nariz de lei de potência, essencialmente um nariz espatulado curvo, e um ângulo de enflechamento maior, resultando no mesmo volume útil, mas com maior L/D hipersônica. Foram sacrificadas as telhas planas de proteção térmica sobre parte da fuselagem dianteira. Ambas as configurações mantiveram a configuração de cauda em X desenvolvida por Gil Gaumer, da McDonnell Douglas. Na época, o veículo lançador seria um Martin Titan IIIC. Se estivesse disponível um motor com o desempenho do XLR-129 da Pratt & Whitney, haveria tanques de combustível/oxidante recuperáveis lateralmente em ambos os lados do veículo, com todos os motores instalados no planador hipersônico. Isso era semelhante ao Lockheed Star Clipper (ver Figura 38). [Figura 12, desenhos do FDL-7C/D, por volta de 1962, modificado, 5 metros, e do Modelo 176, por volta de 1964, modificado, 5 metros.] Figura 12. Comparação entre o FDL-7C/D (em cima) e o Modelo 176 (embaixo) SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 13

Nota editorial: Compara a proteção térmica e o nariz do FDL-7C/D e do Modelo 176, separando o que foi testado em elementos do veículo proposto.

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UNCLASSIFIED/ ;5P81l Offl@IAL YSli QPU,¥ transpiration cooled with a low-rate water-porous spherical nose. The sharp leading edges (the same leading edge radius was used for the nose tip) were liquid-metal heat pipes. This approach was tested successfully during the 1964-68 timeframe and was found to be equal in weight and far more durable than a comparable ceram ic tile/carbon-carbon system. The AFFDL's experience with carbon-carbon leading edges on the ASSET test vehicle convinced the Air Force it needed a more durable solution. Figure 12 compares the FDL-7C/D and the McDonnell Douglas Model 176. The Model 176 had a power law nose that was essentially a curved spatular nose and a higher sweep angle, result ing in the same usable volume but with a higher hypersonic L/D. Sacrificed were the flat-panel thermal-protection shingles over part of the fore body. Both configurat ions retained the X-tail configurat ion developed by Gil Gaumer of McDonnell Douglas. At the time, the launch vehicle would have been a Martin Titan IIIC. Had an engine with the performance of the Pratt & Whitney XLR-129 been available, there would have been lateral recoverable, fuel/oxidizer tanks on either side of the vehicle, with all of the engines installed in the hypersonic glider. This was similar to the Lockheed Star Clipper (see Figure 38). FDL-7 CID &a e a e&a circa 1962 Modified5 met ers ..,., Gffl Wd1 circa 19645 mete rs Model 176 Modified Figure 12. Comparison of FDL-7C/D (top) and Model 176 {bottom) UNCLASSIFIED/ ,«FOil OPFISl.t.L Y&liii 0PIL¥ 13

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TRECHO 14 · PÁGINA FÍSICA 21

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O autor conheceu três pessoas (James S. McDonnell, Albert Draper, do AFFDL, e o russo Gleb Lozino-Lozinski) que entendiam claramente a necessidade de uma grande capacidade de alcance lateral e longitudinal, não apenas para uma órbita perdida. Os críticos observarão que Lozino-Lozinski limitou seus veículos BOR a uma razão L/D de 1,7 a 1,8, e não aos 2,7 a 3,0 exigidos para um alcance de planeio igual à circunferência da Terra. Primeiro, a extensão longitudinal da antiga União Soviética era o dobro da do CONUS, e um alcance de planeio igual à circunferência da Terra não era necessário para assegurar a recuperação dentro da União Soviética continental; portanto, uma razão L/D menor era aceitável. Segundo, em conversas pessoais com o autor, Lozino-Lozinski indicou que um órgão do governo russo o obrigou a limitar o alcance de planeio para garantir a recuperação na Rússia continental e impedir a fuga para os Estados Unidos. Como medida adicional para impedir a fuga, quando o veículo estava ao alcance do CONUS, o controle em solo desativava seu sistema de desorbitação. A necessidade de grande alcance lateral e longitudinal, para que não haja espera em órbita em caso de emergência ou de necessidade militar, é apresentada graficamente na Figura 13. Curiosamente, o maior requisito de alcance lateral para não haver espera é para a inclinação orbital de 55°, a inclinação orbital russa usual. A inclinação orbital nominal dos EUA é de 28,5 graus, com tempo de espera de 8 órbitas (aproximadamente 12 horas) para um planador da classe do ônibus espacial. Na inclinação orbital da Estação Espacial Internacional, o tempo de espera orbital de um planador da classe do ônibus espacial é de 6 órbitas. Em comparação, o tempo de espera orbital do Apollo era de cerca de 14 órbitas, desde que a trajetória de retorno incluísse uma órbita de estacionamento da Terra antes da entrada na atmosfera terrestre. Os planadores da classe FDL-7 e Modelo 176 poderiam entrar imediatamente em planeio de retorno a partir de suas órbitas. Isso dá uma vantagem significativa aos operadores da Estação Espacial Internacional e à tripulação do veículo, que precisariam apenas entrar em planadores hipersônicos acoplados a uma estação orbital e iniciar os procedimentos de desorbitação para estar no solo em menos de 90 minutos, em caso de emergência. [Figura 13. Gráfico "Tempo (órbitas) necessário para pousar na Califórnia ou na Flórida", para altitude orbital de 200 milhas náuticas (230,1 milhas terrestres, 370,4 km), contra o alcance lateral da espaçonave em milhas náuticas (de 0 a 5.000), com linha de "alcance lateral mínimo para um pouso por dia" e curvas rotuladas "Modelo 176", "Operacional" e "Apollo". Os rótulos do original estão parcialmente ilegíveis.] Figura 13. Alcance lateral suficiente (L/D) significa que não há espera para retornar SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 14

Nota editorial: Gráfico de alcance lateral que sustenta a ideia de retorno orbital sem espera; o relato sobre a limitação imposta ao projeto soviético vem de conversa pessoal do autor com Lozino-Lozinski.

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UNCLASSIFIED/ }FOR OFFI@IAL 1481: 8HLY The author was aware of three people-James S. McDonnell, the AFFDL's Albert Draper, and Russia's Glebe Lozino-Lozinski-who clearly understood the need for a long cross­ range and down-range capability, not just for one missed orbit. Critics will observe that Lozino-Lozinski had limited his BOR vehicles to an L/D ratio of 1.7 to 1.8 and not the 2.7 to 3.0 required for Earth circumferential glide range. First, the longitudinal extent of the former Soviet Union was twice that of CONUS, and an Earth circumferential glide range was not necessary to ensure recovery within the continental Soviet Union; therefore, a lesser L/D ratio was acceptable. Second, in personal conversations with the author, Lozino-Lozinski indicated a Russian government agency forced him to limit the glide range to ensure recovery in continental Russia and prevent escape to the United States. In a further step to prevent escape, when the vehicle was in range of CONUS, ground control disabled its deorbit system . The need for a long cross-range and down-range capability so there is no waiting in orbit in the case of an emergency or military need is presented graphically in Figure 13. Interestingly, the greatest lateral-range (cross-range) requirement for no waiting is for 55° orbital inclination, the usual Russian orbital inclination. The nominal U.S. orbital inclination is 28.5 degrees, with a waiting time of 8 orbits (approximately 12 hours) for a space shuttle-class glider. At the International Space Station orbital inclination, the orbital waiting time for a shuttle-class glider is 6 orbits. In comparison, Apollo's orbital waiting time was about 14 orbits, provided the return trajectory included an Earth­ parking orbit before entry into the Earth's atmosphere. The FDL-7 and Model 176 class of gliders could immediately enter a return glide from their orbits. This provides a significant advantage for the International Space Station operators and vehicle crew, who need only enter hypersonic gliders attached to an orbital station and initiate deorbit procedures to be on the ground in less than 90 minutes in an emergency. Time (orbits) Required to Land in Cal ifornia or Florid a Orbital Altitude is 200 nautical miles, 230.1 statute miles, 370.4 km 100 -----------------------~ ,..... .,"' ., 6b ~ '--' Minim um later I Rang e For Once A Da Lan ding 60 1-+----->d------'ri------+-r---- - -~------i <l 0 '.d "' .5 u ..£1 40 l-l------',.,__---l-nao. ~ ~---+------+---+--i'----- --.4-- ------l 20 1---""<,-"""'d- -----+--+---+---,<---lo"'--- Eanlope ----1 ] '.S... 0 Mo•el 176 Operadq Apollo 0'---------'- ----=::..L------L--- ---'-- ---' 0 2000 3000 4000 5000 Spacecr aft Lateral Range (nautica l miles) Figure 13. Sufficient Cross Range {L/D) Means There is No Waiting to Return UNCLASSIFIED/ fFOlil &FFI@IAL U.!I!! t>IIL I 14

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TRECHO 15 · PÁGINA FÍSICA 22

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A Figura 14 compara os alcances de planeio e as razões L/D de planadores hipersônicos selecionados. O ônibus espacial estaria na área do corpo alado nominal no gráfico da direita. Pela Figura 13, o alcance lateral sem espera é de 3.600 a 4.400 milhas náuticas. Isso significa que a razão L/D hipersônica precisa estar na faixa de 2,7 a 3,2. O Apêndice D mostra os alcances longitudinal e lateral como elipses de pouso. A chave de um pouso bem-sucedido é uma razão L/D subsônica na faixa de 4,5 ou mais. As configurações de fundo redondo da NASA não eram capazes dessa razão L/D subsônica. O X-24B estava nessa categoria e por isso pousava com facilidade em comparação com o X-24A ou os veículos Prime. Esses planadores de alto desempenho eram exclusivos do AFFDL. A intenção, em caso de incêndio, seria evacuar imediatamente para os planadores hipersônicos e então despressurizar a estação para controlar o fogo (lembre-se de que as cápsulas Mercury e Gemini podiam ser despressurizadas). Uma tripulação poderia então ser lançada para retomar a operação e reparar a estação. [Figura 14. Dois gráficos. À esquerda: razão L/D hipersônica contra alcance lateral (milhas náuticas, de 0 a 6.000), com o corpo sustentador nominal e o Apollo. À direita: alcance lateral contra L/D subsônica (de 2,0 a 7,0), com dados da MDC e o ponto do Apollo. Rótulos parcialmente ilegíveis.] Figura 14. Características do planador hipersônico Sempre se pergunta sobre o pouso desses corpos integrados. A Figura 15 mostra que as qualidades de manobra do corpo integrado são muito boas e que, portanto, o fator de medo do piloto é menor que com o X-15. Bill Dana disse que o X-24A era difícil de manobrar no pouso, mas que ele conseguia pousar o X-24B quase sem as mãos, pois ele arredondava sozinho. Até onde o autor sabe, todos os ensaios em túnel de vento mostraram estabilidade estática e dinâmica inerentes em toda a faixa de velocidades. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 15

Nota editorial: Gráficos que relacionam alcance de planeio e razão L/D; o autor recorre ao depoimento de um piloto da NASA sobre o pouso do X-24A e do X-24B.

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UNCLASSIFIED/ /POil OFFIEiIAk Ulilii QPIL¥ Figure 14 compares the glide ranges and L/D ratios of selected hypersonic gliders. The shuttle would be in the area of the nominal wing body on the righthand chart. From Figure 13, the no-waiting cross range (lateral range) is 3,600 to 4,400 nautical miles. That means the hypersonic L/D ratio needs to be in the 2.7 to 3.2 range. Appendix D has down and lateral ranges shown as landing ellipses. The key to a successful landing is a subsonic L/D ratio that is in the 4.5-or-greater range. The NASA round-bottom configurations were not capable of that subsonic L/D ratio. The X-24B was in that category and was therefore easily landed compared with the X-24A or Prime vehicles. These high-performance gliders were unique to the AFFDL. The intent in case of a fire would be to immediately evacuate to the hypersonic gliders and then depressurize the station to control any fire (remember that Mercury and Gemini could be depressurized). A crew could then be launched to recover the operation and repair the station. j ·e <O a ::i.S ~ -~ §(I,) ~ ij ~ >­o::: IC ei a 30000 •· 20,0CJ0 1----+---+--- ,..,,...--i1----i1---1 Nominal Lifting Body 10,000 1----1■ --------+-----I 0 .....,___..___.___...___..____..____ 4.0 T MDC data 2.0 t---t----t--::: ~ -t-'---+- --1 1.0 ~ =--....-. 1----1- -- Apollo + Par 0 0 2,000 4,000 6,000 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 Lateral Ran e (nautical miles) Su sonic UD Figure 14. Hypersonic Glider Characteristics There is always the question about landing these blended bodies. Figure 15 shows the blended body handling qualities to be very good, and therefore a pilot's fear factor is less than with the X-15. Bill Dana said the X-24A was difficult to handle when landing but that he could land the X-24B almost with no hands as it flared automatically . To the author's knowledge, all of the wind tunnel tests showed inherent static and dynamic stability over the entire speed range. UNCLASSIFIED/ /FOR AEEJCJOL flilii QPIL¥ 15

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TRECHO 16 · PÁGINA FÍSICA 23

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[Figura 15. Gráfico com os rótulos: velocidade inicial mínima aceitável, com base na margem de estol acelerado; limite psicológico por velocidade inicial excessiva; limite por capacidade de arredondamento (flare); eixo horizontal: velocidade de início do arredondamento (porcentagem da velocidade mínima), de 100 a 260 por cento.] Figura 15. Tanto o corpo sustentador de planta delta (Dynasoar) quanto o Modelo 176 oferecem desempenho superior de pouso Termodinâmica e materiais A estrutura do Modelo 176 baseava-se na ligação por difusão e na conformação superplástica de chapas planas de titânio. Há quarenta anos, o método se chamava "ligação por laminação" e era executado com o titânio selado dentro de um envelope de aço evacuado e processado numa usina de laminação de aço. Com muito esforço e lixiviação química, a peça de titânio era libertada de seu invólucro de aço. Tudo isso foi hoje totalmente substituído pelas atuais capacidades industriais de ligação por difusão e de conformação superplástica de titânio. A foto da Figura 16 vem de um livro da Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) intitulado Advanced Engine Development at Pratt & Whitney: The Inside Story of Eight Special Projects 1946-1971, de Dick Mulready. O capítulo 6, "Boost Glide and the XLR-129: Mach 20 at 200,000 Feet", mostra um remanescente que sobreviveu do programa da década de 1960. A conformação superplástica com ligação por difusão, tão difícil no início de 1960, é hoje um procedimento de fabricação aceito. Uma das principais anteparas do F-15 foi fabricada com elementos de chapa de titânio usando esse procedimento, em vez de remover por usinagem mais de 90 por cento de uma peça forjada de titânio. Se o procedimento tivesse sido adotado como método de fabricação de produto, teria eliminado o ciclo de fabricação de quase 2 anos para obter forjados de titânio para as longarinas das asas e as principais anteparas. Observe que apenas 2,5 por cento do aquecimento térmico entra na estrutura primária. 16 SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL

Nota editorial: Inicia a seção de materiais e termodinâmica com a estrutura de titânio por ligação por difusão e conformação superplástica, e o histórico industrial do método.

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UNCLASSIFIED/ /P91t 9FFl@IAL YSE 8HLY Minim um Acceptable Initial Speed Based on Acce lerated Stall M argin Psycho logical LimitDue to Excessive Initial Speed Limit Due to Margin Fl are Capab ility 0 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Fl are Initiatio n Speed (percent of minimum spee d) %Vmin Figure 15. Both Delta Planform Lifting Body {Dynasoar) and Model 176 Offer Superior Landing Performance Thermodynamics and Materials The structure of Model 176 was based on diffusion-bonding and super-plastic forming of flat titanium sheets. Forty years ago, the method was called "roll bonding" and executed with the titanium sealed within an evacuated steel envelope and processed in a steel rolling plant. With a lot of effort and chemical leaching, the titanium part was freed from its steel enclosure. All of that has been completely replaced today by the current titanium diffusion-bonding and super-plastic forming industrial capabilities. The photo in Figure 16 is from a Society of Automotive Engineers book titled Advanced Engine Development at Pratt & Whitney: The Inside Story of Eight Special Projects 146- 1971, by Dick Mulready. Chapter 6, "Boost Glide and the XLR-129 - mach 20 at 200,000 Feet," shows a surviving remnant from the 1960s program. The super-plastic-forming, diffusion bonding that was so difficult in early 1960 is now an accepted fabrication procedure. One of the F-1 S's major bulkheads was fabr icated from titanium sheet elements using this procedure instead of machining away more than 90 percent of a titanium forging. Had the procedure been adopted as a product­ manufacturing method, it would have eliminated the almost 2-year manufacturing cycle in acquiring titanium forging of the wing spars and major bulkheads. Note that only 2.5 percent of the thermal heating enters the primary structure . 16 UNCLASSIFIED/ 'EAR AEEJCJOP 1155 All! X•

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TRECHO 17 · PÁGINA FÍSICA 24

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[Esquema: aquecimento aerodinâmico, 97,5% irradiado para o espaço; telha metálica; isolamento multicamadas a vácuo; estrutura conformada superplasticamente e ligada por difusão. Legenda de origem ilegível.] Figura 16. Estrutura de titânio laminado por rolagem da McDonnell Aircraft Company (por volta de 1963). Hoje essa estrutura seria conformada superplasticamente e ligada por difusão a partir de chapas de titânio RSR.11 O livro de Mulready menciona o veículo estratégico de impulsão e planeio da McDonnell Douglas, além de citar pessoas-chave da McDonnell Aircraft Company. Suportes de baixa condutividade térmica afastavam as telhas de proteção térmica, de metal isolado, dessa parede, de modo que houvesse uma folga de ar entre elas. O X-33 aplicou o conceito de telha metálica, embora com melhoria significativa no projeto dos suportes e no vazamento térmico, na orientação, na espessura e no peso das telhas. Este é um aspecto do X-33 que pode ser aplicado a espaçonaves futuras, para um sistema de proteção térmica mais confiável e reparável que as telhas cerâmicas. Todos os esforços do autor para obter informações sobre as telhas fabricadas pela Goodrich Aerospace tiveram como resposta: "Perdemos o contrato e estamos investindo em produtos mais produtivos." A parede de titânio ligada por difusão e conformada superplasticamente era ao mesmo tempo a estrutura primária da aeronave e a parede do tanque de propelente. Os propelentes criogênicos eram isolados da parede metálica por uma barreira de folha metálica e por isolamento selado no interior do tanque de propelente. Ensaios significativos dessa abordagem estrutural confirmaram sua capacidade superior como estrutura hipersônica resfriada por radiação. O Modelo 176 foi proposto para o Laboratório Orbital Tripulado. Era uma configuração totalmente projetada e testada, com um sistema completo de proteção térmica inteiramente metálico, de mesmo peso que os conceitos de telha cerâmica e carbono-carbono usados no ônibus espacial dos EUA, mas mais robusto e que podia ser reparado em hangar ou em órbita. Um SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 17

Nota editorial: Esquema da estrutura de titânio com telhas metálicas; o autor afirma que o Modelo 176 foi testado em túnel e em elementos, não em voo orbital.

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---------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------- UNCLASSIFIED// POil 8FFIEiIAk Wlilii QJslL¥ Aero Heating 97.5% Radiated to Space metal shingle vacuum multi­ layer insulation - , ---------------------- --------------------- ,------------- -------- diffusion bonded super-plastically formed structure l-1gure 6.i Mel onnc 11 111m111m1 into 1rt' (('m 1rrr1y of.!"Im Rohwn1 Figure 16. McDonnell Aircraft Company Roll-Bonded Titanium Structure (circa 1963). Today this struct ure would be super-plastically formed and diffusio n bonded from RSR titaniu m sheets. u Mulready's book mentions the McDonnell Douglas boost -glide strategic vehicle, as well as citing key personnel at McDonnell Aircraft Company. Low thermal conductivity standoffs set off the insulated-meta l, therma l-protection -in sulated shingles from this wall so that there was an air gap between them. The X-33 applied the meta l shingle concept, albeit with significant improvement i n the standoff design and thermal leakage, in the orientation, thickness, and weight of the shingles. This is one aspect of the X-33 that can be applied to future spacecraft for a more reliable and repairable therma l protection system than ceramic tiles. All efforts by the author to obtain information on the shingles manufactured by Goodrich Aerospace have been met with the response, "We lost the contract and are investing in more productive products." The titan ium diffusion-bonded and super -plastically formed wall was both the primary aircraft structure and the propellant tank wall. The cryogenic propellants were isolated from the metal wall by a metal foil barrier and sealed insulation on the inside of the propellant tank. Significant testing of this structural approach confirmed its superior capabil ities as a hypersonic radiation-cooled structure. The Model 176 was proposed for the Manned Orbiting Laboratory. It was a thoroughly designed and tested configuration with a comple te, all-metal thermal -protection system that had the same weight as ceramic til e and carbon -carbon concepts used for the U.S. space shuttle but was sturd ier and could be repaired in a hanger or in orbit . A wind UNCLASSIFIED/ /FOR. OFFI&IAk W&IE &Ptklf 17

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TRECHO 18 · PÁGINA FÍSICA 25

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modelo em túnel de vento do Modelo 176 da McDonnell Douglas Astronautics Company, instalado no Túnel de Impulso Hipersônico da McDonnell Aircraft Company para um ensaio de mapeamento de transferência de calor, aparece na Figura 17. Observe que, de acordo com os conceitos de pilotagem da década de 1960, ele tem um para-brisa claramente distinto. O modelo permitiu o mapeamento térmico para determinar as distribuições de transferência de calor no corpo e nas aletas superiores. Figura 17. Modelo 176 no Túnel de Impulso de Hipervelocidade da McDonnell Douglas (por volta de 1964) para mapeamento de transferência de calor por fósforo termográfico, incluindo a aleta superior. Entre as conclusões importantes desses ensaios de transferência de calor estava a de que a seção transversal trapezoidal de fundo plano e bordos de ataque afiados reduzia o aquecimento nas laterais e nas superfícies superiores, como mostra a Figura 18. Na faixa de ângulos de ataque correspondente à razão L/D hipersônica máxima, o canto afiado do bordo de ataque descola o escoamento e reduz o aquecimento da superfície superior. Por causa desse descolamento, as isotermas são paralelas à superfície inferior e ficam de 2.100 a 2.400 °F (1.149 a 1.316 °C) mais frias que na superfície de compressão. As aletas de controle superiores são quentes, mas há abordagens e materiais aplicáveis às superfícies de controle. As temperaturas mostradas são temperaturas de equilíbrio por radiação. Com o resfriamento do nariz por transpiração de água (demonstrado em ensaio em voo em 1966) e os bordos de ataque com tubos de calor (demonstrados no NASA Langley em 1967-68), as temperaturas do nariz e dos bordos de ataque são de 212 °F e 1.300 °F (100 °C e 704 °C), respectivamente. O mapeamento térmico permitiu identificar as características primárias do escoamento na camada limite do veículo. Na SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 18

Nota editorial: Foto do modelo em túnel de vento e conclusões sobre a distribuição térmica, obtidas em ensaios de solo.

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UNCLASSIFIED/ /POR: err1e1J1tt U.!I!! Oflt I tunnel model of the McDonnell Douglas Astronautics Company Model 176 installed in the McDonnell Aircra~ Company Hypersonic Impulse Tunnel for a heat transfer mapping test is shown in Figure 17. Note that, conforming to the piloting concepts of the 1960s, it has a clearly distinct windsh ield. The model accomplished thermal mapping to determine the heat transfer distributions on the body and upper fins. Figure 17. Model 176 in the McDonnell Douglas Hypervelocity Impulse Tunnel (circa 1964} for Thermographic Phosphor Heat Transfer Mapping, Including the Upper Fin. Among the important determ inations that resulted from these heat transfer tests was that the sharp-leading -edge, flat -bottomed, trapezoidal cross section reduced the heating to the sides and upper surfaces, as shown in Figure 18. In the range of angles of attack corresponding to maximum hypersonic L/D ratio, the sharp leading-edge corner separates and reduces the upper surface heating. Because of this separation, the isotherms are parallel to the lower surface and are 2,100 to 2,400 °F (1,149 to 1,316 °C) cooler than on the compression surface. The upper control fins are hot, but there are approaches and materials applicable to control surfaces. The temperatures shown are radiation equilibriu m temperatures. With nose water transpiration cooling (demonstrated in a flight test in 1966) and heat pipe leading edges (demonstrated at NASA Langley in 1967-68), the temperatures of the nose and leading edges are 212 °F and 1,300 °F (100 °C and 704 °C ), respectively. The thermal mapping enabled identification of primary flow characteristics in the boundary layer of the vehicle. In UNCLASSIFIED/ /EAR OFFICIO I. Uliliii 0Ptllf 18

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TRECHO 19 · PÁGINA FÍSICA 26

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[Figura 18, desenho com valores de temperatura em °F: 1.200; 1.500; 800; 3.800; RLE = 1,6 pol.; 2.200; 900 na superfície superior; 4.300 na superfície inferior; RLE = 0,5 pol.; 4.200; 1.000. Alguns valores estão parcialmente ilegíveis.] Figura 18, a temperatura de pele em equilíbrio por radiação é a temperatura da pele que resulta quando a energia térmica irradiada pela temperatura da pele se iguala ao aquecimento aerodinâmico de entrada menos qualquer condução para a estrutura da aeronave. Figura 18. FDL-7C/D, distribuição de temperatura de entrada do Modelo 176. O aquecimento da superfície superior é minimizado pela geometria da seção transversal. A Figura 19 é uma imagem de fósforo termográfico do modelo da Figura 17, com ângulo de ataque de 12 graus (razão L/D máxima), a Mach 12. Mesmo a Mach 12, há vórtices embutidos na camada limite. Os três pontos pretos são medidores de transferência de calor usados para estabelecer o valor de q_ref da Figura 19. A transferência de calor de estagnação era 25 vezes o valor de referência. Essa técnica, quando calibrada com os medidores de transferência de calor de referência, forneceu um meio rápido e preciso de determinar distribuições de transferência de calor com o mínimo de medidores instalados. A técnica foi adotada por outras instalações de túnel de vento, inclusive o Centro de Desenvolvimento de Engenharia Arnold, em Tullahoma, Tennessee. Figura 19. Mesmo a Mach 12, vórtices embutidos na camada limite alteram a transferência de calor local SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 19

Nota editorial: Figuras de temperatura e de fósforo termográfico mostram a distribuição de calor do modelo a Mach 12, medida em túnel de vento.

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--- 1,200°F 1,500 ° F 800 °F " 3,800°F RLE=1.6 in. 2,200° F UNCLASSIFIED/ /FOR OFFI@IAL l:ISE OHL¥ Figure 18, radiation equilib rium skin temperature is the skin temperature that results when the radiated thermal energy stemmi ng from the skin temperature equals the input aerodynamic heating minus any conduct ion into the airframe. 900 °F Upper Surface ! l•4,Joo°F Lower ALE= 0.5 in. Surface • 4,200°F 1,ooo·F Figure 18. FDL-7C/D, Model 176 Entry Temperature Distribution. Upper- surface heating is minimized by cross-section geomet ry. Figure 19 is a thermographic phosphor image of the model in Figure 17 at a 12- degree angle of attack (max imum L/D rat io) at mach 12. Even at mach 12, there are vortices embedded in the boundary layer. The three black dots are heat transfer gauges that were used to establish the value for qrefin Figure 19. The stagnation heat transfer was 25 times the reference value. This technique, when calibrated with the ,, - no reference heat transfer gauges, provided a rapid and accurate means to dete rmine heat transfe r distributions with a min imum of installed gauges. The technique was adopted by other wind tunnel facil ities, including the Arnold Engineering Development Center at Tullahoma, Tennessee. Figure 19. Even at Mach 12, Embedded Vortices in the Boundary Layer Alter the Local Heat Transfer UNCLASSIFIED/ /FOR. OFFICI CIs. flili Qllls.¥ 19

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TRECHO 20 · PÁGINA FÍSICA 27

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Em outras configurações hipersônicas da McDonnell com superfícies de controle totalmente móveis, a interface entre a aleta e o corpo tornou-se um problema crítico de aquecimento para o eixo rotativo que prende a aleta ao corpo. Essa era uma área de preocupação neste veículo, e foram instaladas aletas com instrumentação especial para medir o aquecimento local. Mais uma vez, usaram-se fósforos termográficos para mapear o aquecimento. A Figura 20 mostra o modelo da Figura 17 em ângulo de ataque máximo de 48 graus. As distribuições de aquecimento da aleta foram feitas em ângulos de ataque de 16, 24, 34 e 48 graus12 e aparecem na Figura 21. Quanto mais brilhante o fósforo, menor sua temperatura (o fósforo escurece conforme a temperatura da superfície sobe). Assim, a área adjacente ao corpo está em temperatura mais baixa que a da aleta. De fato, o exame da Figura 21 mostra que, para todos os ângulos de ataque testados, sempre havia a camada fria adjacente ao corpo. Portanto, o munhão/eixo de fixação da aleta não seria um problema térmico. Em ângulos de ataque abaixo de 16 graus, o aquecimento ficava menos intenso. Essa configuração de cauda, com aleta inferior fixa anédrica com controles de bordo de fuga e aleta superior totalmente móvel, deu a autoridade de controle em toda a faixa de Mach necessária para estabilidade e controle e não teve problema termodinâmico de aquecimento na fixação da aleta. [Figura 20, imagem do modelo com a indicação α = 48°.] Figura 20. Imagem de fósforo termográfico do Modelo 176 em ângulo de ataque próximo do máximo [Figura 21: mapas de isodensitrace da aleta de cauda de um corpo sustentador para quatro ângulos de ataque; os contornos mostram a razão entre o fluxo de calor local e o fluxo de calor de referência.] Figura 21. Do L/D máximo até o ângulo de ataque máximo, sempre há uma subcamada fria junto à parede Com os materiais e métodos de fabricação de 1960, cerca de 95 por cento do aquecimento aerodinâmico era irradiado para o espaço, cerca de 2,5 por cento ficava retido nas telhas e cerca de 2,5 por cento era transferido para o tanque de titânio/estrutura primária. Usando as técnicas de suporte/fixação da Goodrich Aerospace desenvolvidas para o X-33, hoje cerca de 0,5 a 1 por cento do aquecimento aerodinâmico seria transferido para o tanque de titânio/estrutura primária. O material das telhas também seria melhor hoje. A Figura 22 mostra uma matriz de carboneto de silício reforçada com fibras de carboneto de silício que foi exibida no Salão Aeronáutico de Paris de 1988. Uma câmara de combustão desse material funcionou a 3.000 °F de forma contínua por vários dias na fábrica da SEP em Bordeaux, como testemunhou o autor. Infelizmente, a SEP foi depois adquirida por outra empresa e prontamente fechada. A fabricação de peças em Bordeaux impressionava de verdade quem vinha de sistemas espaciais, mas era cara demais para um fabricante de motores redondos subsônicos. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 20

Nota editorial: Fotos e mapas de ensaio em túnel mostram o aquecimento da aleta de cauda; as porcentagens de calor retido com materiais atuais são estimativa do autor, não medição.

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UNCLASSIFIED/ /EOR OEEICI0L: Pi'li ODIL:¥ On other McDonnell hypersonic configurations with all-movable control surfaces, the interface between the fin and the body became a critical heating issue for the rotat ing shaft attach ing the fin to the body. This was an area of concern on this vehicle, and specially instrumented fins were installed to measure the local heating. Again, the thermographic phosphors were used to map the heating. Figure 20 shows the model in Figure 17 at a max imum 48-degree angle of attack . Fin heating distributions were made at 16-, 24-, 34-, and 48-degree angles of attack 12 and are shown in Figure 21. The brighter the phosphor is, the lower its temperature is (the phosphor darkens as the surface temperature increases). So the area adjacent to the body is at a lower temperature than on the fin. In fact, examining Figure 21 shows that for all angles of attack tested, there was always the cool layer adjacent to the body. So the fin attachment journal/shaft would not be a thermal problem. At angles of attack lower than 16 degrees, the heating became less intense. This tail configuration of a fixed anhedral lower fin with trailing edge controls and an all-movable upper fin provided the control authority over the entire mach range required for stability and control and did not have a thermodynamic issue with fin attachment heating. o =48° Figure 20. Thermographic Phosphor Image of Model 176 at Near -Maximum Angle of Attack FIG . 6. ISODENSITRACER maps for lifting body tail fin for four angles ot attack; contours show qr.ocw,/qun1u,,m , Figure 21. From L/D Maximum to Maximum Angle of Attack, There is Always a Cool Sublayer Adjacent to the Wall With 1960 materials and manufacturing methods, about 95 percent of the aerodynamic heating was radiated to space, about 2.5 percent was retained in the shingles, and about 2.5 percent was transferred into the titan ium tank/primary structure . Using Goodrich Aerospace's standoff/attachment techniques developed for the X-33, today around 0.5 to 1 percent of the aerodynamic heating would be transferred into the titan ium tank/primary structure . The shingle material would also be better today. Figure 22 shows a silicon carbide matrix reinfor ced with silicon carbide fibers that was shown at the 1988 Paris Air Show. A combustor of this material was operated at 3,000 °F continuously for a number of days at SEP's Bordeaux plant, as witnessed by the author. Unfortunately, SEP was subsequently taken over by another company and promptly closed. The parts manufacturing at Bordeaux was truly impressive to someone in space systems but too costly to a subsonic round engine manufacturer. UNCLASSIFIED/ /FOR. OFFI@IAL YSIE 8HL'/ 20

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TRECHO 21 · PÁGINA FÍSICA 28

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Uma das dificuldades do carboneto de silício (SiC) é que suas fibras são rígidas, como bastões de diâmetro muito pequeno. Quando a equipe do NASP visitou o Japão em 1988, um dos produtos muito interessantes da UBE Corporation era o tecido Tyranno® (ver Figura 23). Composto de fibras fortes e flexíveis feitas de feldspato natural, o tecido Tyranno tinha o manuseio e o toque de um tweed. O tecido podia ser molhado por alumínio ou titânio líquido, e a equipe do NASP viu exemplos de produtos de compósito de matriz metálica (MMC) tanto de alumínio quanto de titânio. Por exemplo, um pistão e uma biela de MMC de alumínio eram usados em motores de corrida da Kawasaki. E uma forma em pó de MMC de alumínio era usada como pigmento seco, fundido na superfície de silenciosos de motocicletas Kawasaki. A equipe do NASP da MDC previa muitas aplicações do tecido Tyranno para sua aeronave NASP. Figura 22. Este painel de SiC/SiC da SEP Bordeaux, de 1988, suportava temperaturas de até 3.000 °F. Como a SEP foi depois fechada, pouco dessa capacidade resta. Figura 23. Tecido Tyranno da UBE Corporation. O tecido era usado industrialmente no Japão. As configurações FDL-7 e Modelo 176 sempre provocam comentários de que sua agudeza e as altas taxas de aquecimento associadas as tornam conceitos inviáveis. No entanto, não é o caso. A Figura 24 mostra uma ponta de nariz de níquel sinterizado, de 1 polegada de diâmetro, presa a um tanque de água de 1.000 psi, que sua água. O resultado é um nariz agudo funcional, de baixo arrasto, com camada limite de entropia de espessura mínima.12 Essa ponta foi testada em voo em um planador hipersônico (voo BGRV em 1966), começando a cerca de 22.000 pés por segundo. Hoje, a técnica de ligação por difusão de plaquetas da Aerojet Sacramento tornaria essa tarefa muito mais fácil. Algumas evidências experimentais do voo BGRV indicam que a película de vapor de água na camada limite de fato atuou para reduzir a transferência de calor para o corpo atrás do nariz. Figura 24. Uma ponta porosa de níquel exsudando água. Este ensaio durou 4.300 segundos, até que falhou o cátodo do aquecedor a arco, e não a ponta do nariz. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 21

Nota editorial: Fotos de um painel de carboneto de silício e de um tecido industrial contextualizam os materiais; a ponta porosa com água foi, segundo o autor, testada em voo no BGRV.

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UNCLASSIFIED/ /f91t OFFl@IAL YSE 8HLY One of the difficulties with silicon carbide (SiC) is that it is ridged fibers, like very-small­ diameter rods. When the NASP team visited Japan in 1988, one of the very interesting products of the UBE Corporation was Tyranno® cloth (see Figure 23). Composed of strong, flexible fibers from natural Feldspar, Tyranno cloth handled and felt like tweed cloth. The cloth could be wetted by liquid aluminum or titanium, and the NASP team saw examples of both aluminum and titanium metal matrix composite (MMC) products . For example, an aluminum MMC piston and connecting rod was being used in Kawasaki racing engines. And a powder form of aluminum MMC was being used as a dry pigment that was fused onto the surface of Kawasaki motorcycle mufflers. The MDC NASP team foresaw many applications for Tyranno cloth for its NASP aircraft. Figure 22. This 1988 SEP Bordeaux SiC/SiC Panel Figure 23. UBE Corporation's Tyranno Cloth. The Could Sustain Temperatures of up to 3,000 °F. cloth was used industrially in Japan. With SEP having subsequently closed, little of this capability remains. The FDL-7 and Model 176 configurations always elicit comments that their sharpness and the associated high heating rates make them nonviable concepts. However, that is not the case. Figure 24 shows a 1-inch­ diameter, sintered-nickel nose tip attached to a 1,000-psi water tank that sweats water. The result is a functional sharp, low-drag nose with a minimum-thickness entropy boundary layer. 12 This tip was flight-tested on a hypersonic glider (BGRV flight in 1966) beginning at about 22,000 feet/second . Today, Aerojet Sacramento's platelet diffusion-bonding technique would Figure 24. A Porous Nickel Tip Oozing Water.make this a much easier task. Some This test lasted 4,300 seconds before the arc experimental evidence from the BGRV flight heater cathode-not the nose tip-failed. indicates the water vapor film in the boundary did act to reduce the heat transfer to the body aft of the nose. UNCLASSIFIED/} FOR OFFICiftL tJ9I!!! 8HLY 21

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TRECHO 22 · PÁGINA FÍSICA 29

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Al Draper montou o programa experimental de ensaios em voo ASSET (Teste Ambiental de Estrutura e Sistemas Aerotermodinâmicos) para avaliar materiais da Força Aérea e da NASA da época para veículos de reentrada hipersônica. A intenção era lançar um veículo de teste a partir de um IRBM Thor da Força Aérea na faixa de 18.000 a 20.000 pés por segundo e recuperar o veículo. O planador ASSET era aproximadamente a parte dianteira do veículo X-20 Dynasoar e aparece na Figura 25 após a recuperação. Exceto pelos bordos de ataque de carbono, os materiais geralmente tiveram o desempenho exigido. Como resultado, uma pequena equipe de engenheiros e modelistas da McDonnell Douglas Astronautics Company começou a trabalhar numa abordagem alternativa para os bordos de ataque. Os esforços dessa equipe resultaram no bordo de ataque com tubo de calor mostrado na Figura 26, uma série de tubos de aço inoxidável conformados e soldados por brasagem entre si para formar um bordo de ataque baseado nos requisitos do ônibus espacial da NASA. Os tubos continham um pavio de malha de aço inoxidável e eram preenchidos com sódio metálico. Figura 25. FDL ASSET testado em voo, de velocidades orbitais, para avaliar materiais da década de 1960. Os bordos de ataque de carbono se mostraram os menos duráveis. Figura 26. Bordo de ataque de ônibus espacial com tubo de calor, projetado e construído pela McDonnell Douglas Astronautics. Testado extensivamente na McDonnell Douglas Corporation, em St. Louis, e no NASA Langley, nunca falhou. O bordo de ataque foi testado no Túnel de Estruturas de Alta Temperatura de 8 pés do NASA Langley, na Instalação de Ensaio Térmico por Radiação do NASA Langley e na Instalação de Ensaio Térmico-Altitude de Grafite da McDonnell Douglas (aquecedores de radiação de grafite dentro de uma câmara de altitude a vácuo). Todos esses ensaios mostraram que o bordo de ataque instalado era durável, robusto e leve (igualava os bordos de ataque de carbono-carbono da NASA instalados). Partidas a partir de tubos frios mostraram que o sódio derrete e inicia o processo de bomba de calor sem dificuldade. Como esse bordo de ataque foi feito por engenheiros e mecânicos como peça única, os tubos desenvolveram curtos-circuitos térmicos e outros problemas ao longo dos ensaios, todos corrigidos antes de o ensaio continuar. Embora frágil e difícil de fabricar, esse bordo de ataque atendeu à solução dos termodinamicistas de uma estrutura simples de radiação, e não de uma bomba de calor.13 SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 22

Nota editorial: Descreve o ASSET, voado e recuperado, e o bordo de ataque com tubo de calor, ensaiado em instalações terrestres.

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UNCLASSIFIED/ /P91t 9ffl@IAL l:ISI: &PU.¥ Al Draper assembled the ASSET (Aerothermodynamic Structural and System Environmental Test) experimental flight-test program to evaluate current U.S. Air Force and NASA materials for hypersonic entry vehicles. The intent was to launch a test vehicle from an Air Force Thor IRBM in the 18,000 to 20,000 feet/second range and recover the vehicle. The ASSET glider was approximately the forward portion of the X- 20 Dynasoar vehicle and is shown in Figure 25 after recovery. Except for the carbon leading edges, the materials generally performed as required. As a result, a small team of McDonnell Douglas Astronautics Company engineers and model builders began working on an alternative approach for the leading edges. This team's efforts resulted in the heat pipe leading edge shown in Figure 26, a series of formed stainless steel tubes brazed together to form a leading edge based on NASA space shuttle requirements. The tubes contained a stainless steel mesh wick and were filled with metallic sodium. figure 25. FOL ASSET flight -Tested From Orbital Figure 26. Heat Pipe Shuttle Leading Edge Speeds To Evaluate 1960s' Materials. Carbon Designed and Built by McDonnell Douglas leading edges proved the least durable. Astronautics. Tested extensively at McDonnell Douglas Corporation, St. Louis, and NASA Langley, it never failed . The leading edge was tested in NASA Langley's 8-foot High-Temperature Structures Tunnel, the NASA Langley Radiation Thermal Test Facility and the McDonnell Douglas Graphite Thermal-Altitude Test Facility (graphite radiation heaters within a vacuum altitude chamber). All of these tests showed the installed leading edge to be durable, robust, and lightweight (equaled the installed NASA carbon-carbon leading edges). Starts from cold tubes showed the sodium melts and began the heat pump process without any difficulties . Because this leading edge was made by the engineers and mechanics as a one of a kind, the tubes developed thermal shorts and other problems over the span of the testing, all of which were rectified before the test continued. Although brittle and difficult to manufacture, this leading edge met the thermodynamacists' solution of a simple radiation structure, not a heat pump. 13 UNCLASSIFIED/ /FOR OFFICIO ls. !lili QPlls.¥ 22

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TRECHO 23 · PÁGINA FÍSICA 3

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL Sumário Introdução ........ v Perspectiva da propulsão ........ 1 Conceitos de configuração hipersônica ........ 2 Termodinâmica e materiais ........ 16 O tubo Qu ........ 23 Propulsão por foguete ........ 25 Operações de subida e descida ........ 30 Opções de lançamento ........ 33 Variações atmosféricas ........ 35 Conclusão ........ 37 Apêndice A: Perspectiva histórica ........ 43 Apêndice B: Veículo integrado de aeropropulsão ........ 46 Apêndice C: Custos operacionais do TAV ........ 47 Apêndice D: Elipses de pouso de planadores hipersônicos ........ 48 Figuras Figura 1. Fluxo de hardware ........ vi Figura 7. As análises detalhadas de projeto mostram que as tendências de peso são tanto uma [continua no original] Figura 9. Configuração asa-corpo WB-004 do NASA Langley, com áreas críticas para [continua no original] Figura 15. Tanto a forma em planta delta de corpo sustentador (Dynasoar) quanto o Modelo 176 oferecem [continua no original] Figura 2. Impacto do foguete que respira ar ........ 1 Figura 3. Aeronave de cruzeiro hipersônico HSVS mostrando a temperatura real da superfície ........ 3 Figura 4. Planador hipersônico a foguete e cruzador hipersônico que respira ar ........ 4 Figura 5. Projetos de corpo sustentador delta ........ 5 Figura 6. Planadores de pesquisa X-24 A e B da Martin Marietta ........ 7 [continua] Função da família de configuração como razão sustentação/arrasto ........ 9 Figura 8. Aeronave planadora hipersônica de alto desempenho ........ 10 [continua] Asas-corpo identificadas ........ 11 Figura 10. Configuração de corpo sustentador FDL-7C/D e FDL-7MC ........ 12 Figura 11. FDL-7C/D com entrada de ar retrátil de virada para dentro da DuPont ........ 12 Figura 12. Comparação entre o FDL-7C/D e o Modelo 176 ........ 13 Figura 13. Alcance lateral suficiente (L/D) significa que não há espera para retornar ........ 14 Figura 14. Características do planador hipersônico ........ 15 [continua] Desempenho superior de pouso ........ 16 Figura 16. Estrutura de titânio laminado por rolagem da McDonnell Aircraft Company ........ 17 SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL iii

Nota editorial: Sumário do documento, com a lista de figuras (a diagramação do original intercala legendas partidas), que mostra a estrutura: propulsão, planadores hipersônicos, materiais, foguetes, lançamento e quatro apêndices.

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UNCLASSIFIED/;'FOR OFFI@IAL l:ISE OHL¥ Contents Introduction ............................................................................................................ v Propulsion Perspective ........................................................................................... 1 Hypersonic Configuration Concepts ........................................................................ 2 Thermodynamics and Materials ............................................................................ 16 The Qu Tube ......................................................................................................... 23 Rocket Propulsion ................................................................................................ 25 Up-and-Down Operations ..................................................................................... 30 Launch Options .................................................................................................... 33 Atmospheric Variations ........................................................................................ 35 Conclusion ............................................................................................................ 37 Appendix A: Historical Perspective ....................................................................... 43 Appendix B: Aeropropulsion Integrated Vehicle ................................................. .. 46 Appendix C: TAV Operational Costs ............. ......................................................... 47 Appendix D: Landing Ellipses for Hypersonic Gliders ..... ........................... ............ 48 Figures Figure 1. Hardware Flow ........... ............................................................................. vi Figure 7. Detailed Design Analyses Show the Weight Trends are as Much a Figure 9. NASA Langley Wing-Body Configuration WB-004 with Critical Areas for Figure 15. Both Delta Planform Lifting Body (Dynasoar) and Model 176 Offer Figure 2. Impact of Air-Breathing Rocket ................................................................ 1 Figure 3. HSVS Hypersonic Cruise Aircraft Showing True Skin Temperature ........... 3 Figure 4. Hypersonic Rocket -Powered Glider Hypersonic Air - Breathing Cruiser ...... 4 Figure 5. Delta-Lifting Body Designs ....................................................................... 5 Figure 6. Martin Marietta X-24 A & B Research Gliders ............................................ 7 Function of Configuration Family as Lift-to-Drag Ratio ............................ 9 Figure 8. High-Performance Hypersonic Glide Aircraft .......................................... 10 Wing Bodies Identified ........................................................................... 11 Figure 10. FDL-7C/D and FDL-7MC Lifting-Body Configuration .............................. 12 Figure 11. FDL-7C/D with a DuPont Retractable Inward-Turning Inlet .............. ... 12 Figure 12. Comparison of FDL-7C/D and Model 176 .............................................. 13 Figure 13. Sufficient Cross Range (L/D) Means There is No Waiting to Return .... . 14 Figure 14. Hypersonic Glider Characteristics ......................................................... 15 Superior Landing Performance ............................................................. 16 Figure 16. McDonnell Aircraft Company Roll-Bonded Titanium Structure .............. 17 UNCLASSIFIED/ /FOR OFFICIO! 1155 ON! X iii

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TRECHO 24 · PÁGINA FÍSICA 30

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O tubo Qu Na década de 1990, um colega, Ying-Ming Lee, que então trabalhava na MSE em Butte, Montana, mostrou ao autor um tubo de cobre de cerca de um pé de comprimento, que era um tubo de calor vindo de seu colega em Taiwan. Se a ponta era posta num copo de água quente, a outra extremidade ficava quase instantaneamente quente demais para segurar. Se era posta depressa num copo de água fria, aquela ponta ficava, com a mesma rapidez, gelada. Como documenta a página extraída abaixo do Relatório Anual da Universidade do Alabama em Huntsville, a condutividade aparente é maior que a do cobre e o tubo não podia ser derretido, pois a energia térmica seria retirada tão depressa que não se poderia obter um aumento significativo de temperatura. Isso poderia ter aplicação industrial significativa para os Estados Unidos. O falecido Clark Hawk obteve um tubo Qu de 10 pés de comprimento e o testou em seu laboratório. Os resultados foram publicados no Relatório Anual da Universidade do Alabama em Huntsville. No entanto, como Clark Hawk descobriu, a equipe chinesa associada ao professor Qu, na China continental, não estava disposta a deixar essa descoberta chegar às mãos americanas. Além disso, sua equipe era composta de vários tecnocratas jovens e ambiciosos que achavam saber como fazer fortuna. Assim, tanto as tentativas de Ying-Ming quanto as de Clark de ir além de um tubo de demonstração terminaram em frustração. Qualquer tentativa de abrir o tubo resulta em fracasso, pois o que há dentro dele reage e se transforma em um pó inerte. O autor tem dois tubos menores em seu poder. Com aplicações que incluem veículos hipersônicos, usinas nucleares e refrigeração eletrônica, esses dispositivos levariam a um avanço econômico no controle térmico prático. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 23

Nota editorial: O autor relata a demonstração de um tubo térmico chamado Qu e diz possuir dois exemplares; o desempenho extraordinário descrito é alegação que exige avaliação independente.

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UNCLASSIFIED/ /FOA OFFI&iIAk Ulilii ONkY The Qu Tube In the 1990s, a colleague, Ying-Ming Lee, who then worked at MSE in Butte, Montana, showed the author a copper tube about a foot long that was a heat pipe from his colleague in Taiwan. If the tip was put into a cup of hot water, the other end almost instantly was too hot to hold. If it was quickly put into a glass of cold water, that t ip just as quick ly became ice cold. As documented in the excerpted page below from the University of Alabama, Huntsville, Annual Report, the apparent conductivity is greater than copper and could not be melted, as the thermal energy would be removed so fast that a significant temperature rise could not be attained. This could have significant industrial applicat ion for the United States. The late Clark Hawk had obtained a 10- foot-long Qu tube and tested it in his laboratory. The results were published in the University of Alabama, Huntsville, Annual Report. However, as Clark Hawk discovered, the Chinese team associated with Professor Qu in mainland China was not about to let this discovery into American hands. Plus his team was composed of a number of young, amb itious technocrats who thought they knew how to make their fortune. So both Ying-Ming's and Clark's attempts to advance beyond a demonstration tube ended in frustration . Any attempt to open the tube results in failure, as whatever is in the tube reacts into an inert powder . The author has two smaller tubes in his possession. With applicat ions including hypersonic vehicles, nuclear power plants, and electronic cooling, these devices would lead to an economic breakthrough in practical therma l control. UNCLASSIFIED/ /FOlil OFFICiIAk U&lii 8HL\I 23

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TRECHO 25 · PÁGINA FÍSICA 31

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[Página reproduzida do Relatório Anual da Universidade do Alabama em Huntsville, em duas colunas.] o tubo Qu, ou Supertubo, é um tanto controverso. Segundo o inventor (Patente n.º 6,132,823) e as alegações da empresa e os resultados citados de testes conduzidos pelo Stanford Research Institute, ele teria uma condutividade térmica efetiva da ordem de 10 a 100 vezes maior que a dos tubos de calor convencionais de líquido e vapor, e mais de 30.000 vezes maior que a de uma barra sólida de prata de tamanho equivalente. Os relatos citados também indicaram que podem ocorrer, com esses tubos, distribuições de temperatura intrigantes, ao contrário dos condutores térmicos convencionais e dos tubos de calor de líquido e vapor. Os tubos também parecem ter a capacidade de funcionar em temperaturas muito altas, até mesmo até o ponto de fusão do material usado, e de suportar fluxos de calor muito altos. Nossos testes até agora sustentam as capacidades de alta temperatura, além das altas condutividades térmicas. No entanto, a condutividade térmica é tão alta que medir o valor com exatidão é muito difícil. Por isso adquirimos nove Supertubos de 10 pés de comprimento e 5/16 de polegada de diâmetro e montamos um método para determinar a condutividade térmica usando alto fluxo de calor, um calorímetro resfriado a água e uma fileira de mais de 30 termistores cuidadosamente calibrados. Esse aparato deve fornecer um meio exato de determinar a condutividade térmica e também nos permitirá verificar a capacidade de alto fluxo de calor do tubo e avaliar possíveis distribuições de temperatura intrigantes. A Figura 17 mostra um conjunto de dados em que a temperatura ao longo do comprimento de um tubo de 10 pés aquecido a partir da extremidade e resfriado ao ar é essencialmente constante, enquanto um tubo de cobre de tamanho semelhante teria a distribuição de temperatura mostrada na curva inferior. Aumentar a condutividade térmica, k, do cobre por fatores de 1.000 a 30.000 mostra concordância entre a análise e os dados em 30.000 vezes a do cobre, embora esse seja apenas um limite inferior da condutividade real. Aumentar o fator ainda mais não produz uma mudança discernível na curva em relação aos dados. Tentamos também outros métodos para estimar as altas condutividades térmicas que medimos, como a técnica de Ingenhousz; esses resultados também indicam condutividades térmicas muito altas. No entanto, precisávamos de um meio mais exato que os testes anteriores com tubos resfriados por convecção livre e termopares, e por isso concebemos o aparato de ensaio mostrado na Figura 18. Os Supertubos de 10 pés são aquecidos por três aquecedores de bobina de 2 kW. A energia dos aquecedores vem de um controlador de potência de saída de 2 fases, de 3 fios, com dois fios protegidos por fusíveis de 20 ampères. Por razões de segurança, o controlador de potência e os fusíveis são colocados em um invólucro junto com um medidor de potência Wattnode. Um calorímetro de água é usado para medir o calor conduzido ao longo do Supertubo. As aletas, mostradas na Figura 19, são necessárias para transferir o alto fluxo de calor para a água; foram fabricadas de modo que possam ser facilmente fixadas aos Supertubos com braçadeiras de mangueira. Além disso, o desenho das aletas aumenta a turbulência no escoamento pelo trocador de calor. O escoamento turbulento aumenta a taxa de transferência de calor para a água e também desencoraja a ebulição, que poderia ocorrer com os altos fluxos de calor usados. [Gráfico: distribuição de temperatura ao longo de tubos Qu e de cobre, ensaio de 13/12/05 (cobre) e 20/10/05 (Supertubo), com o tubo Qu praticamente constante em cerca de 100 e curvas de cobre decaindo.] Figura 17. Comparação da distribuição de temperatura essencialmente constante do Supertubo com a distribuição teórica de um tubo e de uma barra de cobre padrão, mostrando que a condutividade térmica deve ser de pelo menos 30.000 vezes a do cobre. [Fotografia da bancada de ensaio com um tubo longo, inclinado, preso a um suporte de madeira.] Figura 18. Aparato experimental para Supertubos Qu de 10 pés. 24 SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL

Nota editorial: Reproduz página de relatório anual da Universidade do Alabama em Huntsville sobre o chamado Supertubo Qu, com gráfico de temperatura e foto da bancada; as alegações de condutividade são do inventor e da universidade, não confirmadas por este documento.

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I UNCLASSIFIED/ /POI\ 8PPl@lsTd:. Ulili Otl! Y the u Tube, or uperrube, is somewhat conrrovcrsial. According co the inventor (Patenl o. 6,132,823) and to claims by the company and their quoted rcsul of rescs conducred by ranfurd Research lnslirut e, it reportedly has an effective thermal conductivicy of the order of J0 co J00 times grearer than cha of conventional liquid-va­ por heat pipes, and over 30,000 tim char fan equiva­ lemly sized solid rod of silver. Repons cited also have indicated puzzling temperature di tribtttions n. o ur with these rubes unlike conventional thermal condu - cor and liquid-vapor heat pip . 11,e tube al o app ar to h ve the ability co function at v ry high re.mperatures, even up ro the melting point of the material used, nd ro supporrvery high heat .Auxes. ur cesrs to dare sup­ port the high tempera.cure capabilities in addition co the high thermal conductivities. However, the thermal ondu ivity is so high chac accurately measuring the value i very difficult. We have ther fore acquired nine 10' long uperrubes, 5/16" in diameter , and have er up a method for decermining the thermal conductivity us­ ing high heat flux, a water cooled ca.lorimcte.r, and a rake of over 30 carefully ca.librared thermistor . Thi appara• tus should provide an accurate means of d rermining the thermal conductivity, and will also allow us 10 1eck the high heat flux capabiliiy of ch rube and co po • ible puzzling rempe.rarure di rributions. Figure 17 shows a data sec in which the ccmpe cure across the length of a 1O' long cube hear.ed rom the end and cooled in air is essenrially connanr , wh r s similar si.ze copper tube would have the tcmpe cure djsuibu ­ tion shown in the bocrom curve. Increasing the th rmaJ conductivicy, k, of che copper by fuctors fr m I 000 to 30,000 shows agreement becween the analysis and the daca ar 30,000 times chat of the copper, akhough chi is only a lower limit on the actual condu tiviry. Increas­ ing the fucror even more do s nor produ ea di mibl cllange in the curve relative to the data. We have also tried ocher methods to estimate the high th rmal con­ ductivities we have measured, such the lngenhouss rechniq_ue; these results also indicate very high th rmal conductivities. However, we needed a more accurate mean than previous tests with free conv ion o led rubes with thermocouples, and therefor d ·sed the rest appararus shown in Figure I . The 10 fr Superrubes are heaced by three 2kW oil rs. Power for the heaters comes from a -ph 2 :\mps. output power concroUer with two I gs fu ed at 20 For saf-ccy reasons the pow r contr0l1cr and fus placed in an endosure along with a Watmode" power meter. A water calorimeter is used ro measure the h~ conducred along rhe Supertube. Fins, hown in Figu 19, are necessary ro transfer the high heal Bux ro d1e warer; these were fabricaced in such a way that they can be easily auaclled to the uperrub using hos clamps. A1 o the fin design increases turbulence in the flow through the heat exchanger. Having the turbulent Aow increases the heat transfer rate inro the warer, and also di ourages boiling, which could oc ur with rJ1e high heat .Auxes used. CnlA l•111ptealb2: Dt£ribulon Afon;Qu l'11oeaidCClflPII' f1,1blful 0111• U. t:S.oi ec,..- and 'ID,,2045 tvptl'l:11 ,a ------------- , - -~- --r- - -r-- --r--r---, :( ,c l3 u ll • :.t..1-;a__,__,_,, ~°!Altl"l .:.. ..... On ~tk.-•e.u...,m X ""' --c:i..-: ..... mi-:­_,_..,._____ ..,,.. ~,-c...-.. tC' Figure 17. Compari.Jon of&enrially Co,uwu Superrube Tt:mperarure Dfrtribution with 1heort:ticai Dutribution for a Standard Copper Tithe and Rod. Showing that the 7herma/. Conductivity Must be at Len.st 30,000 limts that ofCopper. Figure 18. Fxperimmra/. Appararusfor 10 ft Qu Super­ tubes. UNCLASSIFIED/ /FOR OfifilCl.t.k Wlili 9rtLlf 24

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TRECHO 26 · PÁGINA FÍSICA 32

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Propulsão por foguete A foto da Figura 27 é do livro da Sociedade de Engenheiros Automotivos Advanced Engine Development at Pratt & Whitney: The Inside Story of Eight Special Projects 1946-1971, de Dick Mulready. O capítulo 6 desse livro, "Boost Glide and the XLR-129: Mach 20 at 200,000 Feet", menciona o veículo estratégico de impulsão e planeio da McDonnell Douglas, além de citar o pessoal-chave da McDonnell Aircraft Company. Algum tempo atrás, apareceu na mesa de um funcionário hoje da Boeing um modelo que não era prontamente identificável. O autor tem um modelo original desse veículo estratégico de impulsão e planeio, e ele correspondia ao modelo não identificado mostrado na Figura 27. O XLR-129 era um motor da classe do ônibus espacial que operava com pressões de saída da turbobomba de 3.500 psi. Foi levado à operação em pressão plena para a Força Aérea dos EUA em pouco mais de 3 meses.14 Em comparação, o motor principal do ônibus espacial (mostrado na Figura 28), operando com pressão de saída de turbobomba menor, precisou de 3 anos para chegar à operação em pressão plena e nunca demonstrou reutilização sem revisão geral. Figura 27. Veículo estratégico de impulsão e planeio com motor de foguete XLR-129 da Pratt & Whitney instalado, por volta de 1964 Figura 28. XLR-129, motor da classe do ônibus espacial que funcionou por 40 ciclos de ensaio apenas com manutenção de componentes e sem reconstrução do motor O parágrafo final do capítulo 6 do livro de Mulready contém a seguinte passagem: "A turbobomba de oxigênio líquido era o componente seguinte na fila. No entanto, antes que fosse financiada, a NASA iniciou a campanha do ônibus espacial, e a Força Aérea entregou o programa do XLR-129 à NASA, concedendo à Pratt & Whitney o uso livre do hardware existente. A NASA cancelou prontamente a turbobomba de oxigênio líquido, porque seria injusto com nossos concorrentes financiá-la." Com o fim do XLR-129, desapareceu um motor de foguete com registro de 42 voos simulados (na câmara de ensaio) sem nenhuma revisão geral. Esse motor era realmente o tipo de hardware que um Kelly Johnston supervisionaria, isto é, a melhor aplicação das capacidades industriais disponíveis nos mecânicos, engenheiros e fabricantes habilidosos. O único outro motor de sua classe é o russo RD-0120, fabricado pela Autokinamatiki para o lançador Energia. Esse motor funcionou no banco de ensaio por 80 voos simulados ao espaço e de volta antes que fosse necessária a revisão geral. Ele também SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 25

Nota editorial: Fotos e relato histórico sobre o motor XLR-129, que o autor diz ter sido testado em bancada e cujo programa foi cancelado.

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UNCLASSIFIED/ )'FOR: Offl@IAL l:ISI: &PU.¥ Rocket Propulsion The photo in Figure 27 is from the Society of Automotive Engineers book, Advanced Engine Development at Pratt & Whitney: The Inside Story of Eight Special Projects 146- 1971, by Dick Mulready. Chapter 6 of this book, "Boost Glide and the XLR-129 - mach 20 at 200,000 Feet," mentions the McDonnell Douglas boost-glide strategic vehicle, as well as citing the key personnel at McDonnell Aircraft Company. Some time ago, a model showed up on the desk of a now-Boeing employee that was not readily identifiable. The author has an original model of this boot -glide strategic vehicle, and it matched the unidentified model shown in Figure 27. The XLR-129 was a shuttle-class engine that operated with turbopump exit pressures of 3,500 psi. It was brought to full pressure operation for the U.S. Air Force in just over 3 months. 14 In comparison, the space shuttle main engine (shown in Figure 28), operating with a lesser turbopump exit pressure, required 3 years to reach full pressure operation and never demonstrated reusability without overhaul. Figure 27. Boost-Glide Strategic Vehicle With Pratt & Whitney XLR-129 Rocket Engine Installed, Circa 1964 Figure 28. XLR-129 , a Shuttle -Class Engine That Ran for 40 Test Cycles With Only Component Maintenance and No Engine Rebuilding The final paragraph of chapter 6 in Mulready's book contains the following passage: "The liquid oxygen turbopump was the next component in line. However, before it was funded, NASA had started the space shuttle campaign, and the Air Force gave the XLR- 129 program to NASA granting free use of the existing hardware to Pratt & Whitney. NASA promptly canceled the liquid oxygen turbopump because it would be unfair to our compet itors to fund it." With the demise of the XLR-129, a rocket engine with a run record of 42 simulated flights (in the test chamber) without any overhau l disappeared. This engine was really the type of hardware a Kelly Johnston would oversee-that is, the best application of the industrial capabilities available in the skilled mechanics, engineers, and manufacturers. The only other engine of its class is the Russian RD- 0120 engine manufactured by Autokinamatiki for the Energia launcher. This engine functioned on the test stand for 80 simulated flights to space and return before UNCLASSIFIED/ /EOB OEEJCIA! 1!SE ON! X 25

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teve seu fim em um programa encerrado pelo governo, perdido para os futuros projetistas de lançadores. Dois sistemas de propulsão por foguete que respiram ar permitem examinar um veículo movido a foguete como sistema comercial operacionalmente viável, com operação de aeroporto de baixo ruído, peso operacional reduzido e capacidade de implantação global, para uma FedEx ou UPS espacial (a carga é economicamente viável; os passageiros ainda estão por definir). O mais antigo deles é um sistema de foguete que opera como foguete que respira ar abaixo de Mach 5,5. Esse conceito remonta ao fim da década de 1950 e à Marquardt Company. O encerramento do primeiro avião aeroespacial interrompeu esse trabalho, mas John Ahern15 continuou o seu, assim como John Leingang16 no Laboratório de Aeropropulsão da Força Aérea dos EUA. Grande parte do trabalho de Leingang foi mantida fora da literatura técnica na década de 1960, de modo que esta é uma referência atual que estabelece esse trabalho anterior. John Ahern foi um dos primeiros analistas do conceito do Motor de Ciclo de Ar Líquido (LACE) e quem identificou as fontes de irreversibilidade e as abordagens para minimizá-las. Na Rússia, o Instituto Keldesh começou independentemente a realizar experimentos com sistemas LACE, conforme relatado na conferência de 2002 patrocinada pela Association Aéronautique et Astronautique de France e também por Rudakov17, 18 e Balepin.19 No Japão, a NAL, a Mitsubishi e a ISAS realizaram experimentos que levavam a um sistema de foguete que respira ar, e um impressionante trocador de calor liquefator de 1 metro cúbico, sem gelo, foi demonstrado à equipe visitante do NASP em 1988.20, 21 Com um só banco de ensaio de hidrogênio em Sendai, o desenvolvimento do LACE foi adiado até que os problemas com o motor H-1 fossem resolvidos. No entanto, a essa altura o interesse se perdera. Na Índia, organizações de pesquisa usaram todos os documentos publicados sobre o LACE para chegar a uma configuração e um desempenho de sistema críveis.22 Infelizmente, a Índia, na época, não tinha a habilidade e os métodos de fabricação para fazer um sistema LACE funcional. Há dois tipos de foguetes que respiram ar, ambos baseados no uso da energia recuperável do hidrogênio líquido para acionar os sistemas, conforme o diagrama da Figura 29. Em ambos os sistemas, o hidrogênio líquido absorve a energia térmica do fluxo de ar de entrada para reduzir a temperatura do ar a quase a saturação em um trocador de calor a montante. No LACE, como o nome indica, um segundo trocador de calor liquefaz o gás frio e uma turbobomba pressuriza o ar líquido até a pressão de trabalho correta exigida pelo motor-foguete. A energia térmica é captada pelo hidrogênio ao resfriar o gás, e o foguete (inclusive a câmara de combustão) é usado para acionar as turbinas de expansão que movem as turbobombas (esquema da esquerda na Figura 29). No sistema japonês, um compressor de baixa razão de pressão pressuriza o gás frio antes de ele entrar no trocador de calor a jusante, aumentando a quantidade de ar líquido produzido por unidade de hidrogênio líquido. Com um trocador de calor na câmara de combustão do motor-foguete, há energia térmica suficiente para acionar as turbinas de expansão que comprimem o ar saturado ou líquido e resfriam profundamente ou liquefazem o ar que entra, pelo menos até Mach 5,5. No sistema profundamente resfriado (Rudakov e Balepin), um turbocompressor comprime o gás frio até a pressão de injeção exigida pelo motor-foguete. A energia térmica captada pelo hidrogênio ao resfriar o gás e o foguete (inclusive a câmara de combustão) é usada para acionar as turbinas de expansão que movem o turbocompressor (esquema da direita na Figura 29). Uma das dificuldades do motor HOTOL (decolagem e pouso horizontais) de Bond, em comparação com o de Rudakov e Balepin, era que o HOTOL evitava o trocador de calor da combustão ao custo de fazer o foguete que respira ar operar a menos de Mach 4, o que aumentava a razão de peso até a órbita e o peso bruto e tornava o conceito menos viável. Em ambos os SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 26

Nota editorial: Revisa os ciclos de foguete que respira ar (LACE e variantes) e distingue pesquisas e experimentos em vários países de um sistema operacional.

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UNCLASSIFIED/ /EAR Q6fi1Clt.k Ulilii QptL\f overhaul was necessary. It, too, met its end in a government-terminated program, lost to future space launcher designe rs. Two air-breath ing rocket propulsion systems permit exam ination of a rocket-powered vehicle as an operationally viable commercial system with low-noise airport operation, reduced operational weight, and global deployability for a space-based FedEx or UPS (cargo is economically viable, passengers yet to be determined). The earliest of these is a rocket system that operates as an air-breathing rocket below mach 5.5. This concept dates to the late 1950s and the Marquardt Company. The terminat ion of the first aerospace plane halted this work, but John Ahern 15 continued his work, as did John Leingang 16 at the U.S. Air Force Aero Propulsion Laboratory . Much of Leingang's work was kept out of the techn ical literature in the 1960s, so th is is a current reference establishing that earlier work. John Ahern was one of the first analyzers of the Liquid Air Cycle Engine (LACE) concept, and one who identified the sources of irreversibility and approaches to minimize them. In Russia, Keldesh Institute independently began, conduct ing experiments with LACE systems, as reported at the 2002 conference sponsored by the Association Aeronautique et Astronautique de France and also by Rudakov17• 18 and Balepin. 19 In Japan, NAL Mitsubishi and ISAS conducted experiments that were leading to an air-breathing rocket system, and an impressive, ice-free, 1- cubic-meter liquefying heat exchanger was demonstrated for the NASP visiting team in 1988. 20, 21 With only one hydrogen test stand in Sendi, LACE development was deferred until the problems with the H-1 engine were solved. However, by then interest was lost. In India, research organizat ions used all of the published LACE documents to arrive at a credib le system configuration and performance. 22 Unfortunately, India at the time did not have the manufacturing skill and methods to make a functional LACE System. There are two types of air-breath ing rockets, both of which are based on using the recoverable energy in the liquid hydrogen to drive the systems, as diagrammed in Figure 29. In both systems, the liquid hydrogen absorbs the thermal energy in the inlet air stream to reduce the air temperature to nearly saturation in an upstream heat exchanger. In the LACE, as the name implies, a second heat exchanger liquefies the cold gas and a turbopump pressurizes the liquid air to the correct working pressure required by the rocket motor. The thermal energy is picked up by the hydrogen in cooling the gas, and the rocket (including the combustion chamber) is used to drive the expansion turb ines powering the turbopumps (left sketch in Figure 29). In the Japanese system, a low-pressure ratio compressor pressurizes the cold gas before it enters into the downstream heat exchanger, increasing the quantity of liquid air produced per unit liquid hydrogen. With a heat exchanger in the rocket motor combustion chamber, there is suffic ient thermal energy to power the expansion turbines compressing the saturated or liquid air and deeply cool or liquefy the incoming air to at least mach 5.5. In the deeply cooled system (Rudakov and Balepin), a turbocomp ressor compresses the cold gas to the injection pressure required by the rocket motor. The thermal energy picked up by the hydrogen in cooling the gas and the rocket (including the combustion chamber) is used to drive the expansion turbines powering the turbocompressor (right sketch in Figure 29) . One of the difficulties with Bond's HOTOL (hor izontal takeoff and landing) engine compared with Rudakov and Balepin was that HOTOL avoided the combustion heat exchanger at the expense of having the air-breathing rocket operate to less than mach 4, increasing the to-orbit weight ratio and gross weight and thereby making the concept less viable. In both UNCLASSIFIED/ ,,roA. OfifilCIOk flili ODIL¥ 26

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casos, o hidrogênio de baixa pressão que sai das turbinas de expansão é introduzido no motor-foguete a uma pressão compatível. [Figura 29, esquemas "LACE" e "Profundamente resfriado", com oxigênio líquido (LOX).] Figura 29. Dois ciclos de foguete que respira ar até Mach 5,5. À esquerda, um que emprega ar liquefeito (ciclo LACE). À direita, um que emprega ar de alta pressão resfriado até perto da saturação. Há sempre a opção de ascensão direta por foguete até uma trajetória. Seja por turbojato, seja por foguete, um milhão de libras de empuxo é sempre ruidoso e cheio de fumaça. Podemos agradecer aos birôs de projeto russos por chegarem a um conceito que eliminou os lançamentos ruidosos, fumacentos e perigosos, aumentando a flexibilidade operacional do conceito britânico HOTOL. A Figura 30 mostra o desenvolvimento do sistema HOTOL todo a foguete a partir do HOTOL original.23 O HOTOL original, com foguete que respira ar, movido pelo motor Rolls-Royce 545 desenvolvido por Alan Bond, usava essencialmente combustível todo de hidrogênio (exceto nas operações no espaço). O hidrogênio exigia um volume cerca de 5 vezes maior que o de um propelente de 6:1 de LOX/hidrogênio para um motor-foguete. A abordagem clássica do aerodinamicista era minimizar o arrasto e maximizar a razão L/D. Mas acelerar até a velocidade orbital exige um ângulo de ataque baixo e um coeficiente de arrasto mínimo com sustentação zero (C_D0), não a razão L/D máxima. O problema simples, reconhecido por Küchemann, era que o veículo era esbelto demais e, portanto, tinha grande área molhada em comparação com sua área de planta de referência; daí o arrasto de sustentação zero e o peso estrutural serem altos demais. Mesmo quando a equipe da BAE Systems passou a um projeto todo a foguete e abriu mão da esbeltez, isso não reduziu significativamente a área molhada. A abordagem russa foi projetar um veículo robusto, com razão muito menor entre área molhada e área de planta de referência.24 A seção transversal trapezoidal do FDL-7/Modelo 176 dá uma razão entre área molhada e área de planta menor que a seção transversal circular do [Figura 30: British Aerospace HOTOL, com motor Rolls-Royce 545 (original); HOTOL da Interorbital Base (?) com RD-0120; HOTOL russo com RD-0120. Rótulos parcialmente ilegíveis.] Figura 30. Evolução do HOTOL: da configuração aerodinâmica ideal à configuração prática de lançador. Esta última foi desenvolvida por cooperação entre a British Aerospace e a Rússia. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 27

Nota editorial: Esquemas comparam o ciclo LACE e o ciclo profundamente resfriado, e o texto relaciona o HOTOL britânico às mudanças de configuração propostas pelos russos.

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UNCLASSIFIED/ }FOR: 8FFI@IAL l::191!! er•t I cases, the low-pressure hydrogen exiting the expansion turbines is entered into the rocket motor at a matching pressure. LACE Deeply Cooled --• LOX Figure 29. Two Rocket Air-Breathing Rocket Cycles to Mach S.S. To the lelt is one employ ing liquefied air (LACE cycle) . To the right is one employing high-p ressure air cooled to near saturation. There is always the option of direct ascent by rocket into a trajectory. Whether by turbojet or rocket, a million pounds of thrust is always noisy and smoke filled . We can thank the Russian design bureaus for arriving at a concept that eliminated the noisy, smoky, and hazardous launches by increasing the operational flexibility of the British HOTOL concept . Figure 30 shows the development of the all-rocket HOTOL system from the original HOTOL.23 The original air-breathing rocket HOTOL, powered by the Rolls Royce 545 engine as developed by Alan Bond, essentially used all hydrogen fuel (except for space operations). The hydrogen required a volume about 5 times greater than a 6: 1 LOX/hydrogen propellant for a rocket engine. The classical aerodynamicist's approach was to minimize drag and maximize the L/D ratio. But accelerating to orbital speed requires a low angle of attack and minimum drag coefficient at !ln1~h Aemsp,1cc flOTOI Roll s Roya! 545 lruerun Ba E I IOTOL. RD0l20 ~ gt%'.\ =.b ~ RU5Sumll0TOL RU 0120 Figure 30. HOTOL Evolution: From Aerodynamic Optimum Configuration to Practical Launcher Configuration. The latte r was developed through British Aerospace-Russian cooperat ion. zero lift (Coo), not max imum L/D ratio. The simple problem, recognized by Kuchemann, was that the vehicle was too slender and therefore had a large wetted area compared with its reference planform area; hence, zero lift drag and structural weight were too high. Even when the BAE Systems team switched to an all-rocket and compromised the slenderness, this did not significantly reduce the wetted area. The Russian approach was to design a stout vehicle with a much lower ratio of wetter area to reference planform area. 24 The trapezoidal cross section of the FOL-7 /Model 176 yields a ratio of wetted area to planform area less than the circular cross section of the UNCLASSIFIED/ /EAR AEFICIOP 1!55 All! X 27

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HOTOL russo. No entanto, a NPO Molniya ofereceu uma abordagem singular de acesso ao espaço, ao desvincular o lançamento de umas poucas operações em bases fixas e abrir o acesso ao espaço a uma clientela global, e não a partir de uma nação remota, mas a partir da Rússia. A abordagem da NPO Molniya também tirou o ruído e a fumaça de um lançamento de foguete e o transformou na decolagem banal de um transporte movido a turbofan. O limite superior de carga útil do An-225 é de 300 toneladas métricas para as fixações estruturais no topo da fuselagem. Com um foguete convencional, esse limite era atingido pelo HOTOL russo em 5,45 toneladas métricas, não nas 7 toneladas desejadas. Com a adição de um foguete que respira ar à parte inicial da trajetória e da configuração FDL-7/Modelo 176, esse limite agora não é atingido nem com uma carga útil de 11 toneladas. O An-225 tem a empenagem modificada, passando da empenagem vertical e horizontal simples do An-124 para uma configuração em "H". Isso permite que o planador hipersônico motorizado se desprenda facilmente do dorso do veículo, como demonstrou o ensaio em túnel de vento do Sänger da MBB. Um segundo transporte seria modificado para levar o hidrogênio líquido e o ar líquido para abastecer o veículo hipersônico, junto com a equipe de manutenção e apoio. A intenção era usar a verificação automática de lançamento que o autor presenciou em Baikonur em 1988, quando uma Soyuz que chegou em seu trem transportador às 5h00 foi lançada levando uma cápsula Progress às 17h15 do mesmo dia. Isso deveria tornar possível um lançamento local em poucas horas depois da chegada ao aeroporto de partida especificado. Mais uma vez, podemos agradecer aos birôs de projeto russos por chegarem a um conceito que talvez seja o primeiro conceito de lançamento global economicamente viável, não preso a um local geográfico de lançamento, que emprega aeronaves transportadoras robustas e comprovadas. Como ilustra a Figura 31, um sistema LACE operando até Mach 5,5, com o mesmo peso operacional vazio e carga útil de 7 toneladas métricas (15.435 lb) de um sistema todo a foguete, reduz em 150 toneladas métricas (330.000 lb) o peso bruto de decolagem de um conceito HOTOL operando sobre o dorso de um transporte. Isso permite que uma plataforma de lançamento transportadora leve um lançador orbital com carga útil funcional superior a 11 toneladas métricas (24.225 lb). Cargas úteis superiores a 11 toneladas são determinadas pelo tamanho do lançador sobre o transporte. O lançador pode ficar grande demais para que o transporte mantenha estabilidade e controle. A temperatura de exaustão e, portanto, a velocidade de um foguete LACE são menores que as de um foguete de hidrogênio/oxigênio, o que resulta em lançamento mais silencioso e torna mais favorável o lançamento a partir de um transporte. O veículo movido a LACE é fisicamente menor que o veículo a foguete, porque o peso e o volume de propelente são menores. A linha verde da Figura 31 é o peso de propelente do lançador orbital LACE dimensionado. O importante é lembrar que o motor-foguete que respira ar é o mesmo que o motor todo a foguete; só a mistura de propelente é diferente. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 28

Nota editorial: Dimensiona o An-225 como plataforma móvel de lançamento e o ganho de carga útil com o ciclo LACE; os números são resultados de dimensionamento de conceito, não de voos.

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UNCLASSIFIED/ /FOlt OFFICIAL USE Oilti Russian HOTOL. However, NPO Molnyia provided a unique approach to space access by decoupling the attachment to a few fixed base operat ions and opening up space access to a global clientele, and not from a remote nation, but from Russia. NPO Molnyia's approach also removed the noise and smoke from a rocket launch to a mundane takeoff of a turbofan-powered transport. The upper payload limit of the An-225 is 300 metric tons for the structural mounts on the top of the fuselage. With a conventional rocket, that limit was reached for the Russian HOTOL at 5.45 metric tons, not the 7 tons desired. With the addition of an air­ breathing rocket to the initial part of the trajectory and the FDL-7/Model 176 configuration, that limit now is not reached with even an 11-ton payload . The An-225 has the empennage modified from the An-124 single vertical and horizontal to an 'H' configurat ion. This permits the powered hypersonic glider to easily lift off the top of the vehicle, as the MBB Sanger wind tunnel test demonstrated. A second modified transport would be modified to carry the liquid hydrogen and liquid air to fuel the hypersonic vehicle, along with maintenance and support crew. The intent was to use the automatic launch checkout the author witnessed at Baikanour in 1988, wherein a Soyuz that arrived on its train carrier at 0500 hours launched carry ing a Progress capsule at 1715 hours the same day. That should make a local launch possible within hours of arriving at the specified airport launch departure site . Again, we can thank the Russian design bureaus for arriving with a concept that might be the first economically viable global launch concept not tied to a fixed geographica l launch site that employs robust, proven carrier aircraft . As illustrated in Figure 31, a LACE system operat ing to mach 5.5 that has the same operational weight empty and ?-metric ton (15,435-lb) payload as an all-rocket reduces the liftoff gross weight of a HOTOL concept operating from atop a transport by 150 metr ic tons (330,000 lb). That enables a transport launch platform to carry an orbital launcher with a functional payload greater than 11 metric tons (24,225 lb). Payloads greater than 11 tons are determined by the size of the launcher atop the transport. The launcher can become too large for the transport to mainta in stability and control. The exhaust temperature and therefore velocity of a LACE rocket are less than those of a hydrogen/oxygen rocket, resulting in a quieter launch and making launch from a transport more favorable. The LACE-powered vehicle is physically smaller than the rocket vehicle because the propellant weight and volume are less. The green line in Figure 31 is the propellant weight for the sized LACE orbital launcher. The important thing to remember is that the air-breathing rocket motor is the same as the all -rocket motor; only the propellant mix is different. UNCLASSIFIED/ (FOR OFFICIO! 1 !SE All! Y 28

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[Figura 31. Gráfico do peso de propelente (eixo vertical, até 300) contra a velocidade de voo ao longo da trajetória (pés por segundo, de 0 a 30.000), com curvas "LACE, OWE constante", "LACE, OWE real" e "Foguete, OWE constante".] Figura 31. O foguete LACE que respira ar reduz o peso bruto de decolagem em 150 toneladas métricas e usa motores de foguete existentes O ciclo LACE ou profundamente resfriado também poderia ser adaptado para operar no FDL-7/Modelo 176 se este fosse o primeiro estágio de um sistema de dois estágios para órbita,25 como mostra a Figura 32, com entrada de ar retrátil e virada para dentro.26 Nesse caso, há outra versão do conceito de motor que respira ar com pré-resfriamento, chamada ciclo KLIN, inventada por V. V. Balepin.27 Como os sistemas LACE e profundamente resfriado, o ciclo KLIN pode reduzir significativamente o tamanho e o peso de um lançador. O ciclo KLIN™ de turbojato/foguete profundamente resfriado incorpora um trocador de calor a montante do compressor para controlar termicamente o ar que chega ao compressor, de modo que uma velocidade corrigida mais baixa do compressor possa ser mantida com o aumento do número de Mach. O ciclo também integra termicamente um motor-foguete de ciclo de expansão, no qual a energia térmica rejeitada é usada para acionar as turbobombas e os acessórios. Os cálculos iniciais do ciclo mostraram bons resultados para aplicações de lançadores espaciais de veículos hipersônicos. Para números de Mach inferiores a 5,5, o turbojato e o foguete operam como um sistema único, fornecendo o empuxo total necessário para a aceleração. [Figura 32, esquema com rótulos: turbobomba, oxigênio, hidrogênio, foguete de ciclo de expansão, turbojato, trocador de calor de entrada.] Figura 32. A classe de veículos FDL-7 com captura variável e entrada retrátil de Anthony DuPont, testada até Mach 5, empregando um foguete de ciclo KLIN que respira ar SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 29

Nota editorial: Gráfico compara a massa de propelente projetada para o LACE e para o foguete ao longo da velocidade; esquema mostra o ciclo KLIN em um lançador de dois estágios.

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UNCLASSIFIED/ j'POlt OfFI@IAL WSliii 9Pn.Y 300 ~ ----~----~----~----~----~---~ Propellant Weight 250 en C: 0 ~o:E - LACE Constant OWE -~ ---0-- LACE Actua l O W E <:_ ---a- Rocke t Constant O WE ~--~----~----~~--~~~=~~~ 'k-----+-----+-----+------t ~o ~~-~~~~~~ Et a3 a. £00 +-----+--- .........=-' 0 5,000 10,000 15,000 20 ,000 25 ,000 30 ,000 Flight Speed Along Trajectory (ft/sec) Figure 31. LACE Air-Breathing Rocket Reduces Gross Liftoff Weight by 150 Metric Tons and Uses Existing Rocket Engines The LACE or deeply cooled cycle could also be adapted to operate in the FDL- 7 /Mode l 176 if it were a first stage to a two -stage-to -orbit system, 25 as shown in Figure 32 with a retractable, inward- turning inlet .26 In this case, there is another version of the precooled air­ breathing engine concept, called the KUN cycle, that was invented by V. V. Balapin. 27 Like the LACE and deeply cooled systems, the KUN cycle can significantly reduce the size and weight Inlet Healof a launcher. The KUN™ Deeply Cooled Exchanger Turbojet/Rocket Cycle incorporates a heat exchanger upstream of the Figure 32. The FDL-7 Class of Vehicles With An compressor to thermally control the air Anthony DuPont Variable Capture and a Retractable Inlet Tested to Mach 5 Employing an Air-Breathingto the compressor so a lower corrected KLIN Cycle Rocket speed of the compressor can be maintained with the increasing mach number. The cycle also thermally integrates an expander cycle rocket engine, one in which rejected therma l energy is used to drive the turbopumps and accessories. The initial cycle calculations have shown good results for hyperson ic vehicle space launcher applications. For mach numbers less than mach 5.5, the turbojet and rocket operate as a single system prov iding the required total thrust for accelerat ion . Turbojet UNCLASSIFIED/ /fOlt orr1e1J1ct U91!! er•t I 29

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Operações de subida e descida Para uma aeronave, o modo de decolagem não é problema: é decolagem e pouso em pista. Mas, para um lançador espacial, a questão não é tão clara. Com razões de massa de lançadores muito maiores que as de aeronaves (de 4 a 8, contra menos de 2 para aeronaves), a velocidade de pista é impraticável para alguns lançadores com altas razões de massa. A opção principal é a decolagem vertical, permanecendo viável o pouso horizontal. O problema é que, em alguns estudos de lançadores, as diretrizes do estudo impuseram a decolagem horizontal independentemente da razão de massa. Muitos estudos de lançadores foram frustrados por esse ditame a priori de decolagem horizontal. A propulsão que respira ar fica então com o rótulo de "pesada demais" por causa do modo de decolagem imposto. Na realidade, a decolagem horizontal ou vertical, como o conceito de configuração, é menos uma escolha do que um resultado do conceito de propulsão selecionado. A decolagem horizontal exige que a carga alar seja compatível com o coeficiente de sustentação que a configuração pode gerar e com o limite máximo de velocidade de decolagem. A Figura 33 mostra resultados para plantas delta de grande enflechamento, como as do Modelo 176 e do FDL-7. Velocidades de decolagem de corpos integrados nas faixas de 200 a 230 nós foram postuladas na década de 1960 usando motores-foguete articulados muito grandes para girar para cima e fazer o corpo também girar, levantando a roda do nariz enquanto o veículo decola com uma decolagem apoiada no empuxo. Não se sabe se esse conceito foi implementado em um sistema real. Para lançadores espaciais, a velocidade de decolagem do delta básico é alta (símbolos quadrados). Se a velocidade de decolagem é alta demais para o sistema de propulsão escolhido (por causa da razão de pesos), a única maneira de reduzi-la é aumentar a área de planta para o volume do sistema, isto é, reduzir o tau de Küchemann. Isso, infelizmente, introduz uma cascata de aumentos incrementais de massa que resultam em aumento exponencial do peso bruto de decolagem (como mostra a Figura 34). Os únicos dispositivos de aumento de sustentação disponíveis são um flap de vórtice de bordo de ataque ou um canard retrátil perto do nariz do veículo. [Figura 33, gráfico de velocidade (de 0 a 500 nós) contra a razão de pesos até a velocidade orbital (de 2,00 a 9,00), com a legenda "FDL-7, decolagem" e outros símbolos.] Figura 33. Velocidades de decolagem e pouso de lançadores de tamanho mínimo SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 30

Nota editorial: Analisa decolagem vertical contra horizontal em função da razão de massas; o autor reconhece que a decolagem sustentada por motores articulados nunca foi implementada.

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UNCLASSIFIED/ f FOlil OFFIEJIAL l:181: 8HLY Up-and-Down Operations For an aircraft, the takeoff mode is not an issue: it is a runway takeoff and runway landing. However, for a space launcher, the issue is not so clear-cut. With mass ratios for launchers much greater than for aircraft ( 4 to 8, compared with less than 2 for aircraft), runway speed is impractical for some launchers with high mass ratios. The principal option is vertical takeoff, with horizontal landing remaining viable. The problem is that in some launcher studies, the study directives mandated horizontal takeoff regardless of the mass ratio. Many launcher studies have been thwarted by this a priori dictate of horizontal takeoff . Air-breathing propulsion is then stuck with a "too heavy" label because of the dictated takeoff mode. In reality, horizontal or vertical takeoff, like the configuration concept, is less a choice than a result of the propulsion concept selected. Horizontal takeoff requires that the wing loading be compatible with the lift coefficient the configuration can generate and the maximum takeoff speed limit. Figure 33 shows results for highly swept delta planforms, such as that of the Model 176 and FDL-7. Takeoff speeds for blended bodies in the 200- to 230-knot ranges were postulated in the 1960s by using very large gimbaled rocket motors to rotate upward and cause the body to also rotate, lifting off the nose wheel as the vehicle lifts off with a thrust-supported takeoff. This concept was not known to have been implemented in an actual system. For space launchers, the takeoff speed of the basic delta is high (square symbols). If the takeoff speed is too high for the propulsion system chosen (because of the weight ratio), then the only way to decrease the takeoff speed is to increase the planform area for the system volume-that is, to reduce the KUchemann tau. This, unfortunately, introduces a cascade of incremental mass increases that result in an exponential rise of the takeoff gross weight (as shown in Figure 34). The only lift-increasing devices available are a leading-edge vortex flap or a retractable canard near the nose of the vehicle. 500 450 400 U) 0 350 _§ 300 'D Q) Q) Cl. 250 (/) :J= 0 200 Q) .:,,:, 150 ~ 100 50 0 2.00 3 .00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9 .00 Weight Ratio to Orbital Spee d Figure 33. Takeoff and Landing Speeds of Minimum-Sized Launchers UNCLASSIFIED/ ,C FOA OlililCI CL: Pili ODIL:¥ I:,. ◊ 0 0 □ FDL-7,TO 30

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Acrescentar a asa tipo canivete (ver foto inserida na Figura 10) dá uma velocidade de decolagem razoável para todas as razões de massa (triângulos verdes). Essa velocidade de decolagem, com a asa canivete aberta, é aproximadamente a velocidade de pouso com a asa recolhida. Com a asa aberta (losangos azuis), a velocidade de pouso é quase constante, pois todos os veículos lançadores têm pesos de vazio mais carga útil (peso operacional vazio) muito parecidos. Então a velocidade de pouso se torna muito modesta, inferior até à da maioria dos transportes comerciais e aeronaves militares. Com essa abordagem, a asa canivete pode ser aberta ou recolhida, e as velocidades de pouso e decolagem podem ser essencialmente iguais, o que acrescenta um grau de simplicidade operacional. A asa canivete foi projetada na expectativa de que os planadores voltariam com cargas maiores que as que entregaram. As velocidades de pouso e decolagem correspondem às de aeronaves militares atuais e de transportes comerciais, pelo menos para as razões de massa mais baixas (5 ou menos). Com a asa aberta ou recolhida, existe um conjunto de soluções em que as velocidades de pouso e decolagem são semelhantes. A Figura 34 começa com um mapa de soluções de lançadores de decolagem vertical, representado pelas áreas sombreadas na parte inferior da figura. Todos esses dados são de soluções convergidas, em que os requisitos da missão são atendidos e a massa e o volume de cada solução estão convergidos. Essas áreas de solução representam todo o espectro de propulsão, de totalmente a foguete (extrema direita) a sistemas avançados que respiram ar (extrema esquerda). Essas áreas de solução são para decolagem vertical e pouso horizontal (VTOHL), com razão empuxo-peso na decolagem (TWTO) de 1,35 e tau de Küchemann igual a 0,2. [Figura 34. Gráfico do peso bruto (eixo vertical, de 0 a 1.500) contra a razão de pesos até a órbita, WR (de 2,0 a 9,0), com carga útil de 7 toneladas, TWTO = 1,35, tau = 0,200 e curvas de carga alar (kg/m²): 976,3; 610,2; 561,3; 463,7.] Figura 34. O lançamento horizontal não é prático, a menos que a razão de pesos seja inferior a quatro SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 31

Nota editorial: Mapa de soluções relaciona peso bruto e razão de massas para lançamento horizontal ou vertical com carga útil de 7 toneladas.

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UNCLASSIFIED/ /FOR Offl@IJltt t:191! er\tt I Adding the switchb lade wing (see inset photo in Figure 10) prov ides a reasonable takeoff speed for all mass rat ios (green triangles). This takeoff speed with the switchblade wing deployed is approx imately the landing speed with the wing stowed. With the wing deployed (blue diamonds), the landing speed is almost constant, since all of the launcher vehicles have very similar empty -plus-payload weights (operational weight empty). Then the landing speed becomes very modest, lower even than that of most commerc ial transports and military aircraft. With this approac h, the switchblade wing can be either deployed or stowed, and the landing and takeoff speeds can be essentially equal, adding a degree of operational simplic ity. The switchblade wing was designed with the expectation that the gliders would retu rn with greater payloads than they delivered. Landing and takeoff speeds correspond to those of current mil itary aircraft and commercia l transports, at least for the lower mass ratios (5 or less). Whether the switchblade wing is deployed or stowed, a set of solutions exists in which the landing and takeoff speeds are similar. Figure 34 begins wit h a solution map of vertical takeoff launchers, as represented by the shaded areas in the lower part of t he figure . All of these data are for converged solutions, whereby the mission requirements are met and the mass and volume of each solution are converged. These solut ion areas represent t he entire propulsion spectrum, from all-rocket (far r ight) to advanced air-breathing systems (far left) . These solution areas are for vertical takeoff and horizontal landing (VTOHL), wit h a thrust-to-weight ratio at takeoff (TWTO) of 1.35 and a Kuchemann tau equal to 0.2. 1500 ......... (/) C: B 1000 - .c- .2> ~ (/) ~ 500 .... CJ 3.0 4.0 5.0 6.0 7 .0 8.0 payload = 7 tons WING LOADING (kg/m2) 610.2 561 .3 \ \ 463.7 ~ 976.3 TWTO =1 .35 ~ = 0.200 2.0 9.0 WR Weight Ratio to Orbital Figure 34. Horizontal Launch Not Pract ical Unless Weight Ratio is Less Than Four UNCLASSIFIED// FOR OFFICIAL U.!I! er\tt I 0 31

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TRECHO 33 · PÁGINA FÍSICA 39

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As tendências de peso bruto são mostradas para cinco cargas alares de decolagem diferentes, para decolagem e pouso horizontais (HTOL). Soluções para carga alar constante são mostradas para valores de tau de 0,2 a 0,063. As curvas sobem entre tau = 0,2 e tau = 0,063 e são soluções de tau variável para uma carga alar de decolagem fixa. A curva de 200 lb/pé² nunca convergiu em tau = 0,063 e é quase vertical. Assim, se 185 nós é uma velocidade de decolagem aceitável, a razão de pesos máxima sem penalidade de peso significativa em relação à decolagem vertical é de cerca de 5,6 (há 40 anos, Dwight Taylor, da McDonnell Aircraft, determinou o ponto como uma razão de pesos de 5,5). Isso exclui os foguetes convencionais, mas permite foguetes de alto desempenho que respiram ar e o ciclo KLIN. O ponto em que os modos VTOHL e HTOL têm o mesmo peso bruto é então a razão de pesos máxima para a qual não há penalidade pela decolagem horizontal. Por exemplo, com uma carga alar de decolagem de 976 kg/m² (200 lb/pé²), o ponto em que os modos VTOHL e HTOL têm o mesmo peso bruto é para uma razão de pesos de 5,5, ou uma velocidade com ar respirável de Mach 6 ± 0,3. Para uma carga alar de decolagem de 610 kg/m² (125 lb/pé²), a fronteira VTOHL/HTOL é agora uma razão de pesos de 4,3, ou Mach 10,5 ± 0,5 com respiração de ar. Essa carga alar seria compatível com a dos transportes comerciais e também é correta para lançamento aéreo com pouso horizontal a cerca de Mach 0,72 e 35.000 pés. Para uma carga alar de decolagem de 464 kg/m² (95 lb/pé²), a fronteira VTOHL/HTOL é agora uma razão de pesos de 3,4, ou Mach 13 ± 1,0 com respiração de ar. Para um foguete que respira ar, é possível uma razão de massa de 5,0, resultando em um peso bruto de cerca de 230 toneladas. Isso é menos da metade das 480 toneladas do caso todo a foguete. No entanto, se um requisito de decolagem horizontal é imposto a priori, a menor carga alar para a qual existe uma solução prática é 610,2 kg/m². Nesse ponto, o peso bruto da solução de decolagem horizontal é de cerca de 800 toneladas, quase o dobro do valor todo a foguete. Se uma equipe de estudo não estiver ciente da comparação com a decolagem vertical, poderá tirar a conclusão errada de que o sistema de propulsão causou a solução divergente. Para cargas alares menores, a curva de solução se torna vertical e a solução não converge. A conclusão é que, se a razão de pesos for maior que 4,3, a melhor configuração de veículo é a de decolagem vertical ou a de lançamento aéreo (todos os veículos têm modo de pouso horizontal). Se as metas são o menor peso bruto e o menor tamanho de veículo, é importante deixar que as próprias características da solução convergida determinem os modos de decolagem e pouso. Para converter a carga alar de decolagem em velocidade de decolagem e a carga alar de pouso (peso operacional vazio mais 10 por cento de margem, para que o lançador possa voltar com carga útil e resíduos de combustível a bordo) em velocidade de pouso, usam-se correlações antigas da McDonnell Advanced Engineering. As equações das velocidades de pouso e decolagem são dadas abaixo: (V_TO)_nós = √(227,114 · L_TO) (V_LD)_nós = √(173,675 · L_LD) = √(173,675 · L_TO / WR) (4) Como indicado antes, a seleção a priori da decolagem horizontal (HTO) pode ter efeito muito deletério sobre o peso e o tamanho de um lançador SSTO. Por exemplo, um conceito de propulsão VTOHL com aparelho que respira ar deveria ter peso bruto de 300 a 325 toneladas métricas na decolagem, contra 750 toneladas para um conceito de propulsão VTOHL todo a foguete. Um SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 32

Nota editorial: Continua a comparação quantitativa, condicionada às premissas de carga alar, razão de massa e modo de decolagem; inclui a equação (4) das velocidades de decolagem e pouso.

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UNCLASSIFIED/ /POlt err1e11et U.!I! 9flt I Gross weight trends are shown for five different takeoff wing loadings for horizontal takeoff and landing (HTOL). Solutions for constant wing loading are shown for values of tau from 0.2 to 0.063. The curves sweep upward between tau = 0.2 and tau = 0.063 and are variable tau solutions for a fixed takeoff wing loading . The curve for 200 lb/ft 2 never converged at tau = 0.063 and is almost vertical. So if 185 knots is an acceptable takeoff speed, then the maximum weight ratio without significant weight penalty over vertical takeoff is about 5.6 ( 40 years ago, Dwight Taylor of McDonnell Aircraft determined the point to be a weight ratio of 5.5). This excludes conventional rockets but does permit high-performance air-breathing rockets and the KUN cycle. The point at which the VTOHL and HTOL modes have the same gross weight is then the maximum weight ratio for which there is no penalty for horizontal takeoff. For example, at a takeoff wing loading of 976 kg/m 2 (200 lb/ft 2), the point at which the VTOHL and HTOL modes have the same gross weight is for a weight ratio of 5.5, or an air-breathing speed of mach 6 ± 0.3. For a takeoff wing loading of 610 kg/m 2 (125 lb/ft 2), the VTOHL/HTOL boundary is now a weight ratio of 4.3, or an air-breathing mach 10.5 ± 0.5. This wing loading would be consistent with that of commercial transports and is also correct to air launch horizontal landing at about mach O. 72 and 35,000 feet. For a takeoff wing loading of 464 kg/m 2 (95 lb/ft 2), the VTOHL/HTOL boundary is now a weight ratio of 3.4, or an air-breathing mach 13 ± 1.0. For an air-breathing rocket, a mass ratio of 5.0 is achievable, resulting in a gross weight of about 230 tons. This is less than half the 480 tons for an all-rocket case. However, if a horizontal takeoff requirement is imposed a priori, the lowest wing loading for which a practical solution exits is 610.2 kg/m 2 . At that point, the gross weight for the horizontal takeoff solution is about 800 tons, almost twice the all-rocket value. If a study team is not aware of the comparison to vertical takeoff, it may draw the improper conclusion that the propulsion system caused the divergent solution. For lower wing loading, the solution curve becomes vertical, and the solution will not converge. The conclusion is that if the weight ratio is greater than 4.3, the best vehicle configuration is vertical takeoff or an air-launched configuration (all of the vehicles have a horizontal landing mode). If the goals are the lowest gross weight and the smallest sized vehicle, then it is important to let the characteristics of the converged solution themselves determine the takeoff and landing modes. To translate the takeoff wing loading into takeoff speed and the landing wing loading (operational weight empty plus 10-percent margin, so the launcher can return with payload and fuel residua ls onboard), use legacy correlations from McDonnell Advanced Engineering. The equat ions for landing and takeoff speeds are given below: {VTO ) knots = J227.114 • LTO (4) 173.675• LTO (Yw) 1uiots = J173 .675•LLD = WR As pointed out previously, an a priori selection of horizontal takeoff (HTO) can have a very deleterious effect on the weight and size of an SSTO launcher. For example, a VTOHL air-breather propulsion concept should have a gross weight of 300 to 325 metric tons at takeoff, compared with 750 tons for an all-rocket VTOHL propulsion concept . A UNCLASSIFIED/ /FOR: OffISI.t.k W&liii &NL¥ 32

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TRECHO 34 · PÁGINA FÍSICA 4

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL Figura 17. Modelo 176 no Túnel de Impulso de Hipervelocidade da McDonnell Douglas ........ 18 Figura 18. FDL-7C/D, distribuição de temperatura de entrada do Modelo 176 ........ 19 Figura 19. Mesmo a Mach 12, vórtices embutidos na camada limite alteram a transferência de calor local ........ 19 Figura 20. Imagem de fósforo termográfico do Modelo 176 em ângulo de ataque próximo do máximo ........ 20 Figura 21. Do L/D máximo até o ângulo de ataque máximo, sempre há uma subcamada fria junto à parede ........ 20 Figura 22. Este painel de SiC/SiC da SEP Bordeaux, de 1988, suportava temperaturas de até 3.000 °F ........ 21 Figura 23. Tecido Tyranno da UBE Corporation ........ 21 Figura 24. Ponta porosa de níquel exsudando água ........ 21 Figura 25. FDL ASSET testado em voo, de velocidades orbitais, para avaliar materiais da década de 1960 ........ 22 Figura 26. Bordo de ataque de ônibus espacial com tubo de calor, projetado e construído pela McDonnell Douglas Astronautics ........ 22 Figura 27. Veículo estratégico de impulsão e planeio com motor de foguete XLR-129 da Pratt & Whitney instalado ........ 25 Figura 28. XLR-129 ........ 25 Figura 29. Dois ciclos de foguete que respira ar até Mach 5,5 ........ 27 Figura 30. Evolução do HOTOL: da configuração aerodinâmica ideal à configuração prática de lançador ........ 27 Figura 31. Foguete que respira ar LACE ........ 29 Figura 32. A classe de veículos FDL-7 ........ 29 Figura 33. Velocidades de decolagem e pouso de lançadores de tamanho mínimo ........ 30 Figura 34. O lançamento horizontal não é prático, a menos que a razão de pesos seja inferior a quatro ........ 31 Figura 35. Tanques de propelente que não são veículos de reentrada reduzem muito o peso do sistema ........ 33 Figura 36. Integração horizontal simples e lançamento vertical oferecem capacidade de lançamento rápido ........ 34 Figura 37. Um complexo de lançamento vertical oferece recuperação de propulsores por retorno vertical e instalações de pouso horizontal para os planadores hipersônicos ........ 34 Figura 38. Apresentação de 1964 da MDC Astronautics, St. Louis ........ 35 Figura 39. A atmosfera da Terra ........ 36 Figura 40. Modelo em escala do FDL-5, estágio e meio ........ 37 Figura 41. A classe de planadores hipersônicos FDL-7 e Modelo 176 ........ 37 Figura 42. Desaceleração hipersônica ........ 38 Figura 43. Onde estamos hoje ........ 39 Figura 44. Onde poderíamos estar se recuperarmos a confiança e a competência de engenharia da era Apollo/Saturno V ........ 40

Nota editorial: Continuação da lista de figuras (17 a 44), que cobre materiais térmicos, motores, veículos, lançamento e custos.

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UNCLASSIFIED/ /POI': OPPIEIJct t:191! BHL'f Figure 17. Model 176 in the McDonnell Douglas Hypervelocity Impulse Tunnel .... 18 Figure 18. FDL-7C/D, Model 176 Entry Temperature Distribution ......................... 19 Figure 19. Even At Mach 12, Embedded Vortices in the Boundary Layer Alter the Local Heat Transfer .............................................................................. 19 Figure 20. Thermographic Phosphor Image of Model 176 at Near-Maximum Angle of Attack ..................................................................................... 20 Figure 21. From L/D Maximum to Maximum Angle of Attack, There Is Always a Cool Sub-layer Adjacent to the Wall ..................................................... 20 Figure 22. This 1988 SEP Bordeaux SiC/SiC Panel Could Sustain Temperatures of up to 3,000°F ........................................................................................ 21 Figure 23. UBE Corporation's Tyranno Cloth .......................................................... 21 Figure 24. A Porous Nickel Tip Oozing Water ........................................................ 21 Figure 25. FDL ASSET Flight-Tested From Orbital Speeds to Evaluate 1960s Materials .............................................................................................. 22 Figure 26. Heat Pipe Shuttle Leading Edge Designed and Built by McDonnell Figure 27. Boost-Glide Strategic Vehicle with Pratt & Whitney XLR-129 Rocket Douglas Astronautics ........................................................................... 22 Engine Installed ................................................................................... 25 Figure 28. XLR-129 ............................................................................................... 25 Figure 29. Two Rocket Air-Breathing Rocket Cycles to Mach 5.5 ........................... 27 Figure 30. HOTOL Evolution: From Aerodynamic Optimum Configuration to Practical Launcher Configuration ......................................................... 27 Figure 31. LACE Air-Breathing Rocket ................................................................... 29 Figure 32. The FDL-7 Class of Vehicles .................................................................. 29 Figure 33. Takeoff and Landing Speeds of Minimum-Sized Launchers ................... 30 Figure 34. Horizontal launch Not Practical Unless Weight Ratio Less Than Four ... 31 Figure 35. Propellant Tanks That Are Not Reentry Vehicles Greatly Reduce System Weight ..................................................................................... 33 Figure 36. Simple Horizontal Integration and Vertical Launch Provides Rapid Launch Capability ................................................................................. 34 Figure 37. A Vertical Launch Complex Provides Vertical Toss Back Booster Recovery and Horizontal Landing Facilities for the Hypersonic Gliders 34 Figure 38. A 1964 MDC Astronautics, St. Louis, Briefing ........................................ 35 Figure 39. Earth's Atmosphere .............................................................................. 36 Figure 40. FDL-5 Scale Model of A Stage and One-Half .......................................... 37 Figure 41. The FDL-7 and Model 176 Class of Hypersonic Gliders .......................... 37 Figure 42. Hypersonic Decelerating ....................................................................... 38 Figure 43. Where We Are Today ............................................................................ 39 Figure 44. Where We Could Be If We Can Recapture the Engineering Confidence and Expertise of the Apollo/Saturn V Era ............................................. 40 Figure 45. TAV Operational Costs .......................................................................... 47 Figure 46. Landing Ellipse ..................................................................................... 48 Tables Table 1. Characteristics of Selected Flight Dynamics Laboratory Hypersonic Glider Configurations During the 1958-68 Timeframe ............................... 6 Table 2. Elements of the Space Infrastructure Shown in Figure 44 ....................... 41 UNCLASSIFIED/ ;CfOR. OFFI&IAI: W&li &Ptklf iv

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TRECHO 35 · PÁGINA FÍSICA 40

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modo de HTO forçado teria, em vez disso, peso bruto superior a 1.000 toneladas, de modo que a observação resultante era: "Viu? Os que respiram ar não são mais leves que os todo a foguete!" E assim os defensores do foguete derrotaram a solução com respiração de ar desde o primeiro avião aeroespacial, em 1958. Opções de lançamento Antes, apresentou-se uma opção de plataforma móvel de lançamento limitada a uma carga útil de 11 a 12 toneladas métricas (24.225 a 26.460 lb). Esta seção apresenta um sítio convencional de lançamento vertical que permite lançamentos frequentes e programados e não tem limite intrínseco de peso de carga útil. Em conversa com o autor, Lozino-Lozinski questionou a praticidade do NASP, descrevendo-o como nada mais que um tanque de propelente muito grande protegido para a reentrada orbital. Sua abordagem era minimizar o volume dos tanques de propelente que exigiam proteção de reentrada orbital. Antes de conhecer Robert Williams, da DARPA, a MDC tinha a mesma filosofia, como mostra a Figura 35. [Figura 35, três esquemas com pesos: 2.370.000 lb, 814.500 lb, 580.000 lb, 301.000 lb, 512.000 lb e 80.000 lb, rotulados "SSTO", "Estágio e meio" e "Dois estágios".] Figura 35. Tanques de propelente que não são veículos de reentrada reduzem muito o peso do sistema. Regras de manobra orbital do Venture Star. Essa era a abordagem da MDC para um veículo aeroespacial tripulado que apresentamos antes do NASP. O tamanho, a área de superfície do sistema de proteção térmica e o peso do veículo SSTO, em comparação com um conceito de apenas um estágio e meio, são significativos. Todos os segmentos propulsores eram totalmente recuperáveis e reutilizáveis com reconstrução. A cápsula de carga não era recuperável. Esse conceito operacional previa lançamentos frequentes e programados, em número pelo menos igual ao do lançador de apoio ao MOL de 1964, isto é, de 100 a 150 lançamentos por ano. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 33

Nota editorial: Diagrama compara os conceitos de um estágio, estágio e meio, e dois estágios para órbita; as metas de frequência de lançamento eram conceituais.

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UNCLASSIFIED/ /FOR: 0rr1e1J1tt Y!H: 8HLY forced HTO mode would instead have a gross weight in excess of 1,000 tons. so the resulting observation was "See! Air breathers are not lighter than all-rocket!" And so the rocket proponents have defeated an air-breathing solution since the first aerospace plane in 1958. Launch Options Previously, an option was presented for a mobile launch platform that was limited to an 11- to 12-metric ton (24,225- to 26,460-lb) payload . This section presents a conventional vertical launch site that provides for frequent, scheduled launches and no intrinsic payload weight. In a discussion with the author, Lozino-Lozinski questioned the pract icality of the NASP, describing it as nothing more than a very large orbital ­ entry-protected propellant tank. His approach was to minimize the volume of propellant tanks that required orb ital-entry protection. Prior to meet ing DARPA's Robert Williams, the MDC had the same philosophy, as shown in Figure 35. 2,370,000 lb 814,500 lb 580,000 lb 301,000 lb 512,000 lb 80,000 lb SSTO 1 1/2 Stage 2 Stage Figure 35. Propellant Tanks That Are Not Reentry Vehicles Greatly Reduce System Weight. Venture star orbital maneuver rules. This was the MDC manned aerospace vehicle approach we briefed before the NASP. The size, thermal protection system surface area, and weight of the SSTO vehicle to just a stage-and-a-half concept is significant. All of the booster segments were fully recoverable and reusable with rebuilding. The cargo capsule was not recoverable. This operational concept envisioned frequent, scheduled launches at least equal in number to those of the 1964 MOL support launcher-that is, 100 to 150 launches a year. UNCLASSIFIED/ tEOR OFFICIO! 1!SE Alli Y 33

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TRECHO 36 · PÁGINA FÍSICA 41

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Conforme os requisitos da Força Aérea dos EUA com os quais trabalhávamos, esses TAV eram pilotados e, portanto, tinham postos de tripulação retráteis que podiam dar visibilidade frontal quando as condições térmicas permitissem. O sistema de lançamento (ver Figura 36) foi adotado do sistema de lançamento do IRBM Thor da Força Aérea dos EUA e de observações feitas quando o autor esteve em Baikonur, no Cazaquistão. Os veículos ficavam em armazenamento horizontal a seco e eram reabastecidos e carregados na horizontal. O hangar/abrigo era recuado para a ereção do veículo à posição vertical, e só então ele era abastecido. A sequência de lançamento seguia o modelo do lançamento da Soyuz em Baikonur, que dura 12 horas. A sequência de lançamento do IRBM Thor (LOX/RP-1) era de 15 a 18 minutos. Como em Baikonur, as cargas úteis não devem ser carregadas no veículo e depois ficar semanas lá antes da verificação. O que se carrega no veículo são cargas úteis já verificadas, que só precisam ser fixadas ao hardware de transporte. Em Baikonur havia cerca de sete cargas úteis Soyuz e Progress pré-verificadas, em invólucro plástico inertizado com argônio. A meta era poder lançar um lançador Soyuz em 7 a 12 horas em caso de emergência orbital. Os lançadores Soyuz ficavam em armazenamento a seco e eram trazidos em vagão ferroviário. Com a abordagem russa de verificação e abastecimento totalmente automáticos, isso seria certamente possível. A Figura 37 mostra uma ilustração de artista de uma base operacional de lançamento e recuperação de TAV. Os propulsores são um conceito de Joe Thurgau, da MDC Huntington Beach: propulsores de "retorno por arremesso" que, após a separação, giram 180 graus e acionam seus motores-foguete para "arremessar de volta" ao local de lançamento. Um sistema de guiagem infravermelha conduz o propulsor a um lago de recuperação para um pouso vertical com motor (parte superior direita da ilustração). Os motores-foguete do propulsor não são articulados e são selados com a base do escudo térmico. Poderiam ser lançados tanto os sistemas de estágio e meio quanto os de 2 estágios. Teria sido possível até lançar um propulsor sozinho para transportá-lo rapidamente a outro local de lançamento (parte central inferior da ilustração). Há pistas para os planadores hipersônicos que retornam (parte central superior da ilustração), bem como para aeronaves de serviço e abastecimento. Alojamentos, instalações de manutenção e outros edifícios ficam em propriedade adjacente. Certamente seria possível lançar esse sistema da Base da Força Aérea de Vandenberg ou do Cabo Canaveral, [Figura 36. Integração horizontal simples e lançamento vertical oferecem capacidade de lançamento rápido.] [Figura 37. Um complexo de lançamento vertical oferece recuperação de propulsores por retorno vertical e instalações de pouso horizontal para os planadores hipersônicos. Ilustração de artista.] SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 34

Nota editorial: Ilustração de artista de um complexo de lançamento com propulsores que retornam; o autor mistura procedimentos da Soyuz que diz ter observado com a base proposta para o TAV.

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UNCLASSIFIED//f81l Offl@IAL WSI: &PUs.lf As per the U.S. Air Force requirements we were working with, these TAV were piloted and therefore had retractable crew stations that could provide forward visibility when permitted by thermal conditions. The launch system (see Figure 36) was adopted from the U.S. Air Force Thor IRBM launch system and from observations when the author was at Baikanour, Kazakhstan. The vehicles were in dry horizontal storage and were serviced and loaded horizontally. The hanger/shelter was rolled back for erection to vertical position and then fueled. The launch sequence was patterned atter the Baikanour Soyuz Figure 36. Simple Horizontal Integration andlaunch, which is 12 hours. The Thor Vertical Launch Provides Rapid Launch Capability IRBM launch sequence (LOX/RP-1) was 15 to 18 minutes. As in Baikanour, the payloads are not to be loaded into the vehicle and t hen remain there for weeks before checking out. What is loaded into the vehicle are checked-out payloads that need only to be attached to the carrying hardware. At Baikanour there were about seven pre-checked out Soyuz and Progress payloads in plastic wrap inerted with argon . The goal was to be able to launch a Soyuz launcher within 7 to 12 hours in the event of an orbital emergency. The Soyuz launchers were in dry storage and brought in on a railcar. With the Russian fully automatic checkout and fueling approach, this would certainly be possible. Figure 37 shows an artist's illustration of a TAV launch and recovery operational base. The boosters are a concept from Joe Thurgau of MDC Huntington Beach "Toss-Back" boosters that, after separation, rotate 180 degrees and fire their rocket motors to "toss back" to the launch site. An infrared guidance system steers the booster to a recover lake for a powered vertical landi ng (upper righthand portion of the illustration). The booster rocket engines are nongimbaled, sealed with the heat shield base. Either the 1-½ stage or the 2-stage systems could be launched. It would have even been possible to launch a booster by itself to rapidly transport it to another launch site (lower center portion of the illustration). Runways are provided for returning hypersonic gliders (upper center portion of the illustration), as well as for service and supply aircratt. Housing, maintenance facilities, and other buildings are on adjacent property. It certainly would be possible to launch this system from Vandenberg Air Force Base or Cape Canaveral, UNCLASSIFIED/ fFOlil &FFl@IAL U.!I!! t>IIL I Figure 37. A Vertical Launch Complex Provides Vertical Toss Back Booster Recovery and Horizontal Landing Facilities for the Hypersonic Gliders 34

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TRECHO 37 · PÁGINA FÍSICA 42

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mas acreditávamos que novos complexos de lançamento seriam necessários para atingir as taxas de lançamento desejadas e acomodar veículos de uso continuado. Tudo isso parece impossível, dadas as operações e o tempo de preparação de lançamento de hoje, mas em 1964 era considerado possível, tanto nos Estados Unidos quanto na antiga União Soviética. Parece que duas empresas conhecidas fizeram propostas para o sistema de apoio ao MOL, como mostra a Figura 38. Os lançamentos preliminares do Modelo 176 seriam em um Martin Titan IIIC. Isso era adequado para ensaios, mas o mínimo de lançamentos para um ano de apoio ao MOL era de 74 lançamentos. Não se considerou que 74 Titan IIIC pudessem atingir uma taxa de fabricação sustentada ou uma taxa de lançamento sustentada. Por isso tanto a Lockheed Aircraft quanto a McDonnell Douglas propuseram um sistema operacional autossustentado, usando tanques laterais de propelente recuperáveis. Não havia motores nos tanques laterais, como havia na aeronave, pois eram simples tanques descartáveis. [Figura 38, desenhos: "Lockheed Star Clipper, por volta de 1964" e "McDonnell Douglas Modelo 176, por volta de 1964".] Figura 38. Uma apresentação de 1964 da MDC Astronautics, St. Louis, definiu um sistema de apoio ao MOL com 10 lançadores que poderiam voar 100 missões por ano durante 15 anos. A Lockheed Aircraft e a McDonnell Douglas tinham ambas candidatos. Variações atmosféricas A abordagem publicada para determinar o alcance de planeio é supor que a definição global da atmosfera seja uma série de camadas concêntricas de densidade constante. A atmosfera padrão de 1962 segue a atmosfera padrão de 1959 e padrões anteriores. O NAVAIR-5-1C-59, de Harold Crutchner,28 detalha o Hemisfério Norte por mês, a cada 10 graus de longitude, de 1931 a 1964. Segundo Crutchner, essas descrições da atmosfera não se destinavam a ser atmosferas de engenharia, mas padrões para garantir que aeronaves voando globalmente tivessem folga de altitude adequada. A atmosfera de 1962 representa a média de todos os relatórios diários das estações de observação mundiais entre +30 e +60 graus de latitude para o equinócio de primavera e de outono, de um mês antes a um mês depois, representada como uma atmosfera média de +45 graus. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 35

Nota editorial: Discute as propostas de apoio ao Laboratório Orbital Tripulado e critica o uso de uma atmosfera padrão uniforme para estimar o alcance de planadores.

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UNCLASSIFIED/ fFOlil OFFl&IAl l:ISlii 8,.lY but we believed new launch comp lexes would be required to achieve the desired launch rates and to accommodate sustained -use vehicles. This all seems impossible given today's launch operat ions and preparation t ime, but in 1964 it was considered possible both in the United States and in the former Soviet Union . It appears that two known companies proposed on the MOL support system, as shown in Figure 38. The Model 176 prelim inary launches were to be on a Martin Titan IIIC. This was adequate for testing, but the minimum launches for one year of support of MOL was 74 launches. That 74 Titan IIICs cou ld achieve a sustained manufacturing rate or a susta ined launch rate was not considered. So both Lockheed Aircraft and McDonnell Douglas proposed a self-sustained operational system using recoverab le lateral propellant tanks. There were no engines on the latera l tanks as the re were in the aircraft since they were simp ly drop tanks. Lockh e ed Star Clipper ci rca 1964 Figure 38. A 1964 MDC Astronautics, St. Louis, Briefing Defined a MOL Support System With 10 Launchers That Could Fly 100 Missions a Year for 15 Years. Lockheed Aircraft a nd McDonnell Douglas both had candidates. Atmospheric Variations The published approach to determ ining glide range is to assume the globa l atmosphere definition is a series of concentric, constant-density shells. The 1962 standa rd atmosphere follows the 1959 standard atmosphere and previous standards. NAVAIR-5- lC-59, Harold Crutchner, 28 deta ils the Northern Hemisphere by month for every 10 degrees of longitude from 1931 to 1964. According to Crutchner, these atmosphere descript ions were not intended to be engineer ing atmospheres but to be standards to ensure that aircraft flying globally would have adequate altit ude clearance. The 1962 atmosphere represents the average of all daily reports by the worldw ide report ing stations between +30 and +60 degrees latitude for the spring and fall equinox minus one month to plus one month represented as a +45 degree average atmosphere . UNCLASSIFIED/ /FOlil OFFI&IAl l:ISlii 8Ptllf McDonnell Douglas Model 176 circa 1964 35

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TRECHO 38 · PÁGINA FÍSICA 43

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A Figura 39 mostra o desvio em relação à atmosfera padrão de 1962 para um planador hipersônico que entra na atmosfera vindo do Pacífico Sul central (verão) até o nordeste da Rússia (inverno). Os desvios em relação às camadas de densidade constante baseadas na atmosfera padrão de 1962 são significativos. Com os computadores de hoje, não ignorar a atmosfera real é apenas uma tarefa de contabilidade. Devem-se gerar alcances de planeio hipersônico com razão L/D próxima da máxima. A densidade local é criticamente importante, pois é determinada pelo coeficiente de sustentação para a L/D máxima. q = [(W/S_plan) / (C_L)_máx L/D] · [1 − (V/25.535)²] = 1188,5 (V/1000)² g₀ (5) As variações sazonais são suficientes para que o planador deva ter a distribuição correta de densidade e temperatura em seu computador de controle de voo, para que não sejam impostas alterações inesperadas na trajetória de voo durante a entrada. A atmosfera é análoga a um sistema de energia constante: se as altitudes mais baixas são mais quentes, as mais altas são mais frias, e vice-versa. Em termos de desvios em relação ao padrão, as temperaturas mais frias em altitude elevada provavelmente encontradas ocorrem a 50.000 pés sobre a Arábia Saudita, no verão, e as temperaturas atmosféricas mais quentes ocorrem a 27.000 pés sobre a Rússia, no inverno. [Figura 39, gráfico com as curvas "Atmosfera padrão de 1962", "Suplemento da atmosfera padrão de 1966" e "Seções meridionais selecionadas do Hemisfério Norte, 1959, NAVAIR-50-1C-59"; um dos desvios indicados é de −48%.] Figura 39. A atmosfera da Terra. A atmosfera da Terra não é uma série de camadas concêntricas de densidade constante nem é uniforme em todo o globo, e voar de um hemisfério a outro implica desvios significativos em relação às definições padrão. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 36

Nota editorial: Gráfico compara a atmosfera padrão com as variações sazonais e defende o uso de dados locais no controle de reentrada; a equação (5) está reproduzida como aparece no original.

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UNCLASSIFIED/.'FOR OFFICl.t. .. Uili QN .. ¥ Figure 39 shows the deviation from the 1962 standard atmosphere for a hypersonic glider enter ing the atmosphere from the central South Pacific (summer) to northeastern Russia (winter). The deviations from constant -density shells based on the 1962 standard atmosphere are significant . With today's computers, not ignoring the actual atmosphere is only a bookkeeping task. Hypersonic glide ranges at near maximum L/D ratio are to be generated. The local density is critically important, as it is determined by the lift coefficient for L/D maximum . 2 2 q = W/ S plan { 1- ( --y ) ] =1188 5 ~--y ) 0 CT (5) (CL)m axL/D 25,535 • 1000 ° The seasonal variat ions are enough that the glider should have the correct density and temperature distribution in its flight-control computer so that unexpected alterations in the flight trajectory are not mandated during entry. The atmosphere is analogous to a constant-energy system-if the lower altitudes are hotter, the upper altitudes are colder, and vice versa. In terms of deviations from the standard, the coldest upper-altitude temperatures most likely encountered are at 50,000 feet over Saudi Arabia in summer, and the warmest atmospheric temperatures are at 27,000 feet over Russia in winter. 1962 Standard Atmosphere 1966 Standard Atmosphere Supplement 1959 Selected Meridional Cross sections of the Northern Hemisphere NAVAIR-50-1 C-59 -48% -•- Figure 39. Earth's Atmosphere. Earth's atmosphere is not a series of concentric, constant-density shells or globally uniform, and fly ing from one hemisphere to anoth er enta ils significant deviations from standard definitions. UNCLASSIFIED/fFOR OFFI@IAL Y81: 8HLY 36

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TRECHO 39 · PÁGINA FÍSICA 44

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Conclusão O AFFDL fabricou uma maquete em meia escala da configuração de estágio e meio do Modelo 176,30 mostrada na Figura 40. Os tanques acoplados forneciam propelentes até cerca de Mach 6 ou 7, depois do que a missão continuava com propelentes internos. Observe os para-brisas instalados nessa maquete da década de 1960. Era um veículo militar experimental para duas a quatro pessoas, destinado a comprovar o conceito. O FDL-7 era idêntico ao FDL-5, exceto pelas superfícies de controle. O FDL-5 tinha uma única superfície vertical central e superfícies de controle horizontais fixas com flaps de bordo de fuga. O FDL-7 descartou a vertical única e usou as verticais em "V" totalmente móveis mostradas nas Figuras 10 e 12. O FDL-5 teria enfrentado problemas de estabilidade e controle se os prazos e a disponibilidade de recursos não tivessem imposto a configuração anterior como maquete. Era uma configuração de lançamento vertical e pouso horizontal que tinha todos os elementos que um veículo operacional em escala real teria (ver Figura 38). Em pouquíssimo tempo, porém, o caminho que os Estados Unidos seguiram para o espaço mudou, e a maior parte desse trabalho foi abandonada e descartada. [Figura 40, foto da maquete.] Figura 40. Modelo em escala do FDL-5, estágio e meio, representado29 Um dos elementos principais do conceito de TAV da McDonnell Douglas era uma seção de nariz destacável que era, ela própria, um planador hipersônico estável, como mostra a Figura 41. A nave de fuga não tinha o desempenho do veículo em escala real, mas podia superar a capacidade de planeio do ônibus espacial atual. Como o planador básico, a nave de fuga era separada automaticamente do planador até que a tripulação pudesse estabelecer as coordenadas do local de pouso e uma trajetória de planeio. A nave de fuga tinha o mesmo envelope operacional que o planador operacional, de modo que a tripulação sempre tinha a possibilidade de uma fuga segura de um veículo operacional danificado ou em pane, a bordo de uma nave de fuga capaz de voo hipersônico. Figura 41. A classe de planadores hipersônicos FDL-7 e Modelo 176. A classe de planadores hipersônicos FDL-7 e Modelo 176 tinha naves de fuga integrais, estáveis e controláveis. Há um equívoco comum de que o raio de curva de um planador hipersônico é tão grande que uma curva hipersônica não tem utilidade operacional prática; não é o caso. A Figura 42 mostra curvas nominais de Mach 15 e Mach 10 iniciadas na Base da Força Aérea de Edwards. Este gráfico, do material de imprensa do NASP, mostra duas trajetórias de ensaio em voo sobre a América do Norte iniciando uma curva de 2 g. No estudo HyFAC da McDonnell Aircraft de 1968,31 a curva de pouso ficava contida no CONUS, o que demonstra uma capacidade de manobra significativa. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 37

Nota editorial: Conclusão: mostra a maquete em meia escala do FDL-5 e descreve a nave de fuga do Modelo 176 como capacidade projetada, não demonstrada em voo.

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UNCLASSIFIED/ fFOR: 8FFI@IAL l!ISI!!! er•t I Conclusion The AFFDL fabricated a half-scale mockup of the stage and one-half Model 176 configuration 30 shown in Figure 40. The strap-on tanks provided propellants to about mach 6 or 7, after which the mission continued on internal propellants. Note the windshields installed in this 1960s mockup. This was a two-to-four-person military experimental vehicle to prove out the concept. The FOL-7 was identica I to the FDL-5 except for the control surfaces. The FDL-5 had a single central vertical and fixed horizontal control surfaces with trailing-edge flaps. The FOL-7 discarded the single vertical and used the all-flying "V" verticals shown in Figures 10 and 12. The FDL-5 would have encountered stability and control issues had schedules and resource availability not forced the earlier configuration as the mockup. This was a vertical-launch, horizontal-landing configuration that had all the elements a full-scale operational vehicle would have (see Figure 38). In a very short time, however, the path the United States took to space changed, and most of this work was abandoned and discarded. Figure 40. FDL-5 Scale Model of a Stage and One­ Half Depicted 29 One of the key elements of the McDonnell Douglas TAV concept was a detachable nose section that was itself a stable hypersonic glider, as shown in Figure 41. The escape craft did not have L7the performance of the full-scale vehicle, but it could exceed the glide capability of the current space shuttle. Like the basic glider, the escape craft was automatically separated from the glider until the crew could establish landing site coordinates and a glide trajectory. The escape craft had the same operational envelope as the operational Figure 41. The FDL-7 and Model 176 Class of glider, so the crew always had the Hypersonic Gliders. The FDL-7 and Model 176 class of potential for a safe escape from a hyperson ic gliders had integral, stable, controllable hyperson ic-capable escape craft . damaged or failing operational vehicle. A common misconception is that a hypersonic glider's turn radius is so large that a hypersonic turn is of no practical operational use; that is not the case. Figure 42 shows nominal mach 15 and mach 10 turns initiated at Edwards Air Force base. This chart, from the NASP press kit release, shows two flight-test paths over North America initiating a 2g turn. For the 1968 McDonnell Aircraft HyFAC study, 31 the landing turn UNCLASSIFIED/ /FOR: QflilCIOP !!SF ON! Y 37

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TRECHO 40 · PÁGINA FÍSICA 45

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Se um planador leva uma reserva de combustível, ele pode ser reacelerado até uma velocidade de planeio de alcance recuperável. [Figura 42, mapa da América do Norte com trajetórias: padrão típico de circuito para ensaios iniciais de um veículo hipersônico do tipo ASP; trajetória de solo de ensaio em voo de um veículo de cruzeiro hipersônico; aceleração de 1,75 g na parte de subida do voo; curva contínua de 2 g; trajetória de solo a Mach 15; ponto de partida em Los Angeles.] Figura 42. As curvas descendentes e desaceleradas hipersônicas são largas, mas ficam dentro de uma área razoável do CONUS se a Mach 12 ou menos Mas onde está nossa infraestrutura espacial? Quarenta anos depois do Apollo, por que avançamos tão pouco (como ilustra a Figura 43)? Como as carroças Conestoga dos pioneiros, a maioria de nossas viagens à LEO é de ida só, e, quando voltamos, voltamos com pouco mais do que as pessoas que levamos ao espaço. Não há evidência de que alguma carroça Conestoga tenha voltado a St. Louis ou a St. Joseph, no Missouri, de onde partiu a maioria; antes, a maioria foi usada como material de construção na Costa Oeste. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 38

Nota editorial: Mapa de trajetórias exemplifica curvas hipersônicas; o autor critica a falta de infraestrutura espacial quarenta anos depois do Apollo.

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UNCLASSIFIED/;'FOR: OFFIEiIAk W&lii &Pn.Y was contained within CONUS, demonstrating a significant maneuver capability. If a glider carries a fuel reserve, it can be reaccelerated to a recoverable-range glide speed. A typical circuit pattern for initial testing of a hypersonic asp-type vehicle Flight-test ground track for hyperson ic cruise vehicle Los A 1.75g acceleration for climb portion of flight ......-- Continuous 2g tum Mach 15 ground track Figure 42. Hypersonic Decelerating Descending Turns are Wide But Within a Reasonable CONUS Area if Mach 12 or Less But where is our space infrastructure? Forty years after Apollo, why have we advanced so little (as illustrated in Figure 43)? Like the pioneers' Conestoga wagons, most of our trips to LEO are one way, and when we do return, we do so with little more than the people we took to space. There is no evidence that any Conestoga wagons ever returned to St. Louis or St. Joseph, Missouri, from which most departed; rather, most were used as building materials on the West coast. UNCLASSIFIED//EOR OFFICIO! 1155 ON! X 38

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TRECHO 41 · PÁGINA FÍSICA 46

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[Figura 43, esquema "Caminhos espaciais entrando no século 21", do Dr. William Gaubatz, com os rótulos: planetas; exploração planetária; rotas LEO-lunares ??; satélites GEO; comunicações e alerta em órbita geoestacionária; alerta espacial; navegação e clima; MIR (extinta); estação espacial; rastreamento espacial; N-RLV; portos espaciais da Terra; comunicações e observação. No canto inferior direito, desenho de uma carroça de pioneiros puxada por bois.] Figura 43. Onde estamos hoje Embora não seja tratado na imprensa técnica ou popular de referência, um elemento crítico para chegar ao espaço além da Terra é o estabelecimento de uma infraestrutura espacial em torno da Terra e da Lua. O conceito dessa infraestrutura como um pátio de manobra e triagem de trens é apropriado. O centro de controle ferroviário serve de centro de operações para manobras, montagem de trens de longa distância, transferência de mercadorias e reabastecimento e reparo de ativos espaciais. Da mesma forma, as estações orbitais servem de centros para a troca de cargas úteis entre transportadores e a órbita necessária, a montagem de veículos de exploração espacial de longa distância, a transferência de bens para habitats humanos e instalações de fabricação, e a coordenação de retorno, reabastecimento e reparo. Isso não é atividade trivial e exigirá um compromisso tão dedicado quanto o do programa Apollo para ser alcançada. Sem uma infraestrutura, estamos condenados a veículos descartáveis a baixas taxas de lançamento, para missões específicas e únicas, sem nenhuma semelhança com uma infraestrutura. Nem o Reino Unido nem os Estados Unidos tiveram comércio bidirecional de longa distância até o estabelecimento das ferrovias. Depois disso, foram criadas cidades e centros comerciais, possibilitando o comércio bidirecional. O negócio espacial está de cabeça para baixo: não há comércio até que a infraestrutura esteja pronta, e não o contrário. Como vamos chegar lá? Como vamos criar uma infraestrutura de LEO que possa sustentar os ativos de LEO, de órbita geoestacionária e lunares retratados na Figura 44? É uma questão de tecnologia? Longe disso! Sabemos há 50 anos como criá-la. Werner von Braun fez Walt Disney criar uma imagem visual clara do que é necessário. Mas ninguém ouviu, pois estávamos ocupados demais criando coisas novas e jogando fora as antigas, destruindo toda a continuidade do desenvolvimento. Um bom exemplo é a destruição da capacidade de fabricar os lançadores Saturno I e Saturno V. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 39

Nota editorial: Diagrama e analogia ferroviária: o autor defende uma infraestrutura orbital de montagem, transferência, abastecimento e reparo, e critica a descontinuidade do desenvolvimento espacial.

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UNCLASSIFIED// FOR OPPICIJct tJSI!! e ..tv Space Based Werning ~ Navtga1lon Weather deceased LEO-Lunar Ro es ?? (j.-- ,, I ' ., I --r I I I I Planots 0 paceways Entering the 21 t century From Dr. William Gaubatz Figure 43. Where We Are Today Although not addressed in the Frontline technical or popular press, a critical element in reaching space beyond Earth is the establishment of a space infrastructure around Earth and the moon. The concept of this infrastructure as a train marshalling and switching yard is appropr iate . The rail control center serves as a center of operations for switching, long-haul train assembly, transfer of goods, and refueling and repair of space assets. Likewise, the orbital stations serve as centers for switching payloads between carr iers and the required orbit, long-haul space exploration vehicle assembly, transfer of goods to human habitats and manufacturing facilities, and return, refueling, and repair coordination. This is no trivial activ ity and will take a commitment as dedicated as the Apollo program to achieve. Without an infrastructure, we are doomed to expendable vehicles at low launch rates for specific, one-time missions with no semblance of an infrastructure. Neither the United Kingdom nor the United States had any long-distance, two -way commerce until the railroads were established. After that, cit ies and commerce centers were created, enabling two-way commerce. The space business has it backwards: There is no commerce until the infrastructure is in place, not vice versa. How are we ever going to get here? How are we going to create a LEO infrastructure that can support the LEO, geostationary orbit, and lunar assets depicted in Figure 44? Is it a technology issue? Hardly! We have known for 50 years how to create it. Werner von Braun had Walt Disney create a clear visual image of what is required. But nobody listened, as we were too busy creat ing new things and throwing away the old things, destroy ing any development continuity. A good example is the destruct ion of the capability to make Saturn I and Saturn V launchers. UNCLASSIFIED/ ,,roA OFFI&il.t.k W&li &rtllf 39

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TRECHO 42 · PÁGINA FÍSICA 47

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[Figura 44, esquema "Crescimento das rotas dos caminhos espaciais", do Dr. William Gaubatz, com os rótulos: armazenamento e processamento de resíduos em órbita; plataformas GEO; órbitas lunares; planetas; exploração planetária; constelações de satélites de comunicações; alerta espacial; veículo de transferência orbital; LEO, MEO, HEO; navegação e clima; espaçonave de cruzeiro; lançamento de RLV; rastreamento espacial; lançamento de N-RLV; ponto a ponto; postos de combustível e portos espaciais; satélites GEO; rotas LEO-lunares; porto espacial lunar; estação espacial; comunicações e alerta em órbita geoestacionária; veículo de mapeamento orbital; veículo de manutenção orbital; fabricação tripulada; veículo de varredura orbital; hotéis; órbitas terrestres baixa e média. No canto inferior direito, uma locomotiva a vapor, com a pergunta: "Onde está nossa ferrovia para o espaço? Onde estão as viagens de ida e volta?"] Figura 44. Onde poderíamos estar se recuperarmos a confiança e a competência de engenharia da era Apollo/Saturno V O que não está mostrado na Figura 4432 é uma estação de energia solar que transmite energia à superfície da Terra ou a ativos espaciais, nem um armazém de estação de energia que forneça hardware para os satélites de energia em órbita geoestacionária. Se um satélite de energia solar tem a eficiência de conversão de energia para fornecer energia acessível à Terra ou a ativos espaciais, comparável à que as usinas nucleares poderiam fornecer, ainda está por ver. Relatórios de H. H. Koelle, da Universidade de Berlim, trazem excelentes informações sobre estações de energia solar.33 Na verdade, a dependência exclusiva da geração elétrica por células solares pode condenar todas as estações de energia até que se identifique um sistema de conversão mais eficiente e durável. Como em qualquer sistema de geração termodinâmica, o calor rejeitado se torna um problema importante. Como provou o satélite de avaliação de materiais Long Duration Exposure Facility, o espaço é um ambiente muito hostil, e ainda não identificamos materiais e conceitos de construção que se deteriorem lentamente ou não se deteriorem. Nicholi Anfimov, em comunicação privada, afirmou que o núcleo da estação orbital MIR (15 anos no espaço) estava tão crivado de partículas solares que começava a vazar, embora não houvesse furos visíveis. A complexidade e a extensão da infraestrutura espacial são tais que será necessário um compromisso significativo de recursos humanos e financeiros se essa infraestrutura for avançar além de uma estação orbital solitária de capacidades limitadas. A Figura 44 identifica os elementos necessários para construir a infraestrutura, mas não trata dos ativos necessários para estabelecer e sustentar essa infraestrutura. A Tabela 2 lista sistemas e funções da infraestrutura mostrada na Figura 44. O espaço global do futuro é um lugar lotado e movimentado. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 40

Nota editorial: Esquema prospectivo de infraestrutura lunar e orbital, apresentado como visão do autor; ele reconhece que a energia solar espacial e a durabilidade dos materiais seguem incertas.

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UNCLASSIFIED/ /FOR OFFI€i1Ak W&li 0PU,¥ Wasla Sloraga and Processing Orbits . Space Bas Commu111Cat10ns Warning Satellite Constellations ~ LE Where is our railroad to space Where are the round trips Growth of the Spaceways Rout es From Dr. William Gaubatz Figure 44. Where We Could Be If We Can Recapture the Engineering Confidence and Expertise of the Apollo/Saturn V Era What is not shown in Figure 4432 is a solar power station that beams power to the Earth's surface or space assets or a power station warehouse that provides hardware for the power satellites in geostationary orbit. Whether a solar power satellite has the energy conversion efficiency to provide affordable energy to Earth or space assets comparable to what nuclear power stations could provide remains to be seen. Reports by H. H. Koelle of the University of Berlin provide excellent information on solar power stations .33 In fact, the singula r reliance on solar cell electric generation may doom all power stations unti l a more efficient and durable conversion system is identified. As with any thermodynamic generat ion system, the rejected heat becomes a major issue. As the Long Duration Exposure Facility mater ials evaluat ion satellite proved, space is a very hostile environment, and we have yet to identify slowly or nondeteriorating materials and construction concepts. Nicholi Anfimov, in a private communication, stated that the hub of the MIR orbital station (15 years in space) was so riddled with solar particles that it was beginn ing to leak, even though there were no visible holes. The complexity and extent of the space infrastructure are such that a significant comm itment of human and monetary resources will be necessary if th is infrastructure is to advance beyond a solitary orbital stat ion with limited capabilit ies. Figure 44 identifies the elements necessary to build the infrastructure but does not address the assets required to establish and sustain that infrastructure. Table 2 lists systems and functions of the infrastructure shown in Figure 44 . Future global space is a crowded and busy place. UNCLASSIFIED/ /FOA OFFICiIAk Uili 0Plk¥ 40

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TRECHO 43 · PÁGINA FÍSICA 48

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Tabela 2. Elementos da infraestrutura espacial mostrada na Figura 44 N.º | Sistema orbital | Função | Órbita 1 | Lançador de uso continuado | Alta frequência, cargas úteis modestas | LEO/MEO 2 | Lançador descartável | Baixa frequência, cargas úteis pesadas | LEO 3 | Transferência ponto a ponto | Pontos na Terra ou em órbita | (não indicada) 4 | Centro de operações/estação espacial | Coordenação de operações e pesquisa | LEO/MEO 5 | Veículo de manutenção orbital | Mantém veículos em órbita | Todas 6 | Porto espacial de posto de combustível | Reabastece veículos orbitais | LEO 7 | Fabricação no espaço | Fabricação com presença humana em baixa gravidade | LEO 8 | Fabricação com supervisão humana | Fabricação por robôs em microgravidade | LEO/GEO 9 | Veículo de varredura orbital | Veículo de limpeza orbital | Todas 10 | Veículos de armazenamento e processamento de resíduos | Processam e descartam resíduos humanos e de fabricação | HEO 11 | Navegação/clima | Apoia a rede de viagens | LEO/MEO 12 | Veículo de mapeamento orbital | Mede recursos e geografia | LEO/MEO 13 | Alerta espacial | Alerta militar e de asteroides | HEO/GEO 14 | Hotel espacial | Instalações para turistas espaciais | LEO/MEO 15 | Veículo SpaceCruiser | Transporte e resgate de pessoas | LEO 16 | Constelações de satélites de comunicações | Apoiam sistemas de telecomunicações | Todas 17 | Veículo de transferência orbital | Mudança de altitude/plano orbital | Todas SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 41

Nota editorial: Tabela de infraestrutura espacial prospectiva, com lançadores, estação, manutenção, fabricação, navegação e outras funções orbitais, apresentada como visão do autor.

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UNCLASSIFIED/fFOR 8FFI@IAL l:ISI! er\tt I Table 2. Elements of the Space Infrastructure Shown in Figure 44 Orbital System Function Orbit L Sustained Use Launcher High frequency , modest payloads LEO/MEO 2 Expendable Launcher Low frequency , heavy payloads LEO 3 Point -to-Point Transfer Points on Earth or orbit 4 Operations Center /Space Station Operations Coordination/Research LEO/MEO 5 Orbital Servicing Vehicle Maintains in-orbit vehicles All 6 Fuel Station Spaceport Refuels orb ital vehicles LEO 7 Spacebased Manufacturing Human based low "g" manufacturing LEO 8 Man-Tended Manufacturing Robot based micro "g" manufacturing LEO/GEO 9 Orbital Sweep Vehicle Orbital clean-up vehicle All LO Waste Storage and Processing Vehicles Processe s & disposes human and manufacturing wastes HEO LI Navigation/Weather Supports travel network LEO/MEO 12 Orbital Mapping Vehicl Measures resources & geography LEO/MEO L3 Space Based Warning Military and Asteroid warning HEO /GEO L4 Spacebased Hotel Space tourist facilities LEO/MO 15 SpaceCruiser vehic le Human Transport and Rescue LEO 16 Communication Satellite Constellations Supports telecommunication systems All L7 Orbital Transfer Vehicle Orbital Altitude /Plane Change All UNCLASSIFIED/ {EAR CEEICIAk ld81!! 8HL I 41

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TRECHO 44 · PÁGINA FÍSICA 49

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18 | Veículo LEO-Lunar | Transporte à Lua e retorno | LEO 19 | Veículo de implantação e recuperação no espaço | Recupera veículos usados; substitui veículos usados | Todas 20 | Veículo de excursão espacial | Colocação de novos sistemas | LEO 21 | Plataformas/satélites GEO | Microgravidade e campo magnético no espaço | GEO 22 | Veículos de comunicações e alerta GEO | Posição equatorial fixa | GEO 23 | Sistema de porto espacial lunar | Centro de transporte e pesquisa lunar | Lunar 24 | Veículos orbitais lunares | Apoiam atividades lunares | Lunar 25 | Veículos de exploração planetária | Veículos de espaço próximo e profundo | LEO/Lunar SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 42

Nota editorial: Continuação da tabela prospectiva, com veículos lunares, de recuperação, plataformas em órbita geoestacionária e exploração planetária.

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UNCLASSIFIED/ /FOR OFFI@IAL 1:18E OHL¥ 18 LEO-Lunar Vehicle Transport to Moon & return LEO 19 Space Deployment Retrieval Vehicle Recovers spent vehicles Replaces spent vehicles All 20 Space Excursion Vehicle Placement of new systems LEO 21 GEO Platforms /Satellites micro "g" and magnetic field space GEO 22 GEO Communication s and W aming Vehicles Fixed Equatorial Position GEO 23 Lunar Spaceport System Lunar transportation/researc h hub Lunar 24 Lunar Orbital Vehicles Supp01t Lunar activities Lunar 25 Planetary Exploration Vehicles Near & Deep space vehicles LEO/Lunar UNCLASSIFIED/;'FOA 8FFI&IAL 1:18E OHL¥ 42

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TRECHO 45 · PÁGINA FÍSICA 5

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL Acesso ao espaço: de onde viemos... e para onde poderíamos ir Introdução O desenvolvimento do acesso comercial ao espaço por nossa incipiente civilização espacial é um esforço simples, dominado pela propulsão e pela confiabilidade. O foco inicial deve ser o acesso programável e confiável de ida e volta à órbita baixa da Terra (LEO). Há anos conhecemos os meios de cumprir essa tarefa, mas faltou um esforço organizado e dedicado. O requisito principal é desenvolver uma infraestrutura robusta, não necessariamente barata, sem a qual a exploração comercial da LEO e da Lua não será possível. É uma questão de habilidade, de hardware operacional baseado em componentes duráveis, confiáveis e já demonstrados, e de sistemas operacionais. Não é necessariamente uma questão de tecnologia. No entanto, a descoberta e o desenvolvimento de tecnologia são necessários para as viagens espaciais futuras além das vizinhanças da Terra. Este trabalho trata dessas questões apresentando um relato corrido dos detalhes históricos associados ao desenvolvimento dos incontáveis sistemas propostos e testados para dar acesso ao espaço. Entre os muitos avanços no acesso ao espaço que serão possíveis no futuro,1 os principais desenvolvimentos tecnológicos estarão na área da propulsão, porque, sem eles, ficamos confinados ao nosso sistema solar por tempos de voo limitados à vida funcional de uma equipe de projeto. As sondas Pioneer tiveram a sorte de ser monitoradas por 20 anos. No entanto, o problema enfrentado por nossas organizações de voos espaciais é a falta de um sistema de hardware durável, consistente, programável e frequente de ida e volta a ativos espaciais como a Estação Espacial Internacional. Em outubro de 1958, o trabalho do autor no túnel de vento vertical da Base da Força Aérea de Wright-Patterson mudou de repente; os escoamentos hipersônicos e de alta temperatura se tornaram um novo foco. O que era então o Laboratório de Aeronaves viria a ser o Laboratório de Dinâmica de Voo da Força Aérea (AFFDL), com foco no voo espacial. Al Draper, do AFFDL, passou a trabalhar com um grupo selecionado de empresas aeroespaciais em planadores hipersônicos. O requisito inicial da Força Aérea era encontrar rapidamente um acesso operacional ao espaço. A aplicação de tecnologia, o projeto e a fabricação de hardware com uma aplicação inovadora e a ampliação das capacidades industriais da época eram o centro da questão, como exemplifica o Lockheed A-12/SR-71. Quando se perguntava sobre o acesso ao espaço naquela época, um grupo de veteranos da Aerospace Corporation SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL v

Nota editorial: Início da introdução: o autor defende acesso comercial regular à órbita baixa com hardware já demonstrado e começa o relato pessoal de sua experiência na Força Aérea em 1958.

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UNCLASSIFIED/ fFOR OFFIE!IAL l::l!H! 8HL'I Space Access: Where We've Been . . . and Where We Could Go Introduction Development of commercial access to space by our budding space­ faring civilization is a straightforward effort dominated by propulsion and reliability. The initial focus should be on schedulable, dependable access to and from low Earth orbit (LEO). For years we have known the means to accomplish such a task but have lacked a dedicated organized effort. The key requirement is to develop a robust and not necessarily a low-cost infrastructure, without which commercial exploitation of LEO and the moon will not be possible. This is a matter of skill; operational hardware based on durable, reliable, and demonstrated components; and operational systems. It is not necessarily a matter of technology. However, technology discovery and development are necessary for future space travel beyond Earth's environs. This paper addresses these issues by providing a running account of the historical details associated with the development of the myriad systems proposed and tested to provide access to space. Among the many advances in space access that will be possible in the future,1 the key technology developments will be in the area of propulsion, because without these we are confined to our solar system by flight times limited to a project team's functional life. The Pioneer spacecraft were fortunate to be monitored for 20 years. However, the issue facing our spaceflight organizations is the lack of a durable, consistent, schedulable, and frequent hardware system to and from space assets such as the International Space Station. In October 1958, the author's job in the vertical wind tunnel at Wright-Patterson Air Force Base abruptly changed; hypersonic and high-temperature flows became a new focus. What was then the Aircraft Laboratory was to become the Air Force Flight Dynamics Laboratory (AFFDL), with a focus on space flight. Al Draper of the AFFDL began working with a select group of aerospace firms on hypersonic gliders. The initial requirement from the Air Force was to quickly find operational access to space. Technology application, hardware design and fabrication with an innovative application, and extending the industrial capabilities of the time were very much the issue, as exemplified by the Lockheed A-12/SR-71. When asked about space access at the time, a group of Aerospace Corporation UNCLASSIFIED/ /FOR. OFFICI CIs. flili Qllls.¥ V

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Apêndice A: Perspectiva histórica Os quatro relatórios listados abaixo e resumidos neste trabalho são tão aplicáveis hoje quanto eram quando foram divulgados em 1964 e 1965: • Robert R. Stephens; [referências bibliográficas no original]; Volume I, resumo condensado; Relatório B831 da McDonnell Aircraft Company para o Centro de Espaçonaves Tripuladas da NASA; contrato NAS-9-3562; agosto de 1965. • Robert R. Stephens; [referências bibliográficas no original]; Volume II, análise de missão, seleção de espaçonave, análise de desempenho; Relatório B831 da McDonnell Aircraft Company para o Centro de Espaçonaves Tripuladas da NASA; contrato NAS-9-3562; agosto de 1965. • Robert R. Stephens; [referências bibliográficas no original]; resumo dos resultados e figuras significativos do Relatório MAC-B831; Relatório B947 da McDonnell Aircraft Company para o Centro de Espaçonaves Tripuladas da NASA; contrato NAS-9-3562; agosto de 1965. • [referências bibliográficas no original]; Relatório A9727 da McDonnell Aircraft Company para a Força Aérea dos Estados Unidos; contrato AF(33)600-2751; agosto de 1964. Esses relatórios descrevem uma estação espacial operacional com uma frota operacional de espaçonaves para apoiar a estação orbital no espaço. O termo "operacional" é usado porque o conceito não era o de uma espaçonave de pesquisa e desenvolvimento como o X-15, mas o de um sistema de transporte que levava recursos ao espaço e de volta, como uma operação FedEx ou UPS operacional. O trabalho de meados da década de 1960 de várias empresas aeroespaciais preparou o terreno para a discussão do desenvolvimento das configurações de espaçonaves com base em requisitos e dos sistemas de propulsão que surgem para atendê-los. Esses quatro relatórios são representativos da abordagem e dos projetos predominantes naquele período. Os envolvidos no desenvolvimento da estação orbital e de suas frotas de apoio de espaçonaves operacionais estavam plenamente convencidos de que a capacidade industrial, os materiais e os recursos permitiam cumprir a tarefa com sucesso em 1962. As metas da estação espacial e as espaçonaves necessárias para atingi-las são especialmente interessantes à luz da discussão de hoje sobre veículos de resgate de tripulação e sobre a tripulação que deve compor a Estação Espacial Internacional. O que era diferente é que a estação era giratória, para dar uma fração da gravidade da Terra, e era fabricada principalmente a partir de componentes vazios de foguetes Saturno enviados à órbita e equipados com meios para torná-los habitáveis. O objetivo do estudo era estabelecer os requisitos operacionais, a configuração da espaçonave e os requisitos. A principal missão de apoio foi projetada em torno de uma estação espacial giratória construída com componentes do Saturno 1B e componentes levantados pelo Saturno 1B. A estação foi projetada para 20 a 27 pessoas, cada uma permanecendo na estação por 6 meses. Presumiu-se que a vida nominal de um dado programa de pesquisa fosse de até 5 anos. A espaçonave que apoiaria a estação orbital seria projetada para levar de 9 a 12 pessoas ou materiais para reabastecer a estação. Para esse objetivo, considerou-se suficiente uma carga útil de 7 toneladas métricas (15.435 lb). O estudo identificou que cada pessoa substituta teria uma carga útil de suprimento de recursos de 994 lb (450 kg) para acompanhar cada tripulante. Para uma missão de substituição de tripulação de 12 pessoas, a carga útil de substituição de tripulação SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 43

Nota editorial: Apêndice histórico: lista quatro relatórios de 1964 e 1965 e descreve uma estação orbital giratória e o transporte de tripulação como projetos da época.

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UNCLASSIFIED/ /FOR. OFFI@IAL l:181: 8HLY Appendix A: Historical Perspective The four reports listed below and summarized in this paper are as applicable today as they were when they were released in 1964 and 1965: • Robert R. Stephens; "Mission Requirements of Lifting Systems-Engineering Aspects"; Volume I Condensed Summary; McDonnell Aircraft Company Report B831 for NASA Manned Spacecraft Center; contract NAS-9-3562; August 1965. • Robert R. Stephens; "Mission Requirements of Lifting Systems-Engineering Aspects"; Volume II Mission Analysis - Spacecraft Selection - Performance Analysis; McDonnell Aircraft Company Report B831 for NASA Manned Spacecraft Center; contract NAS-9-3562; August 1965. • Robert R. Stephens; "Study of the Engineer ing Aspects, Mission Requirements of Lifting Systems"; Summary of Significant Results and Figures from Report MAC­ B831; McDonnell Aircraft Company Report B947 for NASA Manned Spacecraft Center; contract NAS-9-3562; August 1965. • "Manned Hyperson ic Test Vehicle Study"; McDonnell Aircraft Company Report A9727 for United States Force; contract AF(33)600-2751; August 1964. These reports describe an operational space station with an operationa l spacecraft fleet to support the orbita l station in space. The term operational is used because the concept was not for a research and development spacecraft like an X-15 but a transportation system that moved resources to and from space, much like an operat ional FedEx or UPS operation . The work in the mid 1960s by a number of aerospace companies set the stage for t he discussion of the development of the spacecraft configurat ions based on requirements and the propulsion systems that emerge to meet those requirements. These four reports are representative of the approach and designs that were prevalent in that period. Those involved with developing the orbital station and its supporting fleets of operat ional spacecraft were fully convinced that the industrial capability, mater ials, and resources perm itted successful accompl ishment of the task in 1962. The space station goals and the spacecraft required to meet those goals are especially interesting in light of today's discussion about crew rescue vehicles and the crew complement that should staff the International Space Station . What is different was that the station was a rotating station to provide a fraction of the Earth's gravity and was fabricated primarily from empty Saturn rocket components sent to orbit that were fitted wit h provis ions to make them habitable. The purpose of the study was to establish the operational requirements, spacecraft configuration, and requirements. The principal support mission was designed around a rotat ing space stat ion constructed from Saturn 1B components and Saturn 1B lifted components. The station was designed for 20 to 27 persons, each on the stat ion for a 6-month period . The nominal life of a given research program was assumed to be as long as 5 years. The spacecraft that supported the orbital station wou ld be designed to carry 9 to 12 persons or materials to resupply the station. For that goal, a 7-metric ton payload (15,435 lb) was deemed sufficient. The study identified that each replacement person would have a 994-lb (450-kg) resource supply payload to accompany each crewmember. For a 12-person crew-replacement mission, the crew-replacement UNCLASSIFIED/ ,,roA. OlililCI aIs. flili Qllls.¥ 43

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seria de 15.228 lb, bem dentro da capacidade de carga útil. Os parâmetros operacionais da estação eram uma tripulação nominal de 21 pessoas, com provisões para até 27. Esse estudo determinou que eram necessárias 47.000 lb (21.315 kg) de recursos por tripulante por ano. Assim, para 1 ano e um efetivo de 21 pessoas, seria preciso levar à estação 448 toneladas métricas de suprimentos para apoio da tripulação, sem contar os propelentes para manter a órbita da estação. Com 21 tripulantes, seriam necessários 4 voos por ano para cumprir o requisito de designação de 6 meses. Levar os suprimentos da tripulação à estação exigiria 64 voos por ano, sem contar missões de reposição de propelente e de hardware, que poderiam exigir outros 5 a 6 voos por ano. O número mínimo de voos para uma grande estação seria de 74 voos por ano. De uma análise de missão militar, isso exigiria uma frota de 10 aeronaves (sem sobressalentes operacionais) voando 7 vezes por ano durante 15 anos e uma vida operacional de 100 voos. As espaçonaves e sistemas considerados no estudo foram: • Cápsula balística derivada do Apollo, Rockwell. • Corpo sustentador HL-10, NASA Langley. • Corpo alado derivado do X-20, Boeing. • Corpo sustentador de geometria variável, Modelo 176, McDonnell Douglas. • Requisitos de operações e logística, Lockheed, NAS-9-1422. • Laboratório Orbital Tripulado (MOL), Lockheed, NAS-9-1688. • Laboratório Orbital de Pesquisa Tripulado (MORL), McDonnell Douglas, NAS-1-362. Esse relatório-resumo continha grande número de recomendações e conclusões. As pertinentes aos lançadores Saturno 1B e Saturno V e à estação espacial giratória não são listadas. Só são dadas as relacionadas ao veículo e ao sistema de propulsão. • Entre as espaçonaves de corpo sustentador, a de geometria variável oferece a melhor combinação de manobra hipersônica e desempenho de pouso. • Recomenda-se uma carga útil de 9 a 12 passageiros com equipamento. • Exige-se um sistema de aborto e fuga, tanto para baixa quanto para alta altitude. • Os conceitos estruturais e os materiais aplicáveis às cargas e ao aquecimento de espaçonaves sustentadoras estão dentro do estado da arte atual (isto é, de 1965). • O fator de peso das espaçonaves sustentadoras resulta principalmente de uma área de superfície maior e só secundariamente do ambiente associado da espaçonave. • As estruturas resfriadas por radiação são geralmente mais leves que outros conceitos estruturais. • Para temperaturas de superfície acima de 2.200 °F (1.204 °C), são necessários metais refratários, e a vida do revestimento é a principal limitação dos metais refratários (aplica-se hoje ao carbono-carbono). SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 44

Nota editorial: Anexo histórico: estima 74 voos anuais para suprir uma estação de 21 tripulantes e resume recomendações de 1965 sobre veículos de corpo sustentador e proteção térmica.

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UNCLASSIFIED//POlt OPPIEIJct t:191!!! BHL'f payload would be 15,228 lb-well within the payload capacity. The operating parameters for the station were a nominal 21-person crew with provisions for up to 27. This study determined that 47,000 lb (21,315 kg) of resources were required per crewmember per year. So for 1 year and a 21-person complement, 448 metric tons of supplies would need to be lifted to the station for crew support, not counting propellants to maintain the station orbit. With 21 crewmembers, 4 flights per year would be required to meet the 6-month assignment requirement. To lift the crew supplies to the station would require 64 flights per year, not counting propellant- and hardware-replacement missions, which might require another 5 to 6 flights per year. The minimum number of flights to a large station would be 74 flights per year. From a military mission analysis, that would require a fleet of 10 aircraft (without operational spares) flying 7 times a year for 15 years and a 100-flight operational life. The spacecraft and systems considered in the study were: • Ballistic, derivative Apollo capsule, Rockwell. • HL-10 lifting body, NASA Langley. • Wing body, X-20 derivative, Boeing. • Variable-geometry lifting body, Model 176, McDonnell Douglas. • Operations and logistics requirements, Lockheed, NAS-9-1422. • Manned Orbiting Laboratory (MOL), Lockheed, NAS-9-1688. • Manned Orbiting Research Laboratory (MORL), McDonnell Douglas, NAS-1-362. This summary report contained a large number of recommendations and conclusions. Those that were pertinent to the Saturn 1B and Saturn V rocket launchers and the rotating space station are not listed. Only those related to the vehicle and propulsion system are given. • Among the lifting-body spacecraft, the variable-geometry spacecraft provides the best combination of hypersonic maneuvering and landing performance. • A 9- to 12-passenger payload with equipment is recommended. • An abort system for both low-altitude and high-altitude abort and escape is required. • Structural concepts and materials applicable to the loads and heating of lifting spacecraft are within the present (that is, 1965) state of the art. • The weight factor for lifting spacecraft results primarily from a larger surface area and only secondarily from the associated spacecraft environment. • Radiation-cooled structures are generally lighter than other structural concepts. • For surface temperatures above 2,200 °F (1,204 °C), refractory metals are required, and coating life is the major refractory metal limitation (applies to carbon-carbon today). UNCLASSIFIED,';'FOA OFFI&il.t.k W&li &rtllf 44

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• A penetração de meteoroides ou o desprendimento das finas telhas de metal refratário pode ser um problema durante uma permanência de 180 dias em armazenamento orbital como veículo de resgate, e alguma forma de proteção pode ser necessária. • Recomenda-se um sistema de proteção térmica facilmente recondicionável e reparável, composto de um corpo interno resfriado a água, isolamento e uma superfície externa resfriada por radiação. A meta era construir um veículo de teste que inicialmente atingisse pelo menos Mach 6,5 a 100.000 pés (30.480 metros) por pelo menos 5 minutos de tempo de ensaio. À medida que os scramjets se tornassem disponíveis, isso seria estendido a números de Mach e altitudes maiores. Como parte do estudo de definição da espaçonave, foram considerados quatro combustíveis: hidrogênio, querosene (JP-5), metano e propano. Os sistemas de propulsão considerados foram: • Turbojato-estatorreator/scramjet. • Turboestatorreator integrado. • Foguete-estatorreator/scramjet. • Aeronave/veículo transportador com espaçonave de estatorreator/scramjet. O estudo mais próximo de responder a essas conclusões foram os estudos HyFAC patrocinados pela NASA, executados pela McDonnell Aircraft Company, da McDonnell Douglas Corporation.34 SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 45

Nota editorial: Continuação das recomendações de 1965 sobre proteção térmica reparável; descreve a meta de um veículo de teste a Mach 6,5, os combustíveis e as arquiteturas de propulsão avaliados.

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UNCLASSIFIED/;'FOR OFFI@IAL l:ISE OHL¥ • Meteoroid penetration or spalling of the thin refractory metal shingles may be a problem during a 180-day stay on orbital storage as a rescue vehicle, and some form of protection may be required. • A readily refurbishable and repairable heat-protection system consisting of a water­ cooled inner body, insulation, and a radiation-cooled external surface is recommended. The goal was to build a test vehicle that init ially would achieve at least mach 6.5 at 100,000 feet (30,480 meters) for at least 5 minutes test time. As scramjets became available, that would be extended to higher mach numbers and altitudes. As part of the spacecraft definition study, four fuels were considered: hydroge n, kerosene (JP-5), methane, and propane. The propulsion systems considered were: • Turbojet-ramjet/scramjet. • Integrated turboramjet. • Rocket-ramjet/scramjet. • Carrier aircraft/vehicle with ramjet/scramjet spacecraft. The closest study to respond to these findings was the NASA-sponsored HyFAC studies executed by McDonnell Aircraft Company of the McDonnell Douglas Corporation. 34 UNCLASSIFIED{;CFOR OFFI&il.t.k Uliliii 8Nk¥ 45

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TRECHO 49 · PÁGINA FÍSICA 53

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Apêndice B: Veículo integrado de aeropropulsão Um lançador que usa propulsão que respira ar em parte de seu voo para sair da atmosfera tem os mesmos problemas de reentrada que o planador hipersônico impulsionado por foguete. No entanto, a captura de ar atmosférico para criar empuxo por combustão química é uma questão diferente, pois configura a parte inferior (o lado de compressão aerodinâmica) como um sistema de propulsão que produz mais empuxo que arrasto e também produz sustentação. Para que o sistema de propulsão funcione com eficiência, a pressão dinâmica e a vazão mássica de ar por unidade de área devem ser maiores que em uma trajetória de saída de foguete, pois é a massa do fluxo de ar que permite ao sistema de propulsão produzir empuxo superior ao arrasto, de modo que o veículo possa acelerar. Portanto, neste caso temos um veículo configurado para a propulsão. Nem a forma do veículo nem a trajetória que ele voa são arbitrárias. O aparelho que respira ar não sai da atmosfera tão depressa quanto o foguete, mas permanece na atmosfera até o ponto em que ocorre a transição para a propulsão por foguete, geralmente definido quando o propelente do aparelho que respira ar por unidade de variação de velocidade é igual ou maior que o da propulsão por foguete, normalmente por volta de Mach 12 a 14. As cargas mecânicas, aerodinâmicas e térmicas do sistema de propulsão que respira ar atuam por mais tempo e com maior magnitude que as do veículo movido a foguete. De fato, a pressão dinâmica, isto é, a pressão do ar que atinge o veículo, é cerca de 10 vezes maior que a pressão dinâmica de entrada do planador hipersônico. Neste caso, a principal carga térmica é encontrada na saída da atmosfera, e o veículo deve ser configurado para gerar empuxo suficiente para dar uma forte aceleração. Assim, a configuração de um aparelho que respira ar é diferente da do planador hipersônico, porque o planador hipersônico não foi configurado para voar muito tempo na atmosfera e produzir empuxo a partir do fluxo de ar capturado. Como o planador hipersônico, esse veículo precisa do mesmo desempenho de planeio na entrada. No entanto, com a proteção térmica projetada pelas altas cargas de saída, o projeto de entrada é uma questão de detalhe, para manter a estabilidade e o controle e atingir uma razão L/D de planeio comparável. O oxidante transportado é pesado e exige mais empuxo do motor para ser levado ao espaço. Um veículo de lançamento vertical com foguete de hidrogênio/oxigênio e carga útil de 7.000 kg tem peso bruto na faixa de 450.000 a 500.000 kg e peso operacional vazio de 50.000 kg (isto é, com a carga útil embarcada). O empuxo do motor para uma decolagem vertical é de cerca de 607.000 a 820.000 kg. Um aparelho de ciclo combinado que respira ar, de desempenho modesto, com carga útil de 7.000 kg e peso operacional vazio de 50.000 kg, tem peso bruto na faixa de 200.000 a 225.000 kg. O empuxo do motor para uma decolagem vertical é de cerca de 270.000 a 304.000 kg. A maior parte da redução do peso bruto vem da menor quantidade de oxidante transportado e do menor peso do sistema de propulsão. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 46

Nota editorial: Anexo B: compara o lançador integrado que respira ar com o planador hipersônico e o foguete, projetando menor peso bruto pela redução do oxidante embarcado.

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UNCLASSIFIED/ fFOR OFFICIO I.. Pili ODIi..¥ Appendix B: Aeropropulsion Integrated Vehicle A launcher that uses air-breathing propulsion in a portion of its flight to exit the atmosphere has the same entry issues as the rocket-boosted hypersonic glider. However, the capture of atmospheric air to create thrust by chemical combustion is a different issue, as it configures the underside (aerodynamic compression side) as a propulsion system that produces more thrust than drag and also produces lift. For the propulsion system to function efficiently, the dynamic pressure and air mass flow per unit area must be higher than a rocket exit trajectory, as it is the airflow mass that enables the propulsion system to produce thrust in excess of drag so the vehicle can accelerate . So in this case we have a propulsion-configured vehicle. Neither the shape of the vehicle nor the trajectory it flies is arbitrary. The air breather does not exit the atmosphere as quickly as the rocket but stays in the atmosphere to the point where the transition to rocket propulsion occurs-usually set when the air-breather propellant per unit change in velocity is equal to or greater than the rocket propulsion, usually at about mach 12 to 14. The air-breathing propulsion system mechanical, aerodynamic, and thermal loads act longer and are of greater magnitude than the rocket-powered vehicle. In fact, the dynamic pressure-that is, the pressure of the air impacting the vehicle- is about 10 times greater than the entry dynamic pressure of the hypersonic glider. In this case the principal thermal load is encountered during exit from the atmosphere and the vehicle must be configured to generate sufficient thrust to provide a strong acceleration. So an air-breather configuration is different from the hyperson ic glider, because the hypersonic glider has not been configured to fly extensively in the atmosphere and produce thrust from captured airflow. Like the hypersonic glider, this vehicle needs the same glide performance at entry. However, with the thermal protection designed by the high exit loads, the entry design is one of detail in maintaining stability and control and of achieving a comparable glide L/D ratio. The carried oxidizer is heavy and requires more engine thrust to lift it into space. A hydrogen/oxygen rocket, vertical-launch vehicle with a 7,000-kg payload has a gross weight in the 450,000- to 500,000-kg range and a 50,000-kg operational weight empty (that is, with the payload loaded). The engine thrust for a vertical takeoff is about 607,000 to 820,000 kg. A modest-performance combined-cycle air breather with a 7,000-kg payload and a 50,000-kg operational weight empty has a gross weight in the 200,000- to 225,000-kg range. The engine thrust for a vertical takeoff is about 270,000 to 304,000 kg. Most of the gross weight reduction is from the lesser amount of oxidizer carried and the lighter propu lsion system weight. UNCLASSIFIED/ fFOA OFFICIO! 1155 AN! X 46

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Apêndice C: Custos operacionais do TAV Art Robinson era gerente adjunto do programa do Grupo de Veículos Aeroespaciais Tripulados da MDC na MDC Astronautics, em Huntington Beach. Trabalhando com Art, a parte de St. Louis da equipe preparou uma estrutura analítica de trabalho para a manutenção e o serviço de um veículo transatmosférico (TAV) da Força Aérea, com base em um esquadrão de B-52. Larry Fogel, da Decision Sciences, visitou várias bases de B-52 e discutiu o conceito de operação e a estrutura de trabalho de reparo e manutenção com as tripulações e o pessoal de manutenção do B-52. O resultado foi uma estimativa dos custos de operar um esquadrão de TAV com a mesma frequência de voo do esquadrão de B-52. O resultado para o TAV de estágio e meio aparece na Figura 45. Como seria de esperar, as operações orbitais são substancialmente mais caras que as operações atmosféricas (cruzeiro aerodinâmico ou planeio hipersônico de longo alcance). Com um alcance operacional maior que o de um B-52 reabastecido, o TAV tem custo menor que o do B-52 reabastecido uma vez. O orbital não pode ser comparado diretamente com um B-52, pois, ao atingir a órbita, o TAV tem alcance de cruzeiro essencialmente infinito e duração limitada apenas pela tripulação. O conceito de operações era essencialmente o mostrado na Figura 37, instalado em uma base SAC da Força Aérea dos EUA. Embora as tripulações de voo do SAC se concentrassem em possíveis missões nucleares, a apresentação focou um amplo espectro de penetradores cinéticos instalados em um cone de nariz de reentrada acelerado por foguete. A velocidade terminal do cone de nariz de reentrada ficava na faixa de 12.000 a 14.000 pés por segundo. Nessa velocidade, a energia entregue por unidade de peso era muito maior que a de uma carga esférica de HBX-6, porque a energia cinética era entregue diretamente ao alvo. O espectro de armamentos poderia atingir uma gama muito ampla de alvos, que poderiam ser desativados, tornados não funcionais ou destruídos com dano colateral mínimo. [Figura 45, desenhos de um TAV de estágio e meio e de um B-52, com os custos: cruzeiro atmosférico, US$ 97.000.000; orbital, US$ 251.000.000; só B-52, US$ 71.000.000*; B-52 reabastecido, US$ 140.000.000. Larry Fogel, Decision Sciences, Titan Corporation, primavera de 1984. *Custos anuais por DAA (14 veículos).] Figura 45. Estudo de custos operacionais do TAV financiado pela McDonnell Douglas Astronautics (Huntington Beach) SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 47

Nota editorial: Anexo C: estimativa de custos operacionais de um esquadrão de TAV, com base na organização de um esquadrão de B-52, e figura com custos anuais maiores para a operação orbital.

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UNCLASSIFIED/ ;'FOR: OFFI&IAk W&lii 8Pn.Y Appendix C: TAV Operational Costs Art Robinson was the deputy program manager for the MDC Manned Aerospace Vehicle Group at MDC Astronautics, Huntington Beach. Working with Art, the St. Louis part of the team prepared a work breakdown structure for servicing and maintaining an Air Force transatmospheric vehicle (TAV) based on a B-52 squadron. Larry Fogel of Decision Sciences visited several B-52 bases and discussed the operational concept and repair/maintenance work structure with the B-52 crews and maintenance personnel. The result was an estimate of the costs for operating a squadron of TAVs that had the same flight frequency as the B-52 squadron. The result for the one-and-a-half-stage TAV is shown in Figure 45. As might be expected, orbital operations are substantially more costly than atmospheric operations (aerodynamic cruise of hypersonic long-range glide). With an operational range greater than a refueled B-52, the TAV has a lower cost than the once-refueled B-52. The orbital cannot be compared directly with a B-52 since in achieving orbit the TAV has essentially infinite cruise range and duration limited only by the crew. The concept of operations was essentially that shown in Figure 37 installed on a U.S. Air Force SAC base. Although the SAC flight crews concentrated on potential nuclear missions, the presentat ion focused on a wide spectrum of kinetic penetrators installed in a rocket-accelerated entry nose cone. The terminal speed of the entry nose cone was in the 12,000 to 14,000 feet/second range. At that speed the energy delivered per unit weight was much greater than a spherical charge of HBX-6 because the kinetic energy was directly delivered to the target. The weapons spectrum could address a very wide range of targets that could be disabled or made nonfunctional or be destroyed with minimal collateral damage. Cost $97,000,000 tmospheric Cmise $251,000,000 Orbital Cost $71,000,000 B-52 only* 140 000,000 Refueled B-52 Larry Fogel Decision Sciences *annual costs per DAA (14 vehicles) Titan Corporation Spring 1984 Figure 45. McDonnell Douglas Astronautics (Huntington Beach)-Funded Study of TAV Operational Costs UNCLASSIFIED/;CFOR: OFFI&IAk W&lii 8Ptklf 47

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Apêndice D: Elipses de pouso de planadores hipersônicos A Figura 14 mostra graficamente o alcance lateral e o alcance longitudinal de vários planadores hipersônicos. O alcance lateral e o alcance longitudinal descrevem uma elipse de pouso para um veículo que entra em planeio a 22.400 pés por segundo, como mostra a Figura 46. O ponto 0,0 é o início da trajetória de entrada ou de planeio. [Figura 46. Gráfico com o alcance lateral (em 1.000 milhas náuticas, de 6 de um lado a 6 do outro) contra o alcance longitudinal atmosférico (em 1.000 milhas náuticas, de 0 a 30), com elipses rotuladas "Balística", "DynaSoar" e "Modelo 176B" e o ponto de entrada.] Figura 46. Elipses de pouso para (da esquerda) cápsula Apollo, M2/F2 do NASA Ames, X-20 DynaSoar da USAF, corpo sustentador FDL, MDC Modelo 176H com capacidade de 88% e MDC 176H A elipse de pouso do ônibus espacial ficaria dentro da elipse do DynaSoar (X-20), pois seu alcance lateral é de uma órbita perdida, ou 1.555 milhas náuticas. O alcance longitudinal seria de aproximadamente 9.800 milhas náuticas. A elipse é deslocada de 0,0 e tem uma reentrância em parte da elipse de pouso. Essa é uma área que o planador não pode alcançar com os limites aerodinâmicos e estruturais. O exemplo balístico é o da cápsula Apollo, que tinha L/D de cerca de 0,5; as elipses do Gemini e do Mercury seriam menores. O Modelo 176B ou o Modelo 176H, usando 88 por cento de sua capacidade de planeio, teria um alcance de planeio igual à circunferência equatorial da Terra. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 48

Nota editorial: Figura 46 compara as elipses de alcance lateral e longitudinal da cápsula Apollo e de planadores hipersônicos, com uma zona que o planador não consegue alcançar perto do ponto de origem.

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UNCLASSIFIED/ /POlt Offl@IAL l:ISlii &PU.¥ Appendix D: Landing Ellipses for Hypersonic Gliders Figure 14 graph ically shows the cross (lateral) range and down range for various hypersonic gliders. The lateral range and down range describe a landing ellipse for a vehicle entering the glide at 22,400 feet/second as shown in Figure 46 . The 0,0 point is the beginning of the entry or glide trajectory . </J 6(I) -.....,... t::: -cd 4 -~ .... ::s ~ 2t::: 0 0 0 0 - (I) 00 2 ij - ~ ~ 4 ... (I) ~ ....:l 6 BalJistic DynaSoar -7 ' \ I Model 176B 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 IAtmospheric Down Rang 1000 nautical miles Entry Figure 46. Landing Ellipses for {from left) Apollo Capsule, NASA Ames M2/F2, USAF X-20 DynaSoar, FDL Lifting-Body, 88%-Capability MDC Model 176H, and MDC 176H The space shuttle landing ellipse would be inside the DynaSoar (X-20) ellipse, as its cross range is one missed orbit, or 1,555 nautical miles. The down range would be approximately 9,800 nautical miles. The ellipse is offset from 0,0 and has an indentation into some of the landing ellipse. This is an area the glider cannot reach with the aerodynamic and structural limits. The ballistic example is for the Apollo capsule, which had an L/D of about 0.5; Gemini and Mercury ellipses would be smaller . The Model 176B or Model 176H using 88 percent of its glide capability would have a glide range equal to the Earth's equator ial circumference. UNCLASSIFIED//509 AEEICI CI. Uii &PU.¥ 48

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TRECHO 52 · PÁGINA FÍSICA 56

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1 Bruno, Claudio e Czysz, Paul, [referências bibliográficas no original], segunda edição, Springer em conjunto com Praxis Publishing, Chichester, Reino Unido, 2008. 2 Neyland, V. Ya., [referências bibliográficas no original], rascunho original de artigo do TsAGI, 1990. 3 Comunicação privada com Vladimir Plothith, Conferência de Ciências Aeroespaciais do AIAA, 1991. 4 DuPont, Anthony A., [referências bibliográficas no original], ISABE 99-7039, 14º Simpósio Internacional de Motores que Respiram Ar (ISABE), Florença, Itália, setembro de 1999. 5 Buck, M. L., Zima, W. P., Kirkham, F. S. e Jones, R. A., [referências bibliográficas no original], AIAA 75-1039, 25ª Reunião de Sistemas e Tecnologia de Aeronaves do AIAA, Los Angeles, Califórnia, agosto de 1975. 6 Küchemann, D., [referências bibliográficas no original], primeira edição, Pergamon Press, 1978. 7 Draper, Alfred C., Buck, Melvin L., Goesch, William H., [referências bibliográficas no original], Astronautics & Aeronautics, vol. 9, n.º 1, p. 26-36, Washington DC, janeiro de 1971. 8 Astronautics & Aeronautics, janeiro de 1971, vol. 9, n.º 1. 9 Dana, William, piloto do X-15, X-24A e X-24B, comunicações privadas, 1973, 1998. 10 DuPont, Anthony A., [referências bibliográficas no original], ISABE 99-7039, 14º Simpósio Internacional de Motores que Respiram Ar (ISABE), Florença, Itália, setembro de 1999. 11 [referências bibliográficas no original], SAE, 2001. 12 Dawes, A. S. e Clarke, J. F., [referências bibliográficas no original], relatório n.º NFP8802 do Colégio de Aeronáutica, Instituto de Tecnologia de Cranfield, Cranfield, 1988. 13 Glass, D., Camarada, C. et al., [referências bibliográficas no original], AIAA-99-4866, 9ª Conferência Internacional de Aviões Espaciais e Sistemas e Tecnologias Hipersônicos, Norfolk, Virgínia, novembro de 1999. 14 Dick Mulready, [referências bibliográficas no original], Sociedade de Engenheiros Automotivos. 15 Ahern, J. E., [referências bibliográficas no original], AIAA 92-0514, 30ª Reunião de Ciências Aeroespaciais, Reno, Nevada, janeiro de 1992. 16 Maurice, L. Q., Leingang, J. L. e Carreiro, L. R., [referências bibliográficas no original], artigo do AIAA, 4ª Conferência Internacional de Aviões Aeroespaciais, Orlando, Flórida, dezembro de 1992. 17 Rudakov, A. S. e Balepin, V. V., [referências bibliográficas no original], SAE 911183, SAE Aerospace Atlantic, abril de 1991, Dayton, Ohio. 18 Rudakov A. S., Gatin R. Y., Dulepov N. P., Koralnik B. N., Harchevnikova G. D. e Yugov O. K., [referências bibliográficas no original], IAF-91-270, 42º Congresso da Federação Astronáutica Internacional, Montreal, outubro de 1991. 19 Balepin, V. V., Harchermikova, G. D., Tjurikov, E. V. e Avramenko, A. Ju., [referências bibliográficas no original], capítulo da SAE, Conferência e Exposição SAE Aerospace Atlantic de 1993, Dayton, Ohio, abril de 1993. 20 Aoki, T., Ito, T. et al., [referências bibliográficas no original], AIAA-91-5011, 3ª Conferência Internacional de Aviões Aeroespaciais do AIAA, Orlando, Flórida, dezembro de 1991. 21 Miki, Y., Taguchi, H. e Aoki, H., [referências bibliográficas no original], AIAA-93-5124, 5ª Conferência Internacional de Aviões Aeroespaciais e Tecnologia Hipersônica, novembro de 1993, Munique, Alemanha. 22 Anônimo, [referências bibliográficas no original], 39º Congresso da Federação Astronáutica Internacional, Bangalore, Índia, outubro de 1988. 23 Anônimo, [referências bibliográficas no original], apresentado à Agência Espacial Europeia em Paris, 21 de junho de 1991. Representando os participantes: Antonov DB, BAE (Space Systems), Chemical Automatics DB, NPO Molniya, TsAGI e TsAM. 24 Dick Mulready, [referências bibliográficas no original], Sociedade de Engenheiros Automotivos. 25 P. Hendrick e M. Saint-Mard, [referências bibliográficas no original], Escola Real Militar, Bruxelas, Bélgica, março de 1998. 26 DuPont, Anthony A., [referências bibliográficas no original], ISABE 99-7039, 14º Simpósio Internacional de Motores que Respiram Ar (ISABE), Florença, Itália, setembro de 1999. 27 Czysz, Paul A., [referências bibliográficas no original], HTC-9901, para a MSE Technology Applications, Inc., 30 de novembro de 1999. 28 Crutchner, Harold L., [referências bibliográficas no original], NAVAIR-50-1C-59, publicado por determinação do Comandante do Comando do Serviço Meteorológico Naval, 1965. 29 Astronautics & Aeronautics, janeiro de 1971, vol. 9, n.º 1, Figura 3-11. 30 Draper, Alfred C., Buck, Melvin L., Goesch, William H., [referências bibliográficas no original], Astronautics & Aeronautics, vol. 9, n.º 1, p. 26-36, Washington DC, janeiro de 1971. 31 Anônimo, [referências bibliográficas no original], NASA CR 114322 a 114331, contrato NAS2-5458, OART, NASA, outubro de 1970, desclassificado em 1972. 32 Gaubatz, William A., [referências bibliográficas no original], Oficina Internacional sobre Demonstradores de Tecnologia de Avião Espacial/RLV, Tóquio, Japão, março de 1997. 33 Koelle, H. H., [referências bibliográficas no original], Congresso IAF-93, Noruega. 34 Anônimo, [referências bibliográficas no original], NASA CR 114322 a 114331, contrato NAS2-5458, OART, NASA, outubro de 1970, desclassificado em 1972. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 49

Nota editorial: Página final do documento: 34 referências bibliográficas sobre propulsão, aerodinâmica, proteção térmica, lançadores e estudos históricos.

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UNCLASSIFIED/;'F0R 8ffl@IAL Y!H! 8HL'I 1 Bruno, Claudio & Czysz, Paul, "Future Spacecraft Propulsion Systems," Second Edition, Springer in conjunction with Praxis Publishing, Chichester, UK, 20089 . 2 Neyland, V. Ya., Scientific and Engineering Problems and Methods of Preflight Development of Orbiters, Draft Original of TsAGI paper, 1990 . 3 Private Communication with Vladimir Plothith, AIM Aerospace Sciences Conference, 1991. 4 DuPont, Anthony A., "Further Studies of Optimized Inlets for Hypersonic Turbine Engines," ISABE 99- 7039, 14th Internationa l Symposium for Air Breathing Engines (!SABE), Florence, Italy, September 1999 . 5 Buck, M.L., Zima, W.P., Kirkham, F.S. & Jones, R.A., "Joint USAF/NASA Hypersonic Research Aircraft Study," AIM 75-1039, AIM 25th Aircraft Systems and Technology Meeting, Los Angeles, California, August 1975. 6 Kuchemann, D., "The Aerodynamic Design of Aircraft - A Detailed Introduction to the Current Aerodynamic Knowledge and Practical Guide to the Solution of Aircraft Design Problems," First Edition, Pergamon Press, 1978. 7 Draper, Alfred C., Buck, Melvin L., Goesch, William H., "A Delta Shuttle Orbiter," Astronautics & Aeronautics, Vol. 9, No 1, 26-36, Washington DC, January 1971. 8 Astronautics & Aeronautics, January 1971, Vol 9, No 1. 9 Dana, William, X-15, X24A, X24B pilot, Private Communications, 1973, 1998 . 10 DuPont, Anthony A., "Further Studies of Optimized Inlets for Hypersonic Turbine Engines, " ISABE 99- 7039, 14th International Symposium for Air Breathing Engines (!SABE), Florence, Italy , September 1999 . 11 "Advanced Engine Development at Pratt & Whitney, " SAE, 2001. 12 Dawes, A. S. & Clarke, J.F., "Nonequillbrium Gas Flows in Entropy Layers," CoA Report No. NFP8802, College of Aeronautics, Cranfield Institute of Technology, Cranfield, 1988 . 13 Glass, D., Camarada, C. et. al., "Fabrication and Testing of a Leading-Edge-Shaped Heat Pipe, " AIAA-99-4866, 9th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, Norfolk , Va. Nov. 1999. 14 Dick Mulready, "Advanced Engine Development at Pratt & Whitney" Society of Automotive Engineers. 15 Ahern, J.E., "Thermal Management of Air-Breathing Propulsion Systems," AI AA 92-0514, 30th Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, January 1992. 16 Maurice, L.Q ., Leingang, J.L., & Carreiro, L.R., "The Benefits of In-Flight LOX Collection for Air Breathing Space Boosters," AIAA paper, 4m International Aerospace Planes Conference, Orlando, Florida, December 1992. 17 Rudakov, A.S. & Balepin, V.V., "Propulsion Systems with Air Pre-cooling for Aerospaceplanes, " SAE 911183, SAE Aerospace Atlantic, April 1991, Dayton, Ohio. 18 Rudakov A.S, Gatin R.Y. , Dulepov N.P., Koralnik B.N., Harchevnikova G.D & Yugov O.K, : "Analysis of Efficiency of Systems with Oxidizer Liquefaction and Accumulation for Improvement of Spaceplane Performance ": IAF-91-270: 42nd Congress of the International Astronautical Federation : Montreal October 1991. 19 Balepin, V,V., Harchermikova, G.D., Tjurikov, E.V., & Avramenko , A.Ju., "Flight Liquid Oxygen Plants for Aerospace Plane: Thermodynamic and Integration Aspects, " SAE chapter, 1993 SAE Aerospace Atlantic Conference and Exposition, Dayton, Ohio, April 1993 . 20 Aoki, T., Ito, T., et.al., "A Concept of LACE for SSTO Space Plane ," AIM-91-5011, AIM 3rd International Aerospace Planes Conference, Orlando, Florida, December 1991. 21 Miki, Y., Taguchi, H., & Aoki, H., "Status and Future Planning of LACE Development, " AIAA-93-5124, 5th International Aerospace Planes & Hypersonic Technology Conference, November 1993, Munich, Germany . 22 Anon., "Hyperplane," 39th International Astronautical Federation Congress, Bangalore India, October 1988. 23 Anon., "An-2254/Interim HoToL Launch System Study, " Presented to the European Space Agency in Paris, 21 June 1991. Representing the participants, Antonov DB, Bae (Space Systems), Chemical Automatics DB, NPO Molnyia, TsAGI and TsAM. 24 Dick Mulready, "Advanced Engine Development at Pratt & Whitney " Society of Automotive Engineers . 25 P. Hendrick and M Saint-Mard, "KUN Blended Lifting Body VTOHL S.S.T.O., Trajectory and Sizing Calculations " Ecole Royale Militaire, Brussels Belgium, March 1998 . 26 DuPont, Anthony A., "Further Studies of Optimized Inlets for Hypersonic Turbine Engines," !SABE 99- 7039, 14th International Symposium for Air Breathing Engines (!SABE), Florence, Italy, September 1999. 27 Czysz, Paul A., "Evaluation and Analysis of the New Rocket-Based Combined Cycle For Reusable Launch Vehicles ," HTC-9901, for MSE Technology Applications, Inc . 30 Nov 1999 . 28 Crutchner, Harold L., "Selected Meridional Cross Sections of Heights, Temperatures and Dew Points of the Northern Hemisphere ,"NAVAIR-50-lC-59, Published by Direction of the Commander, Naval Weather Service Command, 1965. 29 Astronautics & Aeronautics, January 1971, Vol 9, No 1, Figure 3-11. 30 Draper , Alfred C., Buck, Melvin L. , Goesch, William H., "A Delta Shuttle Orbiter," Astronautics & Aeronautics, Vol. 9, No 1, 26-36, Washington DC, January 1971. 31 Anon., "Hypersonic Research Facilities Study, Volumes I through VI, " NASA CR 114322 through 114331, Contract NAS2-5458, OART, NASA October 1970, declassified 1972 . 32 Gaubatz, William A., "Space Transportation Infrastructure for Opening the Space Frontier-An International effort, "The International Workshop on Space Plane/ RLV Technology Demonstrators, Tokyo, Japan, March 1997. 33 Koelle, H.H. "Space Power" IAF-93-IAF Congress, Norway. 34 Anon., "Hypersonic Research Facilities Study, Volumes I through VI, " NASA CR 114322 through 114331, Contract NAS2-5458, OART, NASA October 1970, declassified 1972 . UNCLASSIFIED/ {EAR OEEJCIA! 115E ON! X 49

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TRECHO 53 · PÁGINA FÍSICA 6

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL respondeu: "Não era uma questão de tecnologia; era uma questão de hardware." Em discurso principal na Oficina de Conceitos Revolucionários em Aeronáutica, patrocinada pelo Painel de Aplicações de Veículos do Conselho Nacional de Pesquisa e realizada no NASA Ames em julho de 1984, o então Subsecretário de Comércio para Produtividade, Tecnologia e Inovação, Dr. D. Bruce Merrifield, identificou o problema de traduzir ideias em produtos como o de preparar a tecnologia para a fabricação do produto. O Dr. Merrifield traçou uma analogia entre essa etapa e o sistema de formação de base do beisebol da liga principal, que prepara jogadores talentosos, mas sem treino, para as ligas maiores. Os Estados Unidos atribuem projetos para cumprir tarefas de tecnologia, de modo que o fluxo de hardware pronto para produção esteja sempre melhorando e não seja fixo (ver Figura 1). [Figura 1. Fluxograma "Foco em inovação: preparação da tecnologia para a aplicação", com intervalo de 7 a 10 anos entre geração da ideia, desenvolvimento do produto, usina piloto, fabricação e comercialização; indica uma lacuna na preparação eficaz para a aplicação, com 10% do custo antes da transformação e 90% do custo na produção, nos Estados Unidos. Atribuído ao Dr. D. Bruce Merrifield, Departamento de Comércio, 1983, Oficina de Inovação em Aeronáutica, NASA Ames.] Figura 1. Fluxo de hardware O Saturno I e o Saturno V puderam ser preparados para um voo à Lua em tão pouco tempo porque a maior parte de seu hardware se baseava em um projeto congelado, em processos de produção comprovados e na adaptação de hardware existente. Com uma abordagem semelhante, as capacidades industriais atuais podem criar o próximo sistema prático de acesso ao espaço. No fim da década de 1950 e início da de 1960, a Força Aérea dos EUA trabalhava rumo a uma capacidade operacional análoga às suas frotas de B-52: operações de voo quando necessário, ou "sob demanda". Depois que a NASA recebeu a atribuição SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL vi

Nota editorial: Continuação da introdução: cita um discurso de 1984 sobre como transformar ideias em produto e compara o preparo industrial do programa Saturno ao que seria necessário para o acesso ao espaço.

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UNCLASSIFIED/ ,«POil Offl@IAL YSli QPU,¥ veterans responded, "It was not a technology issue; it was a hardware issue." In a keynote address to the Aeronautical Revolutionary Concepts Workshop sponsored by the Vehicle Applications Panel of the National Research Council and held at NASA Ames in July 1984, then-Assistant Secretary of Commerce for Productivity, Technology, and Innovation Dr. D. Bruce Merrifield identified the problem of translating ideas into products as preparing technology for product manufacture. Dr. Merrifield drew an analogy between this step and Major League Baseball's farm system, which prepares skilled but untrained players for the major leagues. The United States assigns projects to accomplish technology tasks so the flow of production­ ready hardware is always improving and is not fixed (see Figure 1). Innovation Focus: Preparation of Technology for Application ---r-----7to 10years-----~1 ------~-- ""••"_, ,__...;;.;.:, ----,....-=----_-_- _,---...,.._ " ..........,•"- _ .....:.., .. --"'"'--... .............·····•.. ,••· ' •, .. Prototype .... Idea Generation.______., .______, PrOCluct and Pilot lntenm + Commercialization ·. Develooment Plant I Manufacture lnve~n Translation ··•....··•. ••······· ...•••· • ............... ... ................ •1:i:t ··fA••·····••..................... ROLP Gap in effective No Gap in100/o Cost 900/o Costpreparation for transformation application to productionin United States Or.O. Bruce Merrifield Oeptment of Commerce1983 Innovation In Aeronaut ics Assistant Secretary for Productiv ity, Wortcshop, NASA AMES Technology and Innovation Figure 1. Hardware Flow Saturn I and Saturn V could be readied for a moon flight in such a short time because most of their hardware was based on a frozen design, proven production processes, and adaptation of existing hardware. Using a similar approach, current industrial capabilities can create the next practical system for accessing space. In the late 1950s and early 1960s, the U.S. Air Force was working toward an operational capability analogous to its B-52 fleets: flight operations when required or "on demand." After NASA was assigned UNCLASSIFIED/ /iOA: OiilCIOls. n&li Qfslls.¥ vi

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TRECHO 54 · PÁGINA FÍSICA 7

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL da responsabilidade pelo acesso ao espaço, o foco da Força Aérea passou para satélites de vigilância, comunicações e do Sistema de Posicionamento Global. No fim da década de 1950, havia uma predisposição, imposta pela competição militar entre os Estados Unidos e a antiga União Soviética, a usar foguetes derivados de mísseis balísticos militares. Essa decisão limitou os esforços para desenvolver alternativas aos foguetes químicos, assim como desenvolvimentos comerciais práticos. Com a colocação do Sputnik em órbita, o caminho aeronáutico para o espaço, representado pela série X de aviões, terminou com o X-15. Com o fim do X-15, cessaram todos os esforços para voar com aeronaves até o espaço, substituídos pela estratégia mais familiar (mas menos prática) de ir ao espaço em meio a estrondo com foguetes descartáveis derivados de hardware de mísseis balísticos pouco testado, como documentam as primeiras falhas. Como seus antecessores, os mísseis balísticos, os foguetes descartáveis atuais só podem ser lançados uma vez. Com exceção do experimental Delta Clipper, desenvolvido e operado por William Gaubatz e pelo falecido Pete Conrad, nenhum lançador operacional jamais abortou com sucesso. Nesse contexto, um lançador reutilizável é simplesmente um descartável com algumas peças reaproveitadas algumas vezes. Assim, nem os Estados Unidos nem a União Soviética/Rússia jamais realizaram uma abordagem verdadeiramente comercial das viagens espaciais, embora os soviéticos tenham chegado perto de dar o primeiro passo com o sistema Energia/Buran, já encerrado. Tanto os Estados Unidos quanto a União Soviética/Rússia geraram historicamente grande número de conceitos que poderiam voar diretamente ao espaço e retornar de forma sustentada, frequente e programada. Um aparelho integral que respira ar, como o NASP, deveria resolver esse problema e voar diretamente ao espaço e voltar. Desenvolver uma aeronave operacional de Mach 12 a 14 com propulsão que respira ar apresenta um sério desafio de projeto, engenharia e fabricação, análogo ao do SR-71 Blackbird. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL vii

Nota editorial: Fim da introdução: o autor critica a dependência de foguetes descartáveis derivados de mísseis e relembra o X-15, o Buran e o NASP como caminhos históricos distintos.

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UNCLASSIFIED/ /Pelt err1e1J11t l:191!!! 9HL'I responsibility for space access, that Air Force's focus switched to surveillance, communication, and Global Positioning System satellites. In the late 1950s, there existed a predisposition-forced by the military competition between the United States and the former Soviet Union-to use rockets derived from military ballistic missiles. That decision curtailed efforts to develop alternatives to chemical rockets together with practical commercial developments. With the orbiting of Sputnik, the aircraft path to space, as represented by the X series of planes, ended with the X-15. With the X-15's demise, all efforts to fly aircraft to space ended, replaced by the more familiar (but less practical) strategy of loudly blasting to space with expendable rockets derived from undertested ballistic missile hardware, as documented in early failures. Like their ballistic missile progenitors, current expendable rockets can be launched only once. With the exception of the experimental Delta Clipper developed and operated by William Gaubatz and the late Pete Conrad, no operational launcher has ever successfully aborted. In this context, a reusable launcher is simply an expendable with some parts reused a few times. Thus, neither the United States nor the Soviet Union/Russia has ever realized a truly commercial approach to space travel, although the Soviets came close to taking the first step with the since-terminated Energia/Buran system. Both the United States and the Soviet Union/Russia historically have generated a large number of concepts that could fly directly to space and return on a sustained, frequent, scheduled basis. An all-up air breather such as the NASP was to solve that problem and fly directly to space and return. Developing an operational mach 12 to 14 aircraft with air-breathing propulsion presents a serious design, engineering, and fabrication challenge analogous to the SR-71 Blackbird. UNCLASSIFIED/ ,,roA 8FFI&IAk WSE 8HLY vii

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TRECHO 55 · PÁGINA FÍSICA 8

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SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL Perspectiva da propulsão Ao sair da atmosfera da Terra, o sistema de propulsão e a configuração estão inexoravelmente ligados. Um planador hipersônico sai da atmosfera sobre um propulsor a foguete ou sobre o primeiro estágio de uma aeronave de dois estágios para órbita. Assim, ele costuma sair da atmosfera rapidamente, e as considerações centrais de projeto na saída são a aerodinâmica transônica alta e as cargas mecânicas encontradas na trajetória de saída. Seja para um novo lançador a foguete, seja para o ônibus espacial dos EUA, o fenômeno é o mesmo: as cargas mecânicas máximas ocorrem durante a saída. Nesse caso, a aerodinâmica de saída é importante, mas não vital. A aerodinâmica e a termodinâmica vitais (aerotermodinâmica) estão no planeio de reentrada, onde as cargas térmicas são máximas e precisam ser controladas. O veículo deve ser sempre controlado em voo, de modo que sua atitude e direção fiquem dentro dos limites impostos pela aerotermodinâmica. Os limites de ângulo de ataque são muito estreitos para planadores hipersônicos de alto desempenho, pois seu ângulo de ataque em planeio é de 11 a 15 graus, não os 45 graus do ônibus espacial. Até o Buran russo tinha ângulo de ataque de planeio menor que o do ônibus espacial; um relatório do TsAGI entregue ao autor por Vladimir Neyland mostra que era de cerca de 30 a 35 graus.2 Como o Buran, o planador de alto desempenho é mais bem controlado por um sistema integrado automático de controle de voo que monitora o estado termodinâmico do veículo, bem como seus estados aerodinâmico e de trajetória. O conjunto de sensores fornece ao sistema de controle informação em tempo real, que pode manter a atitude correta de um modo que um piloto humano não conseguiria. Portanto, é essa fase do voo que define o projeto do planador hipersônico. A exceção é quando o veículo é movido por um foguete que respira ar (HOTOL, Skylon e LACE), que precisa permanecer mais baixo na atmosfera até a transição do foguete que respira ar para o foguete convencional. A configuração do foguete que respira ar é diferente, pois precisa de uma entrada de ar retrátil na faixa de Mach 0 a 5, mas não determina a configuração do veículo. O impacto é significativo, pois o oxidante transportado é reduzido na parte inicial e mais pesada do voo, como mostra a Figura 2, para um projeto do tipo Delta Clipper com bocal aerospike testado por Konstantin Feoktistov. [Figura 2. Impacto do foguete que respira ar. Esquema comparando um foguete convencional, um foguete LACE e o bocal aerospike (subexpandido e superexpandido; Konstantin Feoktistov), com carga útil de 5,35 toneladas. Valores lidos na imagem: 334 t, 28,6 t e 678 m² para um veículo; 101 t de massa de decolagem (TOGW), 15,9 t de massa vazia operacional (OEW) e 428 m² de área em planta (Splan) para o outro.] Figura 2. Impacto do foguete que respira ar O exemplo é de uma Equipe de Estudo de Projeto de Conclusão de Curso da Parks College, Universidade de Saint Louis, por volta de 1992, e se baseia nos relatórios de engenharia que o autor foi autorizado a ler na biblioteca de Konstantin Feoktistov, projetista aeroespacial e cosmonauta. A pergunta, como sempre, é: por que se incomodar com sistemas que respiram ar, se são tão difíceis? A resposta é considerar um sistema parcialmente respirador de ar, baseado em foguetes de hidrogênio/oxigênio disponíveis que operam até cerca de Mach 5,5. Ele opera numa região do voo em que as quantidades de oxidante transportado são as maiores. Busca-se um sistema operacional capaz de muitos voos por ano. Quanto menos recursos o lançamento exigir, maior será a facilidade de operação do sistema e maior o potencial de operar a partir de mais bases. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 1

Nota editorial: Início do corpo do estudo: relaciona propulsão, cargas na saída da atmosfera e aquecimento na reentrada, e compara o planador hipersônico ao foguete que respira ar.

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UNCLASSIFIED/ /FOR: 9FFl@IAL WIiii QPIL¥ Propulsion Perspective In exiting Earth's atmosphere, the propulsion system and configuration are inexorably linked. A hypersonic glider exits the atmosphere on either a rocket booster or a first stage of a two-stage-to-orbit aircraft. As such, it usually exits the atmosphere quickly, and the key exit design considerat ions are the high transonic aerodynamic and the mechanical loads encountered in the exit trajectory. Whether for a new rocket launcher or the U.S. space shuttle, the phenomenon is the same: the peak mechanical loads occur during exit. In this case, the exit aerodynamics are important but not vital. The vital aerodynam ics and the rmodynamics (aerothermodynamics) are in the entry glide, where thermal loads are max imal and must be controlled. The vehicle must always be controlled in flight so its attitude and direction are within limits set by the aerothermodynamics. The angle-of-attack limits are very close for high-performance hypersonic gliders, as their glide angle of attack is 11 to 15 degrees, not the 45 degrees of the space shuttle. Even the Russian Buran had a lower glide angle of attack than the shuttle; a TsAGI report given to the author by Vladimir Neyland shows it to have been about 30 to 35 degrees. 2 Like the Buran, the high-performance glider is best controlled by an automatic integrated flight control system that monitors the thermodynamic state of the vehicle, as well as its aerodynamic and trajectory states . The sensor array provides real-t ime information to the control system that can maintain the correct attitude in a manner a human controller could not accompl ish. So it is this phase of the flight that designs the hyperson ic glider. The exception is when powered by an All Rocket air-breathing rocket (HOTOL, Skylon, and LACE), which must remain lower in the atmosphere until reaching the air­ breathing rocket transition to conventional rocket. The configuration for the air-breathing rocket is different, as it must have a retractable air inlet in the mach O to 5 range but does not determine the vehicle configuration. The impact is significant, as the carried oxidizer is reduced in the heaviest initial portion of the flight, as shown in Figure 5. 35 ton payload 2 for a Delta Clipper-type design with 334 t on 101 ton TOGW an aerospike nozzle tested by 28.6 ton 15.9 ton DEW 678 m2 428 m2 Konstantin Feotkiskov. The example is from a Senior Capstone Design Study Figure 2. Impact of Air-Breathing Rocket Team from Parks College, Saint Louis University, circa 1992, and is based on the engineering reports the author was permitted to read from the library of Konstantin Feotkiskov, an aerospace designer and cosmonaut. The question, as always, is, why bother with air-breathing systems at all if they are that much of a challenge? The answer is to consider a part ial air-breathing system based on available hydrogen/oxygen rockets that operate to about mach S.S. It operates in a flight region where the carried oxidizer quantities are the greatest. An operational system is sought that is capable of a large number of flights per year. The fewer resources required for launch, the greater ease with which the system can operate and the greater potential to operate from more bases. LACE Rooket Aero Spike Konstanbn FeotkIskov ..._Under expanded ·, Over expand'e<I UNCLASSIFIED/ ,erQA QFFI&il.t.k WIiii &Ptllf 1

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TRECHO 56 · PÁGINA FÍSICA 9

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Devem-se agradecer aos birôs de projeto russos por chegarem a um conceito que eliminou a decolagem ruidosa e perigosa do aparelho que respira ar e que aumentou a flexibilidade operacional do conceito britânico HOTOL. Gleb Lozino-Lozinski tinha um conceito de nave espacial com carga útil de 7 toneladas métricas carregada sobre um Antonov An-225, com um segundo An-225 levando o hidrogênio líquido, as instalações de lançamento e a equipe.3 O An-225 era, de fato, uma instalação de lançamento móvel; podia, literalmente, lançar um satélite a partir de qualquer instalação que comportasse um B-747 ou um MDC-11. Com motores Rolls-Royce ou General Electric, o An-225 passa a ser um veículo de manutenção mais fácil e com melhor desempenho em altitude. O empenagem do An-225 é modificado, passando da empenagem vertical e horizontal simples do An-124 para uma configuração em "H". Isso permite que o planador hipersônico motorizado se desprenda facilmente do dorso do veículo, como demonstrou o ensaio em túnel de vento do Sänger da MBB. A maioria das aeronaves comerciais de transporte maiores que o ERJ 170 são plataformas móveis de lançamento em potencial para turismo espacial, carga ponto a ponto ou apoio a instalações orbitais. A maior parte do equipamento comercial de passageiros pode ser removida, restando apenas o equipamento suficiente para uma tripulação de lançamento. A fuselagem é reforçada e recebe fixações externas para o planador hipersônico. O trem de pouso não precisa ser modificado, pois será mantido o mesmo peso máximo do transporte comercial. O sistema de controle de voo seria adaptado para manter automaticamente a trajetória de lançamento correta até a separação. Um segundo transporte modificado levaria o hidrogênio líquido e o ar líquido para abastecer o veículo hipersônico, junto com a equipe de manutenção e apoio. A intenção é usar a verificação automática de lançamento que o autor presenciou em Baikonur em 1988, quando uma Soyuz que chegou em seu trem transportador às 5h00 foi lançada levando uma cápsula Progress às 17h15 do mesmo dia. Isso deveria tornar possível um lançamento local em poucas horas depois da chegada ao aeroporto de partida especificado. Esses dois elementos podem formar uma instalação comercial de lançamento espacial que não exige base operacional especial ou dedicada. Conceitos de configuração hipersônica A configuração e o sistema de propulsão estão ligados pela integração aerotermopropulsiva. Essa abordagem não é nova, pois existia um amplo espectro de configurações e conceitos na década de 1960. Um desses conceitos, da McDonnell Aircraft Company, aparece na Figura 3. Esse veículo de cruzeiro operacional a Mach 12 foi desenvolvido para o governo dos EUA como veículo de ataque e reconhecimento, decolando de uma base da Força Aérea dos EUA. A ideia era dar capacidade de reconhecimento sob demanda em operações de força. No entanto, como ocorreu com todos os esforços desse tipo na década de 1960, nenhuma das aeronaves derivadas dos esforços de "voo ao espaço" chegou à fase de hardware. As pessoas que trabalhavam nesses projetos estavam convencidas de que a capacidade industrial para projetar e fabricar esses veículos existia e de que eles eram tecnicamente viáveis. Os conceitos variavam muito entre as diferentes nações, mas todos tinham como objetivo um sistema de transporte ao espaço com potencial comercial. Esta discussão serve para distinguir entre planadores hipersônicos movidos a foguete e cruzadores hipersônicos com sistema de propulsão que respira ar. SEM CLASSIFICAÇÃO//SOMENTE PARA USO OFICIAL 2

Nota editorial: Propõe lançar um planador hipersônico do dorso de um Antonov An-225 e adaptar aviões comerciais como plataformas de lançamento; reconhece que os conceitos de voo ao espaço dos anos 1960 não passaram de projetos.

Conferir original em inglês
UNCLASSIFIED/ /FOR OFFl&IAk W&li 0PU,¥ The Russian design bureaus are to thank for arriving at a concept that eliminated the noisy and hazardous air-breather takeoff and for increasing the operational flexibility of the British HOTOL concept. Glebe Lozino-Lozinski had a concept for a spacecraft with a 7-metric-ton payload carried atop an Antonov An-225, with a second An-225 carrying the liquid hydrogen and launch facilities and staff.3 The An-225 was in fact a mobile launch facility; it could literally launch a satellite for any facility that could accommodate a B-747 or an MDC-11. With Rolls Royce or General Electric engines, the An-225 becomes a more easily maintained vehicle with better altitude performance. The An-225's empennage is modified from the An-124's single vertical and horizontal empennage to an 'H' configuration. This permits the powered hypersonic glider to easily lift off the top of the vehicle, as the MBB Sanger wind tunnel test demonstrated. Most commercial transport aircraft larger than ERJ 170 are potential mobile launch platforms for space tourism, point-to-point cargo, or orbital facilities support. Most of the commercial passenger equipment can be removed, with just enough equipment remaining for a launch crew. The fuselage is strengthened and fitted with external mountings for the hypersonic glider. The landing gear need not be modified, as the same maximum weight as the commercial transport will be maintained. The flight control system would be adapted to automatically maintain the correct launch trajectory until separation. A second modified transport would be modified to carry the liquid hydrogen and liquid air to fuel the hypersonic vehicle, along with maintenance and support crew. The intent is to use the automatic launch checkout the author witnessed at Baikanour in 1988, wherein a Soyuz that arrived on its train carrier at 0500 hours launched carrying a Progress capsule at 1715 hours the same day. That should make a local launch possible with in hours of arriving at the specified airport launch departure site. These two elements can provide a commercial space launch facility that requires no special or dedicated operational base. Hypersonic Configuration Concepts The configuration and the propulsion system are linked through aerothermopropulsion integration. This approach is not new, as a wide spectrum of configurations and concepts existed in the 1960s. One such McDonnell Aircraft Company concept is shown in Figure 3. This potential operational mach 12 cruise vehicle was developed for the U.S. government as a strike reconnaissance vehicle taking off from a U.S. Air Force base. The concept was to provide on-demand reconnaissance in force operations. However, as was the case with all such efforts in the 1960s, none of the aircraft derived from the "flight-to-space" efforts reached a hardware stage. Individuals working on these projects were convinced that the industrial capability existed to design and fabricate these vehicles, and that such vehicles were technically feasible. The concepts varied widely among different nations, but all had as their goal a transportation system to space that had commercial potential. This discussion is provided to discr iminate between rocket-powered hypersonic gliders and hypersonic cruisers with an air­ breathing propulsion system . UNCLASSIFIED/ ;CFQR 0FFI&l.t.k Wliliii 8Plk¥ 2

Consultar a ficha do documento ↗ · Página física 9, contando a capa.

Datas e contexto documental

Acontecimento
08/03/2010 — Data de capa do relatório (D124). A data-limite de informação (ICOD) é 1º de dezembro de 2009.
Documento
08/03/2010 — Capa, página física 1.
Publicação
Não estabelecida — Liberado na série DOW-UAP do Departamento de Guerra dos EUA.

Origem e divulgação

Defense Intelligence Agency (DIA), Divisão de Apoio à Aquisição (DWO-3), programa AAWSAP; autor “AAP Person 67” · DOW-UAP-D124_AAWSAP-DIRD-Space Access-Where-Weve-Been-and-Where-We-Could-Go-March-8-2010.pdf

Relatos relacionados e suas diferenças

Perguntas para continuar a investigação

  • Por que um estudo histórico sobre acesso ao espaço foi encomendado no âmbito do AAWSA? O documento não explica além de ser parte da série de relatórios de tecnologia avançada do ano fiscal de 2009.
  • Os conceitos de planador hipersônico e de foguete que respira ar, descritos como viáveis com a capacidade industrial existente, foram depois testados? O documento só traz estudos e ensaios dos anos 1960 a 1980; verificar exigiria fontes posteriores.
  • As alegações sobre o tubo Qu foram confirmadas por outros laboratórios? O documento reproduz o relatório universitário que as apresenta e o descreve como controverso, sem verificação independente.

GEOGRAFIA DO CASO

Relatório técnico, sem local de evento

Estudo técnico sem episódio nem local de observação.

RASTRO DOCUMENTAL

Volte às fontes

As referências usam páginas físicas do PDF, contando a capa. Os resumos são apresentados em português; os documentos preservam seu idioma original.

  1. DOW-UAP-D124_AAWSAP-DIRD-Space Access-Where-Weve-Been-and-Where-We-Could-Go-March-8-2010.pdf

    Páginas físicas 1 a 56: capa, expediente, sumário, introdução, texto, conclusão, anexos A a D e referências

    DOW · 56 páginas

Síntese editorial baseada no fichamento do acervo, revista em 26/09/2026. Como lemos os documentos.

UMA HISTÓRIA LEVA A OUTRA

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