Letjelica će biti uporabljena da bi dokazala kako je pouzdana, ponovno upotrebljivu besposadna svemirska testna platforma. Programski cilj operacije uključuje provedbu testiranja sustava u svemiru, smanjenje rizika tehnološkog razvoja potrebnih sustava, te razvoj koncepta operacija za tehnologije ponovno uporabljivih svemirskih letjelica.

Orbitalna pokusna letjelica kombinira najbolje od zrakoplovnih i svemirskih sustava da bi omogućila fleksibilne i brze svemirske misije. Testovi trebaju pokazati sposobnost X-37B za put u svemir, tako da to bude rutinski, financijski dostupan, fleksibilan i brz pothvat.

Orbitalna pokusna letjelica X-37B

Tvrtka Pratt & Whitney Rocketdyne pomogla je u lansiranju testne letjelice X-37B. Misija je pokrenuta iz baze ratnog zrakoplovstva u Cape Canaveralu (američka savezna država Florida,) pomoću rakete-nosača Atlas V. Raketa Atlas V pogonjena je potisnim motorom RD AMROSS RD-180 i pogonom za drugi stupanj Pratt & Whitney Rocketdyne RL10. Tvrtka Pratt & Whitney Rocketdyne je dio United Technologies Corp. RD AMROSS LLC je zajednički projekt tvrtki Pratt & Whitney Rocketdyne i NPO Energomash. To je treće lansiranje pogona RL10 u 2010. godini, a ukupno to je 408. proizvodni model pogona RL10 za svemirski let.

Atlasov gornji stupanj pogonjen je jednim motorom RL10A-4-2 s potiskom 100 350 N . U više od 46 godina, RL10 je bio jedan od najpouzdanijih američkih pogona gornjeg stupnja. Glavna jezgra pogona rakete Atlas V je motor RD-180 koji proizvodi gotovo 4 500 000 N potiska, a jedini je motor koji troši gorivo sastava tekući kisik - kerozin, te ima ciklus izgaranja u kisikom bogatoj okolini.

Tvrtka Pratt & Whitney Rocketdyne Inc je dio korporacije Pratt & Whitney, te je iskusni proizvođač propulzijskih pogonskih sustava i inovativnih rješenja koja se rabe u raznim vladinim i komercijalnim primjenama kao što su glavni motori za raketoplan Space Shuttle, rakete nosaše Atlas i Delta, raketne vojne sustave te napredne hipersonične motore.

Povratak raketoplana

Iako je u mnogočemu baziran na Shuttleu, X-37B ima mnoge inovacije. Space Shuttle rabi hidraulične vodove kako bi se upravljalo raketoplanom kontroliranim (pokretnim) površinama na krilima i repu, dok X-37B rabi malene i snažne elektromehaničke aktuatore (uređaji za linearno ili kutno pomicanje) pri čemu se iz sustava uklanja težina hidrauličkih uređaja, cijevi i ulja. Umjesto keramičkih pločica koje su postavljene na Shuttleu, napadne površine krila te kapa nosa letjelice X-37B oblikovani su od kompozitnih materijala kojeg je razvila NASA.

Raspon delta krila od 4,5 metara, koja podsjećaju na Shuttle, ali bez visokog vertikalnog stabilizatora, letjelica X-37B ima repove u obliku slova V s dva HV-kormila (kombinacija horizontalno-vertikalnog upravljanja). Niži V-repovi omogućuju letjelici jednostavniju ugradnju unutar zaštitne oplate za korisni teret na raketi-nosaču. V-repovi također pomažu vođenju letjelice pri silazu iz orbite pod kutom od 40 stupnjeva (to je kut pod kojim je nos letjelice

Do svemira i natrag - raketoplanom kroz povijest

Ponovno uporabljive letjelice (RLV) i raketoplani (svemirski avioni) patili su od jedne boljke: obećanja koja su preuveličala njihovu uporabljivost i podcijenila njihovu složenost. NASA i Pentagon su radili na istraživanju raketoplana desetljećima, ali jedino je Space Shuttle postao, ostao i upravo završava radni vijek kao operativni raketoplan. Pri kreiranju X-37B konstruktori su se obilno služili podacima i rješenjima nastalim u dosadašnjem razvoju te vrste letjelica. Razvoj raketoplana i ponovno uporabljivih letjelica za svemirske operacije može se opisati kao spisak dobrih želja, zanimljivih ideja, neuspješnih prototipa te vjerovanja znanstvene i industrijske zajednice da još nisu rekli zadnju riječ te da je prototip uspješnog, jeftinog i fleksibilnog raketoplana "vrlo blizu, odmah tu iza ugla". Spomenimo samo neke razvojne projekte u zadnjih pedesetak godina.

Rad se tijekom 1970-ih nastavio s letjelicom X-24A/B, koje je razvijana za zrakoplovstvo i NASA-u. I to je letjelica s posadom. Nakon desetaka pokusnih letova, dvije inačice X-24 dokazale su da raketoplani mogu manevrirati tijekom silaska na Zemlju. Pokusni su letovi potvrdili kako raketoplan (svemirski avion u ovom slučaju) može prizemljiti bez pomoći motora.

Raketoplan Space Shuttle razvijene je za NASA-u. To je prvi operativni svemirski avion s posadom. Letjelica se može ponovno uporabiti a služi za dostavu i popravak svemirskih objekata i opreme. Povijesno gledano, Space Shuttle je najsvestranija svemirska letjelica, ali ipak nije nikada ispunila očekivanja glede pojeftinjenja cijene lansiranja. Flota bi se trebala povući iz službe 2011. godine.

Tijekom 1980-ih radi se na letjelici X-30, za potrebe ratnog zrakoplovstva, NASA-u, DARPA-u. Riječ je o letjelici s posadom, dijelu nacionalnog svemirsko-zrakoplovnog programa. Ta vitka letjelica bila je projektirana za uporabu scramjet motora kako bi dosegla orbitu bez uporabe dodatnih raketnih stupnjeva. Program je prekinut ranih 90-ih godina prije nego je i letjelica završena. Podaci iz programa kasnije su uporabljeni u istraživanju scramjet motora.

Početak XXI. stoljeća obilježio je rad na letjelici X-37B. Kao što je već spomenuto, obavljeno je uspješno lansiranje i prizemljenje letjelice u travnju 2010.

Projekti koji bi možda mogli obilježiti budućnost razvoja raketoplana i sličnih svemirskih letjelica za višekratnu uporabu svakako obuhvaćaju projekte kao što je Spacebus, britanske tvrtke Bristol Spaceplanes . Riječ je o letjelici s posadom namijenjenoj za svemirski transport. Letjelica bi se trebala lansirati iz zrakoplova koji leti na velikoj visini čime bi se smanjilo vrijeme pripreme i cijena lansiranja. Nakon što se oslobodi matičnog broda, taj će svemirski avion uporabiti vlastite rakete kako bi dosegao orbitu.

X-51 WaveRider

Program X-51 WaveRider usredotočen je na razvoj letjelice koja će, pri hipersoničnim brzinama, letjeti duže nego kombinacije dosadašnjih rješenja i modela. Hipersonične brzine koje se očekuju trebale bi biti veće od 5 M (pet puta više nego brzina zvuka).

Scramjet je supersonični motor (različit od standardnog mlaznog motora na zrakoplovima) koji generira potisak pomoću izgaranja goriva prilikom prolaza brze struje komprimiranog zraka. Ovakvo strujanje zraka postiže se prilikom kretanja letjelice naprijed, čime se taj zrak komprimira i zbog toga zagrijava, a tada se ubrizgava gorivo koje izgara i tjera zrak van iz ispušne sapnice motora. Ovo je moguće jedino pri brzinama većim od 4 M, a sam motor je projektiran za rad na hipersoničnim brzinama većim od 5 M. Raketni motor služi za početno ubrzanje letjelice do njezine radne brzine, nakon čega se odbacuje.

WaveRider spreman za hipersonični let

Potkraj svibnja ove godine, tisuće četvornih kilometara zračnog prostora iznad Tihog oceana raščišćene su od prometa da bi se osigurao let letjelice nazvane X-51, vitke, i nosa nalik morskom psu. Prototip duljine 4 metra ispušten je s krila bombardera B-52 te se u konačnici potvrdio kao prvi scramjet let kroz atmosferu pri hipersoničnim brzinama, koji je trajao minutama, a ne sekundama.

Prilikom testiranja na maksimalnoj brzini od 6 M, temperatura nosa X-51 doseći će 1 480°C, a da bi se mogla izdržati takva vrućina gorivo za letjelicu mora biti provođeno kroz cijevi oko površine motora. Ne samo što se tako odvodi toplina kako bi se spriječilo taljenje motora nego se također pomaže zagrijati gorivo do temperature potrebno za njegovo paljenje.

Američko zrakoplovstvo planira izvesti najmanje četiri pokusna leta X-51 ove godine. U svakom od njih letjelica će biti ispuštena ispod krila bombardera B52 na visini 15 km iznad Tihog oceana. Raketni pogon na čvrsto gorivo, učvršćen na kraju letjelice, uključiti će se te ubrzati X-51 do brzine 4,7 puta brže od zvuka. To će biti dovoljno za uključenje scramjet motora na letjelici. Istrošeni raketni pogon tada će se odbaciti, a X-51 će dalje letjeti svojim vlastitim pogonom dok ne potroši gorivo. Ako će to biti moguće, namjera je popraviti ga, tada bi motor mogao biti ponovno uporabljen. Prijašnji scramjet testovi završili su izgaranjem letjelice u atmosferi.

Posljednji američki uspješni hipersonički scramjet let izveo je NASA-in X-43, s motorom na pogon vodikom, koji je 2004. letio dva puta te postigao 10 sekundi leta pri punoj snazi. Različit od svoga prethodnika, motor za X-51 rabi najnoviji aktivni sustav za hlađenje te standardno gorivo za mlazne motore.

Prvi let letjelice X-51 WaveRider

Iz zračne baze Edwards (u saveznoj državi Kaliforniji) 26. svibnja 2010. godine provedeno je prvo testiranje letjelice X-51A WaveRider. Pritom je uspješno obavljen najduži hipersonični let iznad kalifornijske južne obale.

X-51 je lansiran oko 10 sati ujutro, s nosača ispod lijevog krila bombardera B-52 Stratofortress koji je u službi testnog središta ratnog zrakoplovstva. Na visini od 15 000 m iznad testnog središta Point Mugu B-52 je ispustio X-51 na prvi let. Četiri sekunde poslije, raketni motor na čvrsto gorivo inicijalno je ubrzao X-51 do brzine 4,8 M, nakon čega se raketni motor odvojio. Samo lansiranje i odvajanje proteklo je normalno.

Četiri letjelice X-51A izrađene su za USAF i DARPA-u, u pogonima partnerskih tvrtki Pratt & Whitney Rocketdyne i Boeing. Ratno zrakoplovstvo ima namjeru ispitati i preostale tri letjelice tijekom jeseni 2010., a u planu su ispitivanja po jednakim letnim profilima kako bi se prikupila saznanja iz svakog leta. Hipersonični let normalno započinje pri brzini 5 M - pet puta brže od zvuka (više od 6200 km/h, ili 1,7 km/s), što predstavlja jedinstveni tehničko-tehnološki izazov glede topline i tlaka, koji uobičajene turbinske motore čine beskorisnim. Programski dužnosnici uspoređuju potisak scramjet motora s upaljenom šibicom koja uspješno održava plamen u snažnoj oluji.

Razvoj scramjet motora za X-51A te njegov testni program je vrlo zahtjevan tako da je nadzor troškova vrlo ključan čimbenik. Razvojni je tim iskoristio ili prilagodio postojeće dokazane tehnologije da bi se nadzirali troškove i usmjerile financije na gorivom hlađeni scramjet motor za letjelicu. Vjeruje se da će program X- 51A pridonijeti znanju koje je potrebno za razvoj tehnologija potrebnih za budućnost - ostvariti letjelicu za brz, siguran i jeftin put u svemir.