Douglas ROOST

Príbeh viacnásobne použiteľných rakiet typu SSTO firmy Douglas začal s typom ROOST, pochádzajúcim od legendárneho konštruktéra Phila Bona. Ten bol odvodený od jednorázovej rakety OOST (One-stage Orbital Space Truck), ku ktorej bol pripevnený jednoduchý balón, napĺňaný zvyškovým vodíkom z palivových nádrží. Po pristátí mala byť raketa prepravená vrtuľníkom naspäť na kozmodróm. Pohon zabezpečovali štandardné raketové motory, pričom ich špecifický impulz trval len 410 sekúnd (napríklad pri raketopláne Space Shuttle je to 452 sekúnd). Bonova práca na lunárnej rakete Saturn 5 okrem iného vyústila aj do ďalšieho návrhu SASSTO (Saturn Application Single Stage To Orbit). Táto raketa bola určená na vynášanie dvojmiestnej kabíny Gemini alebo mohla slúžiť ako záchranné plavidlo.

Douglas Hyperion

Aerokozmický priemysel na prelome 50. a 60. rokov prežíval nebývalý rozvoj, pričom sa zdalo, že neexistuje žiadna prekážka pri prekonávaní limitov. V apríli 1963 vydalo oddelenie pilotovaných letov NASA požiadavky na novú triedu rakiet NOVA s nosnosťou 500 ton! Mali byť použité pri pilotovaných letoch na Mesiac a na Mars, doprave modulov vesmírnej stanice či na vojenské misie. V horizonte tridsiatich rokov sa už malo uskutočňovať 240 štartov ročne. Oddelenie Missile and Space Systems firmy Douglas na to zareagovalo návrhom rakety Hyperion, ktorá bola určená na dopravu 110 až 260 pasažierov alebo 18 ton nákladu rýchlosťou 25 000 km/h. Okrem extrémne vysokých (a extrémne nereálnych) výkonov bola unikátna aj v tom, že sa jednalo o plavidlo typu HTVL, teda s horizontálnym štartom a vertikálnym pristátím. Pri kozmických nosičoch je takáto kombinácia veľmi zriedkavá. Štartovať mala na pomocných raketových koľajniciach, pričom na ich konci vo vzdialenosti troch kilometrov by dosiahla rýchlosť 1100 km/h. Takýto systém by síce pomohol značne zredukovať vzletovú hmotnosť, ale na druhej strane musel byť postavený na úbočí 1,7 kilometra vysokej hory. Na rozdiel od ostatných konceptov firmy Douglas, raketa Hyperion bola plne viacnásobne použiteľná, takže sa hodila aj pre operácie z vnútrozemia. Konštruktéri odhadli vývojové náklady na 1,5 miliardy USD (8 miliárd v cenách z roku 1999).

Douglas Ithacus

Ďalší návrh gigantickej rakety Ithacus bol inšpirovaný myšlienkou generála Wallace M. Greeneho, ktorý skoncipoval armádne jednotky rýchleho nasadenia o sile 1200 mužov. Tieto „raketové komandá“ mali byť prepravované medzikontinentálnymi raketami, čím by sa rapídne znížila potreba zahraničných vojenských základní. Douglas pre tieto jednotky vytvoril gigantickú raketu Ithacus Sr so štartovacou hmotnosťou 6400 ton (!). Mala mať osem odhadzovateľných pomocných stupňov s kryogénnym palivom a na pristátie raketový motor aerospike. Pristávacia hmotnosť bola na úrovni 500 ton. Veľkým problémom bola doprava 64 metrov vysokej a 6400 ton vážiacej rakety naspäť na kozmodróm. Opätovný prelet neprichádzal pri celkovom výkone motorov 80 200 kN a bez príslušných úprav vzletového miesta do úvahy. Riešením malo byť niekoľko krátkych „poskokov“ s minimom paliva, ktoré by priviedli raketu na pobrežie, kde by bola naložená na loď. O niečo menšia raketa Ithacus Jr. s kapacitou 33,5 ton nákladu alebo 260 pasažierov bola určená pre použitie z lietadlových lodí triedy Enterprise. Tie by niesli na palube pomocný 112 MW atómový reaktor, ktorý by dokázal z morskej vody extrahovať potrebných 1150 ton kyslíka a 164 ton vodíka. Jedna z rakiet bola určená na dopravu vojakov, kým druhá na prepravu potrebného vybavenia.

Douglas Phoenix

Na konci šesťdesiatych rokov bola po skúsenostiach s plavidlami Hyperion a Ithacus vytvorená nová trieda rakiet, pomenovaná po mystickom vtákovi Phoenix. Úvodné návrhy boli založené na predpoklade, že výkon motorov je menej dôležitý než váha materiálov, použitých na trupe a motoroch. Phoenix mal byť vyvinutý, skonštruovaný a testovaný zo súkromných zdrojov a preto bolo nevyhnutné použiť v čo najväčšej miere už existujúce technológie. Avšak predpokladaná hmotnosť užitočného zaťaženia bola nad sily vtedajšieho priemyslu. V roku 1982 bola založená spoločnosť Pacific American Launch Systems, ktorá si dala za cieľ postaviť viacnásobne použiteľnú raketu s kolmým štartom aj pristátím. Tá mala byť odvodená práve od série rakiet Phoenix. Verzia Phoenix-C (Cargo) bola určená pre dopravu 182 ton nákladu a menší Phoenix E (Excursion) na vesmírnu turistiku. Najmenšie rozmery mal Phoenix LP, ktorý sa dal použiť na dopravu posádky na vesmírnu stanicu. Pohon mali kvôli zjednodušeniu údržby a testov obstarávať malé raketové motory, spaľujúce dva rozdielne druhy paliva (vodík a propán). Phoenix-C ich mal celkovo 24. Takéto riešenie by však zvýšilo vývojové náklady a tak sa konštruktéri priklonili k myšlienke použiť len kombináciu vodík/LOX a optimálny ťah regulovať zmenou ich vzájomného pomeru. Ďalšia zmena sa týkala inštalácie aktívneho chladenia vodou. Bohužiaľ, ani štátne ani súkromné inštitúcie neprejavili záujem na ďalšom financovaní vývoja.

SDIO Delta Clipper

Na prelome 80. a 90. rokov vkladala NASA a americká Strategická obranná iniciatíva SDIO veľké nádeje do jednostupňového, viacnásobne použiteľného vesmírneho prostriedku, ktorý by bol schopný pri nízkych prevádzkových nákladoch vynášať malý náklad na obežnú dráhu. V auguste 1990 postúpili do užšieho výberového konania návrhy firiem Rockwell, General Dynamics, McDonnell Douglas a Boeing. Hoci to nebolo uvedené v oficiálnych požiadavkách, SDIO striktne požadovala prostriedok s vertikálnym štartom aj pristátím. Na to doplatili aj neúspešné firmy Grumman a Third Millennium. Boeing presadzoval modifikovanú verziu svojho okrídleného raketoplánu RASV, podobne ako Rockwell, ktorý vsadil na upravený Space Shuttle s lineárnym motorom Aerospike. Preto aj tieto dve firmy z výberového konania vypadli. Z niekoľkých možných riešení sa nakoniec vykryštalizovala raketa kónického tvaru, navrhnutá spoločnosťou McDonnell Douglas. V rámci Phase II jej bol udelený kontrakt v hodnote 60 miliónov USD na návrh prototypu Delta Clipper (DC-Y) a na stavbu zmenšeného demonštrátora DC-X. Neúspešným protivníkom bola kužeľovitá raketa Millennium Express, navrhnutá divíziou Space Systems spoločnosti General Dynamics. Jej výška bola päťnásobkom rozmerov motora Aerospike. Na nízku obežnú dráhu mala vyniesť 4,5 tony nákladu. Na zvýšenie bezpečnosti pri štarte a pristávaní konštruktéri navrhli vystreľovaciu pilotnú kabínu.

McDonnell Douglas DC-Y DC-X

Najmarkantnejším rozdielom medzi raketou DC-Y a predchádzajúcimi návrhmi bolo to, že Clipper vstupoval pri návrate do atmosféry nosom napred. Toto netradičné riešenie malo predĺžiť dolet a zjednodušiť konštrukciu. V neposlednom rade prinesie aj menšie gravitačné zaťaženie pre posádku. Postupom času bol lineárny motor Aerospike nahradený ôsmimi klasickými raketovými motormi so zvonovitou tryskou. Raketa má kvôli vojenskému charakteru predpokladaných misií nadštandardné manévrovacie schopnosti.

V roku 1991 začala Phase 2, v rámci ktorej mal byť na zníženie vývojových rizík postavený zmenšený demonštrátor DC-X (Delta Clipper – eXperimental) s výškou 11,8 a priemerom štyri metre pri prázdnej hmotnosti 10 200 kg. Len na porovnanie, operačná verzia DC-Y mala byť vysoká 38,5 metra s váhou 46 800 kg. Po natankovaní paliva, s užitočným zaťažením a dvojčlennou posádkou by maximálna vzletová hmotnosť vzrástla na 580 ton. Pohon obstarávali štyri raketové motory na tekutý vodík a kyslík. DC-X nebola určená pre lety do vesmíru, mala len overiť uskutočniteľnosť koncepcie, automatické vzlety a pristátia, či niektoré časti uvažovaného letového profilu. Prototyp DC-X dodali v apríli 1993 a prakticky hneď nato sa začali pozemné predletové testy.

Pre armádu bolo čoraz ťažšie zabezpečiť dostatok finančných prostriedkov na pokračovanie vývoja a tak boli v októbri 1993 letové testy dočasne zastavené. K ich obnoveniu došlo až po dohode o dodatočnom financovaní s NASA. V júli 1995 prešiel program plne pod kontrolu NASA a raketa podstúpila dodatočné modifikácie, aby na nej bolo možné testovať technológie pre viacnásobne použiteľné vesmírne dopravné prostriedky. V súlade s tým sa zmenilo jej označenie na DC-XA Clipper Graham. Pod hlavičkou SDIO a neskôr BMDO uskutočnila celkovo osem letov. Modifikovaný Clipper Graham uskutočnil tri úspešné lety, prvý z nich 18. mája. Raketa vystúpala do výšky asi 300 metrov, preletela asi stometrovú vzdialenosť a pristála na štyroch vysúvacích podperách. Pri pristátí však prúd unikajúcich spalín spálil vonkajšie obloženie trupu. Zvyšné dva lety prebehli 7. a 8. júna s medziletovou prestávkou len 26 hodín, čím sa podarilo demonštrovať minimálne nároky na pozemnú poletovú údržbu! Ďalším významným faktorom bolo, že celé riadiace stredisko sa zmestilo do návesu kamiónu s dvadsiatkou technikov. To bol bohužiaľ vrchol programu Clipper Graham.

Pri štvrtom lete sa pri pristátí nevysunula jedna podpera, celá raketa sa po kontakte so zemou prevrátila a následný výbuch ju kompletne zničil. Aj keď výkony DC-XA boli nádejné, peniaze na stavbu ďalšej rakety sa nenašli a program bol zastavený. Okrem toho, vertikálne pristátie s raketou nepredstavuje najschodnejšiu cestu pre viacnásobne použiteľný stroj, nakoľko v nádržiach musí ostať množstvo dodatočného paliva. Modifikovaný koncept bol ešte v spolupráci s firmou Boeing predložený do súťaže X-33, ani tam však neuspel. Posledným pokusom o nájdenie uplatnenia sa stala verzia na vynášanie vojenského bezpilotného raketoplánu SMV.

Rotary Rocket ATV Roton

Koncepcia viacnásobne použiteľnej rakety s pomocným rotorom vznikla vo firme HMX Inc., v ktorej pracovali mnohí konštruktéri z Douglasovej vesmírnej divízie, vyvíjajúcej prostriedok Phoeinx. Po transformácii na Rotary Rocket Company sa do jej čela dostali Gary Hudson a Bevin McKinney. Koncepcia rakety Roton je založená na odstredivom čerpaní paliva prostredníctvom rotácie motora okolo osi stroja a na pomocnom rotore, prostredníctvom ktorého teleso pristáva a v závislosti od verzie aj štartuje. Tým sa podarilo eliminovať najzávažnejší nedostatok jednostupňových rakiet, ktorým bola potreba dodatočného paliva na pristátie. Rotujúci raketový motor s využitím pre čerpanie paliva nie je novou myšlienkou. Vyvinuli ho vo firme Aerojet už v roku 1946. Roton dokáže vertikálne pristáť s dvoj až trojčlennou posádkou bez akýchkoľvek pohonných hmôt. Jedným z vývojových cieľov je znížiť počet členov obsluhy a pozemného vybavenia na čo najmenšiu mieru tak, aby prestávka medzi dvoma štartmi nebola väčšia ako 24 hodín. Keďže Roton nepotrebuje atmosférický kyslík, jeho ďalšou výhodou je možnosť použitia na Mesiaci alebo iných planétach. Jeho definitívna podoba doteraz nebola definovaná. Jednou z možných alternatív bolo umiestnenie série malých raketových motorov do listov rotora. Pri takomto usporiadaní mala byť pilotná kabína umiestnená vo vrchnej časti trupu. Rotácia by pomáhala čerpať palivo a zároveň by vzletová dráha nebola zaťažovaná horúcimi splodinami. Tým sa výrazne zníži spotreba paliva, hoci raketové motory musia pracovať najmenej 1500 sekúnd. Vzhľadom na plošné zaťaženie pri štarte by bolo správnejšie hovoriť skôr o vrtuli než o rotore. Sklopenie listov malo nastať vo výške 10,7 km pri rýchlosti 2,3 km/s.

V júli 1997 bol na sympóziu Cheap Access To Space predstavený variant Roton-C (Cargo). Šesnásťmetrovú raketu kónického tvaru poháňa motor Rocketjet aerospike, ktorý sa otáča vo vnútri trupu. Rotácia pomáha čerpať LOX a letecký kerozín do spaľovacej komory pod vysokým tlakom, vďaka čomu nemusí byť použité turbočerpadlo. Ak sú poveternostné podmienky v mieste pristátia nepriaznivé, Roton dokáže zotrvať na obežnej dráhe a vyčkať na ich zlepšenie. Po vstupe do atmosféry sa vyklopia rotorové listy, ktoré slúžia jednak na atmosférické brzdenie a neskôr na vyvodzovanie vztlaku a smerové manévrovanie. Ovládateľnosť zabezpečuje systém FBW alebo Fly By Light bez mechanickej zálohy. Zaujímavosťou je, že Roton-C mal byť schopný bezpečného pristátia aj s nevypusteným užitočným zaťažením na palube.

Aj v tomto prípade bol na overenie koncepcie postavený prototyp s priemerom 6,7 metra a výškou 19,2 metra. Kým spoločnosť Rotary Rocket má na starosti vývoj pohonného systému, stavba trupu bola zverená firme Scaled Composites. Raketu s označením N990RR-Experimental pri prvej fáze letových testov na Mojavskej púšti riadil zalietavací pilot Brian Binnie. Prototyp ATV Roton s hmotnosťou 6 ton uskutočnil tri lety v nízkej výške. Pri poslednom vystúpal do dvadsiatichtroch metrov a prekonal vzdialenosť 1290 metrov. Vesmírne lety sa mali začať niekedy po roku 2000. Spoločnosť Rotary Rocket Co. však začala mať finančné problémy. Hoci v prvom kontraktačnom kole bolo nazhromaždených 6 miliónov dolárov, celkové vývojové náklady boli odhadnuté na 150 až 200 miliónov USD. Počet zamestnancov musel byť zredukovaný zo 60 na 12, ale ani to už nepomohlo a spoločnosť musela vyhlásiť bankrot. 3. apríla 2002 európske firmy Astrium a Eurocopter oznámili, že majú záujem založiť spoločný podnik, ktorý by odkúpil patenty spojené s raketou Roton a dokončil by jej vývoj ako európskeho prostriedku Eurothon. Tento zámer sa doteraz neuskutočnil.