Už v polovici osemdesiatych rokov
sa začala NASA rozhliadať po perspektívnom nástupcovi komplikovaných
raketoplánov Space Shuttle. V rovnakej situácii sa
ocitlo aj USAF, ktoré sa po tragickej havárii raketoplánu Challenger vzdalo
myšlienky ich vojenského využitia. Po rozanalyzovaní situácie bolo jasné, že
tieto požiadavky by najlepšie splnil jednostupňový vesmírny prostriedok typu
SSTO s horizontálnym štartom aj pristátím, hoci nezhody panovali
v otázke pohonu raketovými alebo náporovými motormi. Potenciál náporových
motorov a kombinovaných pohonných jednotiek sa overoval v rámci
tajného programu agentúry DARPA pod názvom Cooper Canyon. Raketovo poháňaný raketoplán Science Dawn vyvíjala pre NASA firma Boeing
a USAF si dalo vypracovať súbor návrhov a štúdií vesmírneho bojového
plavidla TAV (Trans Atmospheric
Vehicle). Preto sa začiatkom roka 1985 začali spoločné rokovania so zámerom zvoliť
jednu z koncepcií ako základ budúceho amerického vesmírneho plavidla,
ktoré by bolo vyvíjané v spolupráci s NASA a ministerstvom
obrany. Väčšinu perspektívu malo hypersonické lietadlo s náporovými
motormi a tak bol v októbri 1985 vytvorený nový program AAV (Advanced
Aerospace Vehicle), aby ho už o mesiac neskôr nahradil oveľa
ambicióznejším programom NASP (National AeroSpace Plane). Lietadlo NASP sa malo
stať základom pre „to“, čo Ronald Regan nazval:
„...a new Orient Express that could,
by the end of the next decade, take off from Dulles Airport and accelerate up
to twenty-five times the speed of sound, attaining low earth orbit or flying to
Tokyo within two hours...“
Program Cooper Canyon predstavoval
prvú z troch vývojových fáz. Phase 2 bola zameraná na vývoj technológií pre
prostriedok, ktorý by mohol letieť na obežnú dráhu, alebo absolvovať
medzikontinentálne lety hypersonickou rýchlosťou (hypersonický = letiaci viac
ako päťnásobnou rýchlosťou zvuku). Na vývoji sa podieľali všetky významné
americké aerokozmické firmy. V prvom rade bolo potrebné vyriešiť šesť
kritických problémov, z ktorých tri súviseli s náporovým motorom s nadzvukovým
spaľovaním Scramjet. Ten mali na starosti firmy Pratt and Whitney
a General Electric pod samostatným programom Cooper Behemoth. Ako palivo
bol zvolený kvapalný vodík.
Prvé štúdie hypersonických pohonných
systémov typu ramjet ukázali, že ich efektivita je obmedzená rýchlosťou Mach 8.
Pri nej je ešte teplo generované trupom lietadla kompenzované tlakom vytváraným
v prednej časti lietadla a prúd vzduchu je vháňaný do nasávacích otvorov
motora. Tento limit bol iba jednou tretinou ideálnej rýchlosti 14,3 až 15,85
km/s, ktorá je potrebná pre NASP na opustenie zemskej atmosféry. Pri raketovo
poháňanom lietadle by to bolo len 9,1 až 9,4 km/s. Na druhej strane kým
hmotnosť raketového lietadla tvorí z 89 až 91 % palivo, atmosférické
motory túto hodnotu znížia na 64 až 72 %. Aby toho nebolo dosť, kým pomer ťahu
k hmotnosti raketových motorov je na úrovni 80 až 120 (v závislosti na
použitom palive), pri atmosférických motoroch je to zvyčajne menej ako 20. Preto sa konštruktéri dohodli na použití
náporových motorov s nadzvukovým spaľovaním a doplnkových raketových
motorov, až kým nebudú k dispozícii kombinované pohonné jednotky typu AAR, RBCC alebo TBCC.
Ďalšou úlohou
bolo vyvinúť pokročilé kompozitné a titánové materiály, ktoré si udržia
štrukturálnu integritu aj pri veľmi veľkých prevádzkových teplotách. Obrovské
teplo, vyvolané aerodynamickým trením pri týchto rýchlostiach, podnietilo aj vývoj aktívneho chladiaceho
systému. Pri analýze tepelného ohrevu prišli konštruktéri na nápad využiť
„active thermal management“. Chladiacu sústavu v tomto prípade tvorí
samotný vodík, ktorý by bol pod tlakom preháňaný pod povrchom lietadla
a až potom by bol prečerpávaný do motora. Svojou teplotou zároveň zvyšuje
ťah scramjetu. Okrem toho použitie ATM
zvýšilo nádej uplatniť v konštrukcii len atmosférické motory
a dosiahnuť obežnú dráhu bez použitia konvenčných rakiet. Koniec koncov už
v začiatkoch programu NASP štúdie naznačovali, že efektivita scramjetu
v porovnaní s raketovými motormi bude vyššia až do rýchlosti okolo
Mach 20. Práve kvôli takýmto pokrokovým technológiám dostal program špeciálny
stupeň utajenia. Na druhej strane pri rýchlostiach nad Mach 20 by už bola
hmotnosť ATM vyššia a prírastok rýchlosti nižší, než pri použití raketových
motorov. Po podrobnejších štúdiách sa táto hranica znížila dokonca na Mach 17.
Prvé návrhy prostriedku X-30, ktoré mali mnoho spoločných znakov
s lietadlom Concorde, boli prinajmenšom nepraktické.
Oveľa pokročilejší koncept predložila
firma McDonnell Douglas. V jej podaní sa jednalo o vztlakové teleso
s trupom tvarovaným špeciálne pre hypersonické rýchlosti. Jeho spodná časť
usmerňovala prúd vzduchu do motora a zároveň vytvárala zadnú trysku.
Atmosférické manévrovanie bolo zabezpečené pahýľovitými krídlami s čo
najväčšou šípovitosťou a dvoma malými vertikálnymi chvostovými plochami.
Vo vesmíre túto úlohu prebrali raketové manévrovacie trysky.
Aj keď bol program Reganovou
administratívou definovaný ako „civilný komerčný“, s potenciálom
vytvorenia flotily nových raketoplánov NASA, 80 % financií pochádzalo od
ministerstva obrany. Niet sa čomu diviť. Lietadlo, ktoré je schopné do dvoch
hodín zaútočiť kdekoľvek na svete by predstavovalo bezprecedentnú zbraň. Už
v tej dobe sa mnoho zainteresovaných ľudí pohrávalo s myšlienkou, že
v prípade úspechu programu NASP by nasledovala objednávka letectva na
hypersonický bombardér B-3 súbežne s objednávkou NASA na nové raketoplány.
Lietadlo NASP by tak plnilo štyri okruhy činností:
1.
space launch - doprava posádok a užitočného zaťaženia na obežnú dráhu
2.
strategic bombing missions - bombardér B-3
3.
strategic air defence - obrana vzdušného priestoru
4.
reconnaissance and surveillance - taktický prieskum vo výškach bez
protivzdušnej obrany
Čo sa týka dopravy užitočného
zaťaženia na obežnú dráhu, NASP mal so svojou medziletovou prestávkou 24 hodín
a nízkymi prevádzkovými nákladmi predstavovať ideálny prostriedok na
dopravu vesmírneho protiraketového systému na obežnú dráhu a jeho údržbu.
Tieto charakteristiky však boli skôr želaním než reálnymi odhadmi, založenými
na serióznych analýzach. Úloha vesmírneho hypersonického bombardéra so sebou
prináša mnoho problémov. Už len odhodenie gravitačných bômb pri rýchlosti Mach
20 by spôsobilo nemalé problémy. Preto bol americký Enegy Department poverený
návrhom prevažne atómových zbraní HADW (Hypervelocity Aircraft Delivered
Weapon), ktoré by sa dali zhadzovať pri hypersonických rýchlostiach. Na druhej
strane gigantický infračervený odraz, nemožnosť prispôsobiť tvar trupu
podľa technológií stealth a obmedzená manévrovateľnosť by z takéhoto
lietadla urobili veľmi ľahký terč. Otázne však je, čím ho po odhalení
zostreliť. Použitie X-30 ako lietadla na obranu vzdušného priestoru zahŕňalo
výstup do výšky okolo 50 kilometrov rýchlosťou Mach 15 a viac, kĺzavé
klesanie a napadnutie medzikontinentálneho bombardéra alebo strely
s plochou dráhou letu s následným zničením a to všetko pri
dolete približne 1000 námorných míľ. Čo sa týka strategického prieskumu,
navrhovaný jednorázový prelet nad Sovietskym zväzom na hranici atmosféry sa
podobal na misie, pôvodne plánované pre raketoplán Space Shuttle. Oveľa ekonomickejšie však bolo
získať tieto informácie zo satelitov na nízkej obežnej dráhe, ktoré navyše dané
miesto preletia každých 90 minút.
V októbri 1987 začala Phase 2A,
v rámci ktorej boli pre ďalší vývoj zvolené návrhy firiem Lockheed
a Boeing, pričom pohonné jednotky mala zabezpečiť spoločnosť General
Electric. Optimisticky skoncipovaný vývojový program začali čoraz viac narúšať
vzrastajúce technické problémy. Napriek tomu, že limit hmotnosti už
v žiadnom prípade nebolo možné dodržať, lietadlo bolo plne schopné
hypersonických letov. Do dosiahnutia únikovej rýchlosti mu chýbalo približne
914 m/s. V tom čase už začala naberať na význame aj otázka konečného tvaru
lietadla. Ten bol nakoniec odvodený od hypersonického vztlakového telesa firmy
McDonnell Douglas. Rozpočet programu NASP bol stanovený na 3,1 miliardy dolárov
počas ôsmich rokov. V skutočnosti sa celkové výdavky vyšplhali na viac ako
10 miliárd. Letové testy dvoch prototypov, uskutočňované počas Phase 3 so
začiatkom najskôr v apríli 1993, by zvýšili celkové náklady na 17 miliárd.
Najväčšie technologické úspechy
programu NASP spočívali v návrhu a pozemných nadzvukových i
podzvukových testoch komponentov pre kombinované náporové pohonné jednotky
a lineárne raketové motory, či vo výrobe nových keramických materiálov,
odolných voči vysokým teplotám a mechanickému poškodeniu. Okrem toho boli
postavené a odskúšané rozmerné diely konštrukcie vrátane kompozitných
nádrží na kašovitý vodík (kombinácia tekutého a tuhého skupenstva)
a takmer 100 ďalších technológií. Vývoj všetkých potrebných súčastí na
skonštruovanie letového prototypu by si vyžiadal dodatočné financie vo výške 1
až 2 miliardy USD. Počas posledných dvoch rokov prác padol návrh postaviť
zmenšený bezpilotný demonštrátor, ktorý by poskytol údaje o tepelnom
zaťažení a funkcii náporových motorov.
V dôsledku neustálych sklzov
v programe záujem o NASP pomaly upadal. Túto situáciu ešte viac
zhoršil program SDI (Hviezdne vojny). Na prelome 90. rokov dospelo USAF
k názoru, že program NASP nedokáže splniť ich požiadavky a
tak koncom roka 1989 od financovania ustúpilo. Pre NASA bolo
samostatné financovanie dlhodobo nezvládnuteľné a tak bol projekt NASP
v roku 1994 definitívne zastavený. V tom čase sa úvodný let plánoval
na rok 2000 pri 500 % prekročení rozpočtu. Neznamenalo to však koniec vývoja
aerokozmického hypersonického raketoplánu. Na zhodnotenie poznatkov, získaných
pri vývoji lietadiel X-30, bol pod hlavičkou USAF vytvorený nový program HySTP. NASA sa zase na zmenšených
bezpilotných demonštrátoroch Hyper-X
X-43
rozhodla letovo otestovať rôzne druhy náporových motorov. Výsledkom nie príliš
úspešných programov NASP a X-33 je odklon od jednostupňových
k dvojstupňovým, viacnásobne použiteľným vesmírnym prostriedkom. Napriek
tomu už nie je otázkou či, ale skôr kedy bude postavený operačný vesmírny
hypersonický prostriedok s motormi závislými na atmosférickom kyslíku.
Odpoveď by mohla priniesť najnovšia iniciatíva agentúry DARPA pod názvom FALCON HCV (Hypersonic Cruise Vehicle).
Program NASP opäť ukázal, akú úlohu vo
vývoji aerokozmických systémov hrá politika. Hoci už samotná myšlienka, že je
možné postaviť univerzálne vesmírne plavidlo, ktoré by uspokojilo potreby NASA,
USAF aj súkromného priemyslu je chybná, NASP nebol zrušený primárne kvôli
technologickým problémom. Kým pri svojom vzniku bol silne podporovaný Reganovou
administratívou aj Kongresom, po nástupe Busha staršieho sa síce rozpočet
zmenšil, ale práce pokračovali pomalším tempom ďalej. Povestný posledný klinec
do rakvy zasadil až prezident Clinton, ktorý bol skrytým odporcom všetkého, čo
je vojenské.