Enlairament i aterratge

Les aeronaus poden tenir diferents maneres d'enlairament i aterratge. Els avions convencionals acceleren al llarg de la pista fins que es genera una sustentació suficient per a l'enlairament i reverteixen el procés d'aterratge. Alguns avions poden enlairar a baixa velocitat, sent un curt enlairament. Algunes aeronaus com ara els helicòpters i els Harrier Jump Jet poden enlairar i aterrar verticalment. Els coets també solen enlairar-se verticalment, però alguns dissenys poden aterrar horitzontalment.

Enlairament i aterratge horitzontal

Aeronau

Enlairament i aterratge convencionals (CTOL)

Article principal: CTOL

Enlairament

Article principal: Enlairament

L'enlairament és la fase de vol en què una aeronau passa per una transició de moure's pel terra (rodatge) a volar a l'aire, normalment començant per una pista d'aterratge. Per a globus, helicòpters i alguns avions especialitzats d'ala fixa (avions VTOL com el Harrier), no els cal cap pista. L'enlairament és el contrari de l'aterratge.

Enlairament del Shuttle Carrier Aircraft que transportava el transbordador espacial Enterprise

Aterratge

Article principal: Aterratge

Un avió que vola a l'Aeroport de Londres-Heathrow (Air Jamaica Airbus A340-300)

Un aterratge del Qantas Boeing 747-400 passa prop de les cases en el límit de l'Aeroport Heathrow de Londres, Anglaterra

Un cigne mut que baixa. Tingueu en compte que les plomes arrufades a la part superior de les ales indiquen que el cigne està volant a la velocitat de pèrdua. Les plomes esteses i allargades actuen com augmentadors d'elevació de la mateixa manera com els slats i els flaps i d'un avió.

Un aterratge inusual; un Piper J3C-65 Cub aterra en un remolc com a part d'una exhibició aèria.

F-18 aterrant en un portaavions

L'aterratge és l'última part d'un vol, on una aeronau voladora o una nau espacial (o animals) torna a terra. Quan l'objecte volador torna a l'aigua, el procés s'anomena "amaratge", tot i que també s'anomena habitualment “aterratge”. Un vol normal d'una aeronau inclouria diverses parts de vol, inclòs el rodatge, enlairament, ascens, creuer, descens i aterratge.

Enlairament i aterratge curts (STOL)

Article principal: STOL

STOL és un acrònim de l'anglès short take-off and landing (enlairament i aterratge curt), una aeronau amb requisits de pista d'aterratge molt curtes.

Enlairament assistit per catapulta, però recuperació mitjançant detenció (CATOBAR)

Article principal: CATOBAR

Enlairament assistit per catapulta a bord de l'USS Ronald Reagan

CATOBAR (Catapult Assisted Take-Off But Arrested Recovery, «enlairament assistit per catapulta, però recuperació mitjançant detenció») és un sistema utilitzat per al llançament i la recuperació d'aeronaus des de la coberta d'un portaavions. Sota aquesta tècnica, les aeronaus són llançades mitjançant una catapulta i aterrar al vaixell (la fase de recuperació) mitjançant el cable d'aturada.

Tot i que aquest sistema és més costós que els mètodes alternatius, proporciona una més gran flexibilitat en les operacions del transportista, ja que permet a l'embarcació donar suport a aeronaus convencionals. Els mètodes alternatius de llançament i recuperació només poden utilitzar aeronaus amb capacitat STOVL o STOBAR.

Enlairament curt però aterratge mitjançant detenció (STOBAR)

Article principal: STOBAR

STOBAR (Short Take-Off But Arrested Recovery, «enlairament curt però aterratge mitjançant detenció») és un sistema utilitzat per al llançament i recuperació d'aeronaus des de la coberta d'un portaavions, que combina elements tant STOVL (Short Take-Off and Vertical landing, «enlairament curt i aterratge vertical") i CATOBAR (Catapult Assisted Take-Off But Arrested Recovery, «enlairament assistit per catapulta, però recuperació mitjançant detenció»).

Nau espacial (HTHL)

Horizontal takeoff, horizontal landing (HTHL) — és el mode d'operació del primer avió espacial comercial privat, els compòsits escalats de dues etapes a l'espai de Tier One de la combinació SpaceShipOne/WhiteKnightOne de l'Ansari X-Prize.

També s'utilitza per a la propera combinació SpaceShipTwo/WhiteKnightTwo de Tier 1b. Un exemple destacat del seu ús va ser el programa North American X-15. En aquests exemples, les naus espacials es transporten a l'altitud en un "nau nodrissa" abans del llançament. Les propostes fallides de reemplaçaments del transbordador espacial de la NASA, Rockwell X-30 NASP va utilitzar aquest mode de funcionament, però es va concebre com una sola etapa per orbitar.

El Lynx va ser un avió espacial HTHL suborbital desenvolupat per XCOR Aerospace que es va programar per començar les proves de vol atmosfèric a finals de 2011.[1] Tot i això, després de nombrosos retards, XCOR Aerospace va fer fallida el 2017 sense acabar un prototip.[2]

Reaction Engines Skylon, un descendent de disseny del projecte britànic HOTOL ("Horizontal Take-Off and Landing") dels anys vuitanta del segle xx, és un avió espacial HTHL actualment en les primeres etapes de desenvolupament al Regne Unit.[3]

Tant el coet Lynx com l'SpaceShipTwo s'han ofert a la NASA per portar càrregues de recerca suborbitals en resposta a la sol·licitud de vehicle de llançament reutilitzable suborbital (sRLV) de la NASA sota el Programa d'Operacions de Vol de la NASA.[4]

Un primer exemple va ser l'avió de prova atmosfèric Northrop HL-10 de la dècada de 1960, on HL significa "Horitzontal Lander".[5]

Enlairament i aterratge vertical

S'utilitzen diferents termes per a l'enlairament i l'aterratge depenent de la font d'empenta emprada. VTVL utilitza coets, mentre que VTOL utilitza aire, propulsat a través d'algun tipus de sistema de rotor.

Avió (VTOL)

Article principal: VTOL

Vertical Take-Off and Landing (VTOL) l'aeronau inclou aeronaus d'ala fixa que poden volar, enlairar i aterrar verticalment, així com helicòpters i altres aeronaus amb rotors motoritzats, com ara els aeronaus de rotors basculants.[6][7][8][9] La terminologia per a naus espacials i coets és VTVL (vertical takeoff with vertical landing).[10] Alguns avions VTOL també poden operar en altres modes, com ara CTOL (conventional take-off and landing), STOL (short take-off and landing), i/o STOVL (short take-off and vertical landing). D'altres, com alguns helicòpters, només poden operar amb VTOL, pel fet que l'aeronau no té tren d'aterratge que pugui gestionar el moviment horitzontal. El VTOL és un subconjunt de V/STOL (enlairament i aterratge vertical i/o curt).

A més de l'helicòpter omnipresent, actualment n'hi ha dos tipus d'aeronaus VTOL en servei militar: aeronaus que empren un rotor basculant, com el Bell Boeing V-22 Osprey, i aeronaus que utilitzen empenta de raig dirigit, com la família Harrier.

Coet (VTVL)

Article principal: VTVL

Vertical takeoff, vertical landing (VTVL), «enlairament curt i aterratge vertical», és una forma d'enlairament i aterratge de coets. Múltiples naus VTVL han volat. El coet VTVL més conegut i comercialment reeixit és la primera etapa Falcon 9 de l'SpaceX.

Les tecnologies VTVL es van desenvolupar substancialment amb petits coets a partir del 2000, en part degut a competicions de premis incentivats com el Lunar Lander Challenge. Masten Space Systems, Armadillo Aerospace i altres van desenvolupar petits i reeixits coets VTVL.

Enlairament vertical i aterratge horitzontal

Avió (VTOHL)

En aviació existeix el terme VTOHL ("Vertical Take-Off and Horizontal Landing", «Enlairament vertical i aterratge horitzontal»), així com diversos subtipus específics de l'aviació VTOHL: VTOCL, VTOSL, VTOBAR.

Enlairament de llargària zero

Article principal: Enlairament de llargària zero

L'enlairament de llargària zero (ZLL, ZLTO, ZEL, ZELL) era un sistema mitjançant el qual els caces a reacció i els avions d'atac a terra estaven destinats a col·locar-se en coets connectats a les plataformes mòbils de llançament. La majoria dels experiments de llançament de longitud zero es van fer a la dècada de 1950, durant la guerra freda.

Nau espacial (VTHL)

Vertical takeoff, horizontal landing (VTHL) és el mode d'operació per a tots els avions espacials orbitals actuals i antigament operatius, com ara el Boeing X-37, el transbordador espacial de la NASA, el transbordador espacial soviètic Buran de 1988, així com el projecte Boeing X-20 Dyna-Soar de la USAF pels vols de 1960. Per als vehicles de llançament, un avantatge de VTHL sobre HTHL és que l'ala pot ser més petita, ja que només ha de portar el pes de l'aterratge del vehicle, en lloc del pes de l'enlairament.[11]

Hi ha hagut diverses altres propostes de VTHL que mai van volar, inclosos les substitucions proposades pel transbordador espacial de la NASA Lockheed Martin X-33 i VentureStar. L'avió espacial conceptual de la NASA dels anys 90, el HL-20 Personnel Launch System (HL significa "Horitzontal Lander"), va ser un VTHL, com va ser un derivat de l'HL-20 al voltant de 2003, el concepte d'Orbital Space Plane.

El març de 2011, dos avions comercials VTHL estaven en diverses etapes de la proposta/desenvolupament, ambdós successors del disseny HL-20. La Sierra Nevada Corporation Dream Chaser segueix la línia de motlle exterior de l'anterior HL-20. El Prometheus de la Orbital Sciences Corporation proposat cap al 2011 era un avió espacial de fuselatge autosostingut que seguia la línia de motlle exterior de l'Orbital Space Plane al voltant del 2003, un derivat de l'HL-20; tanmateix, Prometheus no va rebre cap contracte de la NASA i Orbital ha anunciat que no prosseguirà amb el desenvolupament.[12]

El Centre aeroespacial alemany va estudiar els impulsors de retorn líquid VTHL reutilitzables des de 1999. El disseny tenia l'objectiu de substituir els impulsors de coets sòlids de l'Ariane 5.[13] El programa Reusable Booster System de 250.000.000 dòlars americans finançat pel govern dels Estats Units, iniciat per la USAF el 2010,[14] havia especificat un requisit d'alt nivell perquè el disseny fos VTHL,[15] però el finançament es va suspendre després de 2012.[16]

El 2017 DARPA va seleccionar un disseny VTHL per a l'XS-1.

HTVL

L'enlairament horitzontal, aterratge vertical, de l'anglès Horizontal takeoff, vertical landing (HTVL) és l'equivalent en vol espacial de l'aviació HTOVL (i els seus subtipus CTOVL, STOVL, CATOVL). Aquest mode de funcionament no s'ha utilitzat, però s'ha proposat per a alguns sistemes que utilitzen un sistema de llançament en dues etapes per orbitar amb una primera etapa basada en un avió i un vehicle de retorn de càpsules. Un dels pocs vehicles conceptuals HTVL és la nau espacial Hyperion SSTO, concepte de 1960, dissenyada per Philip Bono.[17]

Configuracions multimode

Els vehicles que utilitzen més d'una modalitat també existeixen.

Enlairament i aterratge verticals/curts (V/STOL)

Article principal: V/STOL

Les aeronaus d'enlairament i aterratge verticals i/o curts (V/STOL) que són capaces d'enlairar o aterrar verticalment o en pistes curtes. L'enlairament i aterratge vertical (VTOL) inclou naus que no requereixen pistes d'aterratge en absolut. Generalment, una aeronau V/STOL ha de poder flotar; els helicòpters no solen ser considerats sota la classificació V/STOL.

L'enlairament rodant, de vegades amb un (trampolí), redueix la quantitat d'empenta necessària per aixecar una aeronau des del terra (en comparació amb l'enlairament vertical) i, per tant, augmenta la càrrega útil i l'abast que es pot assolir per a una determinada empenta. Per exemple, el Harrier no és capaç d'enlairar-se verticalment amb una completa càrrega d'armes i combustible. Per tant, els avions V/STOL solen utilitzar una pista si esta disponible. És a dir, es prefereix l'operació d'enlairament curt i aterratge vertical (STOVL) o l'enlairament i l'aterratge convencional (CTOL) a l'operació VTOL.

V / STOL es va desenvolupar per permetre l'operació d'avions ràpids des de les clarianes als boscos, des de pistes molt curtes i des de petits portaavions que abans només haurien pogut portar helicòpters.

El principal avantatge dels avions V/STOL és que s'apropa més a l'enemic, la qual cosa redueix el temps de resposta i els requeriments de suport de cisterna. En el cas de la guerra de les Malvines, també va permetre la cobertura aèria de combat d'alt rendiment i l'atac terrestre sense un gran portaavions equipat amb una catapulta.

L'últim avió V/STOL és el F-35B, que va entrar en servei el 2015.[18]

Referències

1. Messier, Doug. «Lynx Development Proceeds Towards First Test Flight». Parabolic Arc, 23-02-2011. Arxivat de l'original el 2020-11-27. [Consulta: 28 febrer 2011]. «work is coming along nicely on building the first test flight vehicle which the company hopes to fly by the end of the year.»
2. Foust, Jeff. «XCOR Aerospace Files for Bankruptcy», 15-11-2017. [Consulta: 28 agost 2019].
3. «Skylon FAQ». Frequently Asked Questions. Reaction Engines Limited, 2010. Arxivat de l'original el 2015-06-02. [Consulta: 6 febrer 2011].
4. «sRLV platforms compared». NASA, 07-03-2011. Arxivat de l'original el 2021-02-20. [Consulta: 10 març 2011]. «Lynx: Type: HTHL / Piloted ... SpaceShipTwo: Type: HTHL / Piloted»
5. Full de dades del cos d'elevació HL-10 Arxivat 2021-12-18 a Wayback Machine., NASA, 03-12-2009, consultat el 16/02/2011.
6. "Vertical Takeoff & Landing Aircraft," John P. Campbell, The MacMillan Company, New York, 1962.
7. Rogers 1989.
8. Laskowitz, I.B. "Vertical Take-Off and Landing (VTOL) Aircraft." Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 107, Art.1, 25 March 1963.
9. "Straight Up - A History of Vertical Flight," Steve Markman and Bill Holder, Schiffer Publishing, 2000.
10. "Masten Space Systems Achieves First-Ever VTVL Midair Engine Relight Milestone on Path to Space."^[Enllaç no actiu] SpaceRef.com, 29 May 2010. Retrieved: 10 July 2011.
11. AIAA 2003-09-09 Flight mechanics of manned Sub-Orbital Reusable Launch Vehicles with Recommendations for Launch and Recovery-M Sarigul-Klijn & N Sarigul-Klijn^[Enllaç no actiu]
12. «Orbital may wind down its commercial crew effort». NewSpace Journal, 22-04-2011 [Consulta: 25 abril 2011]. «CEO Dave Thompson said ... "I don't, at this time, anticipate that we’ll continue to pursue our own project in that race. We’ll watch it and if an opportunity develops we may reconsider. But at this point, I would not anticipate a lot of activity on our part in the commercial crew market."»
13. «Liquid Fly-back Booster (LFBB)». DLR. Arxivat de l'original el 10 juny 2015. [Consulta: 9 juny 2015].
14. «Air Force studying reusable upper stage systems for reusable booster». RLV and Space Transport News, 20-09-2010 [Consulta: 24 març 2011]. Arxivat 2011-07-24 a Wayback Machine. «Còpia arxivada». Arxivat de l'original el 2011-07-24. [Consulta: 14 febrer 2020].
15. Cogliano «Air Force launches $250M reusable booster initiative». Dayton Business Journal, 22-03-2011 [Consulta: 24 març 2011]. «Officials anticipate awarding up to three contracts for the project, where winners would compete for individual tasks of experiments and demonstrations that address technology, processes and other attributes of a reusable booster system, or RBS. Air Force officials envision an RBS that includes a reusable rocket and an expendable upper stage rocket. The reusable rocket would be launched vertically and return, landing aircraft style on a runway, after carrying the space craft to a point where the expendable rocket could take over.»
16. Ferster, Warren «Prototype Reusable Rocket Effort Felled by U.S. Budget Woes». Space News, 19-10-2012 [Consulta: 21 octubre 2012].^[Enllaç no actiu]
17. Wade, Mark. «Hyperion SSTO». Astronautix. [Consulta: 6 febrer 2011]. «The 'Hyperion' vehicle was truly remarkable since it would have been launched horizontally and landed vertically (HTVL) — an extremely rare combination. The payload capability was 110 passengers or 18t of cargo.»
18. «U.S. Marines Corps declares the F-35B operational». United States Marine Corps, 31-07-2015 [Consulta: 28 agost 2019].