NASA-in spejs šatl je radio u niskoj orbiti Zemlje 30 godina pre nego što je penzionisan 2011. Međutim, zamena američke svemirske agencije za ovo vozilo, Orion, vratila se na dizajn konusne kapsule poznat iz misije Apolo. To je zato što je NASA nameravala da se ova novija letelica koristi za istraživanje ciljeva u dubokom svemiru, kao što je Mesec.
Ali poslednjih godina, videli smo povratak dizajna svemirskog aviona. Od 2010. godine, svemirske snage SAD (i ranije Vazduhoplovstvo SAD) lansiraju robotski svemirski avion nazvan X-37B u nisku Zemljinu orbitu u poverljivim misijama. Kina ima svoj vojni svemirski avion koji se zove Shenlong.
Ove godine bi mogao biti probni let kompanije Sierra Space Dream Chaser — prvog komercijalnog svemirskog aviona sposobnog za orbitalni let. Ako sve prođe kako treba, vozilo bi moglo da se koristi za snabdevanje Međunarodne svemirske stanice (ISS) teretom i, na kraju, posadom.
Svemirski avioni mogu leteti ili kliziti u Zemljinoj atmosferi i sleteti na piste umesto da koriste padobrane za sletanje u vodu ili ravno tlo poput kapsula. Takođe su lakši za manevrisanje kako letelica ponovo ulazi u atmosferu, povećavajući površinu Zemljine površine na koju je moguće sletanje sa određene tačke ponovnog ulaska.
Svemirski avioni takođe omogućavaju nežniji, ali duži put leta tokom ponovnog ulaska i mekše sletanje, što je lakše za posadu i teret nego kapsule, koje mogu da slete uz udarac. Pista takođe omogućava da ekipe za podršku na zemlji i infrastruktura budu spremni na lokaciji sletanja.
Ali svemirski avioni su složeniji i teži od ekvivalentne kapsule. Krilati oblik tela predstavlja poseban izazov za projektovanje sistema toplotne zaštite (TPS)—materijala otpornih na toplotu koji štite letelicu od visokih temperatura pri ponovnom ulasku. Ovi dodatni troškovi znače da je nepraktično dizajnirati svemirski avion za jedan let. Moraju se koristiti iznova i iznova da bi bili održivi.
Za svemirske avione postoji interesovanje od najranijih dana ljudskog svemirskog leta. Projekat vojnog svemirskog aviona pod nazivom Dina-Soar započet je u SAD 1957. godine, a zatim otkazan odmah nakon početka izgradnje. Vozilo je bilo sofisticirano za svoje vreme, napravljeno od legure metala koja je u stanju da izdrži visoke temperature i ima toplotni štit na prednjoj strani koji je mogao da se odvoji nakon što se vrati iz svemira, tako da je pilot mogao jasno da vidi dok sleće.
Spejs šatl, koji je ušao u upotrebu 1981. godine, bio je prvi operativni svemirski avion. Trebalo je da se lansira češće nego što je bio i da ima veću mogućnost ponovne upotrebe, ali se ispostavilo da je potrebna obimna obnova između lansiranja. Međutim, pokazao je sposobnost vraćanja astronauta i velikog tereta iz orbite.
Druge svemirske agencije investirale su 1980-ih i 1990-ih, u Evropi, sa svemirskim avionom Hermes, i Japanu sa vozilom HOPE. Oba programa su otkazana velikim delom zbog troškova. Sovjetski Savez je razvio sopstveno vozilo nalik šatlu pod nazivom Buran, koje je uspešno poletelo u svemir 1988. Program je otkazan nakon raspada Sovjetskog Saveza.
Svemirski avioni imaju posebne zahteve za završni deo svog putovanja — dok se vraćaju iz svemira. Tokom ponovnog ulaska u atmosferu, oni se zagrevaju na preko hiljadu stepeni Celzijusa dok putuju hipersoničnim brzinama od preko sedam kilometara u sekundi – više od 20 puta brže od brzine zvuka. Tup nos (gde je ivica letelice zaobljena) je idealan oblik jer smanjuje nakupljanje toplote u prednjem delu vozila.
Čak i tako, očekivane temperature koje doživljava letjelica mogu i dalje biti do 1600°C, što zahteva sistem termičke zaštite na spoljašnjoj strani vozila. Spejs šatl TPS je uključivao keramičke pločice koje su bile posebno otporne na toplotu i ojačanu matricu ugljenik-ugljenik koja je bila sposobna da izdrži temperature do 2400°C.
Gubitak šatla Kolumbija tokom ponovnog ulaska 2003. godine, uzrokujući smrt sedam astronauta, bio je rezultat proboja TPS-a na prednjoj ivici krila. Ovo je rezultat toga što je komad izolacione pene izleteo sa spoljnog rezervoara šatla tokom lansiranja Kolumbije i udario u krilo.
Ovaj problem sa penom se ponavljao kod šatla zbog načina na koji se lansirao sa strane spoljašnjeg rezervoara za gorivo. Ali noviji dizajn svemirskih aviona će leteti na vrhu konvencionalnih raketa, gde padanje pene nije problem.
Efikasan TPS ostaje od vitalnog značaja za budući uspeh svemirskih aviona, kao i sistemi koji prate TPS performanse u realnom vremenu.
Trenutno postoje dva operativna svemirska aviona, jedan kineski i jedan američki, koji mogu da dođu u orbitu. Malo je informacija dostupno o kineskom Shenlongu, ali je američki vojni X-37B poznatiji. Teško blizu pet tona pri lansiranju, devet metara dugo vozilo bez posade lansira se konvencionalnom raketom i autonomno sleće na pistu na kraju svoje misije.
TPS modela X-37B koristi pločice slične šatlu preko donje površine sa jeftinijom alternativom ojačanom ugljeniku pod nazivom Tufroc, razvijenom za X37B, na nosu i prednjim ivicama.
Uskoro bi im se trebao pridružiti Dream Chaser, koji je kompanija razvila za nošenje i tereta i astronauta, ali NASA želi da dokaže svoju sigurnost pre nego što preveze ljude tako što će ga koristiti za prevoz tereta do svemirske stanice. Sposobnost vraćanja relativno krhkog tereta na površinu zbog mekšeg sletanja je ključna sposobnost. Pločice koje štite Dream Chaser su napravljene od silicijum dioksida i svaka ima jedinstveni oblik koji odgovara oblasti na vozilu koju je dizajnirana da zaštiti.
Postoji kontinuirano interesovanje za svemirske avione zbog njihove sposobnosti da vrate posadu i teret na pistu. Potražnja za ovom sposobnošću je sada ograničena. Ali ako troškovi lansiranja u svemir nastave da padaju i ekspanzija industrije u svemiru poveća potražnju, oni će postati sve održivija alternativa kapsulama.
Dugoročno, postoji i potencijal za svemirske avione koji mogu da dostignu orbitu nakon poletanja sa piste. Izazovi razvoja ovih jednostepenih vozila u orbitu (SSTO) su značajni. Međutim, koncepti kao što je Skilon vozilo dovode do tehničkog razvoja koji bi na kraju mogao podržati razvoj SSTO plovila.
U doglednoj budućnosti, svemirski avioni izgledaju obećavajuće iz sledećih razloga: nove tehnike projektovanja, poboljšani materijali za TPS, napredno kompjutersko modeliranje i alati za simulaciju za optimizaciju različitih aspekata dizajna i parametara leta i kontinuirano poboljšanje pogonskih sistema.
S obzirom na to da nekoliko vlada, svemirskih agencija i privatnih kompanija širom sveta ulaže velika sredstva u istraživanje i razvoj svemirskih aviona, mogli bismo videti budućnost u kojoj letovi sa ovim vozilima postaju rutinski.
