El Proyecto Morpheus es un proyecto desarrollado por la NASA para crear un vehículo de prueba con un despegue y aterrizaje vertical llamado Aterrizador Morfeo para exponer a una aeronave con un nuevo sistema propulsor no-tóxico (metano y oxígeno) y una tecnología de detención de peligro y aterrizaje autónomo. El prototipo del aterrizador planetario es capaz de despegar y aterrizar de forma vertical. Los vehículos son diseñados por la NASA como aterrizadores robóticos que pueden despegar y aterrizar con de carga en la Luna. El prospecto es un motor que corre a partir de propulsores que no son solo más baratos y seguros para la Tierra, sino que también pueden ser potencialmente manufacturados en la Luna o incluso Marte. (Véase: Utilización de recursos in-situ.)
El prototipo Alfa fue manufacturado y ensamblado por el Centro Espacial Lyndon B. Johnson de la NASA y las instalaciones de Armadillo Aerospace cerca de Dallas. El prototipo del aterrizador es una "aeronave" que tiene alrededor de en diámetro, pesa aproximadamente y consiste de cuatro tanques propulsores esféricos de plata que tienen encima cajas aviónicas y una red de cables.
El proyecto está intentando un "desarrollo delgado" de las prácticas de ingeniería para ahorrar tiempo y costos. Otras actividades de este proyecto incluyen operaciones terrestres apropiadas, operaciones aéreas, seguridad de los recorridos e instigación de procesos para el desarrollo de software. Las almohadillas de aterrizaje y los centros de control también fueron construidos. Desde el inicio del proyecto en julio de 2010, alrededor de $14 millones de dólares fueron usados en materiales a lo largo de 4 años; así que el Proyecto Morpheus es considerado de bajo costo para la NASA. En el 2012, el proyecto contrató a 25 miembros del equipo de tiempo completo y a 60 estudiantes. En todo momento un promedio de 40 personas trabajaban en el proyecto. El Proyecto Morpheus diseñó y uso procesos y prácticas racionalizadas. El último vuelo del aterrizador Morpheus fue en diciembre de 2014. Ya que no había fondos para más vuelos, el aterrizador fue regresado al Centro Espacial Lyndon B. Johnson en febrero de 2015. Seis documentos formales fueron producidos por el proyecto. Al final de la revisión del proyecto el 12 de marzo de 2015, se estimó que se habían ahorrado $50 millones de dólares por los métodos de desarrollo delgado, minimizando la documentación, haciendo préstamos de materiales y comprando partes de tiendas Home Depot. thumb|El aterrizador Morpheus en posición de lanzamiento
Historia thumb|left|Proyecto Morpheus: El motor de oxígeno líquido/metano líquido, desarrollado por el centro Armadillo Aerospace con ayuda de la NASA fue probado en la cámara de vacío en la Instalaciones de Prueba de White Sands de la NASA El Proyecto Morpheus inició en julio de 2010 y fue nombrado en honor de Morpheus (Morfeo en español), el dios griego de los sueños. La aeronave Morpheus fue derivada del aterrizador experimental producido por el Proyecto M de la NASA con ayuda del centro Armadillo Aerospace. El "Proyect M" fue una iniciativa de la NASA para diseñar, desarrollar y aterrizar un robot humanoide en la superficie lunar en un plazo de 1000 días. El trabajo en algunos de los sistemas de aterrizaje inició en el 2006 cuando el Proyecto Constelación de la NASA planeaba el regreso del humano a la Luna.
En el año 2006, el centro Armadillo Aerospace inscribió al primer cohete aterrizador Pixels (cohete quad) en el Desafío del Aterrizador Lunar como parte del Desafío de Centenario de la NASA. El vehículo de prueba Morpheus #1 Unidad A fue lanzado por primera vez el 15 de abril de 2011. El nuevo motor de 4200 libras de fuerza (19,000 N) de Morpheus permitió a la NASA diseñar un vehículo más grande que su predecesor; una copia del Cohete aterrizador de Pixels del centro Armadillo Aerospace. El motor fue mejorado otra vez en el 2013 a 5,000 lb finalmente alcanzando 5,400 libras de fuerza (24,000 N). Un nuevo diseño del equipo de aterrizaje fue parte de los cambios mecánicos. La NASA también reemplazó la aviación; esto incluyó la distribución del poder y almacenamiento, instrumentación, computadora de vuelo, comunicación y software. El sistema de aterrizaje mejorado permitió a Morpheus aterrizar sin la ayuda de un piloto a diferencia de Cohete Pixels. Para seguridad del campo, el prototipo Morpheus #1 cae e la categoría de cohete guía suborbital re-usable. En julio de 2012, el prototipo de aterrizado fue enviado al Centro espacial John F. Kennedy para pruebas de vuelo libre en donde los medios fueron invitados a ver el aterrizador Morpheus.
El 9 de agosto de 2012, el prototipo del aterrizador Morpheus #1 Unidad A (Alpha) se estrelló después del despegue mientras realizaba su primer vuelo sin ataduras en el Centro espacial John F. Kennedy. Nadie salió herido y no hubo daños de propiedad, pero el vehículo fue dañado sin posibilidad de reparación. El proyecto investigó la causa del accidente y continuó construyendo la Unidad B (Beta). En el otoño del 2012, el Proyecto Morpheus y los equipos de ALHAT se combinaron.
En 7 de febrero de 2013, el equipo del Proyecto Morpheus puso en un blog que habían construido los vehículos 1.5B y 1.5C de Morpheus. Los vehículos pasaron por una serie de pruebas de vuelo dinámicos con combustible caliente estático en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson durante la primavera del 2013, en preparación del regreso de las pruebas de vuelo libre en el Centro espacial John F. Kennedy posteriormente ese año. El 1 de mayo de 2013, el reemplazo Morpheus #1.5 Unidad B fue probado en el Centro Espacial Lyndon B. Johnson. Las mejoras de este reemplazo incluyeron un motor principal de empuje de 5,400 libras de fuerza (24,000 N), un control de vector de empuje (TVC) e integró un sistema de control de reacción al metano (RCS). El 14 de junio de 2013, la reutilización rápida fue demostrada por dos vuelos que usaron el mismo aterrizador en el mismo día. En julio de 2013, los equipos de ALHAT fueron integrados y probados en el aterrizador. El 26 de septiembre de 2013, los vehículos realizaron 20 pequeños disparos de motor en varias condiciones mientras estaban atados al suelo. En noviembre de 2013, el aterrizador Bravo fue llevado a Centro espacial John F. Kennedy (KSC) en Florida para tres pruebas de vuelo. $750,000 de dólares en partes fueron compradas para hacer reemplazos al aterrizador. KSC limitó el sonido de la vibraciones del aterrizador ya que se levantaba por el diseño de una almohadilla de lanzador móvil con una trinchera en flamas incluida.
El vuelo libre 9 el 11 de marzo de 2014, fue el último vuelo previo a la integración de los sensores de ALHAT en el vehículo Bravo. El vuelo libre 14 el 28 de mayo de 2014, fue realizado en la noche usando a ALHAT como el sistema principal guía. Los peligros en el campo de pruebas fueron automáticamente evitados. En mayo de 2014, el Proyecto Morpheus formó parte del material de referencia para la iniciativa CATALYST Lunar de la NASA.
Un trabajo fue publicado en el 2013 revelando las lecciones aprendidas durante el desarrollo, que podrían resultar útiles para proyectos futuros. En el 2014, un trabajo describiendo la campaña integrada de pruebas incluyendo los vuelos libres fue publicado. Un artículo relatando una pequeña historia acerca del proyecto fue impreso en RocketSTEM el 11 de julio de 2014. En noviembre de 2014, se le agregaron sensores ALHAT al aterrizador Morpheus. Las nuevas ópticas permiten la Navegación Doppler Lidar para medir correctamente la velocidad relativa del vehículo en la tierra.
Objetivos
El objetivo principal del proyecto Morpheus es demostrar: El rendimiento del sistema integral del sistema autónomo de Guía, Navegación y Control (GN&C), Los sensores de terreno para evitar peligros, La combinación de los sensores con el GN&C, La utilización de una configuración quad de oxígeno líquido y metano líquido para un sistema de propulsión.
Específicamente, el proyecto Morpheus y el proyecto de Tecnología de Aterrizaje Autónomo para Anulación de Peligros (ALHAT) proveen las bases tecnológicas para componentes claves necesarios para el transporte humano más allá de la órbita baja terrestre.
El banco de pruebas puede ser ajustado opcionalmente con el equipo de la Tecnología de Aterrizaje Autónomo para Anulación de Peligros (ALHAT) de 400 libras (180 kg), permitiendo aterrizajes sin necesidad de interacción con un operador. ALHAT le permite al aterrizador volar a un locación específica con gran precisión y automáticamente evita peligros incluyendo pendientes de más de 5 grados y rocas más altas que 30 cm.
En junio de 2013, el equipo remarcó el potencial de escalar el aterrizador de 500 kg para producir un módulo habitable capaz de aterrizar con un equipo en lugares como la Luna.
Especificaciones del hardware.
+ Aterrizador Morpheus Descripción Tamaño Ref Carga útil 500 kg Masa en seco ~1100 kg Propulsores metano/oxígeno líquido Masa propulsores 2900 kg Tanques propulsores 4 off Presurización helio Alto 3.7 m Diámetro 3.7 m Motor principal HD5 Propulsores primarios RCS metano/oxígeno líquido Empuje RCS 22–67 N Propulsores de reserva RCS helio (He) Hardware opcional ALHAT Clase de láseres en ALHAT IV
+ Motor Morpheus (HD5) Descripción Tamaño Ref Empuje 24000 N Impulso específico 321 s Quemadura máxima (probada) 123 s Propulsores metano/oxígeno líquido Rango del acelerador 4:1 Radio de mezcla del combustible () - Radio de boquilla ratio () - Aire de inicio si Motor re-iniciable si Servicio máximo de vida () - Peso () - Cámara de presión () - Manufactura NASA JSC Rango mínimo para inyectar durante el encendido ~15 feet Costo de manufactura por motor (2013) $60,000
El vehículo del Proyecto Morpheus, Morpheus, es un vehículo a escala que la NASA pretende sea capaz de aterrizar un Robonaut o una carga útil similar en la superficie lunar. La aeronave realizará todas las quemas de propulsores después de la inyección translunar.
La navegación es completamente autónoma de la órbita lunar. Las mejoras en la navegación vienen de los láseres TRN y los rastreadores de estrellas después de la quema en la órbita. La navegación del espacio profundo recae en la métrica de radio y los rastreadores de estrellas.
Para ahorrar dinero y tiempo, los prototipos de aterrizador Morpheus son prototipos de "una sola cuerda"; esto significa que a diferencia de las aeronaves calificadas para vuelos en el espacio actúa estos no tiene un sistema redundante. Las excepciones son dichas abajo.
Morpheus #1.5 Unidad A
El motor quema los propulsores respetuosos con el medio ambiente de metano y oxígeno presurizado por helio. El motor HD5 de Morpheus produjo un empuje 4,200 libras de fuerza (19,000 N) compatible con el estado de ascenso del módulo LSAM. (Posteriormente mejorada para la Unidades B y C, véase abajo). El motor tiene un impulso específico (Isp) máximo durante un vuelo espacial de 321 segundos. El motor criogénico alimentado por presión soporta una estrangulación de 4:1 y afecta con un elemento inyector en el diseño. El motor es soportado por dos accionadores electromecánicos ortogonales (EMAs) para proveer impulso al control de vector de traducciones verticales, y actitudes de cabeceo y guiñada. Tiene cuatro tanques de diámetros, 2 para metano líquido y 2 para oxígeno líquido, capaces de contener alrededor de en propulsores. La masa en seco aproximada es de . Tamaño de alrededor de ().
La versión 1.5 del aterrizador, con el motor HD5, puede aterrizar en ; esto incluye el probar todos las quemaduras de propulsores después de un inyección translunar. El empuje del sistema de control de reacción (RCS) primario, usó el control del deslizador del aterrizador, metano y oxígeno líquido de los tanques principales. El empuje produjo 5–15 libras de fuerza (22–67 N). El respaldo del sistema de control de reacción usa helio (He).