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...“

 

X-30 NASP early version study proposal hypersonic space shuttle
National AeroSpace Plane DARPA Cooper Canyon airbreathing ramjet

 

NASP National Aero Space Plane X-30 hypersonic space plane vehicle military Cooper Canyon scramjet ramjet

 

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.

 

National AeroSpace Plane X-plane X-30 NASP military space shuttle

 

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.

 

X-30 NASP

 

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.

 

Rockwell X-30 NASP proposal NASA USAF military space plane "orient express"

 

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.

 

McDonnell Douglas NASP proposal USAF NASA military national aerospace plane vehicle shuttle space bomber reconnaissance   MDD X-30 NASP cooper canyon military DARPA USAF NASA

 

McDonnell Douglas X-30 NASP airbreathing

 

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).

 

Boeing TSTO NASP proposal study booster first stage X-30 aerospace hypersonic scramjet combined cycle engine

 

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.