British Aerospace HOTOL - British Aerospace HOTOL

Для общей концепции горизонтального взлета и посадки см. CTOL.

Художественное изображение HOTOL

HOTOL, за Горизонтальный взлет и посадка, были 1980-е Британский дизайн для одноступенчатый на орбиту (SSTO) космоплан это должно было быть приведено в действие воздушно-реактивный двигатель. Разработка велась консорциумом во главе с Rolls-Royce и British Aerospace (BAe).

Разработан как одноступенчатый на орбиту (SSTO) многоразовая крылатая ракета-носитель HOTOL должна была быть оснащена уникальным воздушно-реактивным двигателем RB545 или Swallow, который разрабатывался британским производителем двигателей Rolls-Royce. Топливо для двигателя технически состояло из смеси жидких водород /жидкость кислород; однако он должен был использовать новые средства для резкого снижения количества окислителя, необходимого для перевозки на борту, за счет использования атмосферного кислорода при подъеме космического корабля через нижние слои атмосферы. Так как окислитель обычно составляет большую часть взлетной массы ракеты, HOTOL должен был быть значительно меньше, чем у обычных чисто ракетных конструкций, примерно размером с авиалайнер средней дальности, такой как Макдоннелл Дуглас DC-9 / МД-80.

В то время как HOTOL доказательство концепции Проводились проектные исследования, предпринимались попытки как промышленностью, так и правительством Великобритании наладить международное сотрудничество для разработки, производства и развертывания космического корабля. Несмотря на интерес американцев к программе, у участников не было особого аппетита. Европейское космическое агентство (ESA), и британское правительство не было готово отказаться от сотрудничества с ESA. Кроме того, возникли технические проблемы, и были заявления о том, что сравнение с альтернативными системами запуска, такими как обычная ракетная машина, использующая аналогичные методы строительства, не показало большого преимущества для HOTOL. В 1989 году финансирование проекта закончилось. Прекращение разработки HOTOL привело к формированию Reaction Engines Limited (REL) для разработки и производства Skylon, предлагаемый космический аппарат на основе технологий HOTOL, включая его воздушно-реактивный двигатель.

Разработка

Происхождение

Идеи, лежащие в основе HOTOL, возникли в результате работы британского инженера. Алан Бонд в области реактивных двигателей с предварительным охлаждением. Бонд специально провел это исследование с намерением создать жизнеспособный двигатель для питания космического пространства. система запуска.[1] В 1982 г. British Aerospace (BAe), которая была основным европейским спутник -конструктор, начал изучать перспективную новую систему запуска с целью обеспечения затрат на запуск, которые составляли 20% от американских Космический шатл управляется НАСА.[2] BAe стало известно о работе британского производителя двигателей Rolls-Royce на подходящем двигателе, и вскоре был задуман беспилотный, полностью многоразовый одноступенчатый на орбиту (SSTO) крылатый космоплан в качестве ракеты-носителя.[2]

Таким образом, вскоре проект превратился в совместное предприятие BAe и Rolls-Royce во главе с Джон Скотт-Скотт и Д-р Боб Паркинсон.[2] Вначале была амбиция «европеизировать» проект и привлечь другие страны к его разработке и производству, поскольку было признано, что для финансирования полномасштабной разработки потребуется около 4 миллиардов фунтов стерлингов.[2] В августе 1984 года BAe представила публичную демонстрацию проекта спутниковой пусковой установки HOTOL и опубликовала подробности о предполагаемых операциях.[3]

В декабре 1984 г. Департамент торговли и промышленности (DTI) меморандум отметил, что Западная Германия интересовался программой, а Франция занял критическое отношение к HOTOL, которое министерство рассматривало как потенциально из-за того, что оно рассматривается как конкурент французским проектам. Согласно Министр торговли и промышленности Джеффри Патти, Французское дипломатическое давление, чтобы заручиться поддержкой своих собственных Гермес космический корабль непреднамеренно вызвал поддержку и интерес среди Европейское космическое агентство (ESA) в проекте HOTOL.[3] Несмотря на эту атмосферу неуверенного интереса и возможной поддержки со стороны Европы, в британском правительстве в целом проявлялось нежелание брать на себя инициативу по созданию новой космической ракеты-носителя.[3]

Американский интерес и исследование дизайна

В марте 1985 г. появились сообщения о том, что Rolls-Royce проводил лицензирование переговоры о технологии двигателей HOTOL с американской двигательной компанией Rocketdyne.[3] В апреле 1985 года Патти написала Государственный секретарь по обороне Майкл Хезелтин предложить двухлетний 3 миллиона фунтов стерлингов доказательство концепции исследование будет проводиться под государственно-частное партнерство договоренность, состоящая из 1 миллиона фунтов стерлингов, предоставленных правительством Великобритании, а оставшаяся часть финансируется самими Rolls-Royce и BAe. Патти рассуждала, что проект послужит «стратегическому потенциалу Великобритании» и что испытания ключевых технологий могут способствовать международному сотрудничеству.[3] По данным аэрокосмического издания Международный рейс, поддержка Министерство обороны (МО) было критически важно, так как конструкция двигателя HOTOL была засекречена.[3][2]

В июле 1985 года технический директор Rolls-Royce Гордон Льюис заявил, что фирма стремилась привлечь Royal Aircraft Establishment (RAE), и что Rolls-Royce не был готов инвестировать собственные средства в разработку двигателей для HOTOL.[3] Ко второй половине 1985 года началась работа над двухлетним исследованием концепции доказательства.[3] Вначале существовало значительное давление, чтобы продемонстрировать осуществимость и надежность проекта до того, как ЕКА будет принимать окончательные решения по «Гермесу» и тому, что станет Ариана 5 системы запуска, поэтому работа была сосредоточена на валидации задействованных критических технологий.[2]

К ноябрю 1985 года в ходе обсуждений DTI и RAE было отмечено, что Rolls-Royce искал американские данные о ПВРД технология для поддержки их работы над движком, который он назвал именем Глотать.[3] Как сообщается, ВВС США интересовались технологиями, использованными в двигателе Swallow для собственных целей.[2] В ноябре 1985 г. премьер-министр Маргарет Тэтчер, Министр без портфеля Дэвид Янг и Президент США Рональд Рейган научный руководитель Джордж Кейворт отметил интерес Америки к сотрудничеству по развитию гиперзвуковой транспортных средств, таких как HOTOL, и что прототип мог летать уже в 1990 году.[3]

Согласно архивам британского правительства, ни BAe, ни Министерство обороны не были в восторге от перспектив участия Америки в программе, выражая нежелание из-за веры в то, что в результате такого шага Великобритания станет младшим участником проекта, который она однажды привел.[3] Также существовало мнение, что, если Великобритания решит объединиться с Соединенными Штатами, она окажется вне работы над будущими европейскими пусковыми установками.[2] Однако компания Rolls-Royce считала необходимым трансатлантическое сотрудничество.[3] Глава будущего бизнеса BAe Питер Кончи заявил, что, если возможно, HOTOL должен стать частью европейской космической структуры.[2] В начале 1986 года британское правительство официально одобрило двухлетнее исследование.[3]

Проблемы и критика

В декабре 1984 года консультант по управлению проектом Дэвид Эндрюс выступил с критикой программы на восьми страницах, отметив, что конструкция была оптимизирована для подъема и подвергалась воздействию длительных тепловых нагрузок во время спуска из-за низкого уровня тащить. Он также утверждал, что у машины не было возможностей, которые ранее не были доступны; BAe ответила, что на критику был дан ответ.[3] В апреле 1985 г. Министерство обороны Заместитель контролера отдела исследований и разработок Джеймс Барнс заявил, что у HOTOL нет обоснования и что в отношении таких транспортных средств нет требований защиты. Он также отметил, что «инженерные проблемы значительны» и что он вряд ли будет введен в эксплуатацию до 2020-х годов; Барнс также отметил, что двигатель HOTOL «гениален».[3]

В ноябре 1985 г. RAE опубликовало оценку предложения HOTOL по исследованию; организация считает, что на разработку HOTOL потребуется до 20 лет, а не 12-летний график, который предусматривался промышленностью. RAE также прогнозировало, что проект будет иметь ориентировочную общую стоимость в 5 миллиардов фунтов стерлингов (по состоянию на 1985 год), из которых 750 миллионов фунтов стерлингов потребуются на шестилетнем этапе определения и примерно 25 миллионов фунтов стерлингов на предварительном этапе. -определение технико-экономического обоснования.[3]

В ходе разработки было обнаружено, что сравнительно тяжелый двигатель, расположенный сзади, сместил центр масс машины назад. Это означало, что машина должна была быть спроектирована так, чтобы центр сопротивления двигался как можно дальше назад, чтобы обеспечить устойчивость во время всего режима полета. Переделка машины для этого потребовала большой массы гидравлических систем, которые стоили значительную часть полезной нагрузки и сделали экономику неясной.[4] В частности, некоторые результаты анализа, казалось, указывали на то, что подобная технология, применяемая к чисто ракетному подходу, даст примерно такие же характеристики при меньших затратах.

Неисправность

К 1989 году перспективы HOTOL стали мрачными; с самого начала реализации проекта поддержка между британским правительством и промышленными партнерами была неравномерной, в то время как Соединенные Штаты оказались единственной иностранной страной, проявившей готовность внести свой вклад в программу,[3] отчасти из-за секретности, окружающей программу. Для европейского участия было мало перспектив, поскольку ЕКА решило продолжить разработку того, что впоследствии станет Ариана 5, обычная космическая система запуска.[3] Rolls-Royce вышла из проекта, посчитав, что возможный рынок двигателя вряд ли будет достаточно большим, чтобы покрыть затраты на разработку.[5] Британское правительство отказалось предоставить HOTOL дополнительное финансирование. Проект был почти на завершающей стадии разработки, в то время как большая часть планов оставалась в стадии предположения; Сообщается, что на тот момент у корабля все еще были проблемы с аэродинамикой и эксплуатационными недостатками.

Преемники

Более дешевый редизайн, Временный HOTOL или же HOTOL 2, который должен был запускаться с обратной стороны модифицированного Антонов Ан-225 Мрия транспортный самолет была продвинута BAe в 1991 году; однако и это предложение было отклонено. Конструкция Interim HOTOL должна была отказаться от цикла двигателя с воздушным дыханием и была разработана для использования вместо этого более традиционной смеси LOX и жидкого водорода в качестве топлива.

В 1989 году соавтор HOTOL Алан Бонд и инженеры Джон Скотт-Скотт и Ричард Варвилл создали Reaction Engines Limited (REL), которая с тех пор работает над новым воздушно-реактивным двигателем, САБРА, в которой использовались альтернативные конструкции для обхода (и улучшения) патентов Rolls-Royce, а также Skylon автомобиль, предназначенный для решения проблем HOTOL. Впервые они опубликовали эти концепции двигателей и космических аппаратов в 1993 году.[6] и с тех пор разрабатывает основные технологии, в частности двигатель и его предохладитель с регулируемым замораживанием; первоначально поддерживалось частным финансированием, но в последнее время при поддержке Европейское космическое агентство, то Британский национальный космический центр, то Космическое агентство Соединенного Королевства, BAe,[7] и Исследовательская лаборатория ВВС. По состоянию на 2017 год REL планирует продемонстрировать готовый к полету предохладитель, работающий в смоделированных условиях полета, в 2018 году и провести статические испытания демонстрационного сердечника двигателя в 2020 году.

Дизайн

Обзор

HOTOL задумывался как беспилотный, полностью многоразовый одноступенчатый на орбиту (SSTO) крылатый космоплан. Беспилотный корабль предназначался для размещения полезной нагрузки от 7 до 8 человек. тонны на орбите, на высоте 300 км.[8] Он должен был взлетать с взлетно-посадочной полосы, установленной на задней части большой тележки с ракетным наддувом, которая должна была помочь ему набрать «рабочую скорость». Двигатель должен был переключиться с реактивного движения на чисто ракетное на высоте 26–32 км, к этому времени корабль будет лететь на Мах 5 до 7. После достижения низкая околоземная орбита (LEO), HOTOL должен был вернуться в атмосферу и спланировать вниз, чтобы приземлиться на обычной взлетно-посадочной полосе (минимум около 1500 метров). Одновременно можно было нести только одну полезную нагрузку, поскольку BAe посчитала это более экономичным, поскольку это устраняет любую потребность в спутниковом интерфейсе и позволяет адаптировать миссии к индивидуальным требованиям.[8]

Во время высотной фазы его система управления полетом были бы связаны с наземными станциями и с космическими глобальная навигационная система навигация, а радар использовались бы на этапах взлета и посадки. Помимо размещения спутников в геостационарная орбита или LOE, HOTOL также проектировался как способный также выполнять поиск спутников и оборудования из LOE.[8] В рекламных материалах BAe изображена стыковка HOTOL с Международная космическая станция (ISS), подвиг, который, по утверждению компании, потребовал бы пилотируемых операций, поскольку в то время автоматизированные системы не были способны выполнять такие маневры.[8] HOTOL был разработан для проведения полностью автоматизированных беспилотных полетов; однако на более позднем этапе планировалось повторно ввести пилотный проект. Пилотируемые операции потребовали бы установки специального под давлением модуль в отсеке для полезной нагрузки.[8]

Согласно проекту, HOTOL должен был иметь длину 62 метра, высоту 12,8 метра, диаметр фюзеляжа 5,7 метра и размах крыла 19,7 метра.[8] Он отличался конструкцией крыла, заимствованной у Конкорд; его большая площадь привела к относительно низкой нагрузке на крыло, что привело бы к более низким температурам входа в атмосферу (никогда не превышающим 1400 ° C).[8] Построен из углеродный композит материалов, не было бы необходимости в использовании изоляционных плиток, подобных тем, из которых состоит Система тепловой защиты Space Shuttle. Уложенное внутри шасси шасси было бы слишком маленьким, чтобы выдержать вес полностью заправленной ракеты, поэтому для аварийной посадки потребовалось бы сливать топливо.[8]

Rolls-Royce RB545 «Ласточка»
Страна происхожденияобъединенное Королевство
ДизайнерRolls-Royce
ЗаявлениеОдноступенчатый на орбиту
Связанный L / VHOTOL
ПредшественникСАТАНА
Положение делОтменено
Жидкостный двигатель
ПропеллентВоздуха и LO2 / жидкий водород[5]
ЦиклКомбинированный цикл реактивный двигатель с предварительным охлаждением и ракетный двигатель замкнутого цикла
Конфигурация
Соотношение форсунок100:1
Спектакль
Тяга (вакуум)Прибл. 735 кН (165000 фунтовж)
Тяга (SL)Прибл. 340 кН (76000 фунтовж)
Отношение тяги к массеДо 14 (атмосферное)
язр (Vac.)4,500 Н ‑ с / кг (460 с)
язр (SL)14,780 Н ‑ с / кг (1,507 с)
Размеры
Сухой вес2500 кг (5500 фунтов) (без учета поступления и разлива)
Рекомендации
Рекомендации[5](p172)

Двигатель

RB545, которому производитель, британский производитель двигателей, дал название "Swallow". Rolls-Royce, был воздушно-реактивным двигателем.[3] Он функционировал бы как интегрированная силовая установка двойного назначения, будучи способной дышать воздухом при работе в атмосфера и работает так же, как и ракета достигнув уровня, близкого к НОО и внутри него.[9] Этот двигатель также мог бы привести космический корабль в гиперзвуковой скорости. Это был важнейший элемент программы, который публично объявили «сердцем очень низких затрат на запуск Hotol».[8]

Точные детали этого двигателя были покрыты Закон о государственной тайне Соединенного Королевства; следовательно, имеется относительно мало общедоступной информации о его разработке и работе. Однако позже материал был рассекречен, когда политика правительства изменилась, чтобы предотвратить сохранение секретных патентов без приписываемых оснований.[10][5]

Воздух забирается в атмосферу через два вертикально установленных приемные пандусы, тогда поток будет разделен, пропуская нужное количество в предохладители, а излишек - в каналы. Водород из топливных баков будет проходить через два теплообменники для предварительного охлаждения воздуха перед вводом высокого общего перепада давления турбореактивный -подобный цикл двигателя - нагретый водород приводит в движение турбину, чтобы сжимать и подавать охлажденный воздух в ракетный двигатель, где он сжигается с частью водорода, используемого для охлаждения воздуха. Большая часть оставшегося горячего водорода была выпущена из задней части двигателя, а небольшое количество отводилось для повторного нагрева воздуха в разливных каналах в прямоточном воздушно-реактивном двигателе для создания «отрицательного сопротивления импульса впуска».[а] Эти ПВРД обычно изображались в виде двух светящихся красных кружков под ракетными двигателями на фотографиях HOTOL.[нужна цитата ]

Чтобы предотвратить обледенение предохладителей, первый предохладитель охладил воздух до температуры примерно на 10 градусов выше точки замерзания, чтобы сжижить водяной пар в воздухе. Затем в воздушный поток впрыскивали бы LOX, чтобы понизить температуру до -50 ° C (-58 ° F), мгновенно замораживая воду в микроскопические кристаллы льда, достаточно холодные, чтобы они не таяли из-за кинетического нагрева, если бы они ударили второй элементы предохладителя. Водоотделитель мог быть добавлен после первого предохладителя, если рабочие условия приводили к избытку влаги.[11]

Когда использование атмосферы для горения стало невозможным, RB545 переключился на использование бортового жидкого кислорода (LOX) для сжигания водорода в качестве высокоэффективной водородно-кислородной ракеты.[3]

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ BBC Four: Три ракетчика. BBC. Получено 14 сентября 2012.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я Moxon 1986, стр. 38.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т Коппингер, Роб (23 февраля 2009 г.). «Секретные файлы свидетельствуют об интересе США к космическому самолету UK HOTOL». Международный рейс.
  4. ^ «Устная история британской науки». Британская библиотека. 8 ноября 2010 г.. Получено 19 июля 2016.
  5. ^ а б c d е Хемпселл, Марк (май 1993 г.). «Раскрыты секретные двигатели HOTOL». Космический полет. Vol. 35 нет. 5. Лондон: Британское межпланетное общество. С. 168–172. ISSN  0038-6340.
  6. ^ Варвилл, Ричард; Бонд, Алан (май 1993 г.). «СКИЛОН: ключевой элемент будущей космической транспортной системы». Космический полет. Vol. 35 нет. 5. Лондон: Британское межпланетное общество. С. 162–166. ISSN  0038-6340.
  7. ^ Норрис, Гай (1 ноября 2015 г.). "BAE делает ставку на разработку гиперзвуковых реактивных двигателей". Aviationweek.com. Авиационная неделя и космические технологии. Получено 1 ноября 2015.
  8. ^ а б c d е ж грамм час я Moxon 1986, стр. 40.
  9. ^ Moxon 1986, стр. 38, 40.
  10. ^ Доктор Боб Паркинсон обсуждает HOTOL в устном интервью записано для Национальные истории жизни проект Устная история британской науки на Британская библиотека
  11. ^ Патент Великобритании 2241537, "Предотвращение обледенения воздухозаборников авиакосмических движителей", опубликовано 4 сентября 1991 г., выпущено 12 августа 1992 г., передано Rolls Royce Plc. 

Библиография

Примечания

  1. ^ В связи с разделением обязанностей в проекте HOTOL компания Rolls-Royce отвечала за двигатель, а BAe - за аэродинамику. Когда BAe захотела добавить ПВРД, он не смог обеспечить тягу, потому что за это отвечал двигатель, поэтому вместо этого это был механизм для уменьшения лобового сопротивления.[5]

внешняя ссылка