HOTOL , для горизонтального взлета и посадки , был британским проектом 1980-х годов для одноступенчатого орбитального космического самолета (SSTO), который должен был приводиться в движение воздушно-реактивным двигателем . Разработка велась консорциумом во главе с Rolls-Royce и British Aerospace (BAe).
HOTOL, спроектированный как многоразовая крылатая ракета-носитель с одноступенчатым выводом на орбиту (SSTO), должен был быть оснащен уникальным воздушно-реактивным двигателем RB545 или Swallow, который разрабатывался британским производителем двигателей Rolls-Royce. Топливо для двигателя технически состояло из смеси жидкого водорода и жидкого кислорода ; однако он должен был использовать новые средства для резкого уменьшения количества окислителя, необходимого для перевозки на борту, за счет использования атмосферного кислорода, когда космический корабль поднимался через нижние слои атмосферы. Поскольку окислитель обычно составляет большую часть взлетной массы ракеты, HOTOL должен был быть значительно меньше, чем у обычных ракет, рассчитанных на чистую ракету, примерно размером с среднемагистральный авиалайнер, такой как.Макдоннелл Дуглас DC-9 / MD-80.
В то время как HOTOL проводил исследования по проверке концепции проекта, как промышленность, так и британское правительство предпринимали попытки наладить международное сотрудничество для разработки, производства и развертывания космического корабля. Несмотря на интерес Америки к программе, у членов Европейского космического агентства (ЕКА) не было особого аппетита , и британское правительство не было готово отказаться от сотрудничества с ЕКА. Кроме того, возникли технические проблемы, и были утверждения 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 формированиюРеакция Engines Limited (REL) для разработки и производства Skylon , предлагаемого космического корабля, основанного на технологиях HOTOL, включая его воздушно-реактивный двигатель.
Развитие [ править ]
Истоки [ править ]
Идеи, лежащие в основе HOTOL, возникли в результате работы, проделанной британским инженером Аланом Бондом в области реактивных двигателей с предварительным охлаждением. Бонд специально выполнил это исследование с намерением создать жизнеспособный двигатель для запуска космической системы . [1] В 1982 году компания British Aerospace (BAe), которая была основным производителем спутников в Европе, начала изучать перспективную новую систему запуска с целью обеспечения затрат на запуск, которые составляли 20 процентов от стоимости американского космического корабля "Шаттл", эксплуатируемого НАСА . [2] BAe стало известно о работе британского производителя двигателей Rolls-Royce.на подходящем двигателе, и вскоре задумал беспилотным, полностью многоразовой одноступенчатой-к-орбите (SSTO) крылатого космического самолета в качестве ракеты - носителя. [2]
Таким образом, вскоре проект стал совместным предприятием BAe и Rolls-Royce под руководством Джона Скотта-Скотта и доктора Боба Паркинсона . [2] Вначале существовала 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 компания BAe представила публичную демонстрацию проекта спутниковой пусковой установки HOTOL и опубликовала подробную информацию о предполагаемых операциях. [3]
В декабре 1984 года в меморандуме Министерства торговли и промышленности (DTI) отмечалось, что Западная Германия была заинтересована в программе, в то время как Франция заняла критическое отношение к HOTOL, которое министерство рассматривало как потенциально из-за того, что оно рассматривается как конкурент Франции. проекты. По словам министра торговли и промышленности Джеффри Патти , давление французской дипломатии с целью заручиться поддержкой своего собственного космического корабля Hermes непреднамеренно вызвало поддержку и интерес среди членов Европейского космического агентства (ESA) к проекту HOTOL. [3]Несмотря на 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]
Исследование американских интересов и дизайна [ править ]
В марте 1985 года появились сообщения о том, что Rolls-Royce вела переговоры о лицензировании технологии двигателей HOTOL с американской компанией Rocketdyne . [3] В апреле 1985 года Патти написала госсекретарю по делам обороны Майклу Хезелтину с предложением провести двухлетнее обоснование концепции на сумму 3 миллиона фунтов стерлингов в рамках государственно-частного партнерства , состоящего из 1 миллиона фунтов стерлингов, предоставленных правительством Великобритании. а остальная часть финансируется самими Rolls-Royce и BAe. Патти рассудила, что проект послужит «стратегическому потенциалу Великобритании» и что испытания ключевых технологий могут способствовать международному сотрудничеству [3].Согласно аэрокосмическому изданию Flight International , поддержка Министерства обороны (МО) была критической, поскольку конструкция двигателя HOTOL была засекречена. [3] [2]
В июле 1985 года технический директор Rolls-Royce Гордон Льюис заявил, что фирма стремилась привлечь силовую группу 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 системой запуска Ariane 5 , поэтому работа была сосредоточена на валидации критических технологий. участвует. [2]
К ноябрю 1985 года в ходе обсуждений DTI и RAE было отмечено, что Rolls-Royce искал американские данные о прямоточном воздушно-реактивном двигателе для поддержки своей работы над двигателем, который был назван Swallow . [3] Сообщается, что ВВС США интересовались технологиями, использованными в двигателе Swallow для их собственных целей. [2] В ноябре 1985 года в ходе переговоров между премьер-министром Маргарет Тэтчер , министром без портфеля Дэвидом Янгом и научным советником президента США Рональда Рейгана Джорджем Кейвортом был отмечен интерес Америки к сотрудничеству в области развития.гиперзвуковые аппараты, такие как HOTOL, и что прототип мог летать уже в 1990 году. [3]
Согласно файлам 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 когда-то 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 должна стать частью европейской космической структуры. [2] В начале 1986 года британское правительство официально одобрило двухлетнее исследование.[3]
Проблемы и критика [ править ]
В декабре 1984 года консультант по управлению проектом Дэвид Эндрюс выступил с критикой программы на восьми страницах, отметив, что конструкция была оптимизирована для подъема, но при этом подвергалась длительным тепловым нагрузкам во время спуска из-за низкого уровня сопротивления . Он также утверждал, что автомобиль не обладал возможностями, которые ранее не были доступны; BAe ответил, что на критику был дан ответ. [3] В апреле 1985 г. Министерство обороныЗаместитель 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 полагала, 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 был сдвинут как можно дальше назад, чтобы обеспечить устойчивость во время всего режима полета. Модернизация 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 аналогичная технология, применяемая к чисто ракетному подходу, даст примерно такие же характеристики при меньших затратах.
Завершение работы [ править ]
К 1989 году перспективы HOTOL стали мрачными; С самого начала проекта поддержка между британским правительством и промышленными партнерами была неравномерной, в то время как Соединенные Штаты стали единственной иностранной страной, которая продемонстрировала готовность внести свой вклад в программу [3], отчасти из-за секретности, окружающей программа. Для европейского участия было мало шансов, поскольку ЕКА решило продолжить разработку того, что впоследствии станет Ariane 5 , традиционной космической системой 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 данный момент самолет все еще имел проблемы с аэродинамикой и эксплуатационными недостатками.
Преемники [ править ]
Более дешевый редизайн Interim HOTOL или HOTOL 2 , который должен был запускаться с задней части модифицированного транспортного самолета Антонов Ан-225 Мрия , был предложен 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 один из создателей HOTOL Алан Бонд и инженеры Джон Скотт-Скотт и Ричард Варвилл сформировали Reaction Engines Limited (REL), которая с тех пор работает над новым воздушно-реактивным двигателем SABER , в котором использовались альтернативные конструкции для обхода (и улучшения на) патенты Rolls-Royce и автомобиль Skylon, предназначенный для решения проблем HOTOL. Они впервые опубликовали эти концепции двигателей и космических аппаратов в 1993 г. [6] и с тех пор разрабатывают основные технологии, в частности двигатель и его предохладитель с регулируемым замораживанием; первоначально поддерживалось частным финансированием, но в последнее время при поддержке Европейского космического агентства , Британского национального космического центра., Космическое агентство Соединенного Королевства , BAe [7] и Исследовательская лаборатория ВВС . По состоянию на 2017 год [Обновить]REL планирует продемонстрировать готовый к полету предохладитель, работающий в смоделированных полетных условиях в 2018 году, и провести статические испытания демонстрационной активной зоны двигателя в 2020 году.
Дизайн [ править ]
Обзор [ править ]
HOTOL задумывался как беспилотный, полностью многоразовый крылатый одноступенчатый орбитальный космический самолет (SSTO). Беспилотный аппарат предназначался для вывода на орбиту полезной нагрузки массой от 7 до 8 тонн на высоте 300 км. [8] Он был предназначен для взлета 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 тому времени корабль будет развивать скорость от 5 до 7. После выхода на низкую околоземную орбиту.(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 сочла это более экономичным, поскольку это устраняло любую потребность в спутниковом интерфейсе и позволяло адаптировать миссии к индивидуальным требованиям. [8]
На высотном этапе его система управления полетом была бы связана с наземными станциями и с навигационной системой космической глобальной навигации, в то время как радар использовался бы на этапах взлета и посадки. В дополнение к выводу спутников на геосинхронную орбиту или LOE, HOTOL также планировался как способный выполнять поиск спутников и оборудования с LOE. [8] Рекламный материал BAe описывает стыковку HOTOL с Международной космической станцией (МКС), подвиг, который, по утверждению компании, потребовал бы пилотируемых операций, поскольку в то время автоматизированные системы не могли выполнять такие стыковочные маневры. [8]HOTOL был разработан для проведения полностью автоматизированных беспилотных полетов; тем не менее, на более позднем этапе планировалось повторно ввести пилотный проект. Пилотируемые операции потребовали бы установки специального герметичного модуля в отсеке 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 « Конкорда» ; его большая площадь привела к относительно низкой нагрузке на крыло, что привело бы к более низким температурам на входе (никогда не превышающим 1400 ° C). [8] Построенный из углеродных композитных материалов, не было бы необходимости в использовании изоляционных плиток, подобных тем, которые составляли систему тепловой защиты космического корабля "Шаттл" . Уложенное внутри шасси шасси было бы слишком маленьким, чтобы выдержать вес полностью заправленной ракеты, поэтому для аварийной посадки потребовалось бы сливать топливо.[8]
Двигатель [ править ]
| Страна происхождения | объединенное Королевство |
|---|---|
| Дизайнер | Rolls-Royce |
| Заявление | Одноступенчатый на орбиту |
| Связанный L / V | ХОТОЛ |
| Предшественник | САТАНА |
| Положение дел | Отменено |
| Жидкостный двигатель | |
| Пропеллент | воздух и жидкий кислород / жидкий водород |
| Цикл | Комбинированный реактивный двигатель с предварительным охлаждением и ракетный двигатель замкнутого цикла |
| Конфигурация | |
| Соотношение форсунок | 100: 1 |
| Спектакль | |
| Тяга (вакуум) | Прибл. 735 кН (165000 фунтов силы ) |
| Тяга (SL) | Прибл. 340 кН (76000 фунтов силы ) |
| Отношение тяги к массе | До 14 (атмосферное) |
| Я sp (Vac.) | 4,500 Н ‑ с / кг (460 с) |
| I sp (SL) | 14,780 Н ‑ с / кг (1,507 с) |
| Размеры | |
| Сухой вес | 2500 кг (5500 фунтов) (без учета поступления и разлива) |
| Рекомендации | |
| Рекомендации | [5] ( стр. 172 ) |
RB545, получивший название «Swallow» от британского производителя двигателей Rolls-Royce , представлял собой воздушно-реактивный ракетный двигатель. [3] Он мог бы функционировать как интегрированная силовая установка двойного назначения, будучи способной дышать воздухом при работе в атмосфере и работать так же, как ракета, когда достигала близкого расстояния и в пределах НОО. [9] Этот двигатель также был способен приводить космический корабль в движение до гиперзвуковых скоростей. Это был важнейший элемент программы, который публично назвал «сердцем очень низких затрат на запуск Hotol». [8]
Точные детали этого двигателя были охвачены Законом о государственной тайне Соединенного Королевства; следовательно, имеется относительно мало общедоступной информации о его разработке и работе. Однако материалы были позже рассекречены, когда политика правительства изменилась, чтобы предотвратить сохранение секретных патентов без приписываемых оснований. [10] [5]
Внутри атмосферы воздух забирается через две вертикально установленные впускные рампы , затем поток разделяется, передавая нужное количество в предохладители, а избыток - в каналы. Водород из топливных баков будет проходить через два теплообменника для предварительного охлаждения воздуха перед входом в цикл турбореактивного двигателя с высоким общим коэффициентом давления - нагретый водород приводит в действие турбину для сжатия и подачи охлажденного воздуха в ракетный двигатель. , где он сжигался вместе с водородом, используемым 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 момента впуска». [а]Эти ПВРД обычно изображались в виде двух светящихся красных кружков под ракетными двигателями на фотографиях HOTOL. [ необходима цитата ]
Чтобы предотвратить обледенение предохладителей, первый предохладитель охладил воздух примерно до 10 градусов выше точки замерзания, чтобы сжижить водяной пар в воздухе. Затем LOX впрыскивается в воздушный поток, 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 привели 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]
См. Также [ править ]
- NASP - ГПВРД, с которой HOTOL могла бы конкурировать
- Реакция Engines Skylon - продолжение проекта, который пытается избежать недостатков HOTOL
- Reaction Engines A2 - конструкция гиперзвукового антиподального авиалайнера
- Двигатель с жидкостным воздушным циклом - связанный с ним цикл двигателя, при котором воздух сжижается.
Ссылки [ править ]
Цитаты [ править ]
- ↑ BBC Four: The Three Rocketeers . BBC . Проверено 14 сентября 2012 года .
- ^ a b c d e f g h i Moxon 1986, стр. 38.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Роб Коппингер (23 февраля 2009 г.). «Секретные файлы свидетельствуют об интересе США к космическому самолету UK HOTOL» . Международный рейс .
- ^ "Устная история британской науки" . Британская библиотека. 8 ноября 2010 . Проверено 19 июля +2016 .
- ^ a b c d Хэмпселл, Марк (май 1993 г.). "Секретные двигатели HOTOL раскрыты". Космический полет . Vol. 35 нет. 5. Лондон: Британское межпланетное общество . С. 168–172. ISSN 0038-6340 .
- ^ 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 .
- ↑ Норрис, Гай (1 ноября 2015 г.). "BAE делает ставку на разработку гиперзвуковых реактивных двигателей" . Aviationweek.com . Авиационная неделя и космические технологии . Проверено 1 ноября 2015 года .
- ^ a b c d e f g h i Moxon 1986, стр. 40.
- Перейти ↑ Moxon 1986, pp. 38, 40.
- ^ Д - р Боб Parkinson обсуждает HOTOL в устной истории интервью , записанные для истории национальной жизни проект устной истории британской науки в Британской библиотеке
- ^ Патент GB 2241537 , «Предотвращение обледенения в воздухозаборники аэрокосмических движителей», опубликованном 4 сентября 1991, опубликованном 12 августа 1992 года назначен на Rolls Royce Plc
Библиография [ править ]
- Моксон, Джулиан (1 марта 1986 г.), «Хотол: где дальше?» , Flight International , Business Press International, 129 (4000), стр. 38–40, ISSN 0015-3710 , заархивировано с оригинала 22 октября 2012 г. - через FlightGlobal Archive
- Постлетуэйт, Алан (25 марта 1989 г.), «Хотол борется за жизнь» , Flight International , архивировано с оригинала 3 декабря 2013 г. (С подробным вырезом)
Заметки [ править ]
- ^ Из-за разделения ответственности в проекте HOTOL Rolls-Royce отвечала за двигатель, а BAe - за аэродинамику. Когда компания BAe хотела добавить прямоточный воздушно-реактивный двигатель, он не мог обеспечить тягу, потому что за это отвечал двигатель, поэтому вместо этого это был механизм для уменьшения лобового сопротивления [5]
Внешние ссылки [ править ]
- Рисунок в разрезе HOTOL на Wayback Machine (архивировано 30 января 2013 г.)
- Патент на заменяемые поверхности управления, относящийся к HOTOL
- Слушай д - р Боб Parkinson обсудить HOTOL в устной истории интервью , записанные для истории национальной жизни проект устной истории британской науки в Британской библиотеке
