British Aerospace HOTOL - British Aerospace HOTOL

Obecný koncept horizontálního vzletu a přistání viz CTOL.

Umělecké vyobrazení HOTOL

HOTOL, pro Horizontální vzlet a přistání, byla osmdesátá léta britský design pro a jednostupňový na oběžnou dráhu (SSTO) kosmická loď který měl být napájen z vzduchový dýchací proudový motor. Vývoj řídilo konsorcium vedené Rolls Royce a British Aerospace (Miláček).

Navrženo jako jednostupňový na oběžnou dráhu (SSTO) opakovaně použitelná okřídlená nosná raketa, HOTOL měl být vybaven jedinečným vzduchem dýchajícím motorem, RB545 nebo Swallow, který vyvíjel britský výrobce motorů Rolls-Royce. Pohonná látka pro motor technicky sestávala z kombinace kapaliny vodík /kapalný kyslík; mělo to však být použití nových prostředků k dramatickému snížení množství oxidačního činidla, které je třeba nést na palubě, využitím atmosférického kyslíku, když kosmická loď stoupala spodní atmosférou. Vzhledem k tomu, že okysličovadlo obvykle představuje většinu vzletové hmotnosti rakety, měl být HOTOL podstatně menší než normální konstrukce čisté rakety, což je zhruba velikost dopravního letadla na střední vzdálenost, jako je McDonnell Douglas DC-9 / MD-80.

Zatímco HOTOL ověření konceptu byla prováděna designová studie, pokusil se průmysl i britská vláda navázat mezinárodní spolupráci při vývoji, výrobě a nasazení kosmické lodi. Navzdory americkému zájmu o program byl mezi členy EU malý apetit Evropská kosmická agentura (ESA) a britská vláda nebyla připravena odchýlit se od spolupráce ESA. Kromě toho došlo k technickým problémům a objevila se tvrzení, že srovnání s alternativními odpalovacími systémy, jako jsou konvenční raketová vozidla používající podobné konstrukční techniky, nepřinesly společnosti HOTOL velkou výhodu. V roce 1989 financování projektu skončilo. Ukončení vývojových prací na HOTOL vedlo ke vzniku Reaction Engines Limited (REL) vyvíjet a vyrábět Skylon, navrhovaná kosmická loď založená na technologiích HOTOL, včetně jejího dýchacího motoru.

Rozvoj

Počátky

Myšlenky HOTOL pocházejí z práce provedené britským inženýrem Alan Bond v oblasti předchlazených proudových motorů. Bond konkrétně provedl tento výzkum s úmyslem vyrobit životaschopný motor pro pohon vesmíru odpalovací systém.[1] V roce 1982 British Aerospace (BAe), který byl evropským ředitelem satelit -builder, začal studovat perspektivní nový odpalovací systém s cílem poskytnout náklady na odpálení, které činily 20 procent Američana Raketoplán provozuje NASA.[2] BAe se dozvěděl o práci britského výrobce motorů Rolls Royce na vhodném motoru a brzy představen jako bezpilotní, plně znovu použitelný jednostupňový na oběžnou dráhu (SSTO) okřídlený vesmírný letoun jako nosná raketa.[2]

Projekt se tak brzy stal společným podnikem mezi BAe a Rolls-Royce pod vedením John Scott-Scott a Dr. Bob Parkinson.[2] Na počátku byla ambice projekt „evropeizovat“ a zapojit do jeho vývoje a výroby další národy, protože se uznávalo, že k financování rozvoje v plném rozsahu budou zapotřebí odhadované 4 miliardy GBP.[2] V srpnu 1984 představila společnost BAe veřejné představení projektu satelitního odpalovacího zařízení HOTOL a zveřejnila podrobnosti o navrhovaných operacích.[3]

V prosinci 1984, a Ministerstvo obchodu a průmyslu Memorandum (DTI) to uvedlo západní Německo zajímal se o program, zatímco Francie zaujala kritický postoj k HOTOL, který ministerstvo považovalo za potenciální, protože bylo považováno za konkurenta projektů vedených Francií. Podle Ministr obchodu a průmyslu Geoffrey Pattie Francouzský diplomatický tlak na získání podpory pro jeho vlastní navrhovaný Hermes vesmírné vozidlo nechtěně vyvolalo podporu a zájem mezi Evropská kosmická agentura (ESA) členy projektu HOTOL.[3] Navzdory tomuto ovzduší předběžného zájmu a možné evropské podpoře existovala v britské vládě obecný postoj neochoty převzít vedení u nového kosmického nosiče.[3]

Americká studie zájmu a designu

V březnu 1985 se objevila tvrzení, že Rolls-Royce je v procesu dirigování licencování hovoří o technologii motoru HOTOL s americkou pohonnou společností Rocketdyne.[3] V dubnu 1985 Pattie napsala Ministr obrany Michael Heseltine navrhnout dvouleté 3 miliony GBP ověření konceptu studie bude provedena pod a partnerství veřejného a soukromého sektoru ujednání, které se skládá z 1 milionu GBP poskytnutých vládou Spojeného království a zbytek je financován samotnými Rolls-Royce a BAe. Pattie usoudila, že projekt poslouží britské „strategické kapacitě a že testy klíčových technologií by mohly podpořit mezinárodní spolupráci.[3] Podle letecké publikace Flight International, podpora ministerstvo obrany (MO) byl kritický, protože byla klasifikována konstrukce motoru HOTOL.[3][2]

V červenci 1985 technický ředitel Rolls-Royce Gordon Lewis uvedl, že firma usilovala o zapojení společnosti Royal Aircraft Establishment Pohonná skupina (RAE) a Rolls-Royce nebyl připraven investovat své vlastní prostředky do vývoje motorů pro HOTOL.[3] Do druhé poloviny roku 1985 byly zahájeny práce na dvouleté studii konceptu důkazu.[3] Na počátku byl značný tlak na prokázání proveditelnosti a důvěryhodnosti projektu před konečnými rozhodnutími ESA o Hermes a o tom, co by se stalo Ariane 5 spouštěcí systém, takže se práce soustředila na validaci důležitých zapojených technologií.[2]

V listopadu 1985 diskuse DTI a RAE zaznamenaly, že Rolls-Royce hledá americké údaje ramjet technologie na podporu jejich práce na motoru, který to nazýval jménem Polykat.[3] Údajně United States Air Force zajímala technologie použitá v motoru Swallow pro jeho vlastní účely.[2] V listopadu 1985 proběhly diskuse mezi premiér Margaret thatcherová, Ministr bez portfeje David Young a Americký prezident Ronald Reagan vědecký poradce George Keyworth zaznamenal americký zájem o spolupráci na vývoji nadzvukový vozidla jako HOTOL a že prototyp mohl létat již v roce 1990.[3]

Podle britských vládních spisů ani BAe, ani MO nebyly nadšení pro vyhlídky na americké zapojení do programu, vyjádřili neochotu z přesvědčení, že výsledek takového kroku by mohl mít za následek, že by se Spojené království stalo juniorským členem projektu, který kdysi vedl.[3] Rovněž existovala víra, že pokud se Británie rozhodne spojit se Spojenými státy, ocitne se bez práce na budoucích evropských odpalovacích zařízeních.[2] Rolls-Royce však považoval transatlantickou spolupráci za nezbytnou.[3] Vedoucí budoucího podnikání BAe Peter Conchie uvedl, že pokud je to možné, měl by se HOTOL stát součástí evropského vesmírného rámce.[2] Na začátku roku 1986 britská vláda formálně schválila dvouletou studii.[3]

Problémy a kritika

V prosinci 1984 vydal poradce pro projektové řízení David Andrews osmistránkovou kritiku programu s tím, že návrh byl optimalizován pro výstup, zatímco se během sestupu vystavoval rozšířenému tepelnému zatížení kvůli nízké úrovni táhnout. Tvrdil také, že vozidlo nenabídlo žádnou schopnost, která již nebyla k dispozici; Společnost BAe odpověděla, že na kritiku byla odpovězena.[3] V dubnu 1985 Ministerstvo obrany Zástupce kontrolora oddělení výzkumu a vývoje James Barnes tvrdil, že HOTOL postrádal odůvodnění a že u těchto vozidel neexistují žádné požadavky na obranu. Poznamenal také, že „technické problémy jsou značné“ a že je nepravděpodobné, že vstoupí do služby až do 20. let 20. století; Barnes také poznamenal, že motor HOTOL je „důmyslný“.[3]

V listopadu 1985 RAE vydala hodnocení studijního návrhu HOTOL; organizace věří, že vývoj HOTOLu bude trvat až 20 let, než 12letý časový plán, který si průmysl představil. RAE rovněž předpokládá, že projekt bude mít odhadované celkové náklady ve výši 5 miliard GBP (podle jeho hodnoty v roce 1985), z nichž 750 milionů GBP bude vyžadováno v šestileté definiční fázi a odhadovaných 25 milionů GBP v předběžné -definiční studie proveditelnosti.[3]

Během vývoje bylo zjištěno, že poměrně těžký motor nesený vzadu posunul těžiště vozidla dozadu. To znamenalo, že vozidlo muselo být navrženo tak, aby tlačilo střed odporu co nejvíce dozadu, aby byla zajištěna stabilita během celého letového režimu. Přestavba vozidla k tomu vyžadovala velkou hmotnost hydraulických systémů, které stály značnou část užitečného zatížení, a učinila ekonomiku nejasnou.[4] Zejména se zdálo, že některé z analýz naznačují, že podobná technologie aplikovaná na čistý raketový přístup by poskytla přibližně stejný výkon při nižších nákladech.

Vypnout

Do roku 1989 se výhled HOTOL stal bezútěšným; od počátku projektu byla podpora mezi britskou vládou a průmyslovými partnery nerovnoměrná, zatímco Spojené státy se ukázaly jako jediný cizí národ, který projevil ochotu přispět k programu,[3] částečně kvůli utajení programu. Pro evropskou angažovanost byla malá naděje, protože ESA se rozhodla pokračovat v rozvoji toho, co se stane Ariane 5, konvenční systém vypouštění vesmíru.[3] Společnost Rolls-Royce od projektu odstoupila a je nepravděpodobné, že by případný trh s motorem byl dostatečně velký na to, aby splatil náklady na vývoj.[5] Britská vláda odmítla nabídnout další financování pro HOTOL. Projekt byl téměř na konci své návrhové fáze, zatímco většina plánů zůstala ve spekulativním stavu; v tomto bodě bylo plavidlo údajně stále pronásledováno aerodynamickými problémy a provozními nevýhodami.

Nástupci

Levnější redesign, Prozatímní HOTOL nebo HOTOL 2, který měl být spuštěn ze zadní části upraveného Antonov An-225 Mriya dopravní letadlo, byl propagován BAe v roce 1991; tento návrh však byl rovněž zamítnut. Konstrukce pro Interim HOTOL měla upustit od cyklu motoru dýchajícího vzduch a byla navržena tak, aby místo toho používala konvenčnější směs LOX a kapalného vodíku.

V roce 1989 spoluzakladatel HOTOL Alan Bond a inženýři John Scott-Scott a Richard Varvill Reaction Engines Limited (REL), který od té doby pracuje na novém motoru dýchajícím vzduch, ŠAVLE, který používal alternativní designy k obcházení (a vylepšování) patentů Rolls-Royce a Skylon vozidlo určené k řešení problémů HOTOL. Poprvé tyto koncepty motorů a kosmických lodí zveřejnily v roce 1993,[6] a od té doby vyvíjí klíčové technologie, zejména motor a jeho mrazuvzdorný předchladič; původně podporováno soukromým financováním, ale naposledy podporou z EU Evropská kosmická agentura, Britské národní vesmírné středisko, United Kingdom Space Agency, Miláček,[7] a Výzkumná laboratoř letectva. Od roku 2017 Plán REL předvést v roce 2018 předchladič připravený k letu pracující za simulovaných letových podmínek a staticky otestovat ukázkové jádro motoru v roce 2020.

Design

Přehled

HOTOL byl představen jako bezpilotní, plně opakovaně použitelný jednostupňový na oběžnou dráhu (SSTO) okřídlený vesmírný letoun. Bezpilotní plavidlo mělo dát užitečné zatížení kolem 7 až 8 tun na oběžné dráze ve výšce 300 km.[8] Mělo to vzlétnout z přistávací dráhy, namontované na zadní straně velkého raketově poháněného vozíku, který by pomohl dostat plavidlo na „pracovní rychlost“. Motor měl přejít z tryskového pohonu na čistý raketový pohon ve výšce 26–32 km, do té doby bude plavidlo cestovat v Mach 5 až 7. Po dosažení nízká oběžná dráha Země (LEO), společnost HOTOL měla znovu vstoupit do atmosféry a sklouznout dolů k přistání na konvenční dráze (minimálně přibližně 1 500 metrů). Současně by bylo přepravováno pouze jedno užitečné zatížení, protože společnost BAe to považovala za ekonomičtější, protože odstranila jakoukoli potřebu satelitního propojení a umožnila přizpůsobení misí individuálním požadavkům.[8]

Během své vysokohorské fáze jeho systém řízení letu by byly spojeny s pozemními stanicemi a s vesmírnými globální navigační systém navigace, zatímco radar by byly použity během fází vzletu a přistání. Kromě umístění satelitů do geosynchronní oběžná dráha nebo LOE, projekt HOTOL byl také navržen tak, aby byl schopen provádět také vyhledávání satelitů a hardwaru z LOE.[8] Propagační materiál BAe zobrazuje dokování HOTOL s Mezinárodní vesmírná stanice (ISS), výkon, o kterém společnost tvrdila, že by vyžadoval provoz s posádkou, protože automatizované systémy nebyly v té době schopny provádět takové dokovací manévry.[8] HOTOL byl navržen k provádění plně automatizovaných bezpilotních letů; v pozdější fázi však bylo zamýšleno potenciální opětovné zavedení pilota. Provoz s posádkou by vyžadoval instalaci vyhrazeného pod tlakem modul v nákladovém prostoru.[8]

Jak bylo navrženo, HOTOL by byl dlouhý 62 metrů, vysoký 12,8 metrů, průměr trupu 5,7 metru a rozpětí křídel 19,7 metrů.[8] To představovalo křídlo design, který byl odvozen od toho Concorde; jeho velká plocha vyústila v relativně nízké zatížení křídel, což by mělo za následek nižší teploty při návratu (nikdy nevystoupí nad 1400 ° C).[8] Postaveno z uhlíkový kompozit materiálů, nebylo by třeba používat izolační dlaždice podobné těm, které tvoří Systém tepelné ochrany raketoplánu. Interně uložený podvozek by byl příliš malý na to, aby unesl váhu plně poháněné rakety, takže nouzová přistání by vyžadovala vyložení paliva.[8]

Rolls-Royce RB545 "Vlaštovka"
Země původuSpojené království
NávrhářRolls Royce
aplikaceJednostupňový na oběžnou dráhu
Přidružený L / VHOTOL
PředchůdceSATAN
PostaveníZrušeno
Motor na kapalná paliva
Pohonná látkaVzduch a HLE2 / kapalný vodík[5]
CyklusKombinovaný cyklus předchlazený proudový motor a uzavřený cyklus raketového motoru
Konfigurace
Poměr trysek100:1
Výkon
Tah (vakuum)Cca. 735 kN (165 000 lb.F)
Tah (SL)Cca. 340 kN (76 000 lbF)
Poměr tahu k hmotnostiAž 14 (atmosférický)
Jásp (vakuum)4 500 N-s / kg (460 s)
Jásp (SL)14 780 N-s / kg (1507 s)
Rozměry
Suchá hmotnost2500 kilogramů (bez sání a úniku)
Reference
Reference[5](p172)

Motor

RB545, který dostal název „Swallow“ od svého výrobce, britského výrobce motorů Rolls Royce, byl raketový motor dýchající vzduch.[3] Fungovalo by to jako integrovaná dvouúčelová pohonná jednotka, která by byla schopná dýchat vzduch při provozu uvnitř atmosféra a funguje podobným způsobem jako a raketa když dosáhli blízko a uvnitř LEO.[9] Tento motor by byl také schopen pohánět kosmickou loď nadzvukový rychlosti. Byl to zásadní prvek programu, který byl veřejně označen jako „srdce velmi nízkých nákladů na spuštění společnosti Hotol“.[8]

Přesné podrobnosti o tomto motoru byly pokryty Zákon o úředních tajemstvích Spojeného království; v důsledku toho existuje relativně málo informací o jeho vývoji a fungování. Materiál však byl později odtajněn, když se změnila vládní politika, aby se zabránilo zachování tajných patentů bez přisuzovaného odůvodnění.[10][5]

Do atmosféry je vzduch nasáván dvěma vertikálně namontovanými sací rampy, pak by se tok rozdělil, předáním správného množství do předchladičů a přebytek do rozlitých potrubí. Vodík z palivových nádrží by procházel dvěma výměníky tepla k předchlazení vzduchu před zadáním vysokého celkového tlakového poměru proudový -jako cyklus motoru - ohřátý vodík pohánějící turbínu, aby stlačil a přiváděl ochlazený vzduch do raketového motoru, kde byl spalován s částí vodíku použitého k chlazení vzduchu. Většina zbývajícího horkého vodíku byla uvolněna ze zadní části motoru, přičemž malé množství bylo odtaženo k opětovnému ohřátí vzduchu v rozdělovacích kanálech v ramjetovém uspořádání za vzniku „negativního tahu hybnosti sání“.[A] Tyto ramjety byly na obrázcích HOTOL typicky znázorněny jako dva zářící červené kruhy pod raketovými motory.[Citace je zapotřebí ]

Aby se zabránilo zamrzání předchladičů, první předchladič ochladil vzduch přibližně na 10 stupňů nad bodem mrazu, aby zkapalnil vodní páru ve vzduchu. Pak by byl do proudu vzduchu vstřikován LOX, aby se teplota snížila na -50 ° C (-58 ° F), blesk zmrazí vodu na mikroskopické ledové krystaly, dostatečně studené, aby se neroztavily kvůli kinetickému ohřevu, kdyby narazily na druhý předchlazovací prvky. Pokud by provozní podmínky vedly k nadměrné vlhkosti, mohl by být po prvním předchladiči přidán vodní filtr.[11]

Když již nebylo možné použít ke spalování atmosféru, přepnul RB545 na spalování kapalného kyslíku (LOX) na palubě s vodíkem jako vysoce účinnou raketou na vodík / kyslík.[3]

Viz také

Reference

Citace

  1. ^ BBC Four: Tři Rocketeers. BBC. Citováno 14. září 2012.
  2. ^ A b C d E F G h i Moxon 1986, s. 38.
  3. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q r s t Coppinger, Rob (23. února 2009). „Tajné soubory odhalují zájem USA o vesmírnou loď HOTOL ve Velké Británii“. Flight International.
  4. ^ „Orální historie britské vědy“. Britská knihovna. 8. listopadu 2010. Citováno 19. července 2016.
  5. ^ A b C d E Hempsell, Mark (květen 1993). „Odhalení tajných motorů HOTOL“. Vesmírný let. Sv. 35 č. 5. Londýn: Britská meziplanetární společnost. str. 168–172. ISSN  0038-6340.
  6. ^ Varvill, Richard; Bond, Alan (květen 1993). „SKYLON: klíčový prvek budoucího systému kosmické dopravy“. Vesmírný let. Sv. 35 č. 5. Londýn: Britská meziplanetární společnost. 162–166. ISSN  0038-6340.
  7. ^ Norris, Guy (1. listopadu 2015). „BAE má podíl na reakčních motorech hypersonický vývoj“. aviationweek.com. Týden letectví a vesmírné technologie. Citováno 1. listopadu 2015.
  8. ^ A b C d E F G h i Moxon 1986, s. 40.
  9. ^ Moxon 1986, s. 38, 40.
  10. ^ Dr. Bob Parkinson hovoří o HOTOL v rozhovoru pro orální historii zaznamenané pro Národní životní příběhy projekt Oral History of British Science na Britská knihovna
  11. ^ GB patent 2241537 „Prevence námrazy v příjmu leteckých pohonných hmot“, zveřejněné 4. září 1991, vydané 12. srpna 1992, přidělené společnosti Rolls Royce Plc 

Bibliografie

  • Moxon, Julian (1. března 1986), „Hotol: kde dál?“, Flight InternationalBusiness Press International, 129 (4000), s. 38–40, ISSN  0015-3710, archivovány z originál dne 22. října 2012 - prostřednictvím archivu FlightGlobal
  • Postlethwaite, Alan (25. března 1989), "Hotol bojuje o život", Flight International, archivovány z originál dne 3. prosince 2013 (S podrobným výřezem)

Poznámky

  1. ^ kvůli rozdělení odpovědnosti za projekt HOTOL byl za motor odpovědný Rolls-Royce a aerodynamika BAe. Když chtěl BAe přidat ramjet, nemohl poskytnout tah, protože to byla zodpovědnost motoru, takže místo toho to byl mechanismus pro snížení odporu[5]

externí odkazy