British Aerospace HOTOL - British Aerospace HOTOL

Taiteilijan kuvaus HOTOLista

HOTOL , vaakasuoraan lentoonlähtöön ja laskeutumiseen , oli 1980-luvun brittiläinen malli yksivaiheisesta kiertoradalle (SSTO) tarkoitettuun avaruusalukseen, joka oli tarkoitus käyttää hengittävällä suihkumoottorilla . Kehitystyötä suoritti Rolls-Roycen ja British Aerospace (BAe) johtama yhteenliittymä .

Suunniteltu yksivaiheiset-to-rata (SSTO) monikäyttöisiä siivekäs kantoraketin hotol oli tarkoitus varustaa ainutlaatuisella ilma-hengitys moottori, RB545 tai Swallow, joka oli kehitteillä British moottorivalmistajan Rolls-Royce. Moottorin ponneaine koostui teknisesti nestemäisen vedyn ja nestemäisen hapen yhdistelmästä ; sen oli kuitenkin käytettävä uutta keinoa vähentää merkittävästi aluksella kuljetettavan hapettimen määrää käyttämällä ilmakehän happea, kun avaruusalus nousi alemman ilmakehän läpi. Koska hapetin edustaa tyypillisesti suurinta osaa raketin lentoonlähtöpainosta, HOTOLin piti olla huomattavasti pienempi kuin normaalit puhdasrakettimallit, suunnilleen keskikokoisen lentokoneen, kutenMcDonnell Douglas DC-9 /MD-80.

HOTOLin konseptisuunnittelututkimuksen aikana sekä teollisuus että Ison-Britannian hallitus yrittivät luoda kansainvälistä yhteistyötä avaruusaluksen kehittämiseksi, tuottamiseksi ja käyttöönottamiseksi. Huolimatta amerikkalaisten kiinnostuksesta ohjelmaa kohtaan, Euroopan avaruusjärjestön (ESA) jäsenillä ei ollut juurikaan ruokahalua , eikä Ison -Britannian hallitus ollut valmis luopumaan ESA -yhteistyöstä. Lisäksi teknisiä ongelmia ilmeni, ja väitettiin, että vertailut vaihtoehtoisiin laukaisujärjestelmiin, kuten tavanomaisiin rakettiautoihin, jotka käyttävät samanlaisia ​​rakennustekniikoita, eivät osoittaneet suurta hyötyä HOTOLille. Vuonna 1989 hankkeen rahoitus päättyi. HOTOLin kehitystyön lopettaminen johti Reaction Engines Limitedin (REL) perustamiseen, joka kehitti ja tuotti Skylonin , ehdotetun avaruusaluksen, joka perustuu HOTOL-tekniikoihin, mukaan lukien sen hengittävä moottori.

Kehitys

Alkuperät

HOTOLin ideat ovat peräisin brittiläisen insinööri Alan Bondin työstä esijäähdytettyjen suihkumoottoreiden alalla. Bond oli nimenomaan suorittanut tämän tutkimuksen tarkoituksenaan tuottaa elinkelpoinen moottori avaruuden laukaisujärjestelmän käyttämiseksi . Vuonna 1982 British Aerospace (BAe), joka oli Euroopan tärkein satelliittirakentaja , alkoi tutkia tulevaa uutta laukaisujärjestelmää, jonka tarkoituksena oli kattaa laukaisukustannukset, jotka olivat 20 prosenttia NASAn operoimasta amerikkalaisesta avaruussukkulastä . BAe tuli tietoiseksi brittiläisen moottorivalmistajan Rolls-Roycen työstä sopivan moottorin parissa ja keksi pian miehittämättömän, täysin uudelleenkäytettävän yksivaiheisen kiertoradan (SSTO) siipipyöräisen avaruustason kantorakettina.

Niinpä hankkeesta oli pian tullut BAe: n ja Rolls-Roycen yhteisyritys, jota johtivat John Scott-Scott ja tohtori Bob Parkinson . Alussa oli tavoite "eurooppalaistaa" hanke ja ottaa muut maat mukaan sen kehittämiseen ja valmistukseen, koska todettiin, että täysimittaisen kehityksen rahoittamiseen tarvitaan arviolta 4 miljardia puntaa. Elokuussa 1984 BAe julkisti julkisen esityksen HOTOL -satelliittien laukaisuprojektista ja julkaisi yksityiskohdat sen ehdotetuista toiminnoista.

Joulukuussa 1984 kauppa- ja teollisuusministeriön (DTI) muistiossa todettiin, että Länsi -Saksa oli kiinnostunut ohjelmasta, kun taas Ranska suhtautui kriittisesti HOTOLiin, jota ministeriö piti mahdollisena, koska sitä pidettiin Ranskan kilpailijana -projektit. Mukaan kauppa- ja teollisuusministeriön Geoffrey Pattie , Ranskan diplomaattista painostusta keräämään tukea oman ehdotettujen Hermes avaruustekniikka oli vahingossa syntyy tukea ja kiinnostusta keskuudessa Euroopan avaruusjärjestö (ESA) jäsentä hotol projektissa. Tästä alustavan kiinnostuksen ilmapiiristä ja mahdollisesta eurooppalaisesta tuesta huolimatta Ison -Britannian hallituksessa vallitsi yleinen haluttomuus ottaa johtoaseman uuden avaruuden laukaisimen suhteen.

Amerikkalainen kiinnostus ja muotoilututkimus

Maaliskuussa 1985 oli väittää, että Rolls-Royce oli prosessin pohjalta lisensointi neuvotteluja hotol moottoritekniikka amerikkalaisten käyttövoima yrityksen Rocketdynen . Huhtikuussa 1985 Pattie kirjoitti valtiosihteeri puolustusministeri Michael Heseltine ehdottaa kahden vuoden £ 3 miljoonaa proof of concept tutkimus suoritetaan alle julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuuden järjestelyn, joka koostuu £ 1 miljoonan Yhdistyneen kuningaskunnan hallituksen ja loput Rolls-Royce ja BAe rahoittavat itse. Pattie perusteltu että hanke palvelee Britannian "strategista kyvykkyyttä, ja että testit tärkeimpien teknologioiden voitaisiin edistää kansainvälistä yhteistyötä. Mukaan ilmailu julkaisun Flight International , tukea puolustusministeriön (MOD) oli kriittinen suunnittelu hotol moottori oli luokiteltu.

Heinäkuussa 1985 Rolls-Roycen tekninen johtaja Gordon Lewis totesi, että yritys haki Royal Aircraft Establishmentin (RAE) käyttövoimaryhmän osallistumista ja että Rolls-Royce ei ollut valmis investoimaan omia varojaan HOTOL-moottorin kehittämiseen. Vuoden 1985 jälkipuoliskolla oli aloitettu kaksivuotisen konseptitutkimuksen valmistelu. Alussa oli huomattavia paineita osoittaa hankkeen toteutettavuus ja uskottavuus ennen kuin ESA teki lopulliset päätökset Hermesistä ja mitä Ariane 5 -laukaisujärjestelmää tulisi , joten työ keskittyi kriittisten teknologioiden validointiin.

Marraskuuhun 1985 mennessä DTI- ja RAE-keskusteluissa todettiin, että Rolls-Royce etsii amerikkalaisia ​​tietoja ramjet- tekniikasta tukeakseen työtään moottorilla, johon se viittasi Swallow- nimellä . Kerrotaan, että Yhdysvaltain ilmavoimat olivat kiinnostuneita Swallow -moottorin omiin tarkoituksiin käytetystä tekniikasta. Marraskuussa 1985 käydyt keskustelut pääministeri Margaret Thatcherin , ministerin ilman salkkua David Youngin ja Yhdysvaltain presidentin Ronald Reaganin tieteellisen neuvonantajan George Keyworthin välillä osoittivat , että amerikkalaiset ovat kiinnostuneita yhteistyöstä sellaisten hypersonic -ajoneuvojen, kuten HOTOL, kehittämiseksi ja että prototyyppi voisi lentää jo 1990.

Ison -Britannian hallituksen asiakirjojen mukaan BAe tai MoD eivät olleet innostuneita amerikkalaisten osallistumisesta ohjelmaan.He ilmaisivat haluttomuutensa uskomuksesta, että tällaisen muutoksen tulos voisi johtaa siihen, että Yhdistyneestä kuningaskunnasta tulee nuorempi jäsen hankkeessa. kerran johti. Lisäksi uskottiin, että jos Britannia päättäisi muodostaa parin Yhdysvaltojen kanssa, se jäädyttäisi työnsä tulevien eurooppalaisten kantorakettien parissa. Rolls-Royce piti kuitenkin transatlanttista yhteistyötä tarpeellisena. BAen tulevan liiketoiminnan johtaja Peter Conchie totesi, että jos mahdollista, HOTOLista tulee tulla osa eurooppalaista avaruuskehystä. Vuoden 1986 alussa Britannian hallitus hyväksyi virallisesti kaksivuotisen tutkimuksen.

Ongelmia ja kritiikkiä

Joulukuussa 1984 projektinhallinnan konsulttina David Andrews antoi kahdeksan sivun kritiikki ohjelman ja huomauttaa, että malli on optimoitu nousu taas joutuisi laajennettu lämpökuormiin laskeutumisen aikana johtuen vähäisestä vetää . Hän väitti myös, että ajoneuvolla ei ollut valmiuksia, joita ei ollut jo saatavilla; BAe vastasi, että esitettyihin kritiikkiin on vastattu. Huhtikuussa 1985 puolustusministeriön tutkimus- ja kehitysosaston apulaispäällikkö James Barnes väitti, että HOTOLilta puuttui perustelut ja että tällaisia ​​ajoneuvoja ei vaadittu puolustamaan. Hän totesi myös, että "tekniset ongelmat ovat huomattavia" ja että se ei todennäköisesti tule käyttöön vasta 2020 -luvulla; Barnes totesi myös, että HOTOL -moottori on "nerokas".

RAE julkaisi marraskuussa 1985 arvioinnin HOTOLin tutkimusehdotuksesta; järjestö uskoi, että HOTOLin kehittäminen kestää jopa 20 vuotta, eikä teollisuus olettanut 12 vuoden aikataulua. RAE ennusti myös, että hankkeen kokonaiskustannukset olisivat 5 miljardia puntaa (sen arvo vuonna 1985), josta 750 miljoonaa puntaa tarvittaisiin kuuden vuoden määrittelyvaiheessa ja arviolta 25 miljoonaa puntaa -määritelmän toteutettavuustutkimus.

Kehityksen aikana havaittiin, että suhteellisen raskas taakse asennettu moottori liikutti ajoneuvon massakeskusta taaksepäin. Tämä tarkoitti sitä, että ajoneuvo oli suunniteltava työntämään vastuskeskusta mahdollisimman taakse taaksepäin vakauden varmistamiseksi koko lentojärjestelmän aikana. Ajoneuvon uudelleensuunnittelu tätä varten vaati suuren massan hydraulijärjestelmiä, jotka maksoivat merkittävän osan hyötykuormasta, ja tekivät talouden epäselväksi. Jotkut analyysit näyttivät erityisesti osoittavan, että puhdasrakettiseen lähestymistapaan sovellettu samanlainen tekniikka antaisi suunnilleen saman suorituskyvyn pienemmillä kustannuksilla.

Sammuttaa

Vuoteen 1989 mennessä HOTOLin näkymät olivat heikentyneet; hankkeen alusta lähtien tuki Ison -Britannian hallituksen ja teollisuuskumppaneiden välillä oli ollut epätasaista, kun taas Yhdysvallat oli noussut ainoana ulkomaisena kansana, joka osoitti olevansa halukas osallistumaan ohjelmaan, osittain ohjelman salassapidon vuoksi. Euroopan osallistumiselle ei ollut juurikaan mahdollisuuksia, sillä ESA oli päättänyt jatkaa Ariane 5: n , tavanomaisen avaruuden laukaisujärjestelmän, kehittämistä. Rolls-Royce vetäytyi hankkeesta arvioiden, että moottorin lopulliset markkinat eivät todennäköisesti olleet riittävän suuret korvaamaan kehityskustannuksia. Britannian hallitus kieltäytyi tarjoamasta lisärahoitusta HOTOLille. Hanke oli melkein suunnitteluvaiheen lopussa, kun taas suuri osa suunnitelmista jäi spekulatiiviseen tilaan; Aluksella oli kuulemma vielä tässä vaiheessa aerodynaamisia ongelmia ja toimintahaittoja.

Seuraajat

BAe suositteli vuonna 1991 halvempaa uudelleensuunnittelua, Interim HOTOL tai HOTOL 2 , joka oli määrä laukaista modifioidun Antonov An-225 Mriya -kuljetuskoneen takaa . tämäkin ehdotus kuitenkin hylättiin. Väliaikaisen HOTOLin suunnittelussa oli tarkoitus luopua ilmahengitysmoottorista ja käyttää polttoaineena tavanomaisempaa LOX: n ja nestemäisen vedyn seosta.

Vuonna 1989 hotol kanssaluoja Alan Bond ja insinöörit John Scott-Scott ja Richard Varvill muodostivat reaktiomoottoreita Limited (REL), joka on sittemmin työskennellyt uuden ilma-hengitys moottori, SABRE , jota käytetään vaihtoehtoisia malleja kiertää (ja parantaa Rolls-Roycen patentit ja Skylon- ajoneuvo, joiden tarkoituksena on ratkaista HOTOLin ongelmat. He julkaisivat nämä moottori- ja avaruusalusten konseptit ensimmäisen kerran vuonna 1993 ja ovat sittemmin kehittäneet ydinteknologioita, erityisesti moottoria ja sen pakkasohjattua esijäähdytintä; alun perin yksityisellä rahoituksella, mutta myöhemmin Euroopan avaruusjärjestön , Britannian kansallisen avaruuskeskuksen , Yhdistyneen kuningaskunnan avaruusjärjestön , BAe: n ja ilmavoimien tutkimuslaboratorion tuella . Vuodesta 2017 lähtien REL aikoo demonstroida vuonna 2018 simuloiduissa lento-olosuhteissa toimivan lentovalmiuden esijäähdyttimen ja testata staattisesti esittelymoottorin ytimen vuonna 2020.

Design

Yleiskatsaus

HOTOL oli suunniteltu miehittämättömäksi, täysin uudelleenkäytettäväksi yksivaiheiseksi kiertoradalle (SSTO) siivekäs avaruuslentokone. Miehittämättömän aluksen oli tarkoitus saattaa noin 7–8 tonnin hyötykuorma kiertoradalle 300 km: n korkeuteen. Sen oli tarkoitus nousta kiitotieltä, joka oli asennettu suuren rakettivauhditetun vaunun taakse, mikä auttaisi saamaan aluksen "työskentelynopeuteen". Moottori oli tarkoitus vaihtaa suihkukäyttölaitteesta puhdasta raketti käyttövoima on 26-32 km korkea, jonka ajan aluksen olisi kulkee Mach 5 7. saavuttamisen jälkeen matalalla kiertoradalla (LEO), hotol tarkoituksena oli palata ilmapiiri ja liukua alas laskeutumaan tavanomaiselle kiitotielle (vähintään noin 1500 metriä). Vain yksi hyötykuorma olisi kuljetettu kerrallaan, koska BAe oli pitänyt tätä taloudellisempana, koska se poisti kaiken tarpeen satelliittiliitäntöjen luomiseksi ja mahdollisti tehtävien räätälöinnin yksilöllisten tarpeiden mukaan.

Sen korkean vaiheen aikana lennonohjausjärjestelmä olisi yhdistetty maa-asemiin ja avaruuspohjaiseen maailmanlaajuiseen navigointijärjestelmän navigointiin, kun taas tutkaa olisi käytetty lentoonlähdön ja laskeutumisen aikana. Sen lisäksi, että satelliitit asetettiin geosynkroniselle kiertoradalle tai LOE: lle, HOTOLin ennustettiin pystyvän myös suorittamaan satelliittien ja laitteistojen noutamisen LOE: sta. BAe -mainosmateriaali kuvaa HOTOL -telakointia kansainvälisen avaruusaseman (ISS) kanssa, mikä yrityksen mukaan olisi vaatinut miehitettyä toimintaa, koska automaattiset järjestelmät eivät kyenneet suorittamaan tällaisia ​​telakointiliikkeitä tuolloin. HOTOL on suunniteltu suorittamaan täysin automatisoituja miehittämättömiä lentoja; kuitenkin oli tarkoitus myöhemmin ottaa käyttöön pilotti uudelleen. Miehitetyt toiminnot olisivat edellyttäneet erillisen paineistetun moduulin asentamista hyötykuorma -alueelle.

HOTOL olisi suunnitellusti ollut 62 metriä pitkä, 12,8 metriä korkea, rungon halkaisija 5,7 metriä ja siipien kärkiväli 19,7 metriä. Siinä oli siipimuoto, joka oli johdettu Concorden mallista ; sen suuri alue johti suhteellisen alhaiseen siipikuormitukseen, mikä olisi johtanut alhaisempiin paluulämpötiloihin (ei koskaan noussut yli 1 400 ° C). Rakennettu ulos hiilikuidusta materiaaleista, ei olisi ollut mitään tarvetta käyttää eristävän laatat sukua niille, jotka kuuluivat Avaruussukkula lämpösuojausjärjestelmä . Sisäisesti sijoitettu laskuteline olisi ollut liian pieni kantamaan täyden polttoaineen raketin painoa, joten hätälaskut edellyttäisivät polttoaineen kaatamista.

Moottori

RB545, jolle valmistaja, brittiläinen moottorivalmistaja Rolls-Royce antoi nimen "Swallow" , oli ilmaa hengittävä rakettimoottori. Se olisi toiminut integroituna kaksitehoisena voimalaitteena, joka olisi pystynyt hengittämään ilmaa toimiessaan ilmakehässä ja toimimaan samalla tavalla kuin raketti, kun se oli saavuttanut LEO: n lähellä ja sisällä. Tämä moottori olisi myös kyennyt toimittamaan avaruusaluksen hypersonisille nopeuksille. Se oli keskeinen osa ohjelmaa, koska sitä pidettiin julkisesti "Hotolin erittäin alhaisten käynnistyskustannusten ytimenä".

Tämän moottorin tarkat tiedot katettiin Yhdistyneen kuningaskunnan virallisista salaisuuksista annetussa laissa ; Tästä syystä julkista tietoa sen kehityksestä ja toiminnasta on suhteellisen vähän. Aineisto kuitenkin poistettiin myöhemmin, kun hallituksen politiikka muuttui estääkseen salaisten patenttien säilyttämisen ilman perusteltua syytä.

Ilmakehässä ilma otetaan sisään kahden pystysuoraan asennetun imurampin läpi , sitten virtaus jakautuu, jaetaan oikea määrä esijäähdyttimiin ja ylimääräinen osa vuotokanaviin. Polttoainesäiliöistä peräisin oleva vety johdettaisiin kahden lämmönvaihtimen läpi ilman esijäähdyttämiseksi ennen korkean painesuhteen turbojet- tyyppisen moottorisyklin aloittamista-lämmitetty vety ajaa turbiinia puristamaan ja syöttämään jäähdytettyä ilmaa rakettimoottoriin , jossa se poltettiin osan vedyn kanssa, jota käytettiin ilman jäähdyttämiseen. Suurin osa jäljellä olevasta kuumasta vedystä vapautui moottorin takaosasta, ja pieni määrä vedettiin ulos lämmittämään vuotokanavien ilmaa ramjet -järjestelyssä "negatiivisen imumomentin vastus". Nämä ramjetit kuvattiin tyypillisesti kahdella hehkuvalla punaisella ympyrällä rakettimoottorien alla HOTOL -kuvissa.

Jotta esijäähdyttimet eivät jäätyisi, ensimmäinen esijäähdytin jäähdytti ilman noin 10 asteeseen jäätymispisteen yläpuolelle, jotta neste höyryisi ilmassa. Sitten LOX olisi ruiskutettu ilmavirtaan pudottamaan lämpötila -50 ° C: een (-58 ° F) salama jäädyttäen veden mikroskooppisiin jääkiteisiin, jotka ovat riittävän kylmiä, jotta ne eivät sulaa kineettisen kuumennuksen vuoksi, jos ne osuvat toiseen esijäähdyttimet. Ensimmäisen esijäähdyttimen jälkeen olisi voitu lisätä vesilukko, jos käyttöolosuhteet johtavat liialliseen kosteuteen.

Kun ilmakehää ei ollut enää mahdollista käyttää polttamiseen, RB545 siirtyi käyttämään sisäistä nestemäistä happea (LOX) polttaakseen vetyä tehokkaana vety/happirakettina.

Katso myös

• NASP - scramjet -ajoneuvo, jonka kanssa HOTOL olisi kilpaillut
• Reaction Engines Skylon -jatkosuunnittelu, joka yrittää välttää HOTOLin puutteita
• Reaktiivimoottorit A2 - muotoilu hypersonic -antipodaaliselle matkustajakoneelle
• Nestemäinen ilmakiertomoottori - siihen liittyvä moottorisykli, joka nesteyttää ilman

Viitteet

Lainaukset

Bibliografia

Huomautuksia

Ulkoiset linkit

• Leikkaukset vetämisen hotol klo Wayback Machine (arkistoitu 30 tammikuu 2013)
• HOTOL-patentti suihkutettavilla ohjauspinnoilla
• Kuunnella tohtori Bob Parkinson keskustella hotol oraalisessa historian haastattelussa kirjattu National Elämäntarinat projisoida Oral History of British Science klo British Library