Black Arrow , официально называемая заглавной буквой BLACK ARROW , [3] была британской системой запуска спутников одноразового использования .
Black Arrow возникла из исследований Королевского авиационного учреждения по ракетам-носителям на основе более ранней ракеты Black Knight ; [4] проект был одобрен британским правительством в конце 1964 года. Разработка Black Arrow в основном была выполнена генеральным подрядчиком, британской аэрокосмической компанией Saunders-Roe , а затем предпринята Westland Aircraft в результате слияния. Двигатели первой и второй ступеней были произведены Bristol Siddeley на их заводе в Ансти , Уорикшир . Сборка первой и второй ступеней производилась в Ист-Каусе на острове Уайт . После изготовления каждая ракета Black Arrow перевозилась на корабле в Австралию перед запуском с полигона Вумера .
Black Arrow была трехступенчатой ракетой, работавшей на парафине RP-1 (керосине) и высокотемпературной перекиси , концентрированной форме перекиси водорода (85% перекиси водорода + 15% воды). [5] В то время как первые две ступени имели вектор тяги для обеспечения управления ориентацией, [4] третья ступень не имела системы управления ориентацией и вместо этого полагалась на стабилизацию вращения вместе с системой управления реакцией . Первая ступень была намеренно разработана так, чтобы быть совместимой с Blue Streak , а также взаимозаменяемой с Coralie . [2] Кроме того, было предложено несколько производных от Black Arrow для обеспечения увеличенной грузоподъемности.
Всего было выполнено четыре запуска Black Arrow в период с 1969 по 1971 год, первые два из которых были демонстрационными полетами для подтверждения возможностей ракеты-носителя. В то время как первый и третий полеты были неудачными, второй и четвертый полеты были успешными. Последний полет Black Arrow вывел спутник Prospero на низкую околоземную орбиту , что сделало его первым и единственным успешным орбитальным запуском, проведенным Соединенным Королевством. [2] Британские официальные лица решили прекратить программу в пользу использования американских ракет Scout , поскольку Министерство обороны подсчитало, что этот вариант будет дешевле, чем продолжение работы с Black Arrow. [6] Последний Black Arrow, который должен был быть завершен, но так и не поднялся в воздух, сохранился в нетронутом виде в Музее науки в Лондоне вместе с запасным полетным комплектом для спутника Prospero.
Black Arrow возникла из предложения Королевского авиационного учреждения о ракете, способной выводить полезную нагрузку весом 317 фунтов (144 кг) на низкую околоземную орбиту , [ требуемая высота и наклонение ] для испытания систем, предназначенных для более крупных космических аппаратов. [7] Осенью 1964 года программа была одобрена министром авиации от Консервативной партии Джулианом Эмери . [8] Затем, после всеобщих выборов в октябре, вступившее в силу лейбористское правительство приостановило проект, чтобы сократить расходы. [9] После очередных выборов британское правительство одобрило продолжение программы с несколькими изменениями, включая сокращение программы испытаний с пяти до трех запусков. Первый запуск был назначен на 1968 год. [10] [11]
Первоначальная разработка была проведена британским производителем аэрокосмической техники Saunders-Roe , который слился с Westland Aircraft в 1964 году. [12] Westland впоследствии стала генеральным подрядчиком для Black Arrow и собрала первую и вторую ступени в Ист-Каусе на острове Уайт , позже испытывая ракеты с 1950-х годов вплоть до запуска ракеты 28 октября 1971 года. [13] Британский специалист по силовым установкам Bristol Siddeley изготовил двигатели первой и второй ступени на заводе в Ансти, Уорикшир . [14] Двигатели были испытаны на заводе перед отправкой на остров Уайт, где они были интегрированы в ракету, а двигатели первой ступени были снова запущены в Хай-Дауне . [15] Bristol Aerojet изготовила третью ступень в Сомерсете , в то время как Explosives Research and Development Establishment изготовила твердое топливо в Уолтем-Эбби , Эссекс . [4] Rocket Propulsion Establishment , базирующаяся в Уэсткотте, Бакингемшир , отвечала за проектирование и интеграцию ступени. [4] [16]
Большинство технологий и систем, используемых в Black Arrow, уже были разработаны или проверены в полете на ракете Black Knight или ракете Blue Steel . [4] Black Arrow была разработана с целью повторного использования как можно большего количества технологий из более ранних программ, чтобы сократить расходы и упростить процесс разработки. [17] Многие старшие сотрудники программы Black Knight перешли непосредственно в Black Arrow, включая главного ракетного ученого Роя Домметта , главного инженера-конструктора Рэя Уиллера и заместителя главного инженера Джона Андервуда. [18] Несмотря на эти усилия, программа столкнулась с большими трудностями и большими расходами, чем изначально предполагалось. [19] Такой результат был в немалой степени обусловлен жестким бюджетом в 3 миллиона фунтов стерлингов в год. [11] [20]
Название «Черная стрела» произошло от политики Министерства снабжения по присвоению обозначений, состоящих из цвета и существительного, неофициально известных как «Радужные коды» , исследовательским программам, проводимым Вооруженными силами . [3] [21] Несмотря на это соглашение об именовании, программа официально была гражданским предприятием. [22] Ее неофициально прозвали «Ракетой-помаской», так как обтекатель, который был окрашен в ярко-красный цвет для видимости, делал ракету похожей на тюбик губной помады . [23]
Black Arrow была относительно компактной ракетой-носителем, будучи особенно тонкой, а также, возможно, самой короткой ракетой, когда-либо выводившей спутник на орбиту. [24] Первая и вторая ступени Black Arrow заправлялись парафином RP-1 (керосином), сжигаемым с использованием высокотемпературной перекиси в качестве окислителя . [5] [25] Из-за того, что оптимальное соотношение смеси составляло около 7, требовался больший бак окислителя по сравнению со многими современными системами запуска. [26] Баки окислителя располагались под топливными баками, следуя практике размещения более плотного топлива наверху, чтобы переместить центр тяжести выше и сделать ракету более устойчивой в полете, [27] и, таким образом, более управляемой. [4] Такая компоновка была впервые применена Германией и Соединенными Штатами, тогда как Советский Союз размещал баки окислителя над топливными баками, что облегчало заполнение нижнего бака в первую очередь. [28]
Вектор тяги использовался для обеспечения управления ориентацией на первых двух ступенях. [4] Восемь камер сгорания первой ступени были расположены парами, которые могли качаться в любом направлении вдоль одной оси. [4] Две из пар были расположены перпендикулярно двум другим, и когда все четыре пары использовались вместе, они обеспечивали управление креном, тангажом и рысканием . [4] Вторая ступень имела две камеры сгорания, которые могли качаться вдоль двух осей, обеспечивая тот же уровень управления. Во время фазы инерции после отключения второй ступени ракета управлялась системой управления реакцией . [4] Третья ступень не имела системы управления ориентацией и вместо этого была стабилизирована вращением . [2] Используемая система наведения была заимствована у отмененного бомбардировщика BAC TSR-2 . [24]
Первая ступень была оснащена одним двигателем Gamma 8 , который работал 127 секунд. [2] Gamma 8 был восьмикамерным двигателем, разработанным на основе двигателя Gamma 301, использовавшегося на Black Knight. [29] Он был 6,9 метра (23 фута) в длину и имел диаметр 2 метра (6 футов 7 дюймов), такой же диаметр, как у французской Coralie . [2] Coralie использовалась в качестве второй ступени ракеты Europa . Black Arrow имела тот же диаметр, что и Coralie, что делало ее совместимой с Blue Streak , которая использовалась в качестве первой ступени Europa. [30] Это позволило бы увеличить грузоподъемность Black Arrow, а также позволило бы Великобритании использовать первую ступень Black Arrow в качестве резервной для Coralie. [31] По этой причине все размеры в оригинальной спецификации были указаны в имперских единицах, за исключением диаметра первой ступени, который был указан в метрических единицах . [30]
Первая и вторая ступени были соединены промежуточной структурой, содержащей четыре двигателя разделения и незаполненного пространства Siskin IB , которые разделились и зажглись через семь секунд после отключения первой ступени. [4] [32] Промежуточная ступень отделилась от второй ступени через шесть секунд. Вторая ступень, которая была 2,9 метра (9 футов 6 дюймов) в длину и имела размеры 1,37 метра (4 фута 6 дюймов) в диаметре, была оснащена двухкамерным двигателем Gamma 2 [33], который зажгся вскоре после двигателей разделения и продолжал гореть в течение 123 секунд. [2] Через три минуты после запуска, во время горения второй ступени, отделился обтекатель полезной нагрузки . [2]
Примерно через 257 секунд полета вторая ступень отключилась, и ракета вошла в фазу инерции до апогея . [2] Сразу после отключки система ориентации второй ступени была нагнетена. Во время инерции правильная ориентация для отделения третьей ступени поддерживалась с помощью системы ориентации. [2] К концу периода инерции третья ступень была раскручена до частоты 3 герц (180 об/мин) с помощью шести ракет Imp. [2] Пять секунд спустя третья ступень отделилась, [4] и после еще десяти секунд инерции она загорелась. Третья ступень представляла собой твердотопливный ракетный двигатель Waxwing , который работал в течение 55 секунд. [2]
Чуть более чем через минуту после сгорания третьей ступени была отсоединена полезная нагрузка, и газогенераторы были использованы для того, чтобы разъединить космический корабль и отработанную верхнюю ступень. [2] Задержка между выгоранием и разделением была призвана снизить риск повторного контакта между верхней ступенью и полезной нагрузкой из-за остаточной тяги. Несмотря на это, после разделения космического корабля при запуске R3 верхняя ступень столкнулась со спутником Prospero, [2] повредив одну из антенн связи космического корабля. [34] Несмотря на это, космический корабль все еще смог успешно завершить свою миссию. [34] При запуске R3 подъем занял 710 секунд (11,8 мин) от старта до разделения космического корабля. [2]
Хотя ни одна из них так и не была построена, было также предложено несколько производных от Black Arrow, как правило, ориентированных на увеличение грузоподъемности. [35] В своей стандартной конфигурации Black Arrow не была способна запускать некоторые современные спутники на достаточную высоту для достижения геостационарной орбиты . [36] Соответственно, одно предложение состояло в том, чтобы добавить восемь твердотопливных ракетных двигателей Raven из программы Skylark к первой ступени в качестве ракет-носителей . [4] Другое предложение состояло в том, чтобы установить всю ракету на вершине ракеты Blue Streak, [37] [38] в то время как третье предложение включало замену двигателей Gamma на более мощные Larch . [4]
Четыре Black Arrow были запущены между 1969 и 1971 годами. [39] Первые два запуска были демонстрационными полетами, с третьими ступенями линкора и стандартной полезной нагрузкой . Во время первого полета электрическая неисправность привела к тому, что пара камер сгорания первой ступени начала вращаться взад и вперед. [40] Прежде чем она покинула стартовую площадку, ракета катилась хаотично, и примерно через минуту она начала распадаться. После того, как двигатель первой ступени отказал, и ракета начала падать обратно на землю, она была уничтожена системой безопасности полигона . [41] [42] Эта первоначальная неудача стала значительным ударом по программе, особенно из-за того, что не было достаточных финансовых резервов для проведения второго неудачного запуска. Вторая ракета Black Arrow была возвращена в Великобританию для проверки и исправления перед следующим запуском. [43]
Второй запуск, выполненный 4 марта 1970 года, был полностью успешным. [43] 2 сентября 1970 года состоялся третий запуск Black Arrow; это был первый запуск в полном объеме, а также первая попытка Великобритании запустить спутник. Этот запуск не удался из-за утечки в системе наддува окислителя второй ступени, что привело к ее преждевременному отключению. Третья ступень запустилась, но ракета не достигла орбиты и вернулась на нее над заливом Карпентария . [44] После третьего запуска был проведен обширный обзор программы, который определил, что конструкция Black Arrow не имела фундаментальных недостатков и что требовались лишь незначительные изменения. [45]
Четвертый запуск, осуществленный 28 октября 1971 года, успешно вывел на орбиту спутник Prospero (до миссии R2 он назывался Puck), сделав Соединенное Королевство шестой страной , которая вывела спутник на орбиту с помощью ракеты-носителя собственной разработки. Спутник, также известный как X-3, был назван Prospero в честь персонажа Просперо из пьесы Шекспира « Буря» . Название было выбрано в качестве отсылки к событиям в пьесе, в которой колдун Просперо отказывается от своих сил. [46] До отмены программы Black Arrow спутник должен был быть назван в честь Пака из пьесы «Сон в летнюю ночь» . [5]
Все четыре запуска были проведены с пусковой площадки 5B на полигоне ВВС Австралии Woomera Range Complex , которая ранее использовалась в качестве испытательного полигона для ракеты Black Knight . [47] В ходе программы разработки также рассматривались пусковые площадки на Барбадосе , Уисте и Норфолке . Пусковые площадки в Уисте и Норфолке были отклонены, поскольку первая была слишком удалена, а также существовал риск того, что запущенная с последней ракета может сбросить отработанные ступени на нефтяную вышку в Северном море . [24] [48]
Министр торговли и промышленности Фредерик Корфилд объявил об отмене проекта Black Arrow в Палате общин 29 июля 1971 года. [50] [45] Вместо этого Великобритания сосредоточила свою космическую деятельность на создании спутников и полагалась на иностранные ракеты-носители. [51] Поскольку ракета R3 уже была отправлена на стартовую площадку, а вторая ступень прибыла тремя днями ранее, было дано разрешение на ее запуск. [2]
Программа была отменена по экономическим причинам, поскольку Министерство обороны решило, что будет дешевле использовать американскую ракету Scout, которая имела схожую грузоподъемность, для будущих запусков. [6] [52] [53] До отмены Black Arrow НАСА предлагало запускать британские полезные нагрузки бесплатно; однако это предложение было отозвано после решения об отмене Black Arrow. [2]
Последней Black Arrow, которая должна была быть завершена, была R4, которая не летала и хранится в Музее науки в Лондоне вместе с запасными частями для спутника Prospero . [54] [55] Копия ракеты Black Arrow стоит в Ракетном парке в Вумере. Кроме того, остатки первой ступени Black Arrow R3 были извлечены со скотоводческой станции Anna Creek и выставлены в Мемориальном парке William Creek . [56] Из-за повреждений, связанных с погодой и вандализмом, первая ступень была возвращена в Соединенное Королевство в рамках инициативы, возглавляемой Skyrora, по сохранению артефакта. [57] Она была выставлена в Пеникике , Шотландия, в начале 2019 года; с 2021 года ракета находится во временном пользовании Музея аэронавтики Фарнборо до 2024 года. [58]
Стартовые площадки в Вумере были разрушены в течение года после последнего полета, [4] а половина инженеров, работавших над программой, были уволены. [41] Спутник X-4 , который был заявлен для запуска Black Arrow R4, в конечном итоге был запущен 9 марта 1974 года американской ракетой Scout D-1, запущенной с космодрома 5 на авиабазе Ванденберг в Калифорнии . [59]
По состоянию на 2024 год Соединенное Королевство является единственной страной, которая успешно разработала, а затем отказалась от возможности запуска спутников. [60] Все другие страны, которые разработали такую возможность, сохранили ее либо через свою собственную космическую программу, либо, как в случае Франции, через свое участие в программе Ariane . [60]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )