SASSTO компании Douglas Aircraft , сокращение от «Saturn Application Single Stage to Orbit», была одноступенчатой орбитальной (SSTO) многоразовой пусковой системой, разработанной командой Филипа Боно в 1967 году. SASSTO была исследованием минималистских конструкций, пусковой установкой с конкретной целью многократного размещения капсулы Gemini на орбите с минимально возможной стоимостью. Ракета-носитель SASSTO была основана на компоновке верхней ступени S-IVB из семейства Saturn , модифицированной соплом -заглушкой . Хотя конструкция SASSTO никогда не была продолжена в Douglas, она широко упоминается в более новых исследованиях для пусковых установок SSTO, в частности, конструкции MBB «Beta» (Ballistisches Einstufiges Träger-Aggregat) [1] , которая была в значительной степени обновленной версией SASSTO.
В 1962 году НАСА разослало серию исследований потребностей после запуска Аполлона , которые, как правило, предполагали очень большие пусковые установки для пилотируемой миссии на Марс. В компании Douglas, создателях S-IVB , Филип Боно руководил группой, которая изучала ряд очень больших жидкотопливных ускорителей как способ снижения стоимости исследования космоса. Его проекты были основаны на экономии масштаба , которая делает более крупные ракеты более экономичными, чем меньшие, поскольку структура составляет все меньшую и меньшую часть общего веса пусковой установки. [2] В какой-то момент сухой вес пусковой установки становится меньше полезной нагрузки, которую она может запустить, после чего увеличение доли полезной нагрузки по существу бесплатно. Однако эта точка пересекается при относительно больших размерах летательных аппаратов — первоначальное исследование Боно OOST от 1963 года было длиной более 500 футов (150 м) — и этот путь к снижению затрат имеет смысл только в том случае, если есть огромное количество полезной нагрузки, которую необходимо запустить.
После разработки ряда таких аппаратов, включая ROOST и серии ROMBUS /Ithacus/Pegasus, Боно заметил, что ступень S-IVB, тогда только начинавшая эксплуатироваться, была очень близка к тому, чтобы самостоятельно достичь орбиты, если ее запустить с земли. Заинтригованный, Боно начал изучать, какие миссии могла бы выполнить небольшая SSTO на базе S-IVB, понимая, что она могла бы запустить пилотируемую капсулу Gemini , если бы ее оснастили некоторыми усовершенствованиями, в частности, двигателем Aerospike , который улучшил бы удельный импульс и обеспечил бы компенсацию высоты . [3] Он назвал проект «SASSTO», сокращение от «Saturn Application Single-Stage To Orbit».
Эти же обновления также имели бы побочный эффект в виде снижения веса SASSTO по сравнению с оригинальным S-IVB, в то же время увеличивая его производительность. Таким образом, исследование также наметило ряд способов, которыми он мог бы использоваться вместо S-IV в существующих стеках Saturn IB и Saturn V , увеличивая их производительность. При использовании с существующей нижней ступенью Saturn I он увеличил бы полезную нагрузку на низкую околоземную орбиту с 35 000 до 52 500 фунтов (23 800 кг) или 57 000 фунтов (26 000 кг), если бы шасси было снято и он был израсходован как S-IVB. Таким образом, SASSTO предоставил бы NASA краткосрочную недорогую возможность запуска с экипажем, а также предложил бы улучшенную возможность запуска тяжелых грузов на существующей инфраструктуре Saturn.
Однако SASSTO потребовал ряд новых технологий, что сделало разработку рискованной. В частности, производительность двигателя Aerospike должна была быть значительно выше, чем у J-2 , который он должен был заменить, но при этом иметь возможность многократного перезапуска, поскольку один двигатель использовался для запуска, схода с орбиты и посадки. Особо следует отметить последний запуск двигателя при посадке, который требовал перезапуска двигателей на высоте 2500 футов (760 м) во время спуска. Вес аппарата также был значительно уменьшен, почти вдвое, что было бы нетривиально, учитывая относительно хорошие характеристики конструкции S-IVB.
Хотя SASSTO заявляла, что S-IVB является ее отправной точкой, это было тщеславие, и транспортное средство имело мало общего с S-IVB, за исключением размера. [ необходима цитата ]
Внутренние топливные баки значительно отличались от S-IV. LH2 больше не был цилиндрическим, а сферическим и был перемещен в переднее положение в фюзеляже. Бак LOX , первоначально находившийся сверху LH2, был перемещен в ряд меньших сферических баков, расположенных в кольце под LH2. Все баки были перемещены вперед внутри планера по сравнению с двигателем, все эти изменения были сделаны для того, чтобы уменьшить изменения центра тяжести по мере сгорания топлива. Секция фюзеляжа непосредственно над двигателем была сужена вниз, образуя то, что казалось большей одиночной пробкой. Верхняя часть фюзеляжа, над верхней частью водородного бака, была также сужена вниз.
Чтобы увеличить количество перевозимого LH2, учитывая фиксированные размеры, SASSTO предложила заморозить 50% топлива, чтобы получить смесь водорода и каши . Это улучшение не было редкостью в конструкциях той эпохи, хотя только в 1990-х годах были проведены какие-либо серьезные разработки этой концепции. [4]
Самая задняя часть космического корабля представляла собой одно большое сопло-заглушку, питаемое серией из 36 инжекторов, работающих при давлении 1500 фунтов на квадратный дюйм, что давало 277 000 фунтов силы (1230 кН) тяги. Поскольку эффективность сопел-заглушек увеличивается по мере увеличения, удельный импульс в 465 секунд (по сравнению с 425 секундами у J-2) не был особенно агрессивным. Двигатель также служил основным тепловым экраном, активно охлаждаемым жидким водородом, который затем сбрасывался за борт.
Четыре посадочные опоры выдвигались из обтекателей по бокам фюзеляжа, убираясь в точку, примерно совпадающую с «активной» частью области двигателя. Четыре кластера небольших маневровых двигателей располагались между опорами, примерно на полпути от передней части к задней части вдоль фюзеляжа. Ряд из шести меньших баков, расположенных в зазорах между баками LOX и LH2, питали маневровые двигатели.
SASSTO доставил 6200 фунтов (2800 кг) груза на орбиту 110 морских миль (200 км) при запуске на восток из Космического центра Кеннеди . Пустой вес составил 14 700 фунтов (6700 кг), что значительно легче, чем 28 500 фунтов (12 900 кг) S-IVB, а общий взлетный вес составил 216 000 фунтов (98 000 кг). Типичной полезной нагрузкой был Gemini, который был покрыт большим аэродинамическим обтекателем.
Маневренность при входе в атмосферу обеспечивалась за счет подъемного профиля тупого тела, аналогичного Apollo CSM . Поперечная дальность полета была ограничена, около 230 миль (370 км), и на конечном этапе захода на посадку маневренность практически отсутствовала. Топлива хватало примерно на 10 секунд зависания и небольших маневров для выбора ровной площадки для посадки. Поскольку SASSTO имел тот же базовый размер, что и S-IVB, Дуглас предложил транспортировать его в существующем Aero Spacelines Super Guppy после посадки либо на авиабазе Вендовер в штате Юта, либо на базе Форт-Блисс за пределами Эль-Пасо, штат Техас .
Дитрих Келле использовал SASSTO в качестве отправной точки для аналогичной разработки в Messerschmitt-Bölkow-Blohm в конце 1960-х годов. В отличие от версии Боно, Келле использовал как можно больше существующих технологий и материалов, отказавшись при этом от необходимости в специфическом размере S-IVB. Результатом стал немного больший космический корабль Beta, который запускал 4000 фунтов (1800 кг) полезной нагрузки без использования жидкого топлива, усовершенствованной легкой конструкции или настоящего аэрошпиндельного двигателя. В рамках предложения Beta Келле указал, что даже существующий S-IVB может достичь орбиты с нулевой полезной нагрузкой, если оснастить его двигателем высокого давления LOX/LH2 на 460 Isp. [5]
В 1991 году Гэри Хадсон указал на существование такого двигателя, RS-25 , используя S-IVB с двигателем RS-25 в качестве мысленного эксперимента для демонстрации реальной осуществимости пусковых установок SSTO. [6] Это исследование было частью его серии пусковых установок «Phoenix», все из которых были похожи на SASSTO. [7]