Rotary Rocket Company была ракетной компанией, которая разработала концепцию Roton в конце 1990-х годов как полностью многоразовый одноступенчатый орбитальный (SSTO) пилотируемый космический корабль . Первоначально проект был задуман Бевином МакКинни, который поделился им с Гэри Хадсоном . В 1996 году была создана Rotary Rocket Company для коммерциализации концепции. Roton был предназначен для снижения затрат на запуск полезных грузов на низкую околоземную орбиту в десять раз.
Компания собрала значительный венчурный капитал от инвесторов-ангелов и открыла завод со штаб-квартирой на 45 000 квадратных футов (4200 м 2 ) в Mojave Air and Space Port в Мохаве, Калифорния . Фюзеляж для их транспортных средств был изготовлен Scaled Composites в том же аэропорту, в то время как компания разработала новую конструкцию двигателя и систему посадки, похожую на вертолетную. Полномасштабный испытательный аппарат совершил три полета на висении в 1999 году, но компания исчерпала свои средства и закрылась в начале 2001 года.
Бевин МакКинни размышлял над идеей ракеты-носителя с использованием лопастей вертолета в течение нескольких лет, когда журнал Wired попросил Гэри Хадсона написать статью об этой концепции. [1] Получившаяся статья привела к обязательству финансирования от миллиардера Уолта Андерсона , которое было объединено с первоначальными инвестициями от автора Тома Клэнси [2] и позволило компании начать работу. К Хадсону и МакКинни присоединились соучредители Фредерик Джиарруссо, Дэн ДеЛонг, Джеймс Грот, Том Брос и Энн Хадсон, которые вместе запустили компанию в октябре 1996 года. [ необходима цитата ]
Первоначальная концепция Гэри Хадсона и Бевина МакКинни состояла в том, чтобы объединить ракету-носитель с вертолетом: вращающиеся лопасти ротора , приводимые в действие концевыми соплами , поднимут аппарат на самой ранней стадии запуска. Как только плотность воздуха уменьшится до такой степени, что полет на вертолете станет нецелесообразным, аппарат продолжит подъем на чистой ракетной мощности, при этом ротор будет действовать как гигантский турбонасос . [1]
Расчеты показали, что лопасти вертолета скромно увеличили эффективный удельный импульс ( I sp ) примерно на 20–30 секунд, по сути, просто выводя лопасти на орбиту «бесплатно». Таким образом, не было никакого общего выигрыша от этого метода во время подъема. Однако лопасти могли быть использованы для мягкой посадки транспортного средства, поэтому его система посадки не несла дополнительных затрат. [ необходима цитата ]
Одна из проблем, обнаруженных во время исследований в Rotary, заключалась в том, что после того, как транспортное средство покидало атмосферу, требовалась дополнительная тяга. Таким образом, требовалось несколько двигателей как у основания, так и на концах ротора. [ необходима цитата ]
Эта первоначальная версия Roton была разработана с учетом рынка малых спутников связи. Однако этот рынок рухнул, о чем свидетельствует провал Iridium Communications . Следовательно, концепцию Roton необходимо было перепроектировать для более тяжелой полезной нагрузки. [ необходима цитата ]
Переработанная и переработанная концепция Roton представляла собой конусообразную ракету-носитель с вертолетным ротором наверху для использования только во время посадки. Внутренний грузовой отсек мог использоваться как для доставки полезных грузов на орбиту, так и для доставки других грузов обратно на Землю. Прогнозируемая цена вывода этой конструкции на орбиту составляла 1000 долларов за кг полезной нагрузки, что составляет менее одной десятой от текущей цены запуска. Грузоподъемность была ограничена относительно скромными 6000 фунтов (2700 кг). [ необходима цитата ]
Пересмотренная версия использовала бы уникальный вращающийся кольцевой двигатель Aerospike : двигатель и основание ракеты-носителя вращались бы с высокой скоростью (720 об/мин ), чтобы закачивать топливо и окислитель в обод вращением. В отличие от посадочного ротора, из-за малого угла сопел в базовом роторе скорость вращения ограничивалась сама собой и не требовала системы управления. Поскольку плотность LOX ( жидкого кислорода ) была выше, чем у керосина, с LOX было доступно дополнительное давление, поэтому его использовали бы для охлаждения горловины двигателя и других компонентов, а не использовали бы керосин в качестве охлаждающей жидкости, как в обычной ракете LOX/керосин. Однако при высоких уровнях G на внешнем крае вращающегося блока двигателя ясность того, как LOX будет работать в качестве охлаждающей жидкости, была неизвестна и ее было трудно проверить. Это добавило бы еще один уровень риска. [ необходима цитата ]
Кроме того, вращающийся выхлоп действовал как стена на внешнем крае основания двигателя, понижая температуру основания ниже температуры окружающей среды из-за эффекта эжекторного насоса и создавая присоску внизу в атмосфере. Это можно было бы облегчить, используя подпиточный газ для создания давления основания, требуя дополнительного ракетного двигателя для заполнения основания основного ракетного двигателя. (Подобные проблемы возникли бы в обычном двигателе аэроспайка , но там естественная рециркуляция плюс использование выхлопа турбонасосного газогенератора в качестве подпиточного газа в значительной степени облегчили бы проблему «бесплатно».) [ необходима цитата ]
На ободе 96 миниатюрных струй будут выбрасывать горящие топлива (жидкий кислород и керосин ) вокруг обода основания транспортного средства, что давало транспортному средству дополнительную тягу на большой высоте - действуя как усеченное сопло аэрошпильки нулевой длины. [3] Похожая система с невращающимися двигателями изучалась для ракеты N1 . Это применение имело гораздо меньшую площадь основания и не создавало эффекта всасывания, который вызывает более крупный периферийный двигатель. Двигатель Roton имел проектируемый вакуум I SP (удельный импульс) ~355 секунд (3,48 км/с), что очень много для двигателя LOX/керосин, и отношение тяги к весу 150, что чрезвычайно мало. [4]
Во время входа в атмосферу основание также служило охлаждаемым водой тепловым экраном . Теоретически это был хороший способ пережить вход в атмосферу, особенно для легкого многоразового транспортного средства. Однако использование воды в качестве охладителя потребовало бы ее преобразования в перегретый пар при высоких температурах и давлениях, и были опасения, что микрометеориты на орбите могут проткнуть корпус высокого давления, что приведет к отказу защитного экрана входа в атмосферу. Эти опасения были решены с помощью отказоустойчивой массивно избыточной системы потока, созданной с использованием тонких металлических листов, химически протравленных с рисунком микропор, образующих систему каналов, которая была устойчива к отказам и повреждениям. [ необходима цитата ]
Кроме того, охлаждение достигалось двумя разными способами: одним способом было испарение воды, но второй был еще более значительным и был обусловлен созданием слоя «холодного» пара, окружающего поверхность основания, что снижало способность нагреваться. Кроме того, система измерения воды должна была быть чрезвычайно надежной, давая одну каплю в секунду на квадратный дюйм, и была достигнута с помощью метода проб и ошибок на реальном оборудовании. К концу программы Roton часть оборудования была построена и испытана. Траектория входа в атмосферу должна была быть скорректирована, как и у «Союза», чтобы минимизировать перегрузки на пассажиров. А баллистический коэффициент был лучше для Roton и мог быть лучше адаптирован. Когда система балансировки «Союза» вышла из строя, и он перешел на полную баллистику, уровни перегрузок действительно значительно возросли, но без инцидентов для пассажиров. [ необходима цитата ]
Транспортное средство также было уникальным в плане использования своих винтов вертолетного типа для посадки, а не крыльев или парашютов. Эта концепция позволяла осуществлять контролируемую посадку (в отличие от парашютов), и весил он в 1/5 от веса фиксированных крыльев. Еще одним преимуществом было то, что вертолет мог приземлиться практически в любом месте, тогда как крылатые космопланы, такие как Space Shuttle, должны были возвращаться на взлетно-посадочную полосу. Лопасти ротора должны были приводиться в действие ракетами с пероксидным наконечником. Лопасти ротора должны были быть развернуты перед входом в атмосферу; были подняты некоторые вопросы о том, выживут ли лопасти до посадки. [ необходима цитата ]
Первоначальный план состоял в том, чтобы сделать их почти вертикальными, но это оказалось нестабильным, поскольку им нужно было опускаться все ниже и ниже и вращаться быстрее для устойчивости, скорость нагрева резко возросла, а поток воздуха стал более лобовым. Следствием этого стало то, что лопасти превратились из слегка нагретой детали в такую, которую либо нужно было активно охлаждать, либо делать из SiC или другого огнеупорного материала. Идея выдвижения лопастей стала гораздо более привлекательной в этот момент, и были проведены первоначальные исследования для этого варианта. Эта концепция конструкции ротора не была беспрецедентной. В 1955 году один из пяти советских проектов для запланированных суборбитальных пилотируемых миссий должен был включать роторы с ракетными наконечниками в качестве системы посадки. 1 мая 1958 года эти планы были отклонены, поскольку было принято решение перейти непосредственно к орбитальным полетам. [ необходима цитата ]
Компания Rotary Rocket разработала и испытала под давлением исключительно легкий, но прочный композитный бак LOX. Он выдержал программу испытаний, включавшую циклическое изменение давления и, в конечном итоге, преднамеренный выстрел для проверки его чувствительности к воспламенению. [ необходима цитата ]
В июне 1999 года Rotary Rocket объявила, что будет использовать производную от двигателя Fastrac , разрабатываемого в Центре космических полетов имени Маршалла NASA , вместо собственной нетрадиционной конструкции вращающегося двигателя. Как сообщается, компания не смогла убедить инвесторов в жизнеспособности своего двигателя; композитная структура и возврат гирокоптера были более простыми для продажи. [5]
Одновременно с этим изменением компания уволила около трети своих сотрудников, сократив приблизительную численность персонала с 60 до 40 человек. На тот момент компания планировала начать коммерческие запуски где-то в 2001 году. [6] Хотя компания привлекла 30 миллионов долларов, ей все еще требовалось собрать дополнительно 120 миллионов долларов, прежде чем начать эксплуатацию.
Полноразмерный, высотой 63 фута (19 м), Atmospheric Test Vehicle (ATV) был построен по контракту Scaled Composites для использования в испытательных полетах на висении. ATV стоимостью 2,8 миллиона долларов не был предназначен для испытаний в качестве полномасштабного образца, поскольку у него не было ракетного двигателя и теплозащиты. ATV выкатили из ангара в Мохаве 1 марта 1999 года, имея регистр FAA N990RR. [ необходима цитата ]
Головка ротора была спасена из разбившегося Sikorsky S-58 по цене $50 000 – в отличие от $1 миллиона за новую головку. Каждый ротор приводился в действие струей перекиси водорода 350 фунтов силы (1560 Н) , как и предполагалось для орбитального корабля. [7] Сборка ротора была испытана в каменоломне перед установкой на вездеход.
ATV совершил три успешных испытательных полета в 1999 году. Пилотом этих трех полетов был Марти Сарыгул-Клин, а вторым пилотом — Брайан Бинни (который позже прославился как пилот SpaceShipOne компании Scaled Composites во время его второго полета X-Prize ). [ необходима цитата ]
ATV совершил свой первый полет 28 июля. Этот полет состоял из трех вертикальных прыжков общей продолжительностью 4 мин 40 сек и достигал максимальной высоты 8 футов (2,4 м). Пилоты посчитали полет чрезвычайно сложным по ряду причин. Видимость в кабине была настолько ограничена, что пилоты прозвали ее Batcave . Вид на землю был полностью закрыт, поэтому пилотам приходилось полагаться на гидроакустический высотомер, чтобы судить о близости земли. Весь аппарат имел низкую инерцию вращения, а крутящий момент от вращающихся лопастей ротора заставлял корпус вращаться, если ему не противодействовала тяга рыскания в противоположном направлении. [8]
Второй полет, 16 сентября, представлял собой непрерывный висящий полет продолжительностью 2 мин 30 сек, достигнув максимальной высоты 20 футов (6,1 м). Длительный полет стал возможен благодаря установке более мощных концевых роторных двигателей и автомата тяги . [9]
Третий и последний полет был совершен 12 октября. ATV пролетел по летной полосе в Мохаве Аэрокосмическом порту , преодолев в полете 4300 футов (1310 м) и поднявшись на максимальную высоту 75 футов (23 м). Скорость достигала 53 миль в час (85 км/ч). Этот тест выявил некоторую нестабильность в поступательном полете. [ необходима цитата ]
Четвертый тест был запланирован для имитации полного авторотационного спуска. ATV должен был подняться на высоту 10 000 футов (3 050 м) собственным ходом, прежде чем сбросить газ и вернуться для мягкой посадки. [10] На этом этапе, учитывая, что дальнейшее финансирование было маловероятным, соображения безопасности не позволили провести тест.
Rotary Rocket потерпел неудачу из-за отсутствия финансирования, но некоторые [ кто? ] предположили, что сама конструкция изначально была несовершенной. [ нужна ссылка ]
Rotary Rocket совершил три испытательных полета, а топливный бак из композитного материала выдержал полную программу испытаний, однако эти испытания выявили проблемы. Например, ATV продемонстрировал, что посадка Rotary Rocket была сложной, даже опасной. У летчиков-испытателей есть система оценок, шкала оценок Купера-Харпера , для транспортных средств от 1 до 10, которая относится к сложности пилотирования. Roton ATV набрал 10 баллов — симулятор транспортного средства был признан практически неуправляемым никем, кроме летчиков-испытателей Rotary, и даже тогда были короткие периоды, когда транспортное средство выходило из-под контроля. [ необходима цитата ]
Другие аспекты плана полета остались недоказанными, и неизвестно, смог бы Roton развить достаточные характеристики, чтобы достичь орбиты с одной ступенью и вернуться – хотя на бумаге это могло быть возможно. [ необходима цитата ]
Разработка двигателя прекратилась в 2000 году, как сообщается, за две недели до полномасштабного испытания. Транспортное средство не смогло получить контракты на запуск, и Rotary Rocket закрылась в 2001 году. [11]
Время для этого предприятия было неудачным: предприятие Iridium Communications приближалось к банкротству, а космическая отрасль в целом испытывала финансовые трудности. В конечном итоге компания не привлекла достаточного финансирования — даже несмотря на то, что многочисленные лица предоставили в общей сложности 33 миллиона долларов поддержки, включая писателя Тома Клэнси . [12]
Испытательный автомобиль в атмосфере должен был быть выставлен в Музее классических роторов , вертолетном музее недалеко от Сан-Диего, Калифорния , но попытка переместить его туда 9 мая 2003 года с помощью короткой стропы-подвески под армейским резервным вертолетом CH-47 Chinook не удалась, когда Roton начал колебаться на скорости полета выше 35 узлов (65 км/ч). Вместо этого автомобиль оставили в Мохаве, а 10 ноября 2006 года Roton переместили на постоянное место экспозиции на перекрестке бульвара Аэропорт и дороги Сабович. [ необходима цитата ]
Ангары Rotary Rocket сейчас заняты Национальной школой летчиков-испытателей . [ необходима ссылка ]
Данные из [13] [14]
Общая характеристика
Производительность
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
35°03′19″с.ш. 118°09′30″з.д. / 35.055321°с.ш. 118.158375°з.д. / 35.055321; -118.158375