Hopper был предложенным Европейским космическим агентством (ESA) орбитальным космическим самолетом и многоразовым пусковым аппаратом . Hopper был проектом исследования системы FESTIP (Future European Space Transportation Investigations Programme). [1]
Hopper был одним из нескольких предложений по многоразовой ракете-носителю (RLV), разработанных ЕКА. Предлагаемые многоразовые ракеты-носители должны были использоваться для недорогой доставки спутниковых полезных грузов на орбиту уже в 2015 году. [2] Прототип Hopper, известный как ( EADS ) Phoenix , был немецким европейским проектом, который включал в себя строительство и испытание модели в масштабе одной седьмой предлагаемого Hopper. 8 мая 2004 года был проведен один испытательный полет Phoenix на Североевропейском аэрокосмическом испытательном полигоне в Кируне, Швеция , за которым последовали дополнительные испытания в том же месяце. [3]
Начиная с 1980-х годов, рос международный интерес к разработке многоразовых космических аппаратов; в то время только сверхдержавы той эпохи, Советский Союз и Соединенные Штаты , разработали эту возможность. [4] Европейские страны, такие как Великобритания и Франция, приступили к реализации собственных национальных программ по производству космических самолетов, таких как HOTOL и Hermes , одновременно пытаясь привлечь поддержку многонационального Европейского космического агентства (ESA). Хотя эти программы в конечном итоге не получили достаточной поддержки для продолжения разработки, в ряде государств-членов ESA все еще сохранялся спрос на разработку многоразовых космических аппаратов. [4] В 1990-х годах, в дополнение к разработке и эксплуатации нескольких программ демонстрации технологий, таких как Atmospheric Reentry Demonstrator (ARD), ESA также работало над созданием долгосрочной основы для возможной разработки жизнеспособного многоразового космического аппарата, известного как Future Launchers Preparatory Programme (FLPP). [5]
В рамках FLPP ЕКА и европейские промышленные партнеры провели детальные исследования нескольких концепций частично многоразовых ракет-носителей; целью программы была подготовка подходящего транспортного средства для того, чтобы при благоприятном решении стран-членов ЕКА приступить к производству ракеты-носителя следующего поколения (NGL). [5] Всего было изучено четыре концепции запуска: горизонтальный взлетный бункер (HTO), вертикальный взлетный бункер (VTO), многоразовая первая ступень (RFS) и жидкостный ускоритель обратного полета . Каждый из этих концептов транспортных средств состоял из многоразового крылатого ускорителя , который был сопряжен с одноразовой верхней ступенью для доставки полезной нагрузки на геостационарную переходную орбиту . [5]
Вариант HTO Hopper был разработан для горизонтального взлета, первая часть которого должна была быть достигнута с помощью ракетных саней . [5] Он обладал относительно обычной конфигурацией крыла-корпуса, хотя одной нетипичной особенностью была носовая часть космического корабля, которая имела намеренно низкую кривизну , так что требуемый размер элевонов для желаемой функциональности балансировки мог быть уменьшен, а также приводил к улучшенной внутренней структуре, например, в размещении носового шасси . [5] Аэродинамически конфигурация HTO Hopper отличается закругленным дельтовидным крылом в плане с 60-градусной стреловидностью передней кромки , которое было совмещено с центральным вертикальным стабилизатором и плоским дном нижней части с целью максимизации характеристик космического корабля во время гиперзвукового полета. [5]
Альтернативный вариант VTO Hopper был разработан для вертикального взлета, запускаемого обычным способом с помощью одноразовой пусковой системы . [6] Он имел относительно традиционный тонкий корпус, похожий на ракету , но отличался наличием небольшого треугольного крыла с 45-градусной стреловидностью передней кромки и центральным вертикальным стабилизатором. С точки зрения своей структуры VTO Hopper имел круглое поперечное сечение с выступом на нижней стороне аппарата, который функционировал для размещения как крыльев, так и закрылка корпуса; он также имел ускоритель, который был разработан для переноса полезной нагрузки на носу фюзеляжа. [6] Исследования показали, что концепции вариантов HTO и VTO имели относительно схожую среду нагрузки при входе в атмосферу. [7]
HTO Hopper был принят для дальнейшей разработки в рамках другой инициативы ЕКА в форме исследования конструкции системы FESTIP (Программа будущих европейских космических транспортных исследований). [1] В 1998 году было решено, что конструкция Hopper соответствует всем установленным требованиям. [8] На тот момент космический корабль должен был состоять из одноступенчатого многоразового транспортного средства, которое само по себе не достигало бы орбитальной скорости. Сообщалось, что Hopper обещал обеспечить более низкую стоимость орбитального развертывания полезных грузов. [3] Представитель EADS заявил, что многоразовая ракета-носитель, такая как Hopper, могла бы вдвое сократить стоимость отправки спутника на орбиту, которая, как сообщалось, была определена в размере около 15 000 долларов США за килограмм полезной нагрузки в 2004 году. [2]
Предполагаемый профиль миссии Hopper должен был включать несколько фаз. Фаза запуска должна была быть достигнута с использованием 4-километровой магнитной горизонтальной дорожки, которая должна была быть специально построена в Гвианском космическом центре во Французской Гвиане , которая разгоняла бы космический корабль до скорости запуска. [3] [8] Достигнув высоты 130 км, корабль должен был запустить одноразовую верхнюю ступень с ракетным двигателем для достижения орбитальной скорости ; как только он достигал необходимой высоты и скорости, он должен был сбросить свою полезную нагрузку спутника , которая самостоятельно поднималась бы еще выше, чтобы достичь желаемой орбиты. [3] Как сообщается, Hopper был разработан для доставки 7,5-тонных спутников на орбиту 130 км над поверхностью Земли. [3] После сброса своей полезной нагрузки корабль затем должен был спланировать вниз в контроллерном спуске. Предполагалось, что космический корабль приземлится на заранее определенном островном объекте в Атлантическом океане , после чего его бы перевезли обратно во Французскую Гвиану на корабле для дальнейших полетов. [2] [3]
Многонациональный аэрокосмический конгломерат EADS отвечал за управление проектом Hopper, а также за разработку программных элементов проекта. [8] Ряд других компаний-партнеров также участвовали в разработке космического корабля. Как сообщается, и ESA, и EADS изначально намеревались завершить разработку Hopper между 2015 и 2020 годами. [8] После первого испытания планера с использованием прототипа Phoenix в мае 2004 года никаких дальнейших обновлений по программе не поступало; считается, что работа над Hopper была прекращена. [ необходима цитата ]
Ракета -носитель Phoenix RLV , прототип ракеты-носителя Hopper, была объявлена DASA в июне 1999 года [9] как часть более широкой программы ASTRA Немецкого аэрокосмического центра (DLR), проекта стоимостью € 40 млн, основанного Федеральным правительством Германии , дочерней компанией EADS Astrium и землей Бремен . Как сообщается, EADS и земля Бремен инвестировали не менее €8,2 млн и €4,3 млн соответственно в программу ASTRA. Дополнительный вклад в размере €16 млн был получен от компаний-партнеров по программе, таких как базирующаяся в Бремене OHB-System , DLR и Федеральное министерство образования и исследований. Строительство прототипа началось в 2000 году. [8]
Phoenix RLV имел длину 6,9 метра (23 фута), весил 1200 килограммов (2600 фунтов) и размах крыльев 3,9 метра (13 футов). Во время его проектирования особое внимание уделялось минимизации сопротивления путем создания как можно меньшего транспортного средства. [8] Внутренняя часть фюзеляжа была занята различными авионикой и бортовыми системами, обеспечивающими навигацию , передачу данных, энергоснабжение и функции искусственного интеллекта , чтобы позволить ему автоматически выполнять свою миссию по сбору данных. [3] Phoenix был в шесть раз меньше запланированного транспортного средства Hopper. [10] Ожидалось, что окончательная версия транспортного средства сможет выдерживать силы входа в атмосферу и тепло, а также сможет планировать с высоты 129 километров (80 миль). Работы по интеграции и тестированию системы были завершены в апреле 2004 года. [8]
В субботу, 8 мая 2004 года, прототип Phoenix прошел масштабное испытание на падение на Североевропейском аэрокосмическом испытательном полигоне в Кируне , Швеция. Аппарат был поднят вертолетом и сброшен с высоты 2,4 километра (7900 футов). После 90-секундного управляемого планирования прототип, как сообщается, приземлился точно и без происшествий. [11] [3] Основной целью испытания была оценка планирующего потенциала аппарата. Более конкретно, Phoenix исследовал различные методы выполнения автоматических посадок, которые не предполагали бы никакого вмешательства человека; управление обеспечивалось несколькими средствами навигации, включая спутники GPS , радиолокационные и лазерные высотомеры , а также различные датчики давления и скорости . По словам представителя EADS Матиаса Спуде, прототип приземлился в трех сантиметрах от намеченной цели. [2]
Дополнительные испытания уже были запланированы, включая три, которые планировалось провести в течение следующих двух недель, которые должны были подготовить к тестированию более сложных посадок (включая сброс космического корабля под разными углами или в разных ориентациях относительно места посадки). [2] Кроме того, проект имел ожидаемую веху в виде выпуска прототипа с высоты 25 километров (82 000 футов) в течение трех лет. Однако EADS отметила перед полетом, что дальнейшие испытания будут зависеть от характеристик корабля во время первоначального полета. [8]
Еще два испытательных полета были проведены 13 мая (повторение испытания на падение 8 мая) и 16 мая. [12]
В долгосрочной перспективе, если технология посадки, испытанная на Phoenix, окажется успешной и жизнеспособной, она будет включена в последующий многоразовый аппарат, который должен был получить название Socrates . Хотя Socrates не планировалось использовать в качестве орбитального аппарата, он должен был летать со скоростью, в 10 раз превышающей скорость звука , а также выполнять очень быстрые обороты между полетами в качестве ступеньки к возможности повторного использования. [2]