HOTOL , что означает «Горизонтальный взлет и посадка» , был британской разработкой 1980-х годов для одноступенчатого космического самолета (SSTO) , который должен был приводиться в движение воздушно-реактивным двигателем . Разработку проводил консорциум во главе с Rolls-Royce и British Aerospace (BAe).
Разработанная как одноступенчатая крылатая ракета-носитель многоразового использования (SSTO), HOTOL должна была быть оснащена уникальным воздушно-реактивным двигателем RB545 или Swallow, который разрабатывался британским производителем двигателей Rolls-Royce. Технически топливо для двигателя состояло из смеси жидкого водорода и жидкого кислорода ; однако предполагалось использовать новые средства, позволяющие резко сократить количество окислителя, которое необходимо было иметь на борту, за счет использования атмосферного кислорода, когда космический корабль поднимался через нижние слои атмосферы. Поскольку окислитель обычно составляет большую часть взлетной массы ракеты, HOTOL должен был быть значительно меньше, чем обычные конструкции чисто ракеты, примерно размером с авиалайнер средней дальности, такой как McDonnell Douglas DC-9 / MD-80 .
Пока проводилось исследование HOTOL по проверке концепции конструкции, как промышленность, так и британское правительство предпринимали попытки наладить международное сотрудничество для разработки, производства и развертывания космического корабля. Несмотря на американский интерес к программе, среди членов Европейского космического агентства (ЕКА) не было особого аппетита, и британское правительство не было готово отказаться от сотрудничества с ЕКА. Кроме того, возникли технические проблемы, и появились утверждения о том, что сравнения с альтернативными системами запуска, такими как обычные ракетные машины, использующие аналогичные технологии конструкции, не показали больших преимуществ HOTOL. В 1989 году финансирование проекта закончилось. Прекращение опытно-конструкторских работ по HOTOL привело к образованию компании Reaction Engines Limited (REL) для разработки и производства Skylon — предлагаемого космического корабля на основе технологий HOTOL, включая его воздушно-реактивный двигатель.
Идеи HOTOL возникли в результате работы британского инженера Алана Бонда в области реактивных двигателей с предварительным охлаждением. Бонд специально провел это исследование с целью создания жизнеспособного двигателя для системы космического запуска . [1] В 1982 году компания British Aerospace (BAe), которая была основным производителем спутников в Европе , начала изучение перспективной новой системы запуска с целью обеспечения затрат на запуск, которые составляли 20 процентов от стоимости американского космического корабля "Шаттл", эксплуатируемого НАСА . [2] Компания BAe узнала о работе британского производителя двигателей Rolls-Royce над подходящим двигателем и вскоре задумала беспилотный, полностью многоразовый одноступенчатый крылатый космический самолет в качестве ракеты-носителя. [2]
Таким образом, проект вскоре стал совместным предприятием BAe и Rolls-Royce, возглавляемым Джоном Скоттом-Скоттом и Бобом Паркинсоном . [2] Вначале существовало стремление «европеизировать» проект и привлечь другие страны к его разработке и производству, поскольку было признано, что для финансирования полномасштабного развития потребуется около 4 миллиардов фунтов стерлингов. [2] В августе 1984 года BAe представила публичную демонстрацию проекта спутниковой пусковой установки HOTOL и опубликовала подробную информацию о предлагаемых операциях. [3]
В декабре 1984 года в меморандуме Министерства торговли и промышленности (DTI) отмечалось, что Западная Германия была заинтересована в программе, в то время как Франция заняла критическое отношение к HOTOL, который министерство рассматривало как потенциальный, поскольку его рассматривали как конкурента Франции. -проекты под руководством. По словам министра торговли и промышленности Джеффри Патти , дипломатическое давление Франции с целью заручиться поддержкой предложенного ею космического корабля «Гермес» непреднамеренно вызвало поддержку и интерес среди членов Европейского космического агентства (ЕКА) к проекту HOTOL. [3] Несмотря на эту атмосферу предварительного интереса и возможной европейской поддержки, в британском правительстве существовало общее нежелание брать на себя инициативу по созданию новой космической ракеты-носителя. [3]
В марте 1985 года появились заявления о том, что компания Rolls-Royce ведет переговоры о лицензировании технологии двигателей HOTOL с американской компанией по производству двигателей Rocketdyne . [3] В апреле 1985 года Патти написала министру обороны Майклу Хезелтайну с предложением провести двухлетнюю проверку концепции стоимостью 3 миллиона фунтов стерлингов в рамках соглашения о государственно-частном партнерстве , состоящего из 1 миллиона фунтов стерлингов, предоставленного правительством Великобритании. а оставшуюся часть финансируют сами Rolls-Royce и BAe. Патти рассудила, что проект послужит «стратегическому потенциалу» Великобритании и что испытания ключевых технологий могут способствовать международному сотрудничеству. [3] По данным аэрокосмического издания Flight International , поддержка Министерства обороны (МО) имела решающее значение, поскольку конструкция двигателя HOTOL была засекречена. [3] [2]
В июле 1985 года технический директор Rolls-Royce Гордон Льюис заявил, что фирма добивалась привлечения двигательной установки Королевского авиастроительного завода (RAE) и что Rolls-Royce не был готов вкладывать собственные средства в разработку двигателей для HOTOL. [3] Ко второй половине 1985 года началась работа над двухлетним исследованием концепции доказательства. [3] На раннем этапе существовало значительное давление с целью продемонстрировать осуществимость и надежность проекта до принятия ЕКА окончательных решений по «Гермесу» и тому, что впоследствии станет системой запуска «Ариан-5» , поэтому работа была сосредоточена на проверке критически важных технологий. . [2]
К ноябрю 1985 года в ходе обсуждений DTI и RAE было отмечено, что компания Rolls-Royce искала американские данные о технологии прямоточного воздушно-реактивного двигателя для поддержки своей работы над двигателем, который был назван Swallow . [3] Как сообщается, ВВС США заинтересовались технологией, использованной в двигателе «Ласточка» в своих целях. [2] В ноябре 1985 года в ходе переговоров между премьер-министром Маргарет Тэтчер , министром без портфеля Дэвидом Янгом и научным советником президента США Рональда Рейгана Джорджем Кейвортом был отмечен интерес Америки к сотрудничеству в разработке гиперзвуковых аппаратов, таких как HOTOL, и что прототип может летать. еще в 1990 году. [3]
Согласно документам британского правительства, ни BAe, ни Министерство обороны не были в восторге от перспектив участия Америки в программе, выражая нежелание из-за уверенности в том, что результат такого шага может привести к тому, что Великобритания станет младшим членом в проекте, который она хочет. когда-то руководил. [3] Также существовало мнение, что, если Великобритания решит объединиться с Соединенными Штатами, она окажется без работы над будущими европейскими ракетами-носителями. [2] Однако компания Rolls-Royce считала трансатлантическое сотрудничество необходимым. [3] Глава будущего бизнеса BAe Питер Кончи заявил, что, если возможно, HOTOL должен стать частью европейской космической структуры. [2] В начале 1986 года британское правительство официально одобрило двухлетнее исследование. [3]
В декабре 1984 года консультант по управлению проектом Дэвид Эндрюс опубликовал восьмистраничную критику программы, отметив, что конструкция была оптимизирована для подъема, но подвергалась расширенным тепловым нагрузкам во время спуска из-за низкого уровня сопротивления . Он также утверждал, что машина не предлагает никаких возможностей, которые еще не были доступны; BAe ответил, что на высказанную критику был дан ответ. [3] В апреле 1985 года заместитель контролера отдела исследований и разработок Министерства обороны Джеймс Барнс заявил, что HOTOL не имеет обоснования и что для таких машин не существует никаких оборонных требований. Он также отметил, что «технические проблемы значительны» и что он вряд ли поступит на вооружение раньше 2020-х годов; Барнс также отметил, что двигатель HOTOL «гениален». [3]
В ноябре 1985 года RAE опубликовало оценку предложения HOTOL по исследованию; Организация считала, что на разработку HOTOL потребуется до 20 лет, а не 12-летний график, предусмотренный промышленностью. RAE также прогнозирует, что общая стоимость проекта составит 5 миллиардов фунтов стерлингов (по состоянию на 1985 год), из которых 750 миллионов фунтов стерлингов потребуются на шестилетнем этапе определения и примерно 25 миллионов фунтов стерлингов на предварительном этапе. -определение технико-экономического обоснования. [3]
В ходе разработки было обнаружено, что сравнительно тяжелый двигатель, расположенный сзади, сместил центр массы автомобиля назад. Это означало, что машина должна была быть спроектирована так, чтобы центр сопротивления был сдвинут как можно дальше назад, чтобы обеспечить устойчивость на протяжении всего режима полета. Перепроектирование автомобиля для этого потребовало увеличения массы гидравлических систем, что стоило значительной части полезной нагрузки и делало экономику неясной. [4] В частности, некоторые результаты анализа, похоже, указывают на то, что аналогичная технология, примененная к чисто ракетному подходу, даст примерно такие же характеристики при меньших затратах.
К 1989 году перспективы HOTOL стали мрачными; С самого начала проекта поддержка между британским правительством и промышленными партнерами была неравномерной, в то время как Соединенные Штаты оказались единственной иностранной страной, которая проявила готовность внести свой вклад в программу, [3 ] отчасти из-за секретности, окружающей ее. . Перспектив на участие Европы было мало, поскольку ЕКА решило продолжить разработку того, что впоследствии стало Ariane 5 , обычной системой космического запуска. [3] Компания Rolls-Royce вышла из проекта, посчитав, что будущий рынок двигателя вряд ли будет достаточно большим, чтобы окупить затраты на разработку. [5] Британское правительство отказалось предложить дальнейшее финансирование HOTOL. Проект находился почти на завершающей стадии проектирования, хотя большая часть планов оставалась в спекулятивном состоянии; Сообщается, что на тот момент у корабля все еще были аэродинамические проблемы и эксплуатационные недостатки.
Более дешевая модификация, Interim HOTOL или HOTOL 2 , которая должна была запускаться из задней части модифицированного транспортного самолета Ан-225 , специально продвигалась компанией BAe в 1991 году; однако и это предложение было отклонено. Конструкция Interim HOTOL должна была отказаться от воздушно-реактивного двигателя и вместо этого использовать в качестве топлива более традиционную смесь LOX и жидкого водорода. [6]
В 1989 году один из создателей HOTOL Алан Бонд и инженеры Джон Скотт-Скотт и Ричард Варвилл основали компанию Reaction Engines Limited (REL), которая с тех пор работала над новым воздушно-реактивным двигателем SABRE , в котором для обхода (и улучшения) использовались альтернативные конструкции. на) патенты Rolls-Royce и автомобиль Skylon , предназначенный для решения проблем HOTOL. Впервые они опубликовали эти концепции двигателей и космических кораблей в 1993 году [7] и с тех пор разрабатывают основные технологии, в частности двигатель и его предохладитель с контролем замерзания; первоначально поддерживалось частным финансированием, но в последнее время при поддержке Европейского космического агентства , Британского национального космического центра , Космического агентства Соединенного Королевства , BAe, [8] и Исследовательской лаборатории ВВС . По состоянию на 2017 год [обновлять]REL планирует продемонстрировать готовый к полету предварительный охладитель, работающий в моделируемых условиях полета в 2018 году, и статические испытания демонстрационного ядра двигателя в 2020 году.
HOTOL задумывался как беспилотный, полностью многоразовый одноступенчатый крылатый космический самолет (SSTO). Беспилотный корабль должен был вывести на орбиту на высоте 300 км полезную нагрузку массой от 7 до 8 тонн. [9] Он должен был взлетать с взлетно-посадочной полосы, установленной на задней части большой тележки с ракетным двигателем, которая помогла бы кораблю разогнаться до «рабочей скорости». Двигатель должен был переключиться с реактивного движения на чисто ракетное на высоте 26–32 км, к этому моменту корабль должен был двигаться со скоростью от 5 до 7 Маха . После достижения низкой околоземной орбиты (НОО) HOTOL должен был снова войти в атмосферу. атмосферу и планировать вниз, чтобы приземлиться на обычной взлетно-посадочной полосе (минимум около 1500 метров). Одновременно можно было перевозить только одну полезную нагрузку, поскольку BAe сочла это более экономичным, поскольку устраняло всякую необходимость в спутниковом интерфейсе и позволяло адаптировать миссии к индивидуальным требованиям. [9]
На высотном этапе его система управления полетом должна была быть связана с наземными станциями и глобальной навигационной системой космического базирования , а на этапах взлета и посадки использовался бы радар . Предполагалось , что помимо вывода спутников на геостационарную орбиту или LOE, HOTOL сможет также выполнять возврат спутников и оборудования с LOE. [9] В рекламных материалах BAe изображена стыковка HOTOL с Международной космической станцией (МКС), подвиг, который, по утверждению компании, потребовал бы пилотируемой операции, поскольку в то время автоматизированные системы не были способны выполнять такие стыковочные маневры. [9] HOTOL был разработан для проведения полностью автоматизированных беспилотных полетов; однако на более позднем этапе предполагалось потенциально повторно представить пилотный проект. Пилотируемые операции потребовали бы установки специального герметичного модуля в отсеке полезной нагрузки. [9]
По проекту HOTOL должен был иметь длину 62 метра, высоту 12,8 метра, диаметр фюзеляжа 5,7 метра и размах крыла 19,7 метра. [9] Его конструкция крыла была заимствована у Конкорда ; его большая площадь привела к относительно низкой нагрузке на крыло, что привело бы к более низкой температуре входа в атмосферу (никогда не поднимавшейся выше 1400 ° C). [9] Построенный из углеродных композитных материалов, не было необходимости в использовании изоляционных плиток, подобных тем, которые составляют систему тепловой защиты космического корабля «Шаттл» . Сложенное внутри шасси было бы слишком маленьким, чтобы выдержать вес полностью заправленной ракеты, поэтому для аварийной посадки потребовалось бы слить топливо. [9]
RB545, получивший название «Ласточка» от своего производителя, британского производителя двигателей Rolls-Royce, представлял собой воздушно-реактивный ракетный двигатель. [3] Он должен был функционировать как интегрированная силовая установка двойного назначения, будучи способной дышать воздухом при работе в атмосфере и работать аналогично ракете при достижении близости к НОО и внутри нее. [10] Этот двигатель также был бы способен развивать космический корабль до гиперзвуковых скоростей. Это был важнейший элемент программы, который публично назвали «сердцем очень низких затрат на запуск Hotol». [9]
Точные детали этого двигателя описаны в Законе Соединенного Королевства о государственной тайне ; следовательно, существует относительно мало публичной информации о его развитии и о его работе. Однако позже материал был рассекречен, когда политика правительства изменилась, чтобы предотвратить сохранение секретных патентов без объяснения причин. [11] [5]
Внутри атмосферы воздух забирается через две вертикально установленные впускные рампы , затем поток разделяется, направляя необходимое количество в предварительные охладители, а избыток - в выпускные каналы. Водород из топливных баков будет проходить через два теплообменника для предварительного охлаждения воздуха перед входом в цикл турбореактивного двигателя с высокой степенью сжатия - нагретый водород приводит в движение турбину для сжатия и подачи охлажденного воздуха в ракетный двигатель. , где он сжигался вместе с частью водорода, используемого для охлаждения воздуха. Большая часть оставшегося горячего водорода выбрасывалась из задней части двигателя, а небольшое его количество отводилось для повторного нагрева воздуха в сливных каналах в прямоточном воздушно-реактивном двигателе, чтобы создать «отрицательное сопротивление момента всасывания». [а]
Чтобы предотвратить обледенение предварительных охладителей, первый предварительный охладитель охладил воздух примерно до 10 градусов выше точки замерзания, чтобы сжижать водяной пар в воздухе. Затем в воздушный поток должен был быть введен жидкий кислород (LOX), чтобы понизить температуру до -50 ° C (-58 ° F), мгновенно заморозив воду в микроскопические кристаллы льда, достаточно холодные, чтобы они не расплавились из-за кинетического нагрева, если они попали во вторые элементы предохладителя. Водоотделитель можно было добавить после первого предварительного охладителя, если условия эксплуатации привели к избытку влаги. [12]
Когда стало невозможно использовать атмосферу для горения, RB545 переключился на использование бортового LOX для сжигания водорода в качестве высокоэффективной водородно-кислородной ракеты. [3]
