Rotary Rocket Company была ракетостроительной компанией, которая в конце 1990-х годов разработала концепцию Roton как полностью многоразового одноступенчатого космического корабля с экипажем (SSTO) . Первоначально дизайн был задуман Бевином МакКинни, который поделился им с Гэри Хадсоном . В 1996 году для коммерциализации этой концепции была создана компания Rotary Rocket Company. Ротон был призван сократить затраты на запуск полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту в десять раз.
Компания собрала значительный венчурный капитал от инвесторов-ангелов и открыла завод со штаб-квартирой на территории площадью 45 000 квадратных футов (4200 м 2 ) в воздушно-космическом порту Мохаве в Мохаве, Калифорния . Фюзеляж для их автомобилей был изготовлен компанией Scaled Composites в том же аэропорту, а компания разработала новую конструкцию двигателя и систему посадки, подобную вертолетной. Полномасштабная испытательная машина совершила три полета на воздушной подушке в 1999 году, но компания исчерпала свои средства и закрылась в начале 2001 года.
Бевин МакКинни обдумывал идею ракеты-носителя, использующей лопасти вертолета, когда журнал Wired попросил Гэри Хадсона написать статью об этой концепции. [1] Полученная статья привела к выделению финансирования со стороны миллиардера Уолта Андерсона , которое в сочетании с первоначальными инвестициями автора Тома Клэнси [2] позволило компании начать работу. К Хадсону и МакКинни присоединились соучредители Фредерик Джарруссо, Дэн Делонг, Джеймс Грот, Том Брос и Энн Хадсон, которые вместе основали компанию в октябре 1996 года .
Первоначальная концепция Гэри Хадсона и Бевина МакКинни заключалась в объединении ракеты-носителя с вертолетом: вращающиеся лопасти несущего винта , приводимые в движение реактивными форсунками , должны были поднимать ракету на самой ранней стадии запуска. Как только плотность воздуха уменьшится до такой степени, что полет вертолета станет непрактичным, аппарат продолжит подъем на чистой ракетной мощности, а ротор будет действовать как гигантский турбонасос . [1]
Расчеты показали, что лопасти вертолета незначительно увеличили эффективный удельный импульс ( I сп ) примерно на 20–30 секунд, по сути лишь выведя лопасти на орбиту «бесплатно». Таким образом, общего выигрыша от этого метода во время восхождения не было. Однако лопасти можно было использовать для мягкой посадки машины, поэтому ее система посадки не требовала дополнительных затрат. [ нужна цитата ]
Одна из проблем, обнаруженных в ходе исследований в Ротари, заключалась в том, что как только аппарат покинет атмосферу, потребуется дополнительная тяга. Таким образом, потребуется несколько двигателей как у основания, так и на концах ротора. [ нужна цитата ]
Эта первоначальная версия Roton была разработана с учетом потребностей рынка небольших спутников связи. Однако этот рынок рухнул, о чем свидетельствует крах Iridium Communications . Следовательно, концепцию Roton необходимо было перепроектировать для более тяжелой полезной нагрузки. [ нужна цитата ]
Переработанная и переработанная концепция Roton представляла собой конусообразную ракету-носитель с вертолетным винтом наверху, предназначенным только для использования во время приземления. Внутренний грузовой отсек можно было использовать как для доставки полезных грузов на орбиту, так и для доставки других на Землю. Прогнозируемая цена вывода на орбиту этой конструкции составляла 1000 долларов за кг полезной нагрузки, что составляло менее одной десятой действующей на тот момент цены запуска. Грузоподъемность была ограничена относительно скромными 6000 фунтами (2700 кг). [ нужна цитата ]
В переработанной версии использовался бы уникальный вращающийся кольцевой двигатель с аэроспайком : двигатель и основание ракеты-носителя вращались бы с высокой скоростью (720 об/мин ), перекачивая топливо и окислитель к ободу за счет вращения. В отличие от посадочного винта, благодаря малому углу сопел базового винта, скорость вращения самоограничивалась и не требовала системы управления. Поскольку плотность LOX ( жидкого кислорода ) была выше, чем у керосина, LOX имел дополнительное давление, поэтому его можно было использовать для охлаждения горловины двигателя и других компонентов, а не использовать керосин в качестве охлаждающей жидкости, как в обычной ракете LOX/керосин. Однако при высоких уровнях G на внешнем крае вращающегося блока двигателя ясность относительно того, как LOX будет работать в качестве охлаждающей жидкости, была неизвестна и ее трудно проверить. Это добавило еще один уровень риска. [ нужна цитата ]
Кроме того, вращающийся выхлоп действовал как стена на внешнем крае основания двигателя, снижая температуру основания ниже температуры окружающей среды за счет эффекта эжекторного насоса и создавая присоску внизу в атмосфере. Эту проблему можно было бы облегчить, используя подпиточный газ для создания базового давления, что потребует дополнительного ракетного двигателя для заполнения базы основного ракетного двигателя. (Аналогичные проблемы могли бы возникнуть в обычном аэроспайковом двигателе , но там естественная рециркуляция плюс использование выхлопных газов газогенератора турбонасоса в качестве подпиточного газа в значительной степени облегчили бы проблему « бесплатно». )
По краю 96 миниатюрных форсунок выбрасывали горящее топливо (LOX и керосин ) по краю основания транспортного средства, что придавало транспортному средству дополнительную тягу на большой высоте, действуя как усеченное сопло аэрошпиля нулевой длины. [3] Аналогичная система с невращающимися двигателями изучалась для ракеты Н1 . Это приложение имело гораздо меньшую площадь основания и не создавало эффекта всасывания, который вызывает более крупный периферийный двигатель. Двигатель Roton имел расчетный вакуум I SP (удельный импульс) ~ 355 секунд (3,48 км/с), что очень много для двигателя LOX/керосин, и соотношение тяги к массе 150, что чрезвычайно легко. [4]
Во время входа в атмосферу база также служила теплозащитным экраном с водяным охлаждением . Теоретически это был хороший способ выжить при входе в атмосферу, особенно для легкого многоразового корабля. Однако использование воды в качестве теплоносителя потребовало бы преобразования ее в перегретый пар при высоких температурах и давлениях, и существовали опасения по поводу повреждения микрометеоритом на орбите, пробивающего сосуд под давлением, что приведет к выходу из строя щита входа в атмосферу. Эти проблемы были решены с помощью отказоустойчивой системы с массивным резервированием, созданной с использованием тонких металлических листов, химически протравленных с рисунком микропор, образующих систему каналов, устойчивую к отказам и повреждениям. [ нужна цитата ]
Кроме того, охлаждение достигалось двумя разными способами; Одним из способов было испарение воды, но второй был еще более существенным и объяснялся созданием слоя «прохладного» пара, окружающего поверхность основания, снижающего способность к нагреванию. Кроме того, система учета воды должна была быть чрезвычайно надежной, обеспечивая одну каплю в секунду на квадратный дюйм, и это было достигнуто с помощью метода проб и ошибок на реальном оборудовании. К концу программы Roton некоторое оборудование было построено и протестировано. Траектория спуска должна была быть уравновешена, как и у «Союза», чтобы минимизировать перегрузочные нагрузки на пассажиров. Да и баллистический коэффициент у Ротона был лучше и его можно было лучше подогнать. Когда система триммера «Союза» вышла из строя и он полностью вышел из строя, уровни перегрузки значительно выросли, но без каких-либо проблем для пассажиров. [ нужна цитата ]
Автомобиль также был уникален тем, что для приземления планировалось использовать винты вертолетного типа , а не крылья или парашюты. Эта концепция позволяла осуществлять управляемую посадку (в отличие от парашютов) и составляла 1/5 веса неподвижного крыла. Еще одним преимуществом было то, что вертолет мог приземлиться практически где угодно, тогда как крылатым космическим самолетам , таким как космический шаттл, приходилось возвращаться на взлетно-посадочную полосу. Лопасти несущего винта должны были приводиться в движение ракетами с перекисными наконечниками. Лопасти несущего винта должны были быть развернуты перед входом в атмосферу; Были подняты некоторые вопросы о том, доживут ли лопасти до приземления. [ нужна цитата ]
Первоначальный план состоял в том, чтобы сделать их почти вертикальными, но это оказалось неустойчивым, поскольку для устойчивости им нужно было опускаться все ниже и ниже и вращаться быстрее, скорость нагрева резко возросла, а поток воздуха стал более направленным. Это означало, что лопасти превратились из слегка нагретого изделия в изделие, которое нужно было либо активно охлаждать, либо делать из SiC или другого огнеупорного материала. В этот момент идея выдвигать лезвия стала гораздо более привлекательной, и для этого варианта были проведены первоначальные исследования. Эта концепция конструкции ротора не была беспрецедентной. В 1955 году один из пяти советских проектов запланированных суборбитальных пилотируемых полетов должен был включать в себя несущие винты с ракетными наконечниками в качестве системы приземления. 1 мая 1958 года от этих планов отказались, поскольку было принято решение перейти непосредственно к орбитальным полетам. [ нужна цитата ]
Компания Rotary Rocket разработала и испытала под давлением исключительно легкий, но прочный композитный бак LOX. Он выдержал программу испытаний, в ходе которой его подвергали циклическому давлению и, в конечном итоге, намеренно выстрелили, чтобы проверить его чувствительность к воспламенению. [ нужна цитата ]
В июне 1999 года Rotary Rocket объявила, что будет использовать производную от двигателя Fastrac , разрабатываемую в Центре космических полетов Маршалла НАСА , вместо собственной нетрадиционной конструкции вращающегося двигателя. Сообщается, что компании не удалось убедить инвесторов в жизнеспособности конструкции ее двигателя; композитную конструкцию и вход в атмосферу гирокоптера было легче продать. [5]
Одновременно с этим изменением компания уволила около трети своих сотрудников, снизив приблизительную численность персонала с 60 до 40. На этом этапе компания планировала начать коммерческий запуск где-то в 2001 году. [6] Хотя компания собрал 30 миллионов долларов, перед вводом в эксплуатацию ему все еще нужно было собрать дополнительные 120 миллионов долларов.
Полноразмерный атмосферный испытательный автомобиль (ATV) высотой 63 фута (19 м) был построен по контракту компанией Scaled Composites для использования в испытательных полетах на висении. Квадроцикл стоимостью 2,8 миллиона долларов не предназначался для комплексных испытаний, поскольку у него не было ракетного двигателя и тепловой защиты. Квадроцикл был вывезен из ангара в Мохаве 1 марта 1999 года и имел регистрационный номер FAA N990RR. [ нужна цитата ]
Головка несущего винта была спасена от разбившегося Sikorsky S-58 по цене 50 000 долларов – по сравнению с 1 миллионом долларов за новую головку. Каждый ротор приводился в движение струей перекиси водорода мощностью 350 фунтов силы (1560 Н) , как и предполагалось для орбитального корабля. [7] Перед установкой на квадроцикл роторная сборка была испытана в каменоломне.
В 1999 году квадроцикл совершил три успешных испытательных полета. Пилотом этих трех полетов была Марти Саригул-Клин, а вторым пилотом - Брайан Бинни (который позже получил известность как пилот SpaceShipOne компании Scaled Composites во время его второго полета X-Prize ). [ нужна цитата ]
Квадроцикл совершил свой первый полет 28 июля. Этот полет состоял из трех вертикальных прыжков общей продолжительностью 4 минуты 40 секунд и максимальной высоты 8 футов (2,4 м). Пилоты сочли полет чрезвычайно трудным по ряду причин. Обзорность из кабины была настолько ограничена, что пилоты прозвали ее « Бэтпещера» . Обзор земли был полностью закрыт, поэтому пилотам приходилось полагаться на гидроакустический высотомер, чтобы определить близость земли. Весь корабль имел низкую инерцию вращения, а крутящий момент вращающихся лопастей несущего винта заставлял корпус вращаться, если ему не противодействовала тяга рыскания в противоположном направлении. [8]
Второй полет, состоявшийся 16 сентября, представлял собой непрерывный полет на висении продолжительностью 2 минуты 30 секунд с достижением максимальной высоты 20 футов (6,1 м). Продолжительный полет стал возможен благодаря установке более мощных подруливающих устройств на концах несущего винта и автомата тяги . [9]
Третий и последний полет был совершен 12 октября. Квадроцикл пролетел по траектории полета в воздушном и космическом порту Мохаве , преодолев за полет 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. [ нужна цитата ]
Четвертое испытание было запланировано для имитации полного авторотационного спуска. Квадроцикл должен был подняться на высоту 10 000 футов (3050 м) своим ходом, прежде чем сбросить газ и вернуться для мягкой посадки. [10] На данный момент, учитывая, что дальнейшее финансирование тогда было маловероятно, соображения безопасности не позволили провести испытание.
«Вращающаяся ракета» провалилась из-за отсутствия финансирования, но некоторые [ кто? ] предположили, что сам дизайн был ошибочным по своей сути. [ нужна цитата ]
Роторная ракета совершила три испытательных полета, а бак с композитным топливом выдержал полную программу испытаний, однако эти испытания выявили проблемы. Например, квадроцикл продемонстрировал, что приземление вращающейся ракеты было сложным и даже опасным. У пилотов-испытателей есть рейтинговая система, рейтинговая шкала Купера-Харпера , для транспортных средств от 1 до 10, которая соответствует сложности пилотирования. Квадроцикл Roton получил 10 баллов: никто, кроме летчиков-испытателей Rotary, не мог летать на симуляторе автомобиля, и даже тогда бывали короткие периоды, когда автомобиль выходил из-под контроля. [ нужна цитата ]
Другие аспекты плана полета остались недоказанными, и неизвестно, мог ли Ротон развить достаточные характеристики, чтобы достичь орбиты с помощью одной ступени и вернуться - хотя на бумаге это могло быть возможно. [ нужна цитата ]
Разработка двигателя была прекращена в 2000 году, как сообщается, за две недели до назначенного срока полномасштабных испытаний. Ракете не удалось получить контракты на запуск, и Rotary Rocket закрылась в 2001 году. [11]
Время для этого предприятия было неудачным: предприятие Iridium Communications было на грани банкротства, а космическая отрасль в целом переживала финансовый кризис. В конечном итоге компания не привлекла достаточного финансирования – хотя многие люди предоставили в общей сложности 33 миллиона долларов поддержки, включая писателя Тома Клэнси . [12]
Автомобиль для атмосферных испытаний должен был быть выставлен в Музее классических роторов , музее вертолетов недалеко от Сан-Диего, Калифорния , но 9 мая 2003 года была предпринята попытка переместить его туда с помощью короткой стропы под армейским резервным CH-47 Chinook. потерпел неудачу, когда «Ротон» начал раскачиваться на скорости выше 35 узлов (65 км/ч). Вместо этого автомобиль хранился в Мохаве, а 10 ноября 2006 года Roton был перенесен на место постоянной экспозиции на пересечении бульвара Аэропорт и Сабович-роуд. [ нужна цитата ]
Ангары для вращающихся ракет сейчас занимают Национальная школа летчиков-испытателей . [ нужна цитата ]
Данные из [13] [14]
Общие характеристики
Производительность
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
35 ° 03'19 "N 118 ° 09'30" W / 35,055321 ° N 118,158375 ° W / 35,055321; -118.158375