Роторная ракета - Rotary Rocket

Роторная Ракетная Компания
Промышленность Аэрокосмическая промышленность
Несуществующий 2001 г.
Действующие лица
 Гэри Хадсон
Бевин МакКинни
Товары Ротон

Rotary Rocket Company была ракетная компанией , которая разработала ROTON концепцию в конце 1990 - х лет , как полностью многоразовый одноступенчатый-на-орбиту (SSTO) пилотируемый космический корабль . Первоначально дизайн был разработан Бевином МакКинни, который поделился им с Гэри Хадсоном . В 1996 году была образована компания Rotary Rocket Company для коммерциализации концепции. Ротон был предназначен для сокращения затрат на запуск полезных нагрузок на низкую околоземную орбиту в десять раз.

Компания собрала значительный венчурный капитал от инвесторов-ангелов и открыла завод со штаб-квартирой на территории 45 000 квадратных футов (4200 м 2 ) в аэропорту Mojave Air and Space Port в Мохаве, Калифорния . Фюзеляж для их автомобилей был изготовлен компанией Scaled Composites в том же аэропорту, в то время как компания разработала новую конструкцию двигателя и систему посадки, подобную вертолету. В 1999 году полномасштабный испытательный автомобиль совершил три полета на воздушной подушке, но компания исчерпала свои средства и закрылась в начале 2001 года.

Истоки предприятия

Бевин МакКинни думал об идее ракеты-носителя с лопастями вертолета в течение нескольких лет, когда журнал Wired попросил Гэри Хадсона написать статью об этой концепции. Результатом этой статьи стало обязательство миллиардера Уолта Андерсона о финансировании , которое в сочетании с первоначальными инвестициями автора Тома Клэнси 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.

Эволюция конструкции роторной ракеты

Вертолет на орбиту

Первоначальная концепция Гэри Хадсона и Бевина МакКинни заключалась в объединении ракеты-носителя с вертолетом: вращающиеся лопасти несущего винта , приводимые в движение реактивными двигателями , поднимали бы ракету на самой ранней стадии запуска. Как только плотность воздуха уменьшится до такой степени, что полет вертолета станет непрактичным, аппарат продолжит взлет на чистой ракетной мощности с ротором, действующим как гигантский турбонасос .

Расчеты показали, что лопасти вертолета незначительно увеличивают эффективный удельный импульс ( I sp ) примерно на 20–30 секунд, по сути только выводя лопасти на орбиту «бесплатно». Таким образом, во время восхождения от этого метода не было никакой общей выгоды. Однако лопасти можно было использовать для мягкой посадки транспортного средства, поэтому его система приземления не требовала дополнительных затрат.

Одна из проблем, обнаруженных в ходе исследований в Rotary, заключалась в том, что после того, как аппарат покинул атмосферу, потребуется дополнительная тяга. Таким образом, потребуется несколько двигателей как в основании, так и на концах ротора.

Эта первоначальная версия Roton была разработана с учетом рынка малых спутников связи. Однако этот рынок рухнул, о чем свидетельствует отказ Iridium Communications . Следовательно, концепцию Roton необходимо было переработать для более тяжелой полезной нагрузки.

Вертолет с орбиты

Пересмотренный и переработанный концепт Ротон представлял собой ракету-носитель конусообразной формы с несущим винтом вертолета наверху для использования только во время посадки. Внутренний грузовой отсек можно было использовать как для перевозки грузов на орбиту, так и для доставки других на Землю. Планируемая цена вывода на орбиту этой конструкции составляла 1000 долларов за килограмм полезной нагрузки, что составляет менее одной десятой от нынешней цены на запуск. Грузоподъемность была ограничена до относительно скромных 6000 фунтов (2700 кг).

В доработанной версии должен был использоваться уникальный вращающийся кольцевой аэрокосмический двигатель : двигатель и основание ракеты-носителя вращались бы с высокой скоростью (720 об / мин ), нагнетая топливо и окислитель к ободу за счет вращения. В отличие от посадочного винта, из-за малого угла сопел в основном роторе скорость вращения самоограничивалась и не требовала системы управления. Поскольку плотность LOX ( жидкий кислород ) была выше, чем у керосина, дополнительное давление было доступно с LOX, поэтому его можно было использовать для охлаждения горла 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 цилиндров ясность в отношении того, как LOX будет работать в качестве охлаждающей жидкости, была неизвестна, и ее трудно было проверить. Это добавило еще одного уровня риска.

Вдобавок вращающийся выхлоп действовал как стена на внешнем крае основания двигателя, понижая температуру основания ниже температуры окружающей среды из-за эффекта эжекторного насоса и создавая на дне присоску в атмосфере. Этого можно было избежать с помощью подпиточного газа для создания базового давления, что потребовало бы дополнительного ракетного двигателя для заполнения основания основного ракетного двигателя. (Подобные проблемы могли бы возникнуть в обычном аэрокосмическом двигателе , но там естественная рециркуляция плюс использование выхлопных газов турбонасосного газогенератора в качестве подпиточного газа в значительной степени решило бы проблему «бесплатно».)

На ободе 96 миниатюрных реактивных двигателей выбрасывали горящее топливо (LOX и керосин ) вокруг обода основания транспортного средства, что давало транспортному средству дополнительную тягу на большой высоте, действуя как усеченное аэродинамическое сопло нулевой длины. Аналогичная система с невращающимися двигателями исследовалась для ракеты Н1 . Это приложение имело гораздо меньшую площадь основания и не создавало эффекта всасывания, который вызывает более крупный периферийный двигатель. Двигатель Roton имел прогнозируемый 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 очень мало.

Во время входа база также служила теплозащитным экраном с водяным охлаждением . Теоретически это был хороший способ выжить при возвращении, особенно для легкого многоразового автомобиля. Однако использование воды в качестве хладагента потребовало бы преобразования ее в перегретый пар при высоких температурах и давлениях, и были опасения по поводу повреждения микрометеоритами на орбите, пробивающего сосуд высокого давления, что приводило к выходу из строя входного щита. Эти проблемы были решены с использованием отказоустойчивой системы потока с массивным резервированием, созданной с использованием тонких металлических листов, химически протравленных с рисунком микропор, образующих систему каналов, устойчивую к сбоям и повреждениям.

Кроме того, охлаждение осуществлялось двумя разными способами; Один из способов заключался в испарении воды, но второй был еще более значительным и был связан с созданием слоя «холодного» пара, окружающего поверхность основания, что уменьшало способность к нагреванию. Кроме того, система учета воды должна быть чрезвычайно надежной, давая одну каплю в секунду на квадратный дюйм, и была достигнута с помощью подхода к проектированию методом проб / ошибок на реальном оборудовании. К концу программы Roton было построено и протестировано некоторое оборудование. Траектория входа в атмосферу должна была быть сокращена, как и у «Союза», чтобы минимизировать перегрузку пассажиров. К тому же баллистический коэффициент у Ротона был лучше, и его можно было лучше настроить. Когда система дифферента «Союза» вышла из строя и он перешел на полную баллистику, уровни G действительно повысились, но без инцидентов с пассажирами.

Транспортное средство также было уникальным тем, что для посадки 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 неподвижных крыльев. Еще одним преимуществом было то, что вертолет мог приземлиться практически где угодно, в то время как крылатые космические самолеты, такие как космический шаттл, должны были вернуться на взлетно-посадочную полосу. Лопасти ротора должны были приводиться в движение ракетами с наконечниками из перекиси водорода. Лопасти несущего винта должны были быть развернуты перед возвращением в атмосферу; Были подняты некоторые вопросы о том, доживут ли лезвия до приземления.

Первоначальный план заключался в том, чтобы они были почти вертикальными, но это оказалось нестабильным, поскольку им нужно было опускаться все ниже и ниже и вращаться быстрее для стабильности, скорость нагрева резко возросла, а воздушный поток стал более прямолинейным. Следствием этого было то, что лопасти превратились из слегка нагретого оборудования в оборудование, которое либо нужно было активно охлаждать, либо делать из SiC или другого тугоплавкого материала. Идея вытаскивания лезвий стала намного более привлекательной на этом этапе, и для этого варианта были проведены первоначальные исследования. Эта концепция конструкции ротора не была беспрецедентной. В 1955 году один из пяти советских проектов для запланированных суборбитальных пилотируемых полетов должен был включать несущие ракеты в качестве системы посадки. 1 мая 1958 года эти планы были отброшены, поскольку было принято решение перейти непосредственно к орбитальным полетам.

Rotary Rocket спроектировал и проверил под давлением исключительно легкий, но прочный композитный бак LOX. Он выдержал испытательную программу, которая включала циклическое изменение давления и, в конечном итоге, преднамеренный выстрел, чтобы проверить его чувствительность к воспламенению.

Новый двигатель

В июне 1999 года Rotary Rocket объявил , что он будет использовать производное от Fastrac двигателя в стадии разработки в НАСА «s Marshall Space Flight Center , а не собственный нетрадиционный дизайн спиннинг двигателя компании. Сообщается, что компании не удалось убедить инвесторов в жизнеспособности ее двигателя; композитную конструкцию и вход в атмосферу автожира продавать было легче.

Одновременно с этим изменением компания уволила около трети своих сотрудников, снизив приблизительную численность персонала с 60 до 40. На данный момент компания планировала начать коммерческий запуск услуг где-то в 2001 году. Хотя компания привлекла 30 долларов. млн, ему все еще нужно было собрать дополнительно 120 млн долларов до ввода в эксплуатацию.

Автомобиль для испытаний в атмосфере (ATV)

Пилоты прозвали кабину квадроцикла «Бэтпещерой» из-за ограниченного поля зрения.

Полноразмерный автомобиль для испытаний в атмосфере (ATV) высотой 63 фута (19 м) был построен по контракту Scaled Composites для использования в испытательных полетах в режиме висения. Квадроцикл стоимостью 2,8 миллиона долларов не предназначался для полноценного тестирования, поскольку у него не было ракетного двигателя и тепловой защиты. 1 марта 1999 года квадроцикл выехал из ангара в Мохаве, имея регистрационный номер FAA N990RR.

Головка ротора была спасена от разбившегося Sikorsky S-58 по цене 50 000 долларов, в отличие от 1 миллиона долларов за новую головку. Каждый ротор приводился в движение струей перекиси водорода мощностью 350 фунтов (1560 Н) , как и предполагалось для орбитального корабля. Перед установкой на квадроцикл узел ротора был испытан в каменном карьере.

В 1999 году квадроцикл совершил три успешных испытательных полета. Пилотом этих трех полетов был Марти Саригул-Клин, а вторым пилотом - Брайан Бинни (который позже прославился как пилот SpaceShipOne от Scaled Composites во время его второго полета X-Prize ).

Первый полет квадроцикл совершил 28 июля. Этот полет состоял из трех вертикальных прыжков общей продолжительностью 4 мин 40 сек и достижением максимальной высоты 8 футов (2,4 м). Пилоты сочли полет чрезвычайно сложным по ряду причин. Видимость в кабине была настолько ограничена, что пилоты прозвали ее Бэтпещерой . Обзор земли был полностью затруднен, поэтому пилотам приходилось полагаться на гидроакустический высотомер, чтобы оценить близость к земле. Весь аппарат имел низкую инерцию вращения, и крутящий момент от вращающихся лопастей несущего винта заставлял тело вращаться, если только ему не противодействовала рысканая тяга в противоположном направлении.

Второй полет, состоявшийся 16 сентября, представлял собой непрерывный полет в режиме висения продолжительностью 2 мин 30 сек с достижением максимальной высоты 20 футов (6,1 м). Продолжительный полет стал возможен за счет установки более мощных подруливающих устройств на несущих винтах и автомата тяги .

Третий и последний полет был совершен 12 октября. ATV пролетел по линии полета в аэрокосмическом порту Мохаве , 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 поступательного полета.

Четвертый тест планировался для имитации полного авторотационного спуска. Квадроцикл поднимался на высоту 10 000 футов (3050 м) своим ходом, прежде чем сбросить газ и вернуться для мягкой посадки. В этот момент, учитывая, что дальнейшее финансирование было маловероятным, попытки проведения испытания не позволили соображения безопасности.

Критика дизайна

Роторная ракета потерпела неудачу из-за отсутствия финансирования, но некоторые предположили, что сама конструкция была ошибочной.

Роторная ракета совершила три испытательных полета, а топливный бак из композитного топлива выдержал полную программу испытаний, однако эти испытания выявили проблемы. Например, квадроцикл продемонстрировал, что посадка Rotary Rocket сложна и даже опасна. У пилотов-испытателей есть система оценок, шкала оценок Купера-Харпера , для транспортных средств от 1 до 10, которая относится к сложности для пилота. Квадроцикл Roton получил 10 баллов - симулятор транспортного средства был признан практически непригодным для эксплуатации кем-либо, кроме пилотов-испытателей Rotary, и даже тогда были короткие периоды, когда транспортное средство выходило из-под контроля.

Другие аспекты плана полета остались недоказанными, и неизвестно, мог ли Ротон развить достаточные характеристики, чтобы достичь орбиты с одной ступенью и вернуться - хотя на бумаге это могло быть возможно.

Последние дни предприятия

Ангары с вращающимися ракетами в воздушном и космическом порту Мохаве , как видно в 2005 году. Более высокий ангар слева был зданием сборки вращающихся ракет.

Разработка двигателя прекратилась в 2000 году, как сообщается, за две недели до проведения полномасштабных испытаний. Транспортному средству не удалось получить контракты на запуск, и Rotary Rocket закрылась в 2001 году.

Время для этого предприятия было неудачным: предприятие Iridium Communications было на грани банкротства, а космическая отрасль в целом испытывала финансовые затруднения. В конечном итоге компания не привлекла достаточного финансирования, несмотря на то, что многие люди оказали поддержку в общей сложности 33 миллиона долларов, включая писателя Тома Клэнси .

Некоторые из инженеров, которые там работали, с тех пор создали другие ракетные предприятия, в частности XCOR Aerospace , t / Space и Space Launch.

Испытательный автомобиль в атмосфере должен был быть выставлен в Музее классических роторов, музее вертолетов недалеко от Сан-Диего, Калифорния , но попытка перевезти его туда 9 мая 2003 года с помощью короткой стропы под армейским резервным CH-47 Chinook. потерпел неудачу, когда Ротон начал колебаться на скорости выше 35 узлов (65 км / ч). Вместо этого администрация аэропорта Мохаве работала над тем, чтобы сохранить этот исторический автомобиль в Мохаве, и 10 ноября 2006 года Roton был перенесен на место постоянной экспозиции на пересечении бульвара Аэропорт и улицы Сабович. Для многих Roton представляет собой программу, которая запустила Мохаве в космическую эру, и эта тема была повторена во время церемонии открытия, которая состоялась во время празднования Дня ветеранов 11 ноября, на которой Брайан Бинни был основным докладчиком.

Ангары Rotary Rocket теперь заняты Национальной школой летчиков-испытателей .

Технические характеристики Roton C-9

Данные из

Общие характеристики

  • Грузоподъемность: 7000 фунтов (3200 кг) полезной нагрузки
  • Длина: 64 фута (20 м)
  • Диаметр: 22 фута (6,7 м)
  • Полная масса: 400000 фунтов (181 437 кг)
  • Запас топлива: 372500 фунтов (169000 кг)
  • Силовая установка: 72 роторных ракетных двигателя , тяга 6950 фунтов-силы (30,9 кН) каждый в вакууме
  • Удельный импульс: 340 с (3,3 км / с)
  • Время горения : 253 с

Представление

  • Диапазон: 120 миль (190 км, 100 миль)

Смотрите также

  • Hiller Hornet , вертолет с прямоточными воздушно-реактивными двигателями, установленными на концах лопастей несущего винта.

использованная литература

Цитаты
Список используемой литературы
  • Пети, Чарльз, «Ракеты для всех остальных». Air & Space / Smithsonian Magazine , март 1998 г. Взгляд на ранний дизайн Rotary Rocket.
  • Саригул-Клин, Марти , «Я выжил на вращающейся ракете». Журнал Air & Space / Smithsonian , март 2002 г. Пилот-испытатель квадроцикла описывает три испытательных полета.
  • Вейл, Элизабет, все они смеялись над Христофором Колумбом: неизлечимый мечтатель строит первый гражданский космический корабль . Bantam, 2003. Взгляд изнутри на разработку Rotary Rocket. ISBN  978-0-553-38236-5

внешние ссылки

Координаты : 35.055321 ° N 118.158375 ° W 35 ° 03′19 ″ с.ш. 118 ° 09′30 ″ з.д. /  / 35.055321; -118.158375