omega_giperon (omega_hyperon) wrote,
omega_giperon
omega_hyperon

Categories:

Печальная история первой и пока последней британской РН НК 02/2004

В статье И.Афанасьева "Объединенная Europa" из февральского номера "Новостей космонавтики" за 2004 год, первой из цикла о европейских носителя начала космической эры, изложена история британской программы создания ракеты-носителя. Причем тут отказ от разработки своего зашел даже дальше, чем в авиации.


Фото ЕКА
35 лет назад, 29 ноября 1968 г., состоялась первая попытка орбитального запуска ракеты-носителя Europa 1 (ELDO А). С этого момента начинается штурм космоса, предпринимаемый совместными усилиями западноевропейских государств.

Ракеты с берегов Туманного Альбиона
Однако история создания общеевропейского носителя начиналась раньше – в 1955 г., когда Великобритания собралась реализовать чрезвычайно дорогой и амбициозный проект создания тяжелой отечественной баллистической ракеты Blue Streak(«Голубая полоса»; названа так по аналогии с «Тонкой голубой линией» (Thin Blue Line) – условным обозначением английской системы ПВО Второй мировой войны, которая фактически спасла страну от разрушения гитлеровской авиацией во время «Битвы за Британию».), практически не имея опыта работ в области ракетной техники, не считая трех запусков трофейных V-2 во время «Операции Backfire» сразу после окончания Второй мировой войны.

Фото из архива Николаса Хилли (Nicholas Hill)
Ракета Black Knight до установки (запуск ВКК15) с необычной сферической головной частью
В качестве промежуточного шага рассматривался «Черный рыцарь» (Black Knight) – первая крупная английская баллистическая ракета на жидком топливе. Она была спроектирована Королевским авиационным исследовательским институтом RAE в Фарнборо специально для исследования условий входа в атмосферу боеголовок в связи с программой Blue Streak. Ракета строилась малой серией и испытывалась на заводе фирмы Saunders Roe, расположенном на оове Уайт. Она оснащалась двигателем Gamma Мк.201 фирмы Bristol Siddley тягой около 7240 кгс на уровне моря, замененным в дальнейшем на модификацию Mk.301 тягой около 10900 кгс. ЖРД – четырехкамерный, с турбонасосной подачей компонентов топлива (окислитель – концентрированная перекись водорода, горючее – керосин).

Ракета управлялась гироскопическим автопилотом постоянного курса и отклонением камер сгорания в карданных подвесах. Четыре аэродинамических стабилизатора служили для устойчивости на начальном участке подъема, снижая до минимума угол отклонений камер ЖРД при порывах ветра и сокращая диапазон перемещения сервомеханизмов.

Хотя было осуществлено пять запусков Black Knight в одноступенчатом варианте, в проекте предусматривалось, что ракета будет иметь две ступени: в качестве второй намечалось применить вариант твердотопливного ускорителя Cuckoo («Кукушка»), разработанного для высотной ракеты Skylark («Жаворонок»). При включении ускорителя на последнем этапе снижения ракеты Black Knight можно было достичь гораздо большей скорости входа боеголовки в атмосферу.

С этой целью вторая ступень монтировалась на «Черном рыцаре» в перевернутом положении, т.е. экспериментальная боеголовка входила внутрь приборного отсека первой ступени. Отделение второй ступени (после прекращения работы ЖРД первой) происходило на восходящей ветви траектории на высоте около 110 км с помощью пироболтов. Затем вторая ступень стабилизировалась вращением с частотой 150 об/мин посредством сопел в головном обтекателе ракеты, где располагался и баллон со сжатым газом. Сопла, наклоненные назад под углом 45°, не только закручивали ракету, но и помогали отделению второй ступени. В результате последняя сохраняла вертикальное положение по отношению к Земле на всей баллистической траектории. При достижении расчетной высоты РДТТ ступени воспламенялся и обеспечивал разгон испытываемой боеголовки до высоких скоростей при входе в плотные слои атмосферы.

Обычно при таких экспериментах вторая ступень падала свободно до высоты 112 км над Землей, и здесь включался ее двигатель. На высоте 65 км боеголовка отделялась от второй ступени и падала в заданном районе, удаленном на 100 км от стартовой площадки. Для ее приземления парашют не применялся.

Записывающее устройство, установленное в боеголовке, регистрировало на магнитной ленте ее поведение вплоть до соприкосновения с землей. Магнитная лента заключалась в тяжелую бронированную кассету, которая защищала ее от нагрева при входе в атмосферу и от повреждения при падении.

Фото из архива Николаса Хилли (Nicholas Hill)
Black Knight (запуск ВК-20)
Поскольку рассеивание точек падения при управлении автопилотом постоянного курса оказалось слишком значительным, с точки зрения обеспечения безопасности полигона и возможностей аппаратуры слежения, была разработана простая радиокомандная система управления, обеспечивающая движение ракеты Black Knignt по радиолучу, направленному по необходимому азимуту и под нужным углом возвышения. Никакого сигнала об отсечке ЖРД радиокомандная система не подавала, и топливо в баках ракеты вырабатывалось полностью. Отработавшие первая и вторая ступени разрушались или сгорали при входе в атмосферу.

Американцы исследовали условия входа в атмосферу с помощью многоступенчатых ракет либо при быстрой последовательности включения отдельных их ступеней, либо с задержкой воспламенения двигателя последней ступени до тех пор, пока ракета не окажется на нисходящей ветви траектории. В последнем случае аппарат необходимо было повернуть носом вниз, чтобы иметь правильный угол наклона при входе в атмосферу. Метод, примененный англичанами на Black Knight, ограничил максимальную высоту подъема ракеты до 600 км, снизив тем самым разброс точек падения и одновременно обеспечив получение высокой скорости входа в атмосферу наиболее выгодным путем. Управление ракеты тоже упростилось. Скорость входа боеголовки в атмосферу, достигнутая двухступенчатой ракетой Black Knight, превышала 4.5 км/с.

Запуски Black Knight выполнялись, часто совместно с США, с целью изучения возможности сопровождения боеголовок при входе в атмосферу, в дальнейшем предполагалось использовать эту информацию в противоракетой обороне (ПРО). Великобритания в конечном счете решила, что не будет самостоятельно заниматься проблемами ПРО, но предпримет меры, чтобы ее собственные боеголовки были трудно наблюдаемы.

Схема БРСД Blue Streak:
1 – транзисторный радиоприемник; 2 – блок электропитания; 3 – аккумуляторная батарея; 4 – экран двигателя; 5 – бак с жидким кислородом; 6 – дренажный клапан бака с жидким кислородом; 7 – подрывные заряды; 8 – трубопровод наддува бака с керосином; 9 – трубопровод подачи кислорода; 10 – гироскоп угловой скорости рысканья; 11 – перегородки для уменьшения плескания топлива; 12 – балка крепления ЖРД; 13 – газогенератор; 14 –автопилот; 15 – баллоны с азотом; 16 – механизм отклонения камеры сгорания; 17 – сопло ЖРД; 18 – выхлопные патрубки турбины; 19 – теплообменники; 20 – распределительный щит; 21 – турбонасосный агрегат; 22 – блок переключателей телеметрической системы; 23 – шпангоуты; 24 – трубопровод наддува жидкого кислорода; 25 – запасной контейнер; 26 – электродатчик; 27 – передатчик радиотелеметрической системы

Английская баллистическая ракета средней дальности (БРСД) Blue Streak разрабатывалась фирмами DeHavilland, RollssRoyce и Sperry с широким использованием опыта компании General Dynamics (США) по созданию межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Atlas. Ракета представляла собой цилиндр диаметром 3.05 м и длиной (без боеголовки) 18.75 м. Большой бак окислителя вмещал 60.8 т жидкого кислорода; расположенный за ним бак горючего – 26.3 т керосина. Баки разделялись совмещенным днищем. Бак окислителя наддувался за счет газификации жидкого кислорода, а бак горючего – за счет газификации жидкого азота. Эти криогенные жидкости испарялись в теплообменнике, расположенном в выхлопном сопле ТНА.

Жесткость баков, изготовленных из очень тонкой (менее 0.5 мм) листовой нержавеющей стали, обеспечивалась за счет повышенного внутреннего давления.

БРСД Blue Streak во время стендовых испытаний в Великобритании

Упрощенный вариант двигателя S-3 для американской БРСД Jupiter лег в основу двигательной установки (ДУ) RZ-2, выпускаемой для Blue Streak фирмой Rolls Royce по лицензии Rocketdyne. Оба двигателя RZ-2 монтировались на карданном подвесе и могли отклоняться в двух плоскостях, обеспечивая управление ракетой по трем осям. Каждый ЖРД имел турбонасосный блок, состоящий из газогенератора (ГГ), топливных насосов, редуктора и турбины.

ГГ, в котором сжигалась обогащенная горючим смесь основных компонентов топлива, вырабатывал газ сравнительно невысокой температуры для привода турбины. Последняя через редуктор приводила в действие насосы горючего и окислителя, а также масляную помпу, которая обслуживала гидравлическую систему отклонения камер.

Одной из слабых сторон Blue Streak как системы оружия была ее громоздкость, другой – использование криогенного компонента (жидкого кислорода).

Вид хвостовой части БРСД Blue Streak
В октябре 1958 г. английская фирма Bristol Siddley выпустила предложение по БРСД, основанной на технологии Black Knight и крылатой ракеты «воздух-поверхность» Blue Steel. Ракета должна была иметь диаметр 183 см – вдвое больше, чем у Black Knight – и топливный бак практически такого же удлинения. При этом масса заправки была бы примерно в 4 раза больше, чем у Black Knight. Предполагалось заменить ЖРД Gamma на большие камеры двигателя Stentor от ракеты Blue Steel. БРСД имела стартовую массу 31.76 т и тягу 41.73 тс.

Если боеголовка Blue Streak имела массу 1.82 т, то новая ракета с легкой головной частью (порядка 0.45 т) обладала бы дальностью порядка 3000 миль.

Нет сомнений, что Великобритания могла разработать и поставить на вооружение как ракету Blue Streak, так и ее замену. Однако такое оружие не решало бы очевидную проблему боевой устойчивости стационарных стартовых площадок на небольшой английской территории. Расчеты показывали, что даже при шахтном базировании этой БРСД противник будет в состоянии подавить все шахты путем массированной ядерной атаки. Вооруженные силы Великобритании переориентировались на американскую ракету морского базирования Polaris.

Более чем за год до прекращения работ по созданию БРДД Blue Streak Британское межпланетное общество (British Interplanetary Society, BIS) начало активную кампанию за осуществление программы разработки ракеты-носителя (РН) спутников наряду с работами по созданию военных баллистических ракет. Против этого в декабре 1959 г. в своем ежегодном докладе выступил консультативный совет по научной политике, объявив «неразумным шагом» принятие Великобританией собственной программы космических исследований, и предложил, чтобы английские ученые участвовали в космических исследованиях в порядке международного сотрудничества. Он одобрил соглашение, по которому английские университеты должны были участвовать в разработке проекта англо-американского ИСЗ. Совет полагал, что запланированные на эти работы ассигнования (100–200 тыс ф.ст.) вполне достаточны, если их сравнивать с другими исследовательскими работами такой же значимости.

Интересно, что из 14 виднейших ученых комитета, представившего этот доклад, не было ни одного авторитета в области космонавтики. Не приходится удивляться, что в своих рекомендациях разработки ИСЗ научного назначения комитет не учел важных направлений, которые были подробно изучены обществом BIS, а именно: практическое использование спутников для дальней связи, метеорологии и навигации.

В связи с отсутствием официальных правительственных рекомендаций и неблагоприятным докладом Консультативного совета по научной политике, BIS было вынуждено создать собственный комитет для разработки основных положений программы исследования космического пространства. В этот комитет вошли в основном члены правления общества и некоторые специалисты промышленности, которые принимали участие в симпозиуме стран Британского содружества наций по проблемам космических полетов, организованном BIS в августе 1959 г.

24 февраля 1960 г. представители BIS вручили премьер-министру меморандум, требующий от правительства принятия развернутой программы космических исследований. В документе указывалось, что освоение космического пространства не ограничивается только проведением интересных научных исследований; оно имеет большую практическую ценность и, несомненно, отразится на состоянии и перспективах развития различных отраслей техники. Подчеркивалось, что если Англия не примет участия в освоении космического пространства, то она утратит ведущую роль в развитии средств дальней связи, необходимых для удаленных друг от друга стран Британского содружества наций, и окажется позади США и СССР в новых прикладных областях науки и техники, таких как электроника, автоматическая навигация, криогеника, гиперзвуковая авиация, ракетные двигатели для работы за пределами атмосферы, автоматическое оборудование и пр.

В то же время было ясно, что Англия не сможет соревноваться с США и СССР по масштабу развертывания работ и материальных затрат. Исходя из этого, общество BIS предложило, чтобы правительство изыскало способы сотрудничества со странами Британского содружества наций и европейскими странами, совместно с которыми можно было бы создать «третью силу» в деле освоения космического пространства.

В своем меморандуме BIS предложило следующий перечень мероприятий, который мог бы стать основой реальной пятилетней программы:
• Создание на базе модифицированных ракет Blue Streak и Black Knight РН для запуска ИСЗ. Кроме этого, необходимо расширить объем проводимых работ по слежению за спутниками и анализу параметров их орбит, а также приложить все усилия для осуществления проекта использования американских ракет Scout для запуска ИСЗ с научной аппаратурой, разработанной английскими учеными
• Разработка более мощных и совершенных второй и третьей ступеней для модифицированной ракеты Blue Streak, что позволило бы по крайней мере удвоить полезный груз (ПГ) носителя.
• Всестороннее изучение возможности создания спутников связи, включая рассмотрение перспектив их гражданского и военного применения.
• Разработка аппаратуры и методов осуществления связи, телеметрии и навигации в космическом пространстве и обеспечение этой аппаратуры источниками энергии.
• Осуществление постепенно расширяющейся программы разработки гиперзвуковых аппаратов и их использования для решения проблемы управляемого входа КА в атмосферу.
• Выполнение небольшой программы по вопросам космической медицины.
• Осуществление долгосрочной (5–10 лет) постепенной программы научно-исследовательских работ в области создания новых ракетных двигателей – ядерных и
электрических (ионных и плазменных), а также изучение возможности создания синтетических метастабильных (неустойчивых) топлив высокой энергии, основанных на использовании энергии атомных частиц и т. п.

Исходя из предположения, что работы над ракетой Blue Streak будут продолжены с целью использования ее в качестве первой ступени РН, было предложено довести ежегодные ассигнования на эти работы в течение последующих пяти лет до 20 млн ф.ст. и сохранить примерно такой уровень расходов в дальнейшем.

Для выполнения намеченной программы требовалось привлечь дополнительно около 1000 дипломированных научных работников и инженеров различных специальностей и множество вспомогательного технического персонала.

Совместная европейская программа изучения космического пространства могла бы включать следующие мероприятия:

1. Проведение координированных научно-исследовательских работ в соответствующих учреждениях стран-участниц.

2. Изготовление отдельных узлов и сборка ракет на различных европейских заводах.

3. Совместное использование испытательных центров и ракетных полигонов.

4. Разделение общей программы на небольшое количество самостоятельных проектов, каждый из которых был бы закреплен за одним из европейских исследовательских центров, причем в эти национальные центры необходимо привлекать ученых различных стран.

5. Для руководства всеми работами по международной программе должен быть создан совет директоров, включающий представителей всех участвующих стран, а также исследовательских центров, осуществляющих разработку отдельных проектов.

Эти соображения были высказаны министру по науке и его советникам во время приема делегации общества BIS 10 мая 1960 г.

В конце 1960 г. первая ракета Blue Streak была доставлена на британский полигон Вумера в Австралии для испытания. После отказа от использования этой БРСД фирмы-разработчики продолжали работы в замедленном темпе с расчетом, что если правительство примет решение использовать ее в качестве РН, то можно будет начать испытания без задержки. В результате к концу 1961 г. Blue Streak в качестве первой ступени РН была подготовлена к первому пуску.

Согласно оценке, проведенной институтом RAE, РН, построенная на базе ракет Blue Streak (первая ступень) и Black Knight (верхние ступени), могла вывести:
▲ ПГ массой 800 кг на круговую орбиту высотой 550 км;
▲ 180–225 кг – на эллиптическую орбиту с апогеем 12.9 тыс км и перигеем 480 км;
▲ 90 кг – на очень вытянутую эллиптическую орбиту с апогеем 160 тыс км и перигеем 480 км.

Были также сделаны предварительные расчеты вывода на околокруговую орбиту спутника со стабилизированной платформой для астрономических наблюдений.

Двигатель Gamma 8 ракеты Black Arrow
Английское правительство с пониманием отнеслось к предложению BIS. Министр авиации посетил Австралию, Канаду и Францию, а в ноябре 1960 г. группа французских технических специалистов прибыла в Англию для ознакомления с состоянием работ по Blue Streak. Спустя месяц вовремя обсуждения в парламенте вопроса о спутниках связи парламентский секретарь министра авиации заявил, что «если Франция присоединится к Великобритании в разработке РН, то конструкция второй ступени будет базироваться на французских опытных работах».

В январе 1961 г. министр авиации побывал в ФРГ, Норвегии, Дании, Италии, Швейцарии и Швеции, а технические представители 14 европейских стран были приглашены в Англию для ознакомления с производством и испытанием ракет Blue Streak.

Следует отметить, что решение прекратить работы по БРСД Blue Streak, объявленное 13 апреля 1960 г., значительно осложнило подготовку программы освоения космоса в Англии. К тому времени на разработку ракеты уже было израсходовано 65 млн ф.ст., а дальнейшая разработка ее «гражданского» варианта требовала еще примерно такой же суммы. На создание научной аппаратуры для ИСЗ нужно было затратить еще 20 млн ф.ст.

Кроме того, требовалось содержать Центр испытаний ракетных двигателей в Спейдедаме (Камберленд), который обслуживала фирма Rolls-Royce по договору с министерством авиации; обеспечить переброску ракеты, оборудования и специалистов в Австралию после завершения стендовых испытаний; расширить испытательный ракетный полигон Вумера для вывода ИСЗ на полярные орбиты или для их запуска в северо-восточном направлении вместо запуска по существующему коридору в северо-западном направлении. Необходимо было также построить новые станции сопровождения и приема телеметрии в Австралии и других пунктах.

Для разваливающейся Британской империи цена «престижного космоса» казалась чрезмерной. Популярной становится линия Казначейства, которая формулируется следующим образом:

• Необходимо, чтобы РН имела ценность с точки зрения британских ученых и принесла технический опыт выведения спутников на орбиту и управления ими, а также дала возможность нам проверить спутники и их компоненты в среде реального космоса. Но какие спутники Великобритания собирается запускать? И для чего? Не принято никаких решений по программе разработки спутника связи. Не заявлены никакие военные требования к спутникам со стороны британских военных. Это говорит о том, что никаких подобных потребностей не возникло;
• Предполагается, что обладание небольшой РН даст нам возможность лучше «конкурировать за контракты на космические проекты». Однако перспективы экспорта в космической области весьма малы...


Компоновочная схема РН Black Arrow:
1 – сбрасываемый головной обтекатель;
2 – спутник Prospero;
3 – плоскость отделения спутника;
4 – шашка топлива РДТТ 3-й ступени;
5 – «вращающийся стол»;
6 – сопло РДТТ WAXWING 3-й ступени;
7 – бак горючего (керосин) 2-й ступени;
8 – отсек электронной аппаратуры 2-й ступени;
9 – бак перекиси водорода 2-й ступени;
10 – трубопровод горючего 2-й ступени (под гаргротом);
11 – ТНА 2-й ступени;
12 – разгонные РДТТ запуска двигателя 2-й ступени;
13 – линия разделения ступеней;
14 – две камеры сгорания двигателя GAMMA 2 второй ступени;
15 – бак горючего 1-й ступени;
16 – баллоны со сжатым газом системы наддува баков 1-й ступени;
17 – бак перекиси водорода 1-й ступени;
18 – трубопровод горючего 1-й ступени (под гаргротом);
19 –ТНА двигателя 1-й ступени;
20 – восемь камер сгорания двигателя GAMMA 8 первой ступени


Тем не менее британцы предприняли попытку «самостоятельного» прорыва в космос. Этот проект называется Black Arrow («Черная стрела»). В его рамках предполагалось на базе ракеты Black Knight разработать трехступенчатую РН, способную вывести на круговую орбиту высотой ~550 км ПГ массой 90–110 кг или же 135 кг – на более низкую орбиту. Длина ракеты – 13 м, максимальный диаметр – 2 м, стартовая масса – 18 т.

За разработку первой и второй ступеней отвечала фирма Saunders Roe, за третью – Bristol Aerojet, за ЖРД первой и второй ступеней – Bristol Siddly.

Первая ступень диаметром 2.0 м оснащалась двигателем Gamma 8 (BS 606) тягой ~23 тс (удельный импульс на уровне моря – 217.4 сек, в вакууме – 250.5 сек), созданным на базе двух ЖРД Gamma 304. Восемь камер BS 606 объединены парами, устанавливаются на полых цапфах и отклоняются для управления полетом ракеты: две пары – для управления по тангажу, две другие – по курсу, все вместе – по крену. Двигатель имеет два турбонасосных агрегата (ТНА) – по четыре камеры на каждый.

Вторая ступень диаметром 1.37 м оснащена двухкамерным двигателем Gamma 304 (BS 625) с «пустотными» соплами (степень расширения – 350). Тяга ЖРД – 6.9 тс и удельный импульс – 265 сек (в вакууме). Камеры сгорания установлены в кардановых подвесах.

Топливо первой и второй ступеней – высококонцентрированная перекись водорода и керосин, соотношение окислитель/горючее 8.2 : 1.

Третья ступень, стабилизированная вращением, имеет один высокоэффективный РДТТ.

Система управления РН – радиокомандная.

Запускалась Black Arrow из Вумеры.

Запуск РН Black Arrow R3 со спутником Prospero
Первый проверочный запуск Black Arrow с макетной третьей ступенью был выполнен 28 июня 1969 г. Ракета вышла из-под контроля вскоре после старта из-за ошибки электроники и была разрушена в полете по команде системы безопасности полигона. В результате вторую РН, которую первоначально предполагалось использовать для первой орбитальной попытки, пришлось пустить в суборбитальный испытательный полет.

Запуск состоялся 4 марта 1970 г. Носитель работал успешно, ПГ упала в Индийский океан на расстоянии примерно в 3000 км к северо-западу от Вумеры, через 25 мин после старта.

Со следующим запуском у Великобритании наконец-то появился шанс стать шестой страной после Советского Союза, Соединенных Штатов, Франции, Японии и Китая, достигнув орбиты собственными средствами.

Спутник ORBA R2, который не вышел на орбиту
Однако экспериментальный спутник ORBA, запущенный РН Black Arrow R2 2 сентября 1970 г., не достиг орбитальной скорости, хотя работали все три ступени ракеты: вторая выключилась на 13 сек раньше из-за сбоя системы наддува.

Политики посчитали, что проект Black Arrow не сулит стране никаких дивидендов, и отменили его в июле 1971 г., разрешив, тем не менее, провести еще один запуск.

28 октября 1971 г. стартовала Black Arrow R3 со спутником Prospero X-3. Этот аппарат массой 160 фунтов (72.5 кг), стабилизированный вращением и напоминающий по форме тыкву, успешно вышел на околополярную орбиту.

Cпутник Prospero в музее
Первая удачная попытка запуска национального спутника Великобритании была также последней попыткой создания национальной РН: легкий трехступенчатый носитель, разработанный на базе исследовательской ракеты Black Knight, свою задачу выполнил…

Мистика: отказ от программы Black Arrow привел к тому, что для Великобритании сбылось следующее предсказание – уходя из пускового бизнеса хотя бы на время, вы теряете место на рынке навсегда…
Tags: Новости космонавтики, вшивый о бане, глобальные проблемы, запуски КА, инсектоиды, информация к размышлению, космос, найденное, переделка, чтобы не пропало
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 18 comments