British Aerospace HOTOL - British Aerospace HOTOL

Künstlerische Darstellung von HOTOL

HOTOL , für Horizontal Take-Off and Landing , war ein britisches Design aus den 1980er Jahren für ein einstufiges Raumflugzeug (SSTO) , das von einem luftatmenden Düsentriebwerk angetrieben werden sollte . Die Entwicklung wurde von einem Konsortium unter Führung von Rolls-Royce und British Aerospace (BAe) durchgeführt.

Konzipiert als einstufiger-to-Orbit (SSTO) wiederverwendbar geflügelten Trägerrakete war hotol mit einem einzigartigen luftatmenden Triebwerk eingebaut werden, die RB545 oder Schlucken, die in der Entwicklung von britischen Motorenhersteller Rolls-Royce war. Der Treibstoff für den Motor bestand technisch aus einer Kombination von flüssigem Wasserstoff / flüssigem Sauerstoff ; es sollte jedoch ein neues Mittel eingesetzt werden, um die Menge an Oxidationsmittel, die an Bord mitgeführt werden muss, drastisch zu reduzieren, indem atmosphärischer Sauerstoff verwendet wird, während das Raumfahrzeug durch die untere Atmosphäre klettert. Da das Oxidationsmittel typischerweise den Großteil des Startgewichts einer Rakete ausmacht, sollte HOTOL erheblich kleiner sein als normale reine Raketenkonstruktionen, etwa die Größe eines Mittelstreckenflugzeugs wie der McDonnell Douglas DC-9 /MD-80.

Während hotol des Proof-of-Concept - Designstudie durchgeführt wurde, Versuche wurden von der Industrie und der britischen Regierung zu etablieren die internationale Zusammenarbeit zu entwickeln, zu produzieren und bereitstellen das Raumschiff gemacht. Trotz des amerikanischen Interesses an dem Programm gab es bei den Mitgliedern der European Space Agency (ESA) wenig Appetit , und die britische Regierung war nicht bereit, von der ESA-Kooperation abzuweichen. Darüber hinaus traten technische Probleme auf und es gab Behauptungen, dass Vergleiche mit alternativen Startsystemen wie konventionellen Raketenfahrzeugen, die ähnliche Konstruktionstechniken verwenden, für HOTOL keinen großen Vorteil gezeigt haben. 1989 endete die Finanzierung des Projekts. Die Beendigung der Entwicklungsarbeiten an HOTOL führte zur Gründung von Reaction Engines Limited (REL), um Skylon zu entwickeln und zu produzieren , ein vorgeschlagenes Raumfahrzeug, das auf HOTOL-Technologien basiert, einschließlich seines luftatmenden Triebwerks.

Entwicklung

Ursprünge

Die Ideen hinter HOTOL stammen aus Arbeiten des britischen Ingenieurs Alan Bond im Bereich vorgekühlter Düsentriebwerke. Bond hatte diese Forschungen speziell mit der Absicht durchgeführt, ein brauchbares Triebwerk für den Antrieb eines Weltraum- Startsystems zu entwickeln . Im Jahr 1982 begann British Aerospace (BAe), Europas wichtigster Satellitenbauer , mit der Untersuchung eines prospektiven neuen Trägersystems mit dem Ziel, Startkosten in Höhe von 20 Prozent der von der NASA betriebenen amerikanischen Raumfähre bereitzustellen . BAe wurde auf die Arbeit des britischen Triebwerksherstellers Rolls-Royce an einem geeigneten Triebwerk aufmerksam und konzipierte bald ein unbemanntes, vollständig wiederverwendbares Single-Stage-to-Orbit (SSTO)-Flügelraumflugzeug als Trägerrakete.

So wurde das Projekt bald zu einem Joint Venture zwischen BAe und Rolls-Royce, das von John Scott-Scott und Dr. Bob Parkinson geleitet wurde . Schon früh gab es den Ehrgeiz, das Projekt zu „europäisieren“ und andere Nationen in seine Entwicklung und Herstellung einzubeziehen, da erkannt wurde, dass geschätzte 4 Milliarden Pfund Sterling benötigt würden, um eine umfassende Entwicklung zu finanzieren. Im August 1984 enthüllte BAe eine öffentliche Präsentation des HOTOL-Satelliten-Trägerraketenprojekts und veröffentlichte Details zu seinen geplanten Operationen.

Im Dezember 1984 stellte ein Memorandum des Ministeriums für Handel und Industrie (DTI) fest, dass Westdeutschland an dem Programm interessiert sei, während Frankreich eine kritische Haltung gegenüber HOTOL eingenommen habe, das das Ministerium als potenzielle Ursache dafür ansah, dass es als Konkurrenz zu Frankreich angesehen wurde -geführte Projekte. Laut Handels- und Industrieminister Geoffrey Pattie hatte der diplomatische Druck Frankreichs, Unterstützung für das eigene geplante Raumfahrzeug Hermes zu sammeln, bei den Mitgliedern der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) unbeabsichtigt Unterstützung und Interesse für das HOTOL-Projekt geweckt. Trotz dieses Klimas zögerlichen Interesses und möglicher europäischer Unterstützung herrschte innerhalb der britischen Regierung eine allgemeine Zurückhaltung, die Führung bei einer neuen Weltraumrakete zu übernehmen.

Amerikanisches Interesse und Designstudium

Im März 1985 wurde behauptet, Rolls-Royce sei dabei, Lizenzgespräche für HOTOL-Triebwerkstechnologie mit der amerikanischen Antriebsfirma Rocketdyne zu führen . Im April 1985 schrieb Pattie an Staatssekretär für Verteidigung Michael Heseltine einen zweijährigen £ 3.000.000 vorzuschlagen Proof of Concept - Studie im Rahmen einer durchgeführt werden , öffentlich-private Partnerschaft Anordnung, bestehend aus Millionen £ 1 von der britischen Regierung zur Verfügung gestellt und der Rest wird von Rolls-Royce und BAe selbst finanziert. Pattie argumentierte, dass das Projekt den "strategischen Fähigkeiten Großbritanniens" dienen würde und dass Tests von Schlüsseltechnologien die internationale Zusammenarbeit fördern könnten. Laut der Luftfahrtpublikation Flight International war die Unterstützung des Verteidigungsministeriums (MoD) entscheidend, da das Design des HOTOL-Triebwerks sehr klassifiziert.

Im Juli 1985 erklärte der technische Direktor von Rolls-Royce, Gordon Lewis, dass das Unternehmen die Beteiligung der Antriebsgruppe des Royal Aircraft Establishment (RAE) anstrebte und dass Rolls-Royce nicht bereit sei, seine eigenen Mittel in die Triebwerksentwicklung für HOTOL zu investieren. In der zweiten Hälfte des Jahres 1985 wurde mit der Arbeit an der zweijährigen Beweiserhebungsstudie begonnen. Schon früh war der Druck groß, die Machbarkeit und Glaubwürdigkeit des Projekts zu demonstrieren, bevor endgültige Entscheidungen der ESA über die Hermes und das spätere Trägersystem Ariane 5 getroffen wurden. Daher konzentrierten sich die Arbeiten auf die Validierung kritischer Technologien.

Im November 1985 stellten DTI- und RAE-Gespräche fest, dass Rolls-Royce amerikanische Daten zur Staustrahltechnologie suchte , um seine Arbeit an dem Triebwerk zu unterstützen, das es mit dem Namen Swallow bezeichnete . Angeblich war die United States Air Force an der Technologie des Swallow-Triebwerks für ihre eigenen Zwecke interessiert. Im November 1985 stellten Gespräche zwischen Premierministerin Margaret Thatcher , dem Minister ohne Geschäftsbereich David Young und dem wissenschaftlichen Berater des US-Präsidenten Ronald Reagan , George Keyworth , das amerikanische Interesse an einer Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Hyperschallfahrzeugen wie HOTOL fest und dass ein Prototyp bereits fliegen könnte 1990.

Laut Akten der britischen Regierung waren weder BAe noch das Verteidigungsministerium begeistert von den Aussichten einer amerikanischen Beteiligung an dem Programm und drückten ihre Zurückhaltung aus, da sie glaubten, dass das Ergebnis eines solchen Schritts dazu führen könnte, dass Großbritannien ein Juniormitglied in einem Projekt wird, das es einmal geführt. Es gab auch die Überzeugung, dass Großbritannien, wenn es sich mit den Vereinigten Staaten zusammenschließen würde, die Arbeit an zukünftigen europäischen Trägerraketen einfrieren würde. Rolls-Royce hielt jedoch eine transatlantische Zusammenarbeit für notwendig. BAe-Chef für das zukünftige Geschäft, Peter Conchie, erklärte, dass HOTOL nach Möglichkeit Teil des europäischen Raumfahrtrahmens werden sollte. Anfang 1986 genehmigte die britische Regierung die zweijährige Studie offiziell.

Probleme und Kritik

Im Dezember 1984 veröffentlichte Projektmanagement-Berater David Andrews eine achtseitige Kritik des Programms, in der er feststellte, dass das Design für den Aufstieg optimiert wurde, während es sich während des Abstiegs aufgrund des geringen Widerstands erweiterten thermischen Belastungen aussetzte . Er behauptete auch, dass das Fahrzeug keine Fähigkeiten bot, die nicht bereits verfügbar waren; BAe antwortete, dass die vorgebrachten Kritikpunkte beantwortet wurden. Im April 1985 behauptete der stellvertretende Kontrolleur der Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Verteidigungsministeriums , James Barnes, dass HOTOL keine Rechtfertigung habe und dass für solche Fahrzeuge keine Verteidigungspflicht bestehe. Er merkte auch an, dass die "technischen Probleme beträchtlich sind" und dass es unwahrscheinlich sei, dass es vor den 2020er Jahren in Dienst gestellt wird; Barnes beobachtete auch, dass der HOTOL-Motor "genial" sei.

Im November 1985 veröffentlichte die RAE eine Bewertung des Studienvorschlags von HOTOL; Die Organisation ging davon aus, dass die Entwicklung von HOTOL bis zu 20 Jahre dauern würde, anstatt den von der Industrie vorgesehenen 12-Jahres-Zeitplan. Die RAE prognostizierte auch, dass das Projekt geschätzte Gesamtkosten von 5 Mrd -Definition Machbarkeitsstudie.

Bei der Entwicklung stellte sich heraus, dass der vergleichsweise schwere Heckmotor den Fahrzeugschwerpunkt nach hinten verlagerte. Das bedeutete, dass das Fahrzeug so konstruiert werden musste, dass es den Luftwiderstandsschwerpunkt so weit wie möglich nach hinten verschiebt, um die Stabilität während des gesamten Flugbetriebs zu gewährleisten. Die Neukonstruktion des Fahrzeugs dazu erforderte eine große Masse an Hydrauliksystemen, die einen erheblichen Teil der Nutzlast kosteten und die Wirtschaftlichkeit unklar machten. Insbesondere schienen einige Analysen darauf hinzuweisen, dass eine ähnliche Technologie, die auf einen reinen Raketenansatz angewendet wird, ungefähr die gleiche Leistung zu geringeren Kosten erbringen würde.

Abschalten

1989 waren die Aussichten für HOTOL düster geworden; Von Beginn des Projekts an war die Unterstützung zwischen der britischen Regierung und den Industriepartnern uneinheitlich, während die Vereinigten Staaten als einzige ausländische Nation hervorgetreten waren, die bereit war, zum Programm beizutragen, teilweise wegen der Geheimhaltung des Programms. Es gab wenig Aussichten auf eine europäische Beteiligung, da die ESA beschlossen hatte, die Entwicklung der Ariane 5 , eines konventionellen Weltraumstartsystems, fortzusetzen. Rolls-Royce zog sich aus dem Projekt zurück, da der spätere Markt für das Triebwerk wahrscheinlich nicht groß genug sein würde, um die Entwicklungskosten zurückzuzahlen. Die britische Regierung lehnte es ab, HOTOL weitere Mittel anzubieten. Das Projekt war fast am Ende seiner Entwurfsphase, während viele der Pläne in einem spekulativen Zustand blieben; Berichten zufolge war das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt immer noch mit aerodynamischen Problemen und betrieblichen Nachteilen konfrontiert.

Nachfolger

Ein billigeres Redesign, Interim HOTOL oder HOTOL 2 , das vom Heck eines modifizierten Antonov An-225 Mriya Transportflugzeugs aus gestartet werden sollte , wurde 1991 von BAe gefördert; Dieser Vorschlag wurde jedoch ebenfalls abgelehnt. Das Design für Interim HOTOL sollte auf einen luftatmenden Motorzyklus verzichten und stattdessen eine konventionellere Mischung aus LOX und flüssigem Wasserstoff als Kraftstoff verwenden.

1989 gründeten der Mitschöpfer von HOTOL, Alan Bond, und die Ingenieure John Scott-Scott und Richard Varvill Reaction Engines Limited (REL), die seitdem an einem neuen luftatmenden Triebwerk, SABRE , arbeitet, das alternative Designs verwendet, um zu umgehen (und zu verbessern). auf) die Rolls-Royce-Patente und das Skylon- Fahrzeug, das die Probleme von HOTOL lösen soll. Sie veröffentlichten diese Triebwerks- und Raumfahrzeugkonzepte erstmals 1993 und entwickeln seitdem die Kerntechnologien, insbesondere das Triebwerk und seinen frostgeregelten Vorkühler; zunächst mit privater Finanzierung, später jedoch mit Unterstützung der European Space Agency , des British National Space Center , der United Kingdom Space Agency , BAe und des Air Force Research Laboratory . Ab 2017 plant REL, 2018 einen flugbereiten Vorkühler unter simulierten Flugbedingungen zu demonstrieren und 2020 einen Demonstrationstriebwerkskern statisch zu testen.

Entwurf

Überblick

HOTOL war als unbemanntes, vollständig wiederverwendbares Single Stage-to-Orbit (SSTO) geflügeltes Raumflugzeug vorgesehen. Das unbemannte Fahrzeug sollte in 300 km Höhe eine Nutzlast von etwa 7 bis 8 Tonnen in die Umlaufbahn bringen. Es sollte von einer Start- und Landebahn abheben, die auf der Rückseite eines großen raketengetriebenen Wagens montiert war, der dazu beitragen würde, das Fahrzeug auf "Arbeitsgeschwindigkeit" zu bringen. Das Triebwerk sollte in einer Höhe von 26 bis 32 km vom Düsenantrieb auf einen reinen Raketenantrieb umschalten, wobei das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt mit Mach 5 bis 7 fliegen würde . Nach Erreichen der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) sollte HOTOL wieder eintreten Atmosphäre und gleiten nach unten, um auf einer konventionellen Landebahn (mindestens ca. 1.500 Meter) zu landen. Es wäre nur eine einzige Nutzlast gleichzeitig befördert worden, da BAe dies als wirtschaftlicher angesehen hatte, da dadurch keine Satellitenschnittstellen erforderlich waren und die Missionen auf individuelle Anforderungen zugeschnitten werden konnten.

Während seiner Höhenphase wäre sein Flugsteuerungssystem mit Bodenstationen und der weltraumgestützten globalen Navigationssystemnavigation verbunden gewesen , während während der Start- und Landephase Radar verwendet worden wäre. Neben der Platzierung von Satelliten in eine geosynchrone Umlaufbahn oder LOE wurde HOTOL auch so projiziert, dass es auch in der Lage sein wird, Satelliten und Hardware von LOE abzurufen. BAe-Werbematerial zeigt das Andocken von HOTOL an die Internationale Raumstation (ISS), eine Leistung, von der das Unternehmen behauptete, dass sie einen bemannten Betrieb erfordert hätte, da automatisierte Systeme zu dieser Zeit solche Andockmanöver nicht ausführen konnten. HOTOL wurde entwickelt, um vollautomatische unbemannte Flüge durchzuführen; es war jedoch beabsichtigt, zu einem späteren Zeitpunkt möglicherweise einen Piloten wieder einzuführen. Bemannter Betrieb wäre die Installation eines gewidmet erforderlichen Druck Modul innerhalb der Ladebucht.

HOTOL hätte im Entwurf 62 Meter Länge, 12,8 Meter Höhe, einen Rumpfdurchmesser von 5,7 Metern und eine Spannweite von 19,7 Metern gehabt. Es wies ein Flügeldesign auf, das von dem der Concorde abgeleitet worden war ; seine große Fläche führte zu einer relativ geringen Flügelbelastung, was zu niedrigeren Wiedereintrittstemperaturen geführt hätte (niemals über 1.400 ° C steigend). Gebaut aus Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen , wäre die Verwendung von Isolierplatten wie denen des Wärmeschutzsystems des Space Shuttle nicht erforderlich gewesen . Das intern verstaute Fahrwerk wäre zu klein gewesen, um das Gewicht der vollgetankten Rakete zu tragen, so dass Notlandungen das Ablassen des Treibstoffs erfordert hätten.

Motor

Die RB545, die von ihrem Hersteller, dem britischen Triebwerkshersteller Rolls-Royce , den Namen „Swallow“ erhielt , war ein luftatmendes Raketentriebwerk. Es hätte als integriertes Doppelfunktionskraftwerk funktioniert, das in der Lage gewesen wäre, während des Betriebs in der Atmosphäre Luft zu atmen, und ähnlich wie eine Rakete, wenn es nahe und innerhalb von LEO gelandet war. Dieses Triebwerk wäre auch in der Lage gewesen, das Raumfahrzeug auf Hyperschallgeschwindigkeiten anzutreiben. Es war ein entscheidendes Element des Programms, da es öffentlich als "das Herz der sehr niedrigen Startkosten von Hotol" bezeichnet wurde.

Die genauen Details dieses Motors wurden durch den Official Secrets Act des Vereinigten Königreichs abgedeckt ; Folglich gibt es relativ wenige öffentliche Informationen über seine Entwicklung und seinen Betrieb. Das Material wurde jedoch später freigegeben, als sich die Regierungspolitik änderte, um die Geheimhaltung von Patenten ohne Angabe von Gründen zu verhindern.

In der Atmosphäre wird Luft durch zwei vertikal angebrachte Einlassrampen angesaugt , dann wird der Strom geteilt, der die richtige Menge an die Vorkühler und den Überschuss an Überströmkanäle leitet. Wasserstoff aus den Kraftstofftanks würde durch zwei Wärmetauscher geleitet, um die Luft vor dem Eintritt in einen Turbojet- ähnlichen Triebwerkszyklus mit hohem Gesamtdruckverhältnis vorzukühlen – der erhitzte Wasserstoff treibt eine Turbine an, um die gekühlte Luft zu komprimieren und in das Raketentriebwerk einzuspeisen , wo es mit einem Teil des zur Kühlung der Luft verwendeten Wasserstoffs verbrannt wurde. Der Großteil des verbleibenden heißen Wasserstoffs wurde von der Rückseite des Motors freigesetzt, wobei eine kleine Menge abgezogen wurde, um die Luft in den Überströmkanälen in einer Staustrahlanordnung wieder zu erhitzen, um einen "negativen Einlassmomentumwiderstand" zu erzeugen. Diese Staustrahltriebwerke wurden in Bildern von HOTOL typischerweise als zwei leuchtende rote Kreise unter den Raketentriebwerken dargestellt.

Um ein Vereisen der Vorkühler zu verhindern, kühlte der erste Vorkühler die Luft auf etwa 10 Grad über dem Gefrierpunkt ab, um den Wasserdampf in der Luft zu verflüssigen. Dann wäre LOX in den Luftstrom injiziert worden, um die Temperatur auf −50 °C (−58 °F) zu senken Vorkühlerelemente. Nach dem ersten Vorkühler hätte eine Wasserfalle angebracht werden können, wenn die Betriebsbedingungen zu einem Feuchtigkeitsüberschuss führten.

Als es nicht mehr möglich war, die Atmosphäre für die Verbrennung zu nutzen, würde die RB545 auf die Verwendung von bordeigenem Flüssigsauerstoff (LOX) umstellen, um mit dem Wasserstoff als hocheffiziente Wasserstoff-Sauerstoff-Rakete zu verbrennen.

Siehe auch

• NASP – ein Scramjet-Fahrzeug, mit dem HOTOL konkurriert hätte
• Reaction Engines Skylon – ein Nachfolgedesign, das versucht, die Mängel von HOTOL zu vermeiden
• Reaktionstriebwerke A2 – ein Entwurf für ein hypersonisches antipodisches Verkehrsflugzeug
• Liquid Air Cycle Engine – ein verwandter Motorzyklus, der die Luft verflüssigt

Verweise

Zitate

Literaturverzeichnis

Anmerkungen

Externe Links

• Schnittzeichnung des HOTOL an der Wayback Machine (archiviert am 30. Januar 2013)
• HOTOL-bezogenes Patent auf abspritzbare Ruder
• Hören Sie, wie Dr. Bob Parkinson in einem mündlichen Geschichtsinterview über HOTOL spricht, das für das National Life Stories- Projekt Oral History of British Science in der British Library aufgenommen wurde