Роторная ракета

Ротари Ракетная Компания
	Квадроцикл Rotary Rocket Roton на постоянной экспозиции космодрома Мохаве.
Промышленность	Аэрокосмическая промышленность
Основан	1996
Несуществующий	2001
Ключевые люди	Гэри Хадсон (генеральный директор, совет директоров) ; Бевин МакКинни (технический директор, совет директоров) ; Фредерик Джарруссо (финансовый директор, совет директоров) ; Энн Хадсон (САО) ; Уолт Андерсон (доска) ; Том Клэнси (доска)
Продукты	Ротон

Rotary Rocket Company была ракетостроительной разработала концепцию Roton компанией, которая в конце 1990-х годов как полностью многоразового одноступенчатого с экипажем (SSTO) космического корабля . 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 фабрику со штаб-квартирой на территории площадью 45 000 квадратных футов (4200 м2). ²) объект 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.

Происхождение

Бевин МакКинни обдумывал идею ракеты-носителя, использующей лопасти вертолета, когда Wired журнал попросил Гэри Хадсона написать статью об этой концепции. ^{[ 1 ]} Результатом написания статьи стало обязательство о финансировании со стороны миллиардера Уолта Андерсона , которое сочеталось с первоначальными инвестициями со стороны автора Тома Клэнси. ^{[ 2 ]} и позволил 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. ^{[ нужна ссылка ]}

Эволюция дизайна

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 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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

Вертолет с орбиты

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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

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 и 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».) ^{[ нужна ссылка ]}

По краю 96 миниатюрных форсунок будут выбрасывать 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 отношение 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 потоков с массивным резервированием, созданной с использованием тонких металлических листов, химически протравленных с рисунком микропор, образующих систему каналов, устойчивую к отказам и повреждениям. ^{[ нужна ссылка ]}

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 ссылка ]}

Транспортное средство было также уникальным, поскольку для приземления планировалось использовать вертолетного типа винты , 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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

Новый двигатель

В июне 1999 года Rotary Rocket объявила, что будет использовать производную от двигателя Fastrac , разрабатываемую в НАСА , Центре космических полетов им. Маршалла 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 тот момент компания планировала начать коммерческий запуск где-то в 2001 году. ^{[ 6 ]} Хотя компания привлекла 30 миллионов долларов, ей все равно нужно было собрать еще 120 миллионов долларов, прежде чем она будет введена в эксплуатацию.

Автомобиль для атмосферных испытаний (ATV)

Пилоты прозвали кабину квадроцикла «Бэт-пещерой» из-за ограниченного поля обзора.

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 ссылка ]}

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 роторный агрегат был испытан в каменном карьере.

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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

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.

Критика дизайна

«Вращающаяся ракета» потерпела неудачу из-за отсутствия финансирования, но некоторые ^{[ ВОЗ? ]} предположили, что сама конструкция была ошибочной по своей сути. ^{[ нужна ссылка ]}

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 ссылка ]}

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 ссылка ]}

Последние дни

Ангары для вращающихся ракет в воздушно-космическом порту Мохаве , вид в 2005 году. Более высокий ангар слева был зданием сборки вращающихся ракет.

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 ссылка ]}

Ангары для вращающихся ракет сейчас занимают Национальная школа летчиков-испытателей . ^{[ нужна ссылка ]}

Технические характеристики Ротон С-9

Данные из ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}

Общие характеристики

Грузоподъемность: 7000 фунтов (3200 кг) полезной нагрузки
Длина: 64 фута (20 м)
Диаметр: 22 фута (6,7 м)
Полная масса: 400 000 фунтов (181 437 кг)
Запас топлива: 372 500 фунтов (169 000 кг)
Силовая установка: 72 ракетных двигателя Rotary RocketJet с тягой 6950 фунтов силы (30,9 кН) каждый в вакууме.
Удельный импульс: 340 с (3,3 км/с)
Время горения: 253 с

Производительность

Диапазон: 120 миль (190 км, 100 миль)

См. также

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

Ссылки

Цитаты

^ Jump up to: ^а ^б Проводное — безумно здорово? или Просто безумие?
^ «Вращающаяся ракета представляет новый дизайн RLV. Крупный инвестор Том Клэнси становится директором» (пресс-релиз). Rotary Rocket Co., 21 июля 2014 г. Архивировано из оригинала 7 декабря 2014 г.
^ Патент США 5842665.
^ Ансельмо, Джозеф К., «Ротарианцы». Неделя авиации и космических технологий , 5 октября 1998 г., с. 17.
^ Дорнхейм, Майкл А., «Посох вращающихся отрезков, двигатель изменений». Неделя авиации и космических технологий , 28 июня 1999 г., с. 44.
^ Дорнхейм, Майкл А., «Посох вращающихся отрезков, двигатель изменений». Неделя авиации и космических технологий , 28 июня 1999 г., с. 44.
^ Дорнхейм, Майкл А., «Выпущен испытательный корабль Roton». Неделя авиации и космических технологий , 8 марта 1999 г., с. 40.
^ Дорнхейм, Майкл А., «Ротон отрывается от земли». Неделя авиации и космических технологий , 12 августа 1999 г., с. 36.
^ Смит, Брюс А., «Тест Ротона». Неделя авиации и космических технологий , 11 октября 1999 г., с. 21.
^ «Ротон совершает полет вперед». Неделя авиации и космических технологий , 25 октября 1999 г., с. 40.
^ x0av6 (11 ноября 2016 г.). «Вращающаяся ракета Ротон» . AeroSpaceGuide.net . Проверено 29 июля 2021 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Rotary Rocket представляет новый дизайн RLV. Крупный инвестор Том Клэнси становится директором.
^ Роторная ракета - характеристики , заархивированные 8 сентября 2006 г. на Wayback Machine.
^ «Ротон» . Архивировано из оригинала 20 августа 2016 года.

Библиография

Пети, Чарльз, «Ракеты для всех нас». Air&Space/Smithsonian Magazine , март 1998 г. Взгляд на ранний дизайн роторной ракеты.
Сарыгуль-Клин, Марти , «Я пережила вращающуюся ракету». Air&Space/Smithsonian Magazine , март 2002 г. Пилот-испытатель квадроцикла описывает три испытательных полета.
Вейл, Элизабет, «Они все 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

35 ° 03'19 "N 118 ° 09'30" W / 35,055321 ° N 118,158375 ° W / 35,055321; -118.158375

[wired-1] Jump up to: ^а ^б Проводное — безумно здорово? или Просто безумие?

[2] «Вращающаяся ракета представляет новый дизайн RLV. Крупный инвестор Том Клэнси становится директором» (пресс-релиз). Rotary Rocket Co., 21 июля 2014 г. Архивировано из оригинала 7 декабря 2014 г.

[3] Патент США 5842665.

[4] Ансельмо, Джозеф К., «Ротарианцы». Неделя авиации и космических технологий , 5 октября 1998 г., с. 17.

[5] Дорнхейм, Майкл А., «Посох вращающихся отрезков, двигатель изменений». Неделя авиации и космических технологий , 28 июня 1999 г., с. 44.

[6] Дорнхейм, Майкл А., «Посох вращающихся отрезков, двигатель изменений». Неделя авиации и космических технологий , 28 июня 1999 г., с. 44.

[7] Дорнхейм, Майкл А., «Выпущен испытательный корабль Roton». Неделя авиации и космических технологий , 8 марта 1999 г., с. 40.

[8] Дорнхейм, Майкл А., «Ротон отрывается от земли». Неделя авиации и космических технологий , 12 августа 1999 г., с. 36.

[9] Смит, Брюс А., «Тест Ротона». Неделя авиации и космических технологий , 11 октября 1999 г., с. 21.

[10] «Ротон совершает полет вперед». Неделя авиации и космических технологий , 25 октября 1999 г., с. 40.

[11] x0av6 (11 ноября 2016 г.). «Вращающаяся ракета Ротон» . AeroSpaceGuide.net . Проверено 29 июля 2021 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[12] Rotary Rocket представляет новый дизайн RLV. Крупный инвестор Том Клэнси становится директором.

[13] Роторная ракета - характеристики , заархивированные 8 сентября 2006 г. на Wayback Machine.

[14] «Ротон» . Архивировано из оригинала 20 августа 2016 года.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]