HOTOL , para despegue y aterrizaje horizontales , fue un diseño británico de la década de 1980 para un avión espacial de una sola etapa a órbita (SSTO) que iba a ser propulsado por un motor a reacción con respiración de aire . El desarrollo lo estaba llevando a cabo un consorcio liderado por Rolls-Royce y British Aerospace (BAe).
Diseñado como un vehículo de lanzamiento alado reutilizable de una sola etapa a órbita (SSTO), HOTOL iba a estar equipado con un motor de respiración de aire único, el RB545 o Swallow, que estaba siendo desarrollado por el fabricante de motores británico Rolls-Royce. El propulsor del motor consistía técnicamente en una combinación de hidrógeno líquido / oxígeno líquido ; sin embargo, iba a emplear un nuevo medio de reducir drásticamente la cantidad de oxidante necesario para llevar a bordo utilizando oxígeno atmosférico a medida que la nave espacial ascendía a través de la atmósfera inferior. Dado que el oxidante generalmente representa la mayor parte del peso de despegue de un cohete, HOTOL debía ser considerablemente más pequeño que los diseños normales de cohetes puros, aproximadamente del tamaño de un avión de pasajeros de media distancia como elMcDonnell Douglas DC-9 / MD-80.
Mientras se realizaba el estudio de diseño de prueba de concepto de HOTOL, tanto la industria como el gobierno británico intentaron establecer una cooperación internacional para desarrollar, producir y desplegar la nave espacial. A pesar del interés estadounidense en el programa, había poco apetito entre los miembros de la Agencia Espacial Europea (ESA), y el gobierno británico no estaba dispuesto a apartarse de la cooperación de la ESA. Además, se encontraron problemas técnicos y hubo acusaciones de que las comparaciones con sistemas de lanzamiento alternativos, como los vehículos cohete convencionales que utilizan técnicas de construcción similares, no demostraron mucha ventaja para HOTOL. En 1989 finalizó la financiación del proyecto. La terminación del trabajo de desarrollo en HOTOL llevó a la formación de Reaction Engines Limited (REL) para desarrollar y producir Skylon , una nave espacial propuesta basada en tecnologías HOTOL, incluido su motor de respiración de aire.
Desarrollo
Orígenes
Las ideas detrás de HOTOL se originaron a partir del trabajo realizado por el ingeniero británico Alan Bond en el campo de los motores a reacción preenfriados. Bond había realizado específicamente esta investigación con la intención de producir un motor viable para impulsar un sistema de lanzamiento espacial . [1] En 1982, British Aerospace (BAe), que era el principal constructor de satélites de Europa , comenzó a estudiar un nuevo sistema de lanzamiento prospectivo con el objetivo de proporcionar costos de lanzamiento que representaban el 20 por ciento del transbordador espacial estadounidense operado por la NASA . [2] BAe se dio cuenta del trabajo del fabricante de motores británico Rolls-Royce en un motor adecuado y pronto concibió un avión espacial alado de una sola etapa a órbita (SSTO) no tripulado y totalmente reutilizable como vehículo de lanzamiento. [2]
Por lo tanto, el proyecto pronto se convirtió en una empresa conjunta entre BAe y Rolls-Royce, dirigida por John Scott-Scott y el Dr. Bob Parkinson . [2] Al principio, existía la ambición de "europeizar" el proyecto e involucrar a otras naciones en su desarrollo y fabricación, ya que se reconoció que se necesitarían aproximadamente £ 4 mil millones para financiar el desarrollo a gran escala. [2] En agosto de 1984, BAe dio a conocer una exhibición pública del proyecto del lanzador de satélites HOTOL y dio a conocer detalles sobre sus operaciones propuestas. [3]
En diciembre de 1984, un memorando del Departamento de Comercio e Industria (DTI) señaló que Alemania Occidental estaba interesada en el programa, mientras que Francia había adoptado una actitud crítica hacia HOTOL, que el ministerio consideró potencialmente debido a que se lo consideraba un competidor de Francia. -proyectos dirigidos. Según el ministro de Comercio e Industria, Geoffrey Pattie , la presión diplomática francesa para obtener apoyo para su propio vehículo espacial Hermes propuesto había generado inadvertidamente apoyo e interés entre los miembros de la Agencia Espacial Europea (ESA) en el proyecto HOTOL. [3] A pesar de este clima de interés tentativo y posible apoyo europeo, hubo una actitud general de reticencia dentro del gobierno británico a tomar la iniciativa en un nuevo lanzador espacial. [3]
Estudio de interés y diseño estadounidense
En marzo de 1985, hubo afirmaciones de que Rolls-Royce estaba en proceso de llevar a cabo conversaciones sobre licencias para la tecnología de motores HOTOL con la empresa estadounidense de propulsión Rocketdyne . [3] En abril de 1985, Pattie escribió al Secretario de Estado de Defensa Michael Heseltine para proponer que se realizara un estudio de prueba de concepto de tres millones de libras esterlinas durante dos años en virtud de un acuerdo de asociación público-privada , que consta de un millón de libras esterlinas proporcionado por el gobierno del Reino Unido y el resto está financiado por Rolls-Royce y BAe mismos. Pattie razonó que el proyecto serviría a la "capacidad estratégica de Gran Bretaña, y que las pruebas de tecnologías clave podrían fomentar la colaboración internacional. [3] Según la publicación aeroespacial Flight International , el apoyo del Ministerio de Defensa (MoD) fue fundamental para el diseño de HOTOL. motor había sido clasificado. [3] [2]
En julio de 1985, el director técnico de Rolls-Royce, Gordon Lewis, declaró que la empresa buscaba la participación del grupo de propulsión del Royal Aircraft Establishment (RAE) y que Rolls-Royce no estaba preparada para invertir sus propios fondos en el desarrollo de motores para HOTOL. [3] En la segunda mitad de 1985, se había comenzado a trabajar en el estudio de dos años sobre el concepto de prueba. [3] Al principio, hubo una presión considerable para demostrar la viabilidad y credibilidad del proyecto antes de que la ESA tomara las decisiones finales sobre el Hermes y lo que se convertiría en el sistema de lanzamiento Ariane 5 , por lo que el trabajo se concentró en la validación de tecnologías críticas. involucrado. [2]
En noviembre de 1985, las discusiones de DTI y RAE señalaron que Rolls-Royce buscaba datos estadounidenses sobre tecnología ramjet para respaldar su trabajo en el motor, al que se refería con el nombre Swallow . [3] Según se informa, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos estaba interesada en la tecnología utilizada en el motor Swallow para sus propios fines. [2] En noviembre de 1985, las discusiones entre la primera ministra Margaret Thatcher , el ministro sin cartera David Young y el asesor científico del presidente estadounidense Ronald Reagan , George Keyworth, señalaron el interés estadounidense en la colaboración en el desarrollo de vehículos hipersónicos como HOTOL, y que un prototipo podría estar volando. ya en 1990. [3]
Según los archivos del gobierno británico, ni BAe ni el Ministerio de Defensa estaban entusiasmados con las perspectivas de participación estadounidense en el programa, y expresaron su desgana por la creencia de que el resultado de tal movimiento podría resultar en que el Reino Unido se convierta en un miembro menor de un proyecto que una vez dirigido. [3] También existía la creencia de que si Gran Bretaña optaba por asociarse con Estados Unidos, se quedaría sin trabajo en futuros lanzadores europeos. [2] Sin embargo, Rolls-Royce consideró necesaria la cooperación transatlántica. [3] El director de negocios futuros de BAe, Peter Conchie, declaró que, si es posible, HOTOL debería formar parte del marco espacial europeo. [2] A principios de 1986, el gobierno británico aprobó formalmente el estudio de dos años. [3]
Problemas y criticas
En diciembre de 1984, el consultor de gestión de proyectos David Andrews emitió una crítica de ocho páginas del programa, señalando que el diseño se optimizó para el ascenso mientras se exponía a cargas térmicas extendidas durante el descenso debido a un bajo nivel de resistencia . También afirmó que el vehículo no ofrecía ninguna capacidad que no estuviera disponible; BAe respondió que las críticas formuladas habían sido respondidas. [3] En abril de 1985, el subcontrolador del departamento de investigación y desarrollo del Ministerio de Defensa , James Barnes, afirmó que HOTOL carecía de justificación y que no existía ningún requisito de defensa para tales vehículos. También señaló que los "problemas de ingeniería son considerables" y que es poco probable que entre en servicio hasta la década de 2020; Barnes también observó que el motor HOTOL era "ingenioso". [3]
En noviembre de 1985, la RAE emitió una evaluación de la propuesta de estudio de HOTOL; la organización creía que HOTOL tardaría hasta 20 años en desarrollarse, en lugar del calendario de 12 años que había sido previsto por la industria. El RAE también proyectó que el proyecto tendría un costo total estimado de £ 5 mil millones (a partir de su valor en 1985), £ 750 millones de los cuales serían necesarios en una fase de definición de seis años y un estimado de £ 25 millones en una fase previa. -Estudio de viabilidad de definición. [3]
Durante el desarrollo, se descubrió que el motor trasero comparativamente pesado movía el centro de masa del vehículo hacia atrás. Esto significaba que el vehículo tenía que diseñarse para empujar el centro de arrastre lo más hacia atrás posible para garantizar la estabilidad durante todo el régimen de vuelo. El rediseño del vehículo para hacer esto requirió una gran masa de sistemas hidráulicos, lo que costó una proporción significativa de la carga útil, y dejó los aspectos económicos poco claros. [4] En particular, algunos de los análisis parecían indicar que una tecnología similar aplicada a un enfoque de cohete puro daría aproximadamente el mismo rendimiento a un costo menor.
Cerrar
En 1989, las perspectivas para HOTOL se habían vuelto sombrías; desde el inicio del proyecto, el apoyo entre el gobierno británico y los socios industriales había sido desigual, mientras que Estados Unidos se había convertido en la única nación extranjera que mostraba voluntad de contribuir al programa, [3] en parte debido al secreto que rodeaba a la programa. Había pocas perspectivas de participación europea, ya que la ESA había elegido continuar con el desarrollo de lo que se convertiría en el Ariane 5 , un sistema de lanzamiento espacial convencional. [3] Rolls-Royce se retiró del proyecto, juzgando que era poco probable que el mercado final para el motor fuera lo suficientemente grande como para pagar los costos de desarrollo. [5] El gobierno británico se negó a ofrecer más financiación para HOTOL. El proyecto estaba casi al final de su fase de diseño, mientras que muchos de los planes permanecían en un estado especulativo; Según los informes, la nave todavía estaba plagada de problemas aerodinámicos y desventajas operativas en este punto.
Sucesores
Un rediseño más barato, Interim HOTOL o HOTOL 2 , que iba a ser lanzado desde la parte trasera de un avión de transporte Antonov An-225 Mriya modificado , fue promovido por BAe en 1991; sin embargo, esta propuesta también fue rechazada. El diseño de Interim HOTOL debía prescindir de un ciclo de motor que respirara aire y se diseñó para utilizar una mezcla más convencional de LOX e hidrógeno líquido como combustible.
En 1989, el co-creador de HOTOL Alan Bond y los ingenieros John Scott-Scott y Richard Varvill formaron Reaction Engines Limited (REL), que desde entonces ha estado trabajando en un nuevo motor de respiración de aire, SABRE , que utilizó diseños alternativos para solucionar (y mejorar) sobre) las patentes de Rolls-Royce y el vehículo Skylon destinado a resolver los problemas de HOTOL. Publicaron por primera vez estos conceptos de motores y naves espaciales en 1993, [6] y desde entonces han estado desarrollando las tecnologías centrales, en particular el motor y su preenfriador con control de escarcha; inicialmente con el apoyo de financiación privada, pero últimamente con el apoyo de la Agencia Espacial Europea , el Centro Espacial Nacional Británico , la Agencia Espacial del Reino Unido , BAe, [7] y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea . A partir de 2017[actualizar] REL planea demostrar un preenfriador listo para vuelo que opera en condiciones de vuelo simuladas en 2018 y probar estáticamente un núcleo de motor de demostración en 2020.
Diseño
Descripción general
HOTOL se concibió como un avión espacial alado de una sola etapa a órbita (SSTO) no tripulado y totalmente reutilizable . La nave no tripulada estaba destinada a poner una carga útil de alrededor de 7 a 8 toneladas en órbita, a 300 km de altitud. [8] Estaba destinado a despegar de una pista, montado en la parte trasera de un gran carro propulsado por cohetes que ayudaría a que la nave alcanzara la "velocidad de trabajo". El motor estaba destinado a cambiar de la propulsión a chorro a la propulsión pura de cohetes a 26-32 km de altura, momento en el que la nave estaría viajando a Mach 5 a 7. Después de alcanzar la órbita terrestre baja (LEO), HOTOL tenía la intención de volver a entrar la atmósfera y planear para aterrizar en una pista convencional (aproximadamente 1.500 metros como mínimo). Solo se habría transportado una única carga útil a la vez, ya que BAe había juzgado que esto era más económico, ya que eliminaba cualquier necesidad de interfaz satelital y permitía que las misiones se adaptaran a los requisitos individuales. [8]
Durante su fase de gran altitud, su sistema de control de vuelo se habría vinculado a las estaciones terrestres y al sistema de navegación global de navegación espacial , mientras que el radar se habría utilizado durante las fases de despegue y aterrizaje. Además de la colocación de satélites en órbita geosincrónica o LOE, también se proyectó que HOTOL podría realizar también la recuperación de satélites y hardware de LOE. [8] El material promocional de BAe muestra el acoplamiento de HOTOL con la Estación Espacial Internacional (ISS), una hazaña que, según la compañía, habría requerido una operación tripulada, ya que los sistemas automatizados no eran capaces de realizar tales maniobras de acoplamiento en ese momento. [8] HOTOL fue diseñado para realizar vuelos no tripulados totalmente automatizados; sin embargo, se pretendía en una etapa posterior reintroducir potencialmente un piloto. Las operaciones tripuladas habrían requerido la instalación de un módulo presurizado dedicado dentro de la bahía de carga útil. [8]
Tal como se diseñó, HOTOL habría tenido 62 metros de largo, 12,8 metros de alto, un diámetro de fuselaje de 5,7 metros y una envergadura de 19,7 metros. [8] Presentaba un diseño de ala que se había derivado del del Concorde ; su gran área resultó en una carga alar relativamente baja, lo que habría resultado en temperaturas de reentrada más bajas (que nunca se elevaron por encima de 1.400 ° C). [8] Construido con materiales compuestos de carbono , no habría sido necesario el uso de baldosas aislantes similares a las que componen el sistema de protección térmica del Transbordador Espacial . El tren de aterrizaje guardado internamente habría sido demasiado pequeño para soportar el peso del cohete completamente cargado, por lo que los aterrizajes de emergencia habrían requerido que se descargara el combustible. [8]
Motor
País de origen | Reino Unido |
---|---|
Diseñador | Rolls Royce |
Solicitud | De una sola etapa a órbita |
L / V asociado | HOTOL |
Predecesor | SATÁN |
Estado | Cancelado |
Motor de combustible líquido | |
Propulsor | aire y oxígeno líquido / hidrógeno líquido |
Ciclo | Motor a reacción preenfriado de ciclo combinado y motor cohete de ciclo cerrado |
Configuración | |
Relación de boquilla | 100: 1 |
Actuación | |
Empuje (vac.) | Aprox. 735 kN (165.000 libras f ) |
Empuje (SL) | Aprox. 340 kN (76.000 libras f ) |
Relación empuje-peso | Hasta 14 (atmosférico) |
Yo sp (vac.) | 4.500 N-s / kg (460 s) |
Yo sp (SL) | 14,780 N-s / kg (1,507 s) |
Dimensiones | |
Peso en seco | 2.500 kilogramos (5.500 libras) (excluyendo la entrada y el derrame) |
Referencias | |
Referencias | [5] ( p172 ) |
El RB545, al que su fabricante, el fabricante británico de motores Rolls-Royce , le dio el nombre de "Swallow" , era un motor de cohete que respiraba aire. [3] Habría funcionado como un motor integrado de doble función, habiendo sido capaz de respirar aire mientras operaba dentro de la atmósfera y de una manera similar a la de un cohete cuando se había acercado y dentro de LEO. [9] Este motor también habría sido capaz de impulsar la nave espacial a velocidades hipersónicas . Fue un elemento crucial del programa, habiendo sido atribuido públicamente como "el corazón de los muy bajos costos de lanzamiento de Hotol". [8]
Los detalles exactos de este motor fueron cubiertos por la Ley de Secretos Oficiales del Reino Unido; en consecuencia, existe relativamente poca información pública sobre su desarrollo y funcionamiento. Sin embargo, el material fue posteriormente desclasificado cuando la política del gobierno cambió para evitar el mantenimiento de patentes secretas sin una justificación atribuida. [10] [5]
Dentro de la atmósfera, el aire se toma a través de dos rampas de entrada montadas verticalmente , luego el flujo se dividiría, pasando la cantidad correcta a los preenfriadores y el exceso a los conductos de derrame. El hidrógeno de los tanques de combustible pasaría a través de dos intercambiadores de calor para enfriar previamente el aire antes de entrar en un ciclo de motor similar a un turborreactor de relación de presión general alta : el hidrógeno calentado impulsa una turbina para comprimir y alimentar el aire enfriado en el motor cohete , donde se quemó con parte del hidrógeno utilizado para enfriar el aire. La mayor parte del hidrógeno caliente restante se liberó de la parte trasera del motor, y se extrajo una pequeña cantidad para recalentar el aire en los conductos de derrames en una disposición de estatorreactor para producir un "arrastre de impulso de admisión negativo". [a] Estos estatorreactores se representaban típicamente como dos círculos rojos brillantes debajo de los motores del cohete en las imágenes de HOTOL. [ cita requerida ]
Para evitar que los pre-enfriadores se congelen, el primer pre-enfriador enfrió el aire a unos 10 grados por encima del punto de congelación, para licuar el vapor de agua en el aire. Luego, se habría inyectado LOX en el flujo de aire para bajar la temperatura a -50 ° C (-58 ° F) congelando el agua en cristales de hielo microscópicos, lo suficientemente fría como para que no se derritieran debido al calentamiento cinético si golpearan el segundo elementos pre-enfriadores. Se podría haber agregado una trampa de agua después del primer preenfriador si las condiciones de funcionamiento produjeron un exceso de humedad. [11]
Cuando ya no era posible usar la atmósfera para la combustión, el RB545 cambiaba a usar oxígeno líquido a bordo (LOX) para quemar con el hidrógeno como un cohete de hidrógeno / oxígeno de alta eficiencia. [3]
Ver también
- NASP : un vehículo scramjet con el que HOTOL habría competido
- Reaction Engines Skylon : un diseño de continuación que intenta evitar las deficiencias de HOTOL
- Reaction Engines A2 : un diseño para un avión de pasajeros antípoda hipersónico
- Motor de ciclo de aire líquido: un ciclo de motor relacionado que licua el aire
Referencias
Citas
- ^ BBC Four: Los tres coheteros . BBC . Consultado el 14 de septiembre de 2012 .
- ↑ a b c d e f g h i Moxon 1986, pág. 38.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Coppinger, Rob (23 de febrero de 2009). "Archivos secretos revelan el interés de Estados Unidos en el avión espacial HOTOL del Reino Unido" . Vuelo internacional .
- ^ "Historia oral de la ciencia británica" . Biblioteca Británica. 8 de noviembre de 2010 . Consultado el 19 de julio de 2016 .
- ^ a b c d Hempsell, Mark (mayo de 1993). "Los motores secretos de HOTOL revelados". Vuelo espacial . Vol. 35 no. 5. Londres: Sociedad Interplanetaria Británica . págs. 168-172. ISSN 0038-6340 .
- ^ Varvill, Richard; Bond, Alan (mayo de 1993). "SKYLON: un elemento clave de un futuro sistema de transporte espacial". Vuelo espacial . Vol. 35 no. 5. Londres: Sociedad Interplanetaria Británica . págs. 162-166. ISSN 0038-6340 .
- ^ Norris, Guy (1 de noviembre de 2015). "BAE apuesta por el desarrollo hipersónico de motores de reacción" . aviationweek.com . Semana de la aviación y tecnología espacial . Consultado el 1 de noviembre de 2015 .
- ↑ a b c d e f g h i Moxon 1986, pág. 40.
- ^ Moxon 1986, págs.38, 40.
- ^ El Dr. Bob Parkinson habla de HOTOL en una entrevista de historia oral grabada para elproyecto National Life Stories Oral History of British Science en la Biblioteca Británica
- ^ Patente GB 2241537 , "Prevención de la formación de hielo en las tomas de propulsores aeroespaciales", publicada el 4 de septiembre de 1991, expedida el 12 de agosto de 1992, asignada a Rolls Royce Plc
Bibliografía
- Moxon, Julian (1 de marzo de 1986), "Hotol: ¿dónde sigue?" , Flight International , Business Press International, 129 (4000), págs. 38–40, ISSN 0015-3710 , archivado desde el original el 22 de octubre de 2012 - a través de FlightGlobal Archive
- Postlethwaite, Alan (25 de marzo de 1989), "Hotol lucha por la vida" , Flight International , archivado desde el original el 3 de diciembre de 2013 (Con corte detallado)
Notas
- ^ Debido a la división de responsabilidades del proyecto HOTOL, Rolls-Royce fue responsable del motor y BAe fue responsable de la aerodinámica. Cuando BAe quiso agregar el estatorreactor, no pudo proporcionar empuje, porque esa era la responsabilidad del motor, por lo que en su lugar fue un mecanismo para reducir la resistencia [5]
enlaces externos
- Dibujo de corte del HOTOL en la Wayback Machine (archivado el 30 de enero de 2013)
- Patente relacionada con HOTOL sobre superficies de control aptas para aviones
- Escuche al Dr. Bob Parkinson hablar sobre HOTOL en una entrevista de historia oral grabada para el proyecto National Life Stories Oral History of British Science en la Biblioteca Británica.