Black Arrow - британская ракета-носитель. Разработанная в 1960-х годах, она использовалась для четырех запусков в период с 1969 по 1971 год. Ее последний полет был первым и единственным успешным орбитальным запуском, осуществленным Соединенным Королевством, она вывела спутник Prospero на низкую околоземную орбиту.
Black Arrow возникла в результате исследований Royal Aircraft Establishment по разработке ракет-носителей на основе ракеты Black Knight, проект был утвержден в 1964 году. Первоначально был разрабатывался Saunders-Roe, а затем Westland Aircraft в результате их слияния.
Black Arrow представляла собой трехступенчатую ракету, работающую на топливе RP-1 (керосин) и высококонцентированной перекиси водорода. Программа была закрыта после всего четырех запусков в пользу использования ракет American Scout, которые, по подсчетам Министерства обороны, были дешевле, чем поддержка программы Black Arrow.
Разработка
Black Arrow возникла из предложения Royal Aircraft Establishment о ракете, способной вывести на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку весом 144 кг для тестирования систем, предназначенных для более крупных космических аппаратов. Осенью 1964 года программа была одобрена министром авиации консерваторов Джулианом Амери. Затем, после всеобщих выборов в октябре, новое лейбористское правительство приостановило проект, чтобы сократить расходы. После очередных выборов правительство одобрило продолжение программы с несколькими изменениями, включая сокращение программы испытаний с пяти до трех запусков. Первый пуск был назначен на 1968 год.
Большинство технологий и систем, используемых на Black Arrow, уже были разработаны или испытаны в полетах на ракетах Black Knight или Blue Steel. Black Arrow была разработана для повторного использования как можно большего количества технологий из более ранних программ, чтобы снизить затраты и упростить процесс разработки. Многие высокопоставленные сотрудники программы Black Knight перешли непосредственно в Black Arrow, в том числе главный научный специалист Рой Доммет, главный конструктор Рэй Уиллер и заместитель главного инженера Джон Андервуд.
Первоначальная разработка была проведена Saunders-Roe, которая объединилась с Westland Aircraft в 1964 году. Westland впоследствии была генеральным подрядчиком Black Arrow и смонтировала первую и вторую ступени в East Cowes на острове Уайт. Bristol Siddeley производила двигатели первой и второй ступеней на заводе в Ансти, Уорикшир. Двигатели были испытаны на заводе перед отправкой на остров Уайт, где они были установлены в ракету, а двигатели первой ступени были снова испытаны. Bristol Aerojet собрала третью ступень в Сомерсете, в то время как Центр исследований и разработок взрывчатых веществ произвел твердое топливо в Уолтем-Абби, Эссекс. Компания Rocket Propulsion Establishment, базирующаяся в Уэсткотте, Бакингемшир, отвечала за проектирование и интеграцию ступеней.
Конструкция
Первая и вторая ступени Black Arrow заправлялись керосином RP-1, сжигаемым с использованием пероксида водорода высокого качества в качестве окислителя. Из-за оптимального соотношения компонентов смеси, равного примерно 7, был необходим резервуар с окислителем большего размера по сравнению со многими современными системами. Баки окислителя были расположены ниже топливных баков, следуя практике размещения более плотного ракетного топлива внизу, чтобы снизить центр тяжести и облегчить управление ракетой. Эта схема была впервые применена в Германии и Соединенных Штатах, тогда как Советский Союз размещал баки с окислителем над топливными баками, что упрощало заправку нижнего бака.
Для обеспечения контроля ориентации на первых двух ступенях использовался вектор тяги. Восемь камер сгорания первой ступени были расположены парами, которые могли подвешиваться в любом направлении вдоль одной оси. Две пары были расположены перпендикулярно двум другим, и когда все четыре пары использовались вместе, они обеспечивали контроль крена, тангажа и рыскания. Вторая ступень имела две камеры сгорания, которые могли подвешиваться по двум осям, обеспечивая одинаковый уровень управления. Во время фазы выбега после отключения второй ступени ракета управлялась системой управления реакцией. Третья ступень не имела системы ориентации, а вместо этого была стабилизирована вращением.
Первая ступень приводилась в действие одним двигателем Gamma 8, который работал 127 секунд. Gamma 8 был восьмикамерным двигателем, созданным на основе двигателя Gamma 301, использовавшегося на Black Knight. Он был 6,9 метра в длину и имел диаметр 2 метра, такой же диаметр, как у французской Coralie. Coralie использовалась как вторая ступень ракеты Europa, и было принято решение придать Black Arrow тот же диаметр, что и у Coralie, чтобы сделать ее совместимой с Blue Streak, которая использовалась в качестве первой ступени Europa. Это позволило бы увеличить полезную нагрузку Black Arrow, а также позволило бы Великобритании использовать первую ступень Black Arrow в качестве резервной для Coralie. По этой причине все размеры в исходной спецификации были даны в британских единицах, за исключением диаметра первой ступени, который был дан в метрах.
Первая и вторая ступени были соединены межкаскадной структурой, содержащей четыре двигателя разделения Siskin IB, которые отделялись и включались через семь секунд после отключения первой ступени. Спустя шесть секунд промежуточная ступень отделялась от второй. Вторая ступень, которая имела длину 2,9 метра и диаметр 1,37 метра, приводилась в действие двухкамерным двигателем Gamma 2, который включался вскоре после двигателей разделения, и продолжал работать 123 секунды. Через три минуты после запуска, во время работы второй ступени, отделялся обтекатель полезной нагрузки.
Первые две ступени и открытый обтекатель полезной нагрузки R4 выставлены в Музее науки в Лондоне.
Примерно через 257 секунд полета вторая ступень отключилась, и ракета входила в фазу выбега до апогея. Правильная ориентация для третьей ступени отделения поддерживалась с помощью системы ориентации второй ступени. К концу периода выбега третья ступень раскручивалась до 180 об/мин с помощью шести ракетных двигателей. Пять секунд спустя третья ступень отделялась, и после еще десяти секунд движения по инерции включался ее двигатель. На третьей ступени был установлен твердотопливный двигатель Waxwing, который работал 55 секунд.
Спустя чуть более минуты после того, как выключалась третья ступень, отделялась полезная нагрузка, и для того, чтобы развести космический корабль отработанную верхнюю ступень, использовались газогенераторы. Задержка между выключением двигателя и отделением была предназначена для снижения риска повторного контакта между верхней ступенью и полезной нагрузкой из-за остаточной тяги. Несмотря на это, после отделения космического корабля при запуске R3 верхняя ступень столкнулась со спутником Prospero, повредив одну из коммуникационных антенн космического корабля, однако он все-таки смог успешно завершить свою миссию. При запуске R3 от старта до отделения космического корабля потребовалось 710 секунд.
Было предложено несколько модификаций Black Arrow в качестве способов увеличения ее полезной нагрузки. Одно предложение добавляло восемь твердотопливных ракетных двигателей Raven из программы Skylark на первую ступень. Другое предложение заключалось в установке всей ракеты на ракету Blue Streak, в то время как третье предложение включало замену двигателей Gamma на более мощные Larch.
Запуски
Цветовая схема, используемая во всех пусках, кроме R0, с полосами на первой ступени для определения угла крена и цветным обтекателем для улучшения заметности.
Четыре Black Arrow были запущены в период с 1969 по 1971 год. Первые два запуска были демонстрационными полетами с третьими ступенями и макетом полезной нагрузки. В первом полете электрическая неисправность привела к тому, что пара камер сгорания первой ступени качалась вперед и назад. При старте ракета хаотично вращалась и примерно через минуту начала разрушаться. После того, как двигатель первой ступени вышел из строя, и ракета начала падать на землю, она была уничтожена по соображениям безопасности. Второй пуск прошел успешно. Первый полноценный запуск 2 сентября 1970 года был третьим запуском Black Arrow и первой попыткой Великобритании запустить спутник. Пуск не удался из-за утечки в системе наддува окислителя второй ступени, что привело к ее преждевременному отключению. Третья ступень сработала, но ракета не вышла на орбиту и упала в залив Карпентария. Четвертый запуск успешно вывел на орбиту спутник Prospero (до миссии R2 он назывался Puck), что сделало Соединенное Королевство шестой страной, которая вывела спутник на орбиту с помощью собственной ракеты-носителя. Спутник, также известный как X-3, был назван Prospero в честь персонажа Prospero из шекспировской бури.
Все четыре пуска были произведены из Launch Area 5B в запрещенной зоне Вумера в Австралии, которая ранее использовалась в качестве испытательной площадки для ракеты Black Knight. В ходе программы разработки также рассматривались стартовые площадки в Барбадосе, Уисте и Норфолке. Стартовые площадки в Уисте и Норфолке были отклонены, поскольку первая была слишком удалена, в то время как существовал риск того, что ракета, запущенная с последней, могла сбросить отработанные ступени на нефтяные вышки в Северном море.
Таблица запусков
Закрытие программы
Black Arrow R4 на выставке в Музее науки.
Министр торговли и промышленности Фредерик Корфилд объявил об отмене проекта Black Arrow в Палате общин 29 июля 1971 года. Поскольку ракета R3 уже была отправлена на стартовую площадку, и вторая ступень прибыла через три дня, ранее было дано разрешение на ее запуск.
Программа была отменена по экономическим причинам, так как министерство обороны решило, что для будущих запусков будет дешевле использовать американскую ракету Scout с аналогичной грузоподъемностью. До отмены Black Arrow НАСА предлагало запускать британские аппараты бесплатно; однако это предложение было отозвано после принятия решения об отмене Black Arrow.
Последней завершенной Black Arrow была R4, который не летала и хранится в Музее науки в Лондоне вместе с запасным спутником Prospero. Копия ракеты Black Arrow стоит в Ракетном парке в Вумере. Кроме того, остатки первой стадии Black Arrow R3 были вывезены с животноводческой станции Anna Creek и выставлены в Мемориальном парке William Creek.
Первая ступень Black Arrow R3, демонстрируемая в William Creek после ее возвращения на Землю.
Стартовые комплексы в Вумере были снесены в течение года после последнего полета, а половина инженеров, которые работали над программой, были уволены. Спутник X-4, который предназначался для запуска с помощью Black Arrow R4, в конечном итоге был запущен 9 марта 1974 года американской ракетой Scout D-1, взлетевшей с космического стартового комплекса 5 на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии.
По состоянию на 2018 год Соединенное Королевство - единственная страна, которая успешно разработала, а затем отказалась от возможности запуска спутников. Все другие страны, которые имели такой потенциал, сохранили его либо благодаря своей собственной космической программе, либо, в случае Франции, благодаря своему участию в программе Ariane.
Характеристики:
Длина - 13 м
Диаметр - 2 м
Масса - 18,13 т
Число ступеней - 3
Полезная нагрузка:
135 кг при высоте орбиты 220 км;
102 кг при высоте орбиты 500 км.
Стартовая площадка: Woomera LA-5B
Общее количество запусков - 4, из них успешных - 2.
Первый запуск - 27 июня 1969 года
Последний запуск - 28 октября 1971 года
Первая ступень:
Двигатели: Gamma 8
Тяга: 256,4 кН
Удельный импульс - 265 с.
Время работы: 131 с
Топливо: керосин/перекись водорода
Вторая ступень:
Двигатели: Gamma 2
Тяга: 68,2 кН
Удельный импульс - 265 с.
Время работы: 116 с.
Третья ступень – Waxwing
Двигатели: 1 твердотопливный
Тяга: 27,3 кН
Удельный импульс - 278 с
Время работы - 55 с.
Комментариев нет:
Отправить комментарий