Kategorie
Kosmologia

Kosmiczny wyścig

Po raz drugi potrzeba opracowania nowatorskiego projektu doprowadziła do stworzenia czegoś dziwacznego. Projekt Hudsona nazwano Roton i trzeba przyznać, że był zupełnie inny niż wszystkie dotychczasowe. Roton najlepiej chyba można określić mianem kosmicznego helikoptera. Jego zasada działania jest następująca: silniki rakietowe umieszczone na końcach łopat wirnika obracają się wokół osi pionowej pojazdu. Kierując siłę ciągu w dół i w bok, silniki wywierają bezpośrednią siłę skierowaną do góry na pojazd, lecz również wywołują obrót wirnika i śmigieł, poprawiając w ten sposób aerodynamikę systemu. Siła odśrodkowa wywołana obrotami łopat śmigła przetłacza paliwo i utleniacz do silników kanałami wzdłuż łopat. Przy przeciążeniach sięgających setek g paliwo trafia więc do silników pod odpowiednim ciśnieniem bez użycia pomp. Łączne działanie udźwigu aerodynamicznego i bezpośredniego ciągu silników powinno unieść pojazd dużo bardziej efektywnie niż klasyczny silnik rakietowy. Podczas powrotu na ziemię tarcie atmosferyczne spowoduje samoczynną rotację łopat, wyhamowując pojazd bez użycia osłon termicznych, i umożliwi łagodne pionowe lądowanie bez potrzeby włączania silników.

Roton nie może działać. Wkrótce po przekroczeniu przez pojazd bariery dźwięku podczas wznoszenia rozszerzająca się z tyłu fala uderzeniowa rozerwałaby łopaty śmigła, ponieważ ich zewnętrzna część obracałaby się w powietrzu, poruszającym się z prędkością naddźwiękową, część wewnętrzna zaś – w powietrzu poruszającym się z prędkością poddźwiękową, lecz nagrzanym falą uderzeniową. Problem podobny do tego, na jaki natrafiły napędzane śmigłem samoloty, usiłujące pokonać barierę dźwięku pod koniec lat czterdziestych XX wieku, a który z pewnością doprowadziłby do utraty pojazdu. Jakby tego było mało, pojazd bez wątpienia spaliłby się podczas powrotnego wejścia w atmosferę, gdyż wirujące śmigło nie jest w stanie całkowicie zastąpić osłony termicznej. Wreszcie, gdyby jakimś cudem pojazd przetrwał wejście w atmosferę, i tak uległby zniszczeniu podczas lądowania, ponieważ wirnik pod spodem byłby aerodynamicznie niestabilny.

Niemniej projekt odniósł sukces pod jednym, zasadniczym względem – przyciągnął inwestorów. Jesienią 1996 roku milioner wywodzący się z branży telekomunikacyjnej, Walt Anderson, został głównym udziałowcem projektu Hudsona. Również sławny autor Tom Clancy zaangażował się w to przedsięwzięcie. Anderson dał Hudsonowi wolną rękę w sprawie finansów i do tej pory wydano około 10 milionów dolarów na rozwój firmy przemianowanej na Rotary Rocket Company. Podczas prac i badań odkryto wiele wad oryginalnego projektu Rotona. W rezultacie system został całkowicie zmieniony i teraz znacznie bardziej przypomina początkowy pomysł Hudsona, pojazd Phoenix. Łopaty śmigła pozostały, lecz zmniejszono je i zrezygnowano z silniczków rakietowych na ich końcach, a wirnik umieszczono na szczycie pojazdu, nie zaś na spodzie. W ten sposób autorotacja śmigła powoduje zmniejszenie prędkości podczas wchodzenia w atmosferę i lądowania. Silniki w dalszym ciągu obracają się wokół podstawy, lecz na krótszym ramieniu, ukrytym pod osłoną termiczną. Na mieszaninę pędną wybrano naftę i tlen, jako że jest niedroga, gęsta i łatwa do składowania. Gdy silniki szybko wirują wokół osi obrotu, pojawia się efekt strzałki, generujący pole aerodynamiczne i optymalizujący wydajność silników bez potrzeby używania większych dysz. To śmiały projekt (nic podobnego nigdy wcześniej nie zostało zbudowane w branży lotniczo-kosmicznej), lecz wszystko wskazuje na to, że ten Roton powinien działać. Oczywiście, wciąż pozostaje problem uzyskania odpowiednio małego stosunku mas, niezbędnego dla jednostopniowego układu nośnego ziemia-orbita, i Hudson będzie musiał jakoś go rozwiązać. Żadna duża i znana firma nie podjęłaby ryzyka związanego z opracowywaniem tak innowacyjnej technologii dla systemu lotniczego – i to, według mnie, jest główną zasługą firmy Hudsona. Niezależnie od tego, czy mu się powiedzie, czy nie, z pewnością przetrze wiele nowych szlaków. Ciekawe, czy zdoła dokończyć swój projekt.

Latem 1993 roku, podczas konferencji organizowanej w Monterey w stanie Kalifornia przez Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronautyki (American Institute of Aeronautics and Astronautics, A1AA), odbyłem bardzo ciekawą rozmowę z inżynierem, uczestniczącym w lotach próbnych amerykańskich Sił Powietrznych, kapitanem Mitchellem Bumside’em Clappem. Znałem Clappa od jakiegoś czasu, uczestniczył w kilku konferencjach z serii Czas Marsa (Case Jor Mars) w latach osiemdziesiątych. Przy piwie, jak to często bywa wśród inżynierów, Clapp zaczął przedstawiać mi swój pomysł na bezkonkurencyjny pojazd SSTO. Według niego (pracował wówczas w zespole DC-X SDIO) idealny układ nośny SSTO nie powinien startować pionowo jak DC-X, lecz być raczej rakietoplanem zdolnym do poziomego startu i poziomego lądowania na lotnisku. Koncepcja sama w sobie nie należała do nowych, Boeing od lat nosił się z podobnym projektem, nazwanym RASV (Reusable AeroSpace Yehicle – pojazd kosmiczny wielokrotnego użytku). Lecz założenia konstrukcyjne RASV zawsze były błędne. Dodatkowa masa skrzydeł i podwozia czyniła niemożliwym lot takiego układu jednostopniowego na orbitę przy pełnym obciążeniu. Tutaj jednak Clapp zaproponował oryginalny wariant. A gdyby rakietoplan nie startował z pełnym obciążeniem? Gdyby, zamiast tego, startował prawie pusty, większość paliwa zaś pobierał już w powietrzu z latającej cysterny, podobnie jak czynią to samoloty wojskowe? Wtedy zarówno skrzydła, jak i podwozie mogłyby być mniejsze i delikatniejsze, gdyż pojazd osiągałby swoją pełną masę dopiero w powietrzu, kiedy siła aerodynamiczna wywierana na powierzchnie nośne osiągnęłaby już dużą wartość ze względu na znaczną szybkość. W dodatku taki samolot rakietowy rozpoczynałby lot na orbitę z pełnymi zbiornikami paliwa, na dużej wysokości i z dużą prędkością. Pozwoliłoby to zmniejszyć straty powodowane przez opór powietrza oraz grawitację, co dawałoby pojazdowi sporą przewagę nad innymi układami nośnymi, które starują bezpośrednio z Ziemi. Przy wykorzystaniu pomysłu tankowania paliwa w powietrzu, loty na orbitę jednostopniowych układów nośnych poziomego startu/lądowania mogłyby wreszcie stać się rzeczywistością.

Uznałem, że pomysł ma dużą szansę powodzenia, i po powrocie do domu poddałem go wnikliwym analizom. Badając jego możliwe zastosowania przy różnych konfiguracjach parametrów technicznych i kombinacji mieszanin pędnych, odkryłem, że osiąga lepsze rezultaty niż konwencjonalne pojazdy SSTO, zarówno typu VTVL, jak i HTHL. Rozpocząłem wtedy prace nad projektem pojazdu, który mógłby zademonstrować ten koncept.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.