Kategorie
Kosmologia

Rakietoplan – Black Horse – Black Colt

Projekt statku, nazwanego Black Horse, został zaprezentowany opinii publicznej w grudniu 1993 roku.

Black Horse okazał się rakietoplanem SSTO tankującym w powietrzu, a właściwie dokonującym transferu paliwa, choć tak naprawdę w tym wypadku z cysterny przetłaczany był utleniacz, a nie paliwo. Pojazd został zaopatrzony w siedem silników rakietowych na nadtlenek wodoru/naftę: dwa z krótkimi dyszami, przeznaczone do lotów na małych wysokościach, i pięć z dużymi dyszami, do lotów na dużych wysokościach i w przestrzeni kosmicznej. Pojazd wymagał pilotażu, a jego nośność na niską orbitę ziemską miała sięgać 2300 kilogramów. Według Clappa koszt realizacji projektu powinien wynieść około 350 milionów dolarów.

Przeanalizowałem projekt pojazdu Black Horse w postaci, w jakiej został opublikowany, i stwierdziłem, że jest bardzo optymistyczny. Clapp oparł swój projekt na wziętym z sufitu oszacowaniu, że AV dla pojazdu przy locie na orbitę wynosi 8,2 km/s, gdy w rzeczywistości wynosi 9 km/s. Nawet z wartością przyjętą przez Clappa udział masy własnej pojazdu wyniósłby zaledwie 8%. Gdyby użyć dokładniejszej AV, wartość ta spadłaby do 6%. Z inżynierskiego punktu widzenia każdy z tych wariantów byłby niewykonalny. Co więcej, osiągnięcie nawet tak niskich parametrów wymagałoby opracowania silników na nadtlenek wodoru i naftę o impulsie właściwym 330 sekund, podczas gdy maksymalna wartość uzyskana w testach tego typu silników wynosiła 270 sekund. Przy bardziej realnym założeniu docelowego impulsu właściwego 300 sekund udział masy własnej spada do zaledwie 4,7%, co jest wynikiem żałosnym. Ponadto transfer paliwa odbywałby się w sytuacji, gdy pojazd przyjmujący ma napęd rakietowy, a takiej opcji nigdy nie sprawdzano. Ze względu na żarłoczną naturę silników rakietowych większość paliwa przetłaczanego do zbiorników byłaby na bieżąco spalana w trakcie tankowania, co rodzi pytanie, czy znalazłaby się latająca cysterna odpowiednio duża, by napełnić zbiorniki Black Horse. Poza tym masa pojazdu zmieniłaby się siedmiokrotnie podczas transferu paliwa, przez co jego zachowanie w powietrzu uległoby znacznym zmianom, a to powoduje wielkie problemy konstrukcyjne przy projektowaniu układu kierowania lotem. Wreszcie, Black Horse musiałby używać jako utleniacza 98 procentowej wody utlenionej, co stwarzałoby znaczne zagrożenie. Woda utleniona jest mało stabilnym związkiem, który ma tendencję do rozpadania się na zwykłą wodę i tlen. Stosunkowo drobne zanieczyszczenia mogące dostać się do systemu pędnego spowodowałoby rozpad znacznej części wody utlenionej, a tym samym doprowadziłoby do eksplozji pojazdu.

Podczas prezentacji dla Sił Powietrznych Clappowi udało się ominąć większość wyżej wymienionych problemów i przez pewien okres Black Horse cieszył się sporym powodzeniem. W końcu w skład Sił Powietrznych wchodzą głównie piloci samolotów odrzutowych, którzy nie wiedzą zbyt wiele na temat silników rakietowych. Wiedzą jednak doskonale, co lubią, a rakietowy samolot osiągający prędkość 25 machów to nie lada atrakcja.

Czułem jednak, że jeśli projekt pojazdu tankowanego w powietrzu ma mieć jakąkolwiek szansę na szybką realizację, powinien ujrzeć światło dzienne w dużo mniej ambitnej formie. Zaprojektowałem więc mniejszy pojazd, odwołując się w znacznie większym stopniu do sprawdzonych technologii. Aby zakończyć zamieszanie związane z pojazdem Black Horse, nazwałem mój statek Black Colt, sugerując w ten sposób, że może być pierwszym krokiem w jego kierunku.2 *

Główną jednostką napędową Black Colt był dostępny na rynku silnik rakietowy NK-31, spalający naftę i ciekły tlen, o impulsie właściwym 350 sekund i ciągu 41 tysięcy kG. Dodatkowo dwa wojskowe silniki odrzutowe F-125 zapewniały odpowiednią moc przy starcie, lądowaniu i operacjach tankowania. Zamiast dokonywać zmiany prędkości AV, równej 9 km/s, by osiągnąć orbitę, Black Colt leciałby po trajektorii suborbitalnej z prędkością dochodzącą do 4 km/s (aby to osiągnąć, potrzeba AV = 5 km/s). Pozostałe 4 km/s zmiany prędkości AV, niezbędne, by umieścić ładunek na orbicie, uzyskiwane byłoby dzięki dodatkowemu górnemu członowi silnika rakietowego, na przykład takiego jak Thiokol Star 48, przymocowanego do samego ładunku. Inaczej mówiąc, Black Colt startowałby z lotniska, wykorzystując swoje silniki odrzutowe i mając pełne zbiorniki nafty, lecz tylko odrobinę tlenu. Na wysokości 8000 metrów spotykałby się z latającą cysterną i pobierał pełny zapas ciekłego tlenu. Po zatankowaniu pojazd odpalałby silnik rakietowy i wchodził na wysokość 150 kilometrów (czyli w przestrzeń kosmiczną), osiągając połowę prędkości orbitalnej. Tam otwierałby ładownię i układ ładunek/górny człon silnika byłby wyjmowany z jej wnętrza w warunkach próżniowych i przy zerowej grawitacji. Po odpowiednim oddaleniu się, odpalałby silnik, wynoszący satelitę na orbitę. W tym czasie Black Colt po zamknięciu ładowni zacząłby wchodzenie w atmosferę z prędkością około 12 machów. Pojazd musiałby przelecieć długą drogę w atmosferze, hamując powoli, by wreszcie osiągnąć prędkość poddźwiękową. W tym momencie pilot uruchamiałby silniki odrzutowe i podchodził do lądowania w klasyczny sposób.

Koncepcja Black Colt góruje nad Black Horse pod wieloma względami. Silniki wysokiej wydajności potrzebne do realizacji projektu są dostępne już w tej chwili. Ponieważ impuls właściwy silników Black Colt jest większy, a wymagana zmiana prędkości AV znacznie mniejsza, udział masy własnej pojazdu wzrasta aż do 23%, przez co pojazd staje się bardziej atrakcyjny niż Black Horse. Tankowanie ma się odbywać w momencie, gdy pojazd będzie leciał, korzystając z silników odrzutowych, co zostało już przećwiczone niezliczoną ilość razy. Masa pojazdu podczas tankowania zmieni się zaledwie dwukrotnie, co ułatwi prace nad systemem kontroli lotu. Ponieważ Black Colt będzie się rozpędzać tylko do połowy prędkości orbitalnej, z taką też prędkością wejdzie w atmosferę, wracając na Ziemię, dzięki czemu osłony termiczne zostaną poddane odpowiednio mniejszym naprężeniom. Poza tym pojazd ma więcej zastosowań (militarnych lub innych) niż Black Horse czy inny układ nośny, gdyż silniki odrzutowe umożliwiają mu samodzielne latanie nad Ziemią, tak jak czynią to samoloty.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *