Европейская ракетная семья: от Blue Streak до Ariane

Введение

Семейство ракет

Ракета "Европа" была одной из первых ракет-носителей европейской организации по разработке пусковых систем (ELDO), которая стала предшественницей Европейского космического агентства (ESA). Она была разработана с целью обеспечения технологий доступа в космос, а конкретнее – для облегчения вывода на орбиту европейских телекоммуникационных и метеорологических спутников. История программы восходит к британской ракете Blue Streak, которая была отменена в 1960 году. Blue Streak затем была использована в качестве основы для ракеты-носителя Black Prince и нескольких других концепций. В поисках партнеров для разделения затрат на разработку была создана ELDO, которая начала разработку "Европы", используя первую ступень Blue Streak, французскую вторую ступень Coralie и немецкую верхнюю ступень Astris. Программа провела несколько тестовых запусков, но они часто заканчивались частичными неудачами. Кроме того, Великобритания решила выйти из организации ELDO, а значит, и из программы "Европа", чтобы сосредоточиться на конкурирующей полностью британской ракете-носителе Black Arrow. Уверенность в программе снизилась из-за плохих показателей надежности, что привело к ее завершению. Несмотря на выход Великобритании из программы, другие партнеры ELDO по-прежнему проявляли интерес к созданию ракеты-носителя. В 1974 году они преобразовались в Европейское космическое агентство (ESA) и приступили к разработке семейства ракет-носителей Ariane, которое оказалось коммерчески успешным, с сотнями выполненных запусков.

Предыстория

В начале 1950-х годов британское правительство осознало необходимость разработки собственной серии баллистических ракет в связи с прогрессом в этой области, особенно в Советском Союзе и Соединенных Штатах. Британская программа по разработке такой ракеты, получившая название Blue Streak, была незамедлительно запущена; однако возникали ключевые вопросы относительно тогда еще малоизученного сценария того, с чем такое аппарат столкнется при попытке возвращения в атмосферу, и существовали опасения, что он может просто сгореть, как метеор, и оказаться нереализуемым. В связи с этим, в 1955 году для решения этой задачи была начата исследовательская ракетная программа Black Knight. После нескольких запусков Black Knight была признана успешной программой, создавшей относительно недорогую и надежную ракету, что послужило стимулом для дальнейшего развития платформы. 13 апреля 1960 года министр обороны Гарольд Уоткинсон объявил об отмене программы Blue Streak как военной и заявил, что "правительство сейчас в срочном порядке рассмотрит с компаниями и другими заинтересованными сторонами возможность адаптации программы Blue Streak для разработки пусковой установки для космических спутников". В 1957 году Десмонд Кинг Хеле и Дорин Гилмор из Королевского авиационного заведения (RAE) представили предлагаемый проект, известный как Black Prince. Согласно этому предложению, можно было разработать систему запуска, используя сочетание уже существующих и разрабатываемых ресурсов; многоступенчатая ракета-носитель должна была состоять из первой ступени Blue Streak, второй ступени Black Knight (или позднее Black Arrow) и твердотопливной ракеты военного назначения в качестве третьей ступени. В 1960 году Королевскому авиационному заведению в Фарнборо было поручено рассмотреть возможность адаптации ракеты Blue Streak в качестве ракеты-носителя спутников в сочетании с другими ракетными ступенями. Соответственно, концепт-дизайн 1957 года для комбинированной пусковой установки Blue Streak Black Knight был предложен повторно и на этот раз получил положительную оценку; проекту был присвоен кодовое название Black Prince; в официальной документации платформа именовалась спутниковой ракетой-носителем Blue Streak (BSSLV). Однако быстро стало ясно, что стоимость программы станет серьезной проблемой: по одной из оценок, общие затраты на разработку могли составить половину университетского бюджета Великобритании. Помимо высоких затрат, становилось очевидным, что, поскольку британские военные спутники уже запускались американскими ракетами-носителями, а отечественное научное сообщество считалось не имеющим достаточного финансирования для одновременного проведения нескольких крупных исследовательских спутниковых программ, внутренний спрос на такую ракету-носитель не был гарантирован. В связи с этим было решено, что предпочтительнее привлечь к программе другие страны, чтобы разделить бремя расходов и обеспечить их заинтересованность в использовании ракеты-носителя. Были предприняты дипломатические усилия в отношении различных стран, однако стало очевидно, что члены Содружества Наций не готовы предоставить необходимую поддержку такой программе.

During the early 1950s, the British government had identified the need to develop its own series of ballistic missiles due to advances being made in this field, particularly by the Soviet Union and the United States. A British programme to develop such a missile, named Blue Streak, was promptly initiated; however, there were key questions over the then relatively unknown scenario of what such a vehicle would encounter when attempting re entry to the atmosphere, there were fears that such a vehicle might simply burn up like a meteor and therefore be unachievable. Accordingly, during 1955, the Black Knight research rocket programme was commenced for this purpose. Following several launches, the Black Knight came to be regarded as a successful programme, having produced a relatively low cost and reliable rocket, and thus there was impetus present to proceed with further development of the platform. On 13 April 1960, the Defence Minister Harold Watkinson announced the cancellation of Blue Streak as a military programme, and went on to state that: "the Government will now consider with the firms and other interests concerned, as a matter of urgency, whether the Blue Streak programme could be adapted for the development of a launcher for space satellites." In 1957, a proposed design, known as Black Prince, was put forward by Desmond King Hele and Doreen Gilmour of the Royal Aircraft Establishment (RAE) during 1957. As envisioned by this proposal, an expendable launch system could be developed using a mix of preexisting and in development assets; the multi stage launcher was to be formed of a Blue Streak first stage, a Black Knight (or later a Black Arrow) second stage, and a military solid rocket as a third stage. In 1960, the Royal Aircraft Establishment at Farnborough was given the job of considering how the Blue Streak missile could be adapted as a satellite launching vehicle, in conjunction with other rocket stages. Accordingly, the 1957 concept design for a combined Blue Streak Black Knight launcher was put forward once again, and this time received a favourable appraisal; the project was assigned the rainbow code of Black Prince; in official documentation, the platform was referred to as the Blue Streak Satellite Launch Vehicle (BSSLV). However, it was quickly recognised that the programme's cost would be a major issue, one estimate of the total development costs would have been equal of half of the Britain's university budget. Along with the high costs involved, it was becoming clear that, due to British military satellites already being delivered by American launchers and the domestic science community being perceived as lacking the funding to conduct multiple major research satellite programmes at once, that domestic demand for such a launcher was not guaranteed. Accordingly, it was decided that it would be preferable for other nations to be involved in the programme in order to share the burden of the costs and to be predisposed to making use of the launcher. Diplomatic approaches were made to various nations, however it became obvious that the members of the Commonwealth of Nations alone were not prepared to provide the necessary backing for such a programme.

Сотрудничество

Еще в 1961 году министр авиации Питер Торникрофт начал размышлять о совместном европейском проекте, основной целью которого было не допустить бессмысленной траты передовых разработок ракеты Blue Streak и не позволить американцам и советским специалистам единолично осваивать космос. Великобритания также предприняла дипломатические усилия, обратившись к различным европейским странам, наиболее важным из которых была Франция. И Франция, и Великобритания обращались к другим странам с предложением присоединиться к совместной программе, однако переговоры с заинтересованными сторонами часто затягивались, отчасти из-за преобладающего скептицизма; как отмечал автор К. Н. Хилл, "многие страны полагали, что Великобритания пытается навязать им устаревшую ракету-носитель и заставить их оплатить расходы". Участие многих стран зависело от одобрения Германии, которую в конечном итоге удалось убедить принять участие. В результате этих дипломатических усилий было принято решение о создании Европейской организации по разработке ракет-носителей (ELDO). Штаб-квартира ELDO располагалась в Париже, а в число ее основателей вошли Бельгия, Франция, Соединенное Королевство, Италия, Нидерланды и Западная Германия; Австралия, Испания, Швейцария, Норвегия и Швеция отказались от участия. ELDO не только позволила использовать разработки Blue Streak, но и реализовала амбиции по созданию европейского конкурента американским и советским ракетам-носителям, находившимся в разработке и эксплуатации в то время. После изучения различных проектов и концепций ELDO пришла к трехступенчатой схеме, получившей обозначение Eldo A, которая впоследствии была официально названа Europa. По словам Хилла, ракеты-носители Black Prince и Europa были сопоставимы по своим характеристикам и могли выводить на орбиту примерно одинаковые полезные нагрузки, что оставляло мало места для обеих программ. Однако высказывалась критика, что Europa потребует больше времени на разработку, чем Black Prince, без существенных улучшений, и будет страдать от той же основной экономической проблемы: она будет слишком дорогой для научных спутников и слишком малой для спутников связи. В январе 1965 года французы посчитали, что первоначальная трехступенчатая ракета будет недостаточно мощной для вывода необходимых полезных нагрузок, в то время как другая ракета, известная как Eldo B, с жидководородными двигателями на второй и третьей ступенях, стала рассматриваться как более перспективная конструкция, отчасти благодаря возможности снизить стоимость проекта за счет отказа от переходных испытательных пусковых установок. При этом в качестве первой ступени по-прежнему планировалось использовать Blue Streak. ELDO с этим не согласилась, но французы в конечном итоге добились своего, когда Eldo B стала основой для более поздней ракеты-носителя Ariane, первый запуск которой состоялся в 1979 году.

As early as 1961, Peter Thorneycroft, the Minister of Aviation, had been giving some thought on the topic of a joint European project, the main intention of this ambition being to not waste the advanced development of the Blue Streak, and to also not leave space exploration to the Americans and Russians. Britain also made diplomatic approaches to various European nations, the most significant of these being to France. Both France and Britain approached various other nations to join on the collaborative programme, however negotiations with interested nations were often protracted, in part due to there having been a prevailing attitude of scepticism; author C. N. Hill stated that "many countries thought that the U. K. was seeking to foist an obsolescent launch vehicle on them, and making them pay the costs". The participation of many nations hinged upon gaining the endorsement of Germany, who was eventually won over and chose to participate. As a result of this diplomacy, it was decided to proceed with the formation of the European Launcher Development Organisation (ELDO) group. Headquartered in Paris, the founding members of the ELDO were Belgium, France, the United Kingdom, Italy, the Netherlands and West Germany; while Australia, Spain, Switzerland, Norway, and Sweden had chosen to decline participation. The ELDO not only served the purpose of harnessing Blue Streak, but also fulfilled ambitions to produce a European rival to the American and Soviet launchers being developed and deployed at that time. Following the study of various designs and concepts, the ELDO arrived at a three stage approach which was given the designation Eldo A, this was later formally named as Europa. According to Hill, the Black Prince and Europa were comparable launchers capable to delivering similar performance and roughly the same payloads, the overlap leaving little room for both programmes. However, there was criticisms that Europa would take longer to deliver than the Black Prince launcher for no significant improvement, while suffering from the same core economic problem of being too expensive for scientific satellites while too small for commercial communications satellites. In January 1965, the French thought the initial three stage rocket design would not be sufficiently advanced to carry the size of payloads required, while another rocket – referred to as Eldo B – which featured liquid hydrogen fuelled second and third stages, came to be viewed as being a superior design, partly due to reduce the cost of the project via the elimination of transition test launchers. It would still use the Blue Streak as the first stage. The ELDO later disagreed, but the French would ultimately get their way when Eldo B became the foundation for the later Ariane launcher, which would first launch in 1979.

Рост затрат и реструктуризация

К апрелю 1966 года сметная стоимость проекта возросла до 150 миллионов фунтов стерлингов с первоначальной оценки в 70 миллионов фунтов стерлингов. К этому моменту надежды многих участников на то, что Europa подойдет для поставленной задачи, были невелики; итальянцы хотели отказаться от ELDO и вместо этого участвовать в единой европейской космической организации, которая не была бы столь разделена по национальному признаку, как ELDO. Первый запуск первоначально планировался на ноябрь 1966 года, однако первый двухступенчатый запуск состоялся в августе 1967 года, а полная трехступенчатая ракета (Europa 1) совершила свой первый совместный запуск в ноябре 1968 года. В середине 1960-х годов Великобритания финансировала 40% расходов программы. В начале июня 1966 года британское правительство (Фред Малли) решило, что не может позволить себе стоимость Europa и стремилось выйти из организации ELDO – одной из немногих европейских организаций, в которой к тому времени она стала ведущим игроком. Вклад Великобритании был сокращен до 27%. Это происходило в то время, когда спутниковые технологии были на пороге изменения мира. Однако, вскоре распространенные геосинхронные спутники потребовали вывода на высоту 22 000 миль (35 400 км) над Землей, что значительно превышало возможности Europa 1, способной выводить спутники на высоту 125 миль (201 км). В ноябре 1968 года на Европейской космической конференции в Бонне было принято предложение объединить ELDO с ESRO, сформировав общеевропейское космическое агентство к началу 1970 года; известное как Европейское космическое агентство (ESA), эта организация была создана лишь в 1975 году. Великобритания отнеслась к этой идее без особого энтузиазма и не верила, что Европа сможет экономически эффективно запускать спутники. К 1970 году французский космодром во Французской Гвиане обошелся в 45 миллионов фунтов стерлингов, и в том же году Франция стала самым важным партнером в проекте, планируя построить две трети ракеты и владеть космодромом. Хотя формально, участие Великобритании в проекте было значительно сокращено после того, как она, совместно с австралийским космодромом, во многом способствовала началу всего проекта. Однако все ракеты-носители, вплоть до конца программы, полностью зависели от британской ракеты, используемой для первой ступени. К 1970 году проект столкнулся с экономической угрозой со стороны предложения Америки запускать спутники для иностранных государств на возмездной основе. Это соглашение было подписано между ESRO и NASA 30 декабря 1966 года, и к 1970 году стало ясно, что преимущества наличия национальной ракеты-носителя недостаточны для оправдания затрат. В 1972 году NASA одобрило разработку многоразового космического челнока, который в то время в значительной степени рассматривался как способ в конечном итоге обеспечить большую экономию по сравнению с запуском спутников с использованием одноразовых систем. Эти надежды на снижение затрат с помощью челнока в конечном итоге не оправдались. К 1971 году на программу Europa было потрачено более 250 миллионов фунтов стерлингов; сама Europa 2 стоила более 4 миллионов фунтов стерлингов. 27 апреля 1973 года проект Europa был прекращен. 21 сентября 1973 года было подписано юридическое соглашение о L3S, которая впоследствии стала известна как Ariane 1. В соответствии с этим соглашением проект Europa III был официально отменен, а L3S будет разрабатываться как многонациональный проект. С самого начала эта новая ракета-носитель предназначалась для вывода коммерческих спутников на геосинхронную орбиту, в отличие от многих других конкурирующих ракет-носителей, которые обычно разрабатывались для других целей и впоследствии адаптировались, например, для баллистических ракет.

By April 1966, the project's estimated costs had increased to £150 million from an initial estimate of £70 million. By this point, hopes amongst several of the participants were not high that Europa would be suitable for the envisioned task; the Italians wanted to abandon the ELDO and instead participate in a single European space organisation that would not be as nationally divided as the ELDO. The first launch had been originally planned for November 1966; however, the first two stage launch occurred in August 1967, while the full three stages (Europa 1) performed its first combined launch in November 1968. During the mid 1960s, Britain had been contributing 40 per cent of the programme's costs. In early June 1966, the British government (Fred Mulley) decided it could not afford the cost of Europa and sought to leave the ELDO organisation – one of the few European organisations by which point it had become a lead player. Britain's contribution was reduced to 27 per cent. This was also at a time when satellite technology was on the verge of changing the world. However, the soon to be common geosynchronous satellites necessitated being positioned at an altitude of 22,000 miles (35 400 km) above Earth, which was far beyond the performance of Europa 1, being capable of launching satellites to a 125 mile (201 km) altitude. In November 1968, a European Space Conference held in Bonn decided on a proposal to merge the ELDO with the ESRO, forming a pan European space authority by early 1970; known as the European Space Agency (ESA), this organisation would not be formed until 1975. Britain was lukewarm to the idea and did not believe that Europe could launch satellites economically. By 1970, the French launch base in French Guiana had cost £45 million, and in that year France became the most important partner in the project, then planning to build two thirds of the rocket as well as owning the launch site. Although only on paper, Britain's involvement in the project has been much reduced, after being largely responsible (with an Australian launch site) for getting the entire project going in the first place. However, all of the launchers, to the very end of the programme, were completely dependent on the British rocket used for the first stage. By 1970, the project was under a perceived economic threat from America's offer to fly satellites for foreign powers on a reimbursable basis. That agreement had been signed between ESRO and NASA on 30 December 1966 and by 1970 it was becoming clear that the advantage in having a national launch vehicle was insufficient to justify the cost. In 1972, NASA approved development of the reusable Space Shuttle, which at that time was largely perceived to eventually offer greater savings over the launching of satellites using an expendable system. These hopes the Shuttle delivering lower costs would ultimately prove to be hollow. By 1971, over £250 million had been spent on the Europa programme; the Europa 2 itself cost over £4 million. On 27 April 1973, Europa was abandoned. On 21 September 1973, the legal agreement for the L3S, which later became known as the Ariane 1, was signed. Under this agreement, the Europa III was formally cancelled, while the L3S would be developed as a multinational project. From the onset, this new launcher was to be developed for the purpose of sending commercial satellites into geosynchronous orbit, unlike many other competing launchers, which had been typically developed for other purposes and subsequently adapted, such as ballistic missiles.

Полезные нагрузки

Нагрузка для ракеты находилась под контролем Европейской организации космических исследований – ESRO. Запуск спутников планировался на 1969 или 1970 год, на круговую полярную орбиту высотой 125 миль (201 км). ESRO организовало разработку первых спутников, таких как ESRO 2B (Iris), построенный компаниями Hawker Siddeley Dynamics и Engins Matra. В 1967 году было принято решение о запуске полезных грузов к 1970 году с Французской Гвианы, а не с территории Австралии. В апреле 1969 года Великобритания решила инвестировать в проект спутникового телевидения Европейского вещательного союза. К началу 1970-х годов велась разработка франко-германского коммуникационного спутника Symphonie, но к этому времени проект Europa был закрыт в ноябре 1971 года.

Первый этап

Первый этап Blue Streak был испытан три раза в 1964 году, а также в 1965 году, с макетами верхних ступеней в 1965 году. Проект поддерживался Британским национальным комитетом по космическим исследованиям. Главным инженером-проектировщиком сборки ракеты в подразделении космических проектов Hawker Siddeley Dynamics был доктор Джеффри Пардо, который также был руководителем проекта Blue Streak с 1956 по 1960 год (когда проект находился под управлением de Havilland). В августе 1965 года Blue Streak был испытан (статическая огневая проверка) с макетами верхних ступеней в полном весу на авиабазе RAF Spadeadam (площадка принадлежала Rolls Royce), первый успешный запуск состоялся 23 сентября 1965 года и продолжался 135 секунд. Через пять дней объект посетил министр авиации Рой Дженкинс. В январе 1966 года ракету перевезли в Аделаиду, Австралия, для запусков позднее в том же году. Также в Великобритании в 1967 году было дано разрешение на разработку британской (самостоятельно разработанной) трехступенчатой ракеты-носителя Black Arrow (производства Westland Aircraft, с ракетными двигателями Bristol Siddeley, разработанными в Rocket Propulsion Establishment в Уэсткотте, графство Баккингемшир). Великобритании не требовалось полагаться на Europa, и Black Arrow будет готова первой. Великобритания затем вышла из ELDO, чтобы сосредоточиться на Black Arrow, но взяла на себя обязательство поставлять ELDO по две ступени ракеты Blue Streak в год до 1976 года. К этому времени, в 1969 году, Великобритания тратила 30 миллионов фунтов стерлингов в год на космические программы, которые контролировались космическим отделом Министерства технологий. Великобритания продолжала сотрудничать и финансировать ESRO. К 1970 году разработка ракеты-носителя Blue Streak от Hawker Siddeley обошлась в 100 миллионов фунтов стерлингов. Blue Streak использовалась для единственного запуска Europa 2, который состоялся 5 ноября 1971 года.

Второй этап

Испытания "Корали" начались в декабре 1965 года в Верноне, департамент Эвр, во Франции, к западу от Парижа (Société Européenne de Propulsion SEP, расположенная в Верноне, впоследствии разработала основные двигатели Viking для ракеты-носителя Ariane). В 1966 и 1967 годах работы были перенесены на испытательный полигон CIEES вблизи Хаммагуира, Алжир, с использованием ракеты "Cora".

Третий этап

Третий разгонный блок Astris был изготовлен в Германии компанией Entwicklungsring Nord (ERNO Raumfahrttechnik GmbH), расположенной в Бремене, начиная с 1969 года. Сам немецкий консорциум был известен как Arbeitsgemeinschaft Satellitenträgersystem (ASAT), в который входили ERNO и MBB. Хотя сборка двигателя осуществлялась компанией ERNO в Бремене, сам двигатель был произведен компанией Société d'Etudes pour la Propulsion par Réaction (SEPR), входящей в состав Snecma в Виллароше. 2 июля 1969 года, при запуске в Вумере трехступенчатой ракеты высотой 33 метра (108 футов), третья ступень Astris не запустилась, после успешной работы первых двух ступеней. После третьей ступени использовался двигатель для выведения на апогей, чтобы вывести спутник на синхронную орбиту. Позднее ERNO разработала вторую ступень для ракеты-носителя Ariane на заводе Vereinigte Flugtechnische Werke (VFW) в Бремене, который впоследствии принадлежал Daimler Benz Aerospace, а затем DaimlerChrysler Aerospace (DASA).

Четвертый этап (только Европа II)

Эта конфигурация добавила четвертую ступень, созданную на основе третьей ступени Diamant BP4 P 068, развивающую тягу в 24 кН на протяжении 46 секунд.

Эксплуатационная история

Первое испытание состоялось в 9:14 утра по местному времени 5 июня 1964 года в Вумере. Тяга была прекращена через 147 секунд, на 6 секунд раньше, чем планировалось. Точка падения находилась в 625 милях (1006 км) от места запуска, вместо запланированных 950 миль (1529 км). Ракета достигла высоты 110 миль (177 км) и максимальной скорости. Ближний космос считается находящимся на высоте около… Конструкция аппарата была разработана компанией Hawker Siddeley Dynamics, а ракетные двигатели – Rolls Royce RZ.2. На этом этапе французские и немецкие ракетные ступени представляли собой лишь масштабные модели из стекловолокна. Первый полноразмерный запуск, общим весом 104 тонны, состоялся в Вумере 24 мая 1966 года с использованием макетов верхних ступеней. Испытания проводились Австралийским исследовательским учреждением по вооружению и французской Лабораторией исследований в области баллистики и аэродинамики (расположенной в Верноне). Через две минуты и пятнадцать секунд, на шесть секунд раньше запланированного времени полета, ракета была уничтожена, поскольку система прогнозирования падения показала отклонение от запланированной траектории в западном направлении. Однако ракета двигалась по заданному курсу, и неточные данные были зафиксированы радиолокационной станцией на расстоянии 193 км. Двухступенчатые испытания планировались на июнь 1967 года. В 11:12 по Гринвичу 29 ноября 1968 года первый трехступенчатый пусковой комплекс "Европа-1" не смог вывести на орбиту макет итальянского спутника. Первый запуск с Французской Гвианы 5 ноября 1971 года стал также первым запуском четырехступенчатой "Европы-2". Ракета взорвалась над Атлантическим океаном через три минуты после старта. Она упала в море в 302 милях (486 км) от места запуска, достигнув высоты 40 миль (64 км). В целом, программа "Европа" была серьезно осложнена техническими проблемами. Хотя первая ступень (британская Blue Streak) успешно запускалась каждый раз, вторая или третья ступень выходила из строя при каждом запуске, что не позволяло добиться полностью успешного вывода на орбиту. Эта неудовлетворительная производительность во многом способствовала прекращению работ по программе.