Морской Дракон: Концепт сверхтяжёлой ракеты-носителя 1962 года.

Введение

Концепция 1962 года для многоразовой ракеты, запускаемой с моря.

«Морской дракон» — это концептуальный проект 1962 года, представлявший собой двухступенчатую ракету-носитель сверхтяжелого класса, предназначенную для запуска в космос с морской платформы. Проект возглавлял Роберт Труакс, работавший в компании Aerojet, и являлся одним из множества его разработок, предполагавших запуск ракеты путем её вывода в океан. Несмотря на проявленный интерес со стороны NASA и верфи Todd Shipyards, проект так и не был реализован. При размерах в длину и в диаметре, «Морской дракон» стал бы самой большой ракетой, когда-либо построенной. Среди ракет, которые были полностью спроектированы, но не построены, он является самой большой, и по грузоподъемности на низкую околоземную орбиту (НОО) уступает только концепции Межпланетной транспортной системы (предшественнице SpaceX Starship) в её одноразовой конфигурации – обе рассчитаны на полезную нагрузку в 550 тонн.

Дизайн

Основная идея Труакса заключалась в создании недорогой тяжелой ракеты-носителя, концепция, теперь известная как "простая мощная ракета-носитель". Для снижения стоимости эксплуатации ракета запускалась с моря, что требовало минимальной наземной инфраструктуры. Большая балластная система, прикрепленная к нижней части сопла двигателя первой ступени, использовалась для вертикализации ракеты перед запуском. В этом положении полезная нагрузка на верхней части второй ступени находилась чуть выше ватерлинии, что облегчало доступ к ней. Труакс уже экспериментировал с этой базовой системой в проектах Sea Bee и Sea Horse. Чтобы снизить стоимость ракеты, он планировал строить её из недорогих материалов, в частности, из 8-миллиметровой стальной обшивки. Ракета должна была строиться на судостроительном заводе и буксироваться в море для запуска. Для дальнейшего повышения надежности и снижения стоимости и сложности предполагалось использовать значительные инженерные запасы и простые, прочные материалы. Система должна была быть по крайней мере частично многоразовой, с пассивным возвратом и восстановлением секций ракеты для ремонта и повторного использования. Первая ступень должна была приводиться в действие одним двигателем тягой, работающим на RP-1 и LOX (жидком кислороде). Давление в баках составляло для RP-1 и для LOX, обеспечивая давление в камере сгорания при взлете. По мере набора высоты давление снижалось, и двигатель выключался через 81 секунду. К этому моменту аппарат находился на высоте 40 км и на расстоянии 32 км от стартовой площадки, двигаясь со скоростью. Типичный профиль полета предусматривал приводнение первой ступени на высокой скорости на расстоянии 290 км от стартовой площадки. Также изучались планы по восстановлению ступени. Вторая ступень также была оснащена одним очень большим двигателем, в данном случае двигателем тягой, работающим на жидком водороде и LOX. Он также работал под давлением, при постоянном низком давлении в течение всего 260-секундного периода работы, после чего аппарат находился на высоте 229 км и на расстоянии 940 км от стартовой площадки. Для повышения эффективности двигатель имел расширяющееся сопло, изменяющееся от 7:1 до 27:1 по мере набора высоты. Общая высота ракеты была несколько уменьшена за счет заострения "носовой части" первой ступени, которая располагалась внутри сопла двигателя второй ступени. Типичная последовательность запуска начиналась с ремонта ракеты и ее соединения с полезной нагрузкой и балластными цистернами на берегу. RP-1 также загружался на этом этапе. Затем ракету буксировали к месту запуска, где LOX и LH2 производились на месте с помощью электролиза; Труакс предлагал использовать атомный авианосец в качестве источника энергии на этом этапе. Балластные цистерны, которые также служили крышкой и защитой для сопла двигателя первой ступени, затем заполнялись водой, погружая ракету в вертикальное положение, при этом вторая ступень оставалась над ватерлинией. После этого проводились последние проверки, и ракета запускалась. Ракета могла выводить на НОО полезную нагрузку до или . Стоимость вывода полезной нагрузки в 1963 году оценивалась от 59 до 600 долларов за килограмм (примерно от 500 до 5060 долларов за килограмм в ценах 2020 года). TRW (Space Technology Laboratories, Inc.) провела проверку программы и подтвердила проект и его ожидаемую стоимость. Однако, бюджетные ограничения привели к закрытию отдела перспективных проектов, что положило конец работам над сверхтяжелыми ракетами-носителями, которые они предлагали для пилотируемой миссии на Марс.

Truax's basic idea was to produce a low cost heavy launcher, a concept now called "big dumb booster." To lower the cost of operation, the rocket itself was launched from the ocean, requiring little in the way of support systems. A large ballast tank system attached to the bottom of the first stage engine bell was used to "hoist" the rocket vertical for launch. In this orientation the payload at the top of the second stage was just above the waterline, making it easy to access. Truax had already experimented with this basic system in the Sea Bee and Sea Horse. To lower the cost of the rocket, he intended it to be built of inexpensive materials, specifically 8 mm steel sheeting. The rocket would be built at a sea side shipbuilder and towed to sea for launch. It would use wide engineering margins with strong simple materials to further enhance reliability and reduce cost and complexity. The system would be at least partially reusable with passive reentry and recovery of rocket sections for refurbishment and relaunch. The first stage was to be powered by a single thrust engine burning RP 1 and LOX (liquid oxygen). The tank pressure was for the RP 1 and for the LOX, providing a chamber pressure of at liftoff. As the vehicle climbed the pressures dropped off, eventually burning out after 81 seconds. By this point the vehicle was 25 mile (40 km) up and 20 mile (32 km) downrange, traveling at a speed of The normal mission profile expended the stage in a high speed splashdown some 180 mile (290 km) downrange. Plans for stage recovery were studied as well. The second stage was also equipped with a single very large engine, in this case a thrust engine burning liquid hydrogen and LOX. It was also pressure fed, at a constant lower pressure of throughout the entire 260 second burn, at which point it was 142 mile (229 km) up and 584 mile (940 km) downrange. To improve performance, the engine featured an expanding engine bell, changing from 7:1 to 27:1 expansion as it climbed. The overall height of the rocket was shortened somewhat by making the "nose" of the first stage pointed, lying inside the second stage engine bell. A typical launch sequence would start with the rocket being refurbished and mated to its cargo and ballast tanks on shore. The RP 1 would also be loaded at this point. The rocket would then be towed to a launch site, where the LOX and LH2 would be generated on site using electrolysis; Truax suggested using a nuclear powered aircraft carrier as a power supply during this phase. The ballast tanks, which also served as a cap and protection for the first stage engine bell, would then be filled with water, sinking the rocket to vertical with the second stage above the waterline. Last minute checks could then be carried out and the rocket launched. The rocket would have been able to carry a payload of up to or into LEO. Payload costs, in 1963, were estimated to be between $59 and $600 per kg (roughly $500 to $5,060 per kg in 2020 dollars). TRW (Space Technology Laboratories, Inc.) conducted a program review and validated the design and its expected costs. However, budget pressures led to the closing of the Future Projects Branch, ending work on the super heavy launchers they had proposed for a crewed mission to Mars.

Морской дракон в художественной литературе

Морской дракон появляется в финале первого сезона сериала Apple TV+ "Для всего человечества", вышедшего в 2019 году. Действие сериала разворачивается в альтернативной исторической реальности, где космическая гонка 1960-х годов не завершилась. В сцене после титров, происходящей в 1983 году, показан запуск Морского дракона с Тихого океана для снабжения американской лунной колонии. За кадром астронавт объясняет, что морской старт используется как мера предосторожности, поскольку на борту находится плутоний. Морской дракон продолжает играть важную роль во втором сезоне: его высокая грузоподъемность используется для снабжения расширяющейся лунной базы, и он становится объектом лунной блокады со стороны Советского Союза. По сравнению с первоначальной концепцией, в серийной версии есть некоторые небольшие изменения, в частности, отсутствует система аварийного прекращения полёта для капсулы "Аполлон" в верхней части ракеты, а также отсутствует расширяющееся сопло второй ступени – вместо него используется большой, более стандартный ракетный двигатель, окружённый четырьмя дополнительными двигателями.