Введение
Компания Rotary Rocket Company — ракетная компания, разработавшая в конце 1990-х годов концепцию Roton как полностью многоразовый одноступенчатый космический корабль (SSTO) для пилотируемых полётов на орбиту. Изначально дизайн был разработан Бевином МакКинни, который поделился им с Гэри Хадсоном. В 1996 году была основана компания Rotary Rocket Company для коммерциализации этой концепции. Roton предназначался для десятикратного снижения стоимости вывода полезных нагрузок на низкую околоземную орбиту. Компания привлекла значительный венчурный капитал от частных инвесторов и открыла завод, разместившийся в комплексе на авиабазе Мохаве в Мохаве, штат Калифорния. Фюзеляжи для аппаратов производились компанией Scaled Composites, расположенной на той же авиабазе, в то время как Rotary Rocket Company занималась разработкой новой конструкции двигателя и системы посадки, напоминающей вертолётную. В 1999 году полноразмерный прототип совершил три зависания, но компания исчерпала свои финансовые ресурсы и прекратила деятельность в начале 2001 года.
Rotary Rocket Company was a rocketry company that developed the Roton concept in the late 1990s as a fully reusable single stage to orbit (SSTO) crewed spacecraft. The design was initially conceived by Bevin McKinney, who shared it with Gary Hudson. In 1996, Rotary Rocket Company was formed to commercialize the concept. The Roton was intended to reduce costs of launching payloads into low Earth orbit by a factor of ten. The company gathered considerable venture capital from angel investors and opened a factory headquartered in a facility at Mojave Air and Space Port in Mojave, California. The fuselage for their vehicles was made by Scaled Composites, at the same airport, while the company developed the novel engine design and helicopter like landing system. A full scale test vehicle made three hover flights in 1999, but the company exhausted its funds and closed in early 2001.
Происхождение
Бевин МакКинни уже несколько лет обдумывал идею ракеты-носителя, использующей лопасти вертолета, когда журнал Wired попросил Гэри Хадсона написать статью об этой концепции. Опубликованная статья привела к обещанию финансирования от миллиардера Уолта Андерсона, которое, в сочетании с первоначальными инвестициями писателя Тома Клэнси, позволило компании начать деятельность. К Хадсону и МакКинни присоединились сооснователи Фредерик Джанруссо, Дэн ДеЛонг, Джеймс Гроут, Том Бросз и Энн Хадсон, и вместе они запустили компанию в октябре 1996 года.
Вертолет на орбиту
Первоначальная концепция Гари Хадсона и Бевина МакКинни заключалась в объединении ракеты-носителя с вертолетом: вращающиеся лопасти ротора, приводимые в действие наддувовыми струями, поднимали бы аппарат на самом раннем этапе запуска. Как только плотность воздуха снизилась до такой степени, что вертолетный полет стал непрактичным, аппарат продолжал бы подъем на чистой ракетной тяге, при этом ротор действовал бы как гигантский турбонасос. Аналогичная система с невращающимися двигателями изучалась для ракеты Н1. Эта конструкция имела значительно меньшую площадь основания и не создавала эффекта всасывания, который возникает при использовании более крупного периферийного двигателя. Двигатель Roton имел расчетный удельный импульс в вакууме (ISP) ~, что очень высоко для двигателя LOX/керосина, и отношение тяги к весу 150, что чрезвычайно мало. Во время возвращения в атмосферу основание также служило водоохлаждаемым тепловым щитом. Теоретически, это был хороший способ пережить возвращение в атмосферу, особенно для легкого многоразового аппарата. Однако использование воды в качестве охлаждающей жидкости потребовало бы ее преобразования в перегретый пар при высоких температурах и давлениях, и существовали опасения, что повреждение микрометеоритом на орбите проткнет сосуд под давлением, что приведет к выходу из строя теплового щита. Эти проблемы были решены с помощью отказоустойчивой, многократно резервированной системы потока, созданной из тонких металлических листов, химически травленных с рисунком микропор, образующих систему каналов, устойчивую к отказам и повреждениям. Кроме того, охлаждение достигалось двумя способами: один – испарение воды, но второй был еще более значительным и заключался в создании слоя "холодного" пара вокруг основания, снижающего способность к нагреву. Кроме того, система подачи воды должна была быть чрезвычайно надежной, обеспечивая одну каплю в секунду на квадратный дюйм, и была достигнута методом проб и ошибок на реальном оборудовании. К концу программы Roton часть оборудования была построена и испытана. Траектория возвращения должна была корректироваться, подобно траектории "Союза", чтобы минимизировать перегрузки на пассажиров. Баллистический коэффициент для Roton был лучше и мог быть более точно настроен. Когда система коррекции траектории "Союза" вышла из строя, и он перешел в полностью баллистический режим, уровень перегрузок значительно возрос, но без последствий для пассажиров. Аппарат также был уникален тем, что планировал использовать вертолетные роторы для посадки, а не крылья или парашюты. Эта концепция обеспечивала управляемую посадку (в отличие от парашютов) и была в 5 раз легче, чем фиксированные крылья. Еще одним преимуществом было то, что вертолет мог приземлиться практически в любом месте, в то время как крылатые космические самолеты, такие как Space Shuttle, должны были возвращаться на взлетно-посадочную полосу. Роторы должны были приводиться в действие ракетными двигателями на концах лопастей, работающими на перекиси водорода. Лопасти ротора должны были быть развернуты перед входом в атмосферу; возникли вопросы о том, выдержат ли они посадку. Первоначальный план заключался в том, чтобы они были почти вертикальными, но это оказалось нестабильным, поскольку им приходилось опускаться все ниже и ниже и вращаться быстрее для устойчивости, скорость нагрева резко возрастала, а воздушный поток становился более прямым. Это означало, что лопасти перешли от умеренно нагретого оборудования к тому, которое либо нуждалось в активном охлаждении, либо было изготовлено из SiC или другого жаропрочного материала. Идея выброса лопастей в этот момент стала более привлекательной, и были проведены предварительные исследования этого варианта. Эта концепция ротора не была беспрецедентной. В 1955 году один из пяти советских проектов для запланированных суборбитальных пилотируемых миссий предусматривал использование роторов с ракетными двигателями на концах лопастей в качестве системы посадки. 1 мая 1958 года эти планы были отменены, поскольку было принято решение перейти непосредственно к орбитальным полетам. Rotary Rocket спроектировала и испытала под давлением исключительно легкий, но прочный композитный бак LOX. Он выдержал программу испытаний, которая включала циклическое изменение давления и, в конечном итоге, преднамеренную стрельбу для проверки его чувствительности к воспламенению.
Новый двигатель
В июне 1999 года компания Rotary Rocket объявила, что будет использовать модификацию двигателя Fastrac, разрабатываемую в Космическом центре имени Маршалла NASA, вместо собственной оригинальной конструкции вращающегося двигателя. Сообщалось, что компании не удалось убедить инвесторов в жизнеспособности её конструкции двигателя; композитная структура и возвращение аппарата в атмосфере по схеме гирокоптера представлялись более перспективными. Одновременно с этим изменением компания сократила штат примерно на треть, уменьшив численность персонала с 60 до 40 человек. В этот момент компания планировала начать коммерческие запуски примерно в 2001 году. Несмотря на привлечённые 30 миллионов долларов, компании требовалось дополнительно 120 миллионов долларов для начала коммерческой деятельности.
Атмосферная испытательная машина (ATV)
Полноразмерный, высотой 63 фута (19 м), Атмосферный испытательный аппарат (ATV) был построен по контракту с компанией Scaled Composites для использования в ходе испытательных полетов с зависанием. Стоимость ATV составила 2,8 миллиона долларов, однако он не предназначался для всесторонних испытаний, поскольку не был оснащен ракетным двигателем и тепловой защитой. ATV был вывезен из ангара в Мохаве 1 марта 1999 года с регистрационным номером FAA N990RR. Роторная головка была восстановлена с разбившегося Sikorsky S 58 по цене 50 000 долларов, что значительно ниже стоимости новой головки, которая могла достигать 1 миллиона долларов. Каждый ротор приводился в действие реактивной струей перекиси водорода мощностью 350 фунтов силы (1560 Н), как и планировалось для орбитального аппарата. Роторный узел был испытан в каменоломне перед установкой на ATV. В 1999 году ATV совершил три успешных испытательных полета. Пилотом этих трех полетов был Марти Саригуль Клайн, а вторым пилотом – Брайан Бинни (который впоследствии прославился как пилот SpaceShipOne от Scaled Composites во время его второго полета за X Prize). Первый полет ATV состоялся 28 июля. Он состоял из трех вертикальных взлетов общей продолжительностью 4 минуты 40 секунд и достиг максимальной высоты 8 футов (2,4 м). Пилотам было чрезвычайно сложно управлять аппаратом по ряду причин. Видимость из кабины была настолько ограничена, что пилоты прозвали ее «Бэт-пещерой». Обзор земли был полностью закрыт, поэтому пилотам приходилось полагаться на сонарный высотомер для определения близости к земле. Весь аппарат обладал низкой угловой инерцией, а крутящий момент от вращающихся лопастей ротора заставлял корпус вращаться, если не компенсировать его тягой рыскания в противоположном направлении. Второй полет, 16 сентября, представлял собой непрерывный полет с зависанием, продолжавшийся 2 минуты 30 секунд и достигший максимальной высоты 20 футов (6,1 м). Устойчивый полет стал возможен благодаря установке более мощных двигателей на концах лопастей ротора и автотяге. Третий и последний полет был выполнен 12 октября. ATV пролетел вдоль взлетно-посадочной полосы в аэрокосмическом порту Мохаве, преодолев 4300 футов (1310 м) в полете и поднявшись до максимальной высоты 75 футов (23 м). Скорость достигала 53 миль в час (85 км/ч). Этот тест выявил некоторую нестабильность при поступательном полете. Был запланирован четвертый тест для имитации полного авторотационного снижения. ATV должен был подняться на высоту 10 000 футов (3050 м) под собственным ходом, а затем снизить тягу и вернуться для мягкой посадки. Однако, учитывая маловероятность дальнейшего финансирования, соображения безопасности не позволили провести этот тест.
Критика конструкции
Ротари-ракета потерпела неудачу из-за недостатка финансирования, но некоторые полагают, что сама конструкция была принципиально несовершенна. Было совершено три испытательных полёта Rotari Rocket, а композитный топливный бак успешно прошёл полную программу испытаний, однако эти тесты выявили ряд проблем. Например, испытания ATV показали, что посадка Rotari Rocket была сложной и даже опасной. Пилоты-испытатели используют шкалу Купера-Харпера для оценки сложности пилотирования транспортных средств по 10-балльной системе. Roton ATV получил оценку 10 — симулятор оказался практически не управляемым для кого-либо, кроме пилотов-испытателей Rotary Rocket, и даже в этом случае были моменты, когда аппарат выходил из-под контроля. Другие аспекты плана полёта остались непроверенными, и неизвестно, смог бы Roton развить достаточную мощность для выхода на орбиту и возвращения на одном этапе, хотя теоретически это было возможно.
Последние дни
Разработка двигателя была прекращена в 2000 году, по сообщениям, за две недели до запланированных полномасштабных испытаний. Проекту не удалось заключить контракты на запуски, и компания Rotary Rocket прекратила свою деятельность в 2001 году. Время оказалось неудачным: компания Iridium Communications была близка к банкротству, а космическая отрасль в целом испытывала финансовые трудности. В конечном итоге, компании не удалось привлечь достаточное финансирование, хотя многочисленные частные лица предоставили в общей сложности 33 миллиона долларов, включая писателя Тома Клэнси. Атмосферный испытательный аппарат должен был быть выставлен в музее вертолётов Classic Rotors Museum, расположенном недалеко от Сан-Диего, штат Калифорния, но попытка транспортировать его туда 9 мая 2003 года с помощью стропной системы под вертолётом CH-47 Chinook армейского резерва потерпела неудачу, когда Roton начал колебаться на скоростях полёта выше определённой. Вместо этого аппарат оставили в Мохаве, и 10 ноября 2006 года Roton был перемещён на постоянное место экспозиции, на пересечение бульвара Аэропорт и дороги Сабович. Ангары Rotary Rocket теперь занимает Национальная школа лётчиков-испытателей.