Черная стрела - Black Arrow

Черная стрела

Макет Черной стрелы в ракетном парке Вумеры.
Функция	Ракета-носитель
Производитель
Страна происхождения	Великобритания
Размер
Высота	13 метров (43 футов)
Диаметр	2 метра (6 футов 7 дюймов)
Масса	18 130 кг (39 970 фунтов)
Этапы	3
Вместимость
Полезная нагрузка на НОО
Высота	220 км (140 миль)
Масса	135 кг (298 фунтов)
Полезная нагрузка на НОО
Высота	500 км (310 миль)
Масса	102 килограмма (225 фунтов)
История запуска
Статус	На пенсии
Сайты запуска	Woomera LA-5B
Всего запусков	4
Успех (а)	2
Отказ (ы)	2
Первый полет	27 июня 1969 г.
Последний полет	28 октября 1971 г.
Первая ступень
Двигатели	Гамма 8
Толкать	256,4 кн (57600 фунтов е )
Удельный импульс	265 секунд (2,60 км / с)
Время горения	131 секунда
Пропеллент	RP-1 / HTP
Вторая стадия
Двигатели	Гамма 2
Толкать	68,2 кн (15300 фунтов е )
Удельный импульс	265 секунд (2,60 км / с)
Время горения	116 секунд
Пропеллент	RP-1 / HTP
Третий этап - свиристель
Двигатели	1 твердый
Толкать	27,3 кн (6100 фунтов е )
Удельный импульс	278 секунд (2,73 км / с)
Время горения	55 секунд
Пропеллент	Твердый

Черная стрела , официально капитализируются ЧЕРНЫЙ ARROW , был британский спутник ракетой - носителем . Разработанный в 1960-х годах, он использовался для четырех запусков в период с 1969 по 1971 год, все из которых были запущены из Запретной зоны Вумера в Австралии. Его последний полет был первым и единственным успешным орбитальным запуском, осуществленным Соединенным Королевством, и вывел спутник Просперо на низкую околоземную орбиту .

Black Arrow возникла в результате исследований Royal Aircraft Establishment по разработке ракет-носителей на основе ракеты Black Knight , проект был утвержден в 1964 году. Первоначально он был разработан Saunders-Roe , а затем Westland Aircraft в результате слияния.

Black Arrow представляла собой трехступенчатую ракету, работающую на парафине RP-1 (керосин) и перекиси с высоким содержанием перекиси водорода , концентрированной форме перекиси водорода (85% перекиси водорода + 15% воды). Он был списан после всего четырех запусков в пользу использования ракет American Scout , что, по подсчетам Министерства обороны, было дешевле, чем поддержание программы Black Arrow.

Разработка

Black Arrow возникла из предложения Royal Aircraft Establishment о ракете, способной вывести на низкую околоземную орбиту полезную нагрузку весом 317 фунтов (144 кг) для тестирования систем, предназначенных для более крупных космических аппаратов. Осенью 1964 года программа была одобрена консервативным министром авиации Джулианом Амери . Затем, после всеобщих выборов в октябре, новое лейбористское правительство приостановило проект, чтобы сократить расходы. После очередных выборов правительство одобрило продолжение программы с несколькими изменениями, включая сокращение программы испытаний с пяти до трех запусков. Первый пуск был назначен на 1968 год.

Большинство технологий и систем, используемых на Black Arrow, уже были разработаны или испытаны в полетах на ракетах Black Knight или Blue Steel . Black Arrow была разработана для повторного использования как можно большего количества технологий из более ранних программ, чтобы снизить затраты и упростить процесс разработки. Многие высокопоставленные сотрудники программы «Черный рыцарь» перешли непосредственно в «Черную стрелу», в том числе главный ученый-ракетчик Рой Доммет , главный конструктор Рэй Уиллер и заместитель главного инженера Джон Андервуд.

Первоначальная разработка была проведена Saunders-Roe, которая объединилась с Westland Aircraft в 1964 году. Westland впоследствии была генеральным подрядчиком Black Arrow и смонтировала первую и вторую ступени в East Cowes на острове Уайт . Bristol Siddeley производила двигатели первой и второй ступеней на заводе в Ансти , Уорикшир . Двигатели были испытаны на заводе перед отправкой на остров Уайт, где они были интегрированы в ракету, а двигатели первой ступени были снова запущены в High Down . Bristol Aerojet произвела третью ступень в Сомерсете , в то время как Центр исследований и разработок взрывчатых веществ произвел твердое топливо в Уолтем-Абби , Эссекс . Компания Rocket Propulsion Establishment , базирующаяся в Уэсткотте , Бакингемшир , отвечала за проектирование и интеграцию сцены.

Название « Черная стрела» произошло из- за политики Министерства снабжения, согласно которой обозначения, состоящие из цвета и существительного, неофициально известные как « Радужные коды» , исследовательским программам, проводимым Вооруженными силами, были присвоены .

Транспортное средство

Схема в разрезе, показывающая расположение топливных баков и баков окислителя, двигателей и третьей ступени внутри обтекателя.

Первая и вторая ступени «Черной стрелы» заправлялись парафином RP-1 (керосин), сжигаемым с использованием пероксида высокого качества в качестве окислителя . Из-за того, что оптимальное соотношение смеси составляло около 7, требовался резервуар окислителя большего размера по сравнению со многими современными пусковыми системами. Баки окислителя были расположены под топливными баками, следуя практике размещения более плотного топлива внизу, чтобы снизить центр тяжести и облегчить управление ракетой. Эта схема была впервые предложена Германией и Соединенными Штатами, тогда как Советский Союз разместил баки с окислителем над топливными баками, что упростило заполнение нижнего бака в первую очередь.

Вектор тяги использовался для обеспечения ориентации на первых двух этапах. Восемь камер сгорания первой ступени были расположены парами, которые могли подвешиваться в любую сторону по одной оси. Две пары были расположены перпендикулярно двум другим, и когда все четыре пары использовались вместе, они обеспечивали управление по крену, тангажу и рысканью . Вторая ступень имела две камеры сгорания, которые могли подвешиваться по двум осям, обеспечивая одинаковый уровень управления. Во время фазы выбега после отключения второй ступени управление ракетой осуществлялось системой управления реакцией . Третья ступень не имела системы ориентации, а вместо этого была стабилизирована по вращению .

Первая ступень приводилась в действие одним двигателем Gamma 8 , который работал 127 секунд. Gamma 8 был восьмикамерным двигателем, созданным на основе двигателя Gamma 301, использовавшегося на Black Knight. Он был 6,9 метра (23 фута) в длину и имел диаметр 2 метра (6 футов 7 дюймов), такой же диаметр, как у французской Корали . Корали использовалась в качестве второй ступени ракеты Европа , и было принято решение придать Черной стреле тот же диаметр, что и у Корали, чтобы сделать ее совместимой с Голубой полосой , которая использовалась в качестве первой ступени Европы. Это позволило бы увеличить грузоподъемность Black Arrow, а также позволило бы Великобритании использовать первую ступень Black Arrow в качестве резервной копии Корали. По этой причине все размеры в исходной спецификации были даны в британских единицах измерения, за исключением диаметра первой ступени, который был указан в метрах .

Первая и вторая ступени были соединены межкаскадной структурой, содержащей четыре двигателя разделения и незаполненного объема Siskin IB , которые разделялись и зажигались через семь секунд после отключения первой ступени. Спустя шесть секунд промежуточный этап отделился от второго. Вторая ступень длиной 2,9 метра (9 футов 6 дюймов) и диаметром 1,37 метра (4 фута 6 дюймов) приводилась в действие двухкамерным двигателем Gamma 2, который зажигался вскоре после сепарационных двигателей и продолжал гореть. в течение 123 секунд. Через три минуты после запуска, во время горения второй ступени, отделился обтекатель полезной нагрузки .

Первые две ступени и открытый обтекатель полезной нагрузки R4 выставлены в Музее науки в Лондоне.

Примерно через 257 секунд полета вторая ступень отключилась, и ракета вошла в фазу выбега до апогея . Сразу после отключения система управления ориентацией второй ступени оказалась под давлением. Во время берега правильная ориентация для третьей ступени отрыва поддерживалась с помощью системы ориентации. К концу периода побережья третья ступень была раскручена до 3 герц (180 об / мин) с помощью шести ракет Imp . Через пять секунд отделилась третья ступень, и после еще десяти секунд движения накатом она загорелась. Третьей ступенью был твердотопливный двигатель Waxwing , который работал 55 секунд.

Спустя чуть более минуты после того, как сгорела третья ступень, полезная нагрузка была выпущена, и газогенераторы были использованы для того, чтобы раздвинуть космический корабль и разогнать разгонную ступень. Задержка между выгоранием и отделением была предназначена для снижения риска повторного контакта между верхней ступенью и полезной нагрузкой из-за остаточной тяги. Несмотря на это, после отделения космического корабля при запуске R3 разгонный блок столкнулся со спутником Просперо, повредив одну из коммуникационных антенн космического корабля; однако космический корабль все же смог успешно выполнить свою миссию. При запуске R3 от старта до отделения космического корабля время набора составляло 710 секунд (11,8 мин).

Хотя ни один из них никогда не был построен, были также предложены несколько производных от Black Arrow в качестве способов увеличения его полезной нагрузки. Одно предложение добавило восемь твердотопливных ракетных двигателей Raven из программы Skylark к первой ступени в качестве ракет-носителей . Другое предложение заключалось в установке всей ракеты на ракету Blue Streak, а третье предложение заключалось в замене двигателей Gamma на более мощные Larch .

Запускает

Цветовая схема, используемая на всех рейсах, кроме R0, с полосами на первой ступени для определения угла крена и цветным обтекателем для улучшения видимости.

Четыре Black Arrows были запущены в период с 1969 по 1971 год. Первые два запуска были демонстрационными полетами с третьими ступенями линкора и стандартной полезной нагрузкой. В первом полете из-за неисправности в электричестве пара камер сгорания первой ступени начала вращаться вперед и назад. Прежде чем покинуть стартовую площадку, ракета хаотично катилась и примерно через минуту начала разрушаться. После того, как двигатель первой ступени вышел из строя, и ракета начала падать на землю, она была уничтожена безопасностью дальности . Второй пуск прошел успешно. Первый полный запуск 2 сентября 1970 года стал третьим запуском «Черной стрелы» и первой попыткой Великобритании запустить спутник. Пуск не удался из-за утечки в системе наддува окислителя второй ступени, которая привела к его преждевременному отключению. Сработала третья ступень, но ракета не вышла на орбиту и снова вошла в залив Карпентария . Четвертый запуск успешно вывел на орбиту спутник Просперо (до миссии R2 он назывался Puck), что сделало Соединенное Королевство шестой страной, которая вывела спутник на орбиту с помощью собственной ракеты-носителя. Спутник, также известный как X-3, был назван Просперо в честь персонажа Просперо из шекспировской бури . Название было выбрано как отсылка к событиям в пьесе, в которых Колдун Просперо отказывается от своих сил. До отмены программы «Черная стрела» спутник должен был быть назван в честь Пака из «Сон в летнюю ночь» .

Все четыре пуска были проведены из стартовой зоны 5B в запретной зоне Вумера в Австралии, которая ранее использовалась в качестве испытательной площадки для ракеты Black Knight . В ходе программы разработки также рассматривались стартовые площадки в Барбадосе , Уисте и Норфолке . Стартовые площадки в Уисте и Норфолке были отклонены, поскольку первая была слишком удалена, в то время как существовал риск того, что ракета, запущенная с последней, могла сбросить отработанные ступени на нефтяной вышке в Северном море .

Аннулирование

Black Arrow R4 на выставке в Музее науки с разделенными ступенями и обтекателем, а также запасным полетным устройством спутника Просперо.

Государственный министр торговли и промышленности , Фредерик Corfield , объявил об отмене проекта Black Arrow в палате общин 29 июля 1971. Как ракета R3 уже отправлены к месту старта, второй этап, приехав через три дня ранее было дано разрешение на его запуск.

Программа была отменена по экономическим причинам, поскольку министерство обороны решило, что для будущих запусков будет дешевле использовать ракету American Scout с аналогичной грузоподъемностью. До отмены «Черной стрелы» НАСА предлагало запускать британские полезные нагрузки бесплатно; однако это предложение было отозвано после решения об отмене Black Arrow.

Последней завершенной «Черной стрелой» был R4, который не летал и хранится в Музее науки в Лондоне вместе с запасным полетом для спутника Просперо . Реплика ракеты "Черная стрела" стоит в Ракетном парке в Вумере. Кроме того, остатки первой стадии Black Arrow R3 были извлечены из животноводческой станции Anna Creek и выставлены в Мемориальном парке William Creek . Из-за повреждений, вызванных погодными условиями и вандализмом, первая ступень была возвращена в Соединенное Королевство по инициативе Скироры по сохранению артефакта. Он был выставлен в Пеникуике , Шотландия, в начале 2019 года; с 2021 года ракета будет передана в аренду Музею авиационных наук Фарнборо до 2024 года.

Первый этап Black Arrow R3, демонстрируемый в William Creek после его возвращения на Землю.

Стартовые комплексы в Вумере были снесены в течение года после последнего полета, а половина инженеров, которые работали над программой, были уволены. X-4 спутника, который проявился для запуска с помощью Black Arrow R4, в конце концов началась 9 марта 1974 года, с помощью американской Scout D-1 ракеты летящей из космического стартового комплекса 5 на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии .

По состоянию на 2020 год Великобритания - единственная страна, которая успешно разработала, а затем отказалась от возможности запуска спутников. Все другие страны, которые разработали такой потенциал, сохранили его либо благодаря своей собственной космической программе, либо, в случае Франции, благодаря своему участию в программе Ariane .

Смотрите также

• Сравнение семейств орбитальных ракет-носителей
• Сравнение орбитальных стартовых систем
• Ариэль 1
• Британский национальный космический центр
• Диамант
• Юнона I
• Лямбда (семейство ракет)
• Спутниковая ракета-носитель
• Спутник (ракета)
• Черный рыцарь

Рекомендации

Внешние ссылки

• Послушайте, Рэй Уиллер, главный инженер-конструктор, обсуждает «Черную стрелу» - часть интервью, записанного для «Устной истории британской науки» в Британской библиотеке.