브리티시 에어로스페이스 호톨

British Aerospace HOTOL
수평 이착륙의 일반적인 개념은 CTOL을 참조한다.
HOTOL에 대한 아티스트의 묘사

수평 이착륙을 위한 HOTOL은 1980년대 영국의 1단-궤도(SSTO) 우주선을 위한 설계로, 공기 호흡 제트 엔진으로 작동될 예정이었다.개발은 롤스로이스와 브리티시 에어로스페이스(BAE)가 주도하는 컨소시엄에 의해 수행되고 있다.

1단 날개형(SSTO) 재사용 발사체로 설계된 HOTOL은 영국 엔진 제조업체 Rolls-Royce가 개발 중인 독특한 공기 호흡 엔진인 RB545 또는 스왈로우 엔진을 장착할 예정이었다.이 엔진의 추진제는 기술적으로 액체 수소/액체 산소의 조합으로 구성되었지만, 우주선이 저층 대기를 통해 상승할 때 대기 산소를 이용하여 기내에 운반해야 하는 산화제의 양을 극적으로 줄이는 새로운 수단을 사용하기 위한 것이었다.산화제는 일반적으로 로켓의 이륙 중량의 대부분을 차지하기 때문에, HOTOL은 일반적인 순수 로켓 설계보다 상당히 작았으며, 이는 맥도넬 더글라스 DC-9/MD-80과 같은 중거리 여객기 크기였다.

HOTOL의 개념 실증 설계 연구가 진행되는 동안, 우주선의 개발, 생산, 배치를 위한 국제 협력을 확립하기 위한 산업과 영국 정부의 시도가 이루어졌다.이 프로그램에 대한 미국의 관심에도 불구하고, 유럽우주국(ESA) 회원국들 사이에서는 거의 관심이 없었고, 영국 정부는 ESA 협력을 떠날 준비가 되어 있지 않았다.또, 기술적인 문제에 부딪쳐, 동등의 건설 기술을 사용한 종래의 로켓 발사체등의 대체 발사 시스템과의 비교가 HOTOL에 큰 메리트를 발휘하지 못했다는 주장이 제기되어 1989년에 사업 자금 지원이 종료되었다.HOTOL 개발작업이 종료됨에 따라 REL(Reaction Engines Limited)이 결성되어 공기 흡입 엔진을 포함한 HOTOL 기술을 기반으로 제안된 우주선인 스카이론을 개발 및 생산하게 되었다.

발전

오리진스

HOTOL의 아이디어는 영국의 엔지니어 Alan Bond의 사전 냉각 제트 엔진 분야에서의 작업에서 비롯되었다.본드는 우주발사 시스템에 [1]동력을 공급하기 위한 실행 가능한 엔진을 만들려는 의도로 이 연구를 수행했다.1982년 유럽의 주요 위성 제작사였던 영국항공우주국([2]BAE)은 NASA가 운영하는 미국 우주왕복선의 20%에 달하는 발사 비용을 제공할 목적으로 미래의 새로운 발사 시스템을 연구하기 시작했다.BAe는 영국 엔진 제조업체 Rolls-Royce에 의해 적합한 엔진에 대한 작업을 알게 되었고, 곧 무인, 완전히 재사용 가능한 1단계-오빗(SSTO) 날개형 우주 비행기를 발사체로 [2]구상했다.

따라서, 이 프로젝트는 곧 존 스콧-스콧과 [2]밥 파킨슨 박사가 이끄는 BAe와 롤스로이스의 합작 사업이 되었다.초기에 프로젝트를 '유럽화'하고 본격적인 [2]개발에 약 40억 파운드가 필요할 것으로 예상되었기 때문에 다른 국가를 개발과 제조에 참여시키겠다는 야망이 있었다.1984년 8월, BAe는 HOTOL 위성 발사대 프로젝트의 공개 전시를 개시해,[3] 제안된 운용의 상세를 발표했다.

1984년 12월 무역산업성(DTI)은 서독이 이 프로그램에 관심이 있는 반면 프랑스는 HOTOL에 대해 비판적인 태도를 취했다고 밝혔다.이러한 태도는 프랑스 주도의 프로젝트에 대한 경쟁상대로 간주되기 때문이다.Geoffrey Pattie 통상산업장관에 따르면, 제안된 에르메스 우주선에 대한 지지를 얻으려는 프랑스의 외교적 압력은 의도치 않게 유럽우주국([3]ESA) 회원들 사이에서 HOTOL 프로젝트에 대한 지지와 관심을 불러일으켰다고 한다.이러한 일시적인 관심의 풍토와 가능한 유럽의 지원에도 불구하고, 영국 정부 내에서는 새로운 [3]우주발사기의 주도권을 잡는 것을 꺼리는 일반적인 태도가 있었다.

미국의 흥미와 디자인 연구

1985년 3월에는 롤스로이스가 미국 추진업체 로켓다인과 [3]HOTOL 엔진 기술 라이선스 협상을 진행 중이라는 주장이 제기되기도 했다.1985년 4월 패티는 마이클 헤셀틴 국방장관에게 2년간 300만파운드의 개념증명 연구를 민관 파트너십 계약 하에 실시할 것을 제안했습니다.이 연구는 영국 정부가 제공한 100만파운드로 구성되며 나머지는 롤스로이스와 BAe가 자체적으로 자금을 조달하고 있습니다.패티는 이 프로젝트가 영국의 "전략적 능력"에 도움이 될 것이며, 주요 기술의 테스트가 국제적인 [3]협력을 촉진할 수 있을 것이라고 추론했다.항공우주 전문지 플라이트 인터내셔널에 따르면 호톨의 엔진 설계는 [3][2]기밀로 분류돼 있어 국방부의 지원이 절실했다.

7월 1985년, 롤스 로이스의 기술 감독 고든 루이스는 그 회사고, 롤스로이스 HOTOL.[3]의 엔진 개발로 1985년 하반기까지는 자체 자금을 투자할 준비하지 못했어 작업은 2년concept-of-proof 스터드에서 시작된 로얄 항공기 창업의( 우심방 확대)추진 그룹의 개입을 밝혔다.y.[3]ESA가 에르메스호에 대해 최종 결정을 내리기 전에 프로젝트의 타당성과 신뢰성을 입증해야 한다는 압박이 컸고, 아리안 5호 발사 시스템이 되기 전에 그 작업은 관련된 [2]중요한 기술의 검증에 집중되었다.

1985년 11월, DTI와 RAE의 논의는 Rolls-Royce가 엔진에 대한 자신들의 작업을 지원하기 위해 램젯 기술에 대한 미국 데이터를 찾고 있다는 것을 알게 되었고, 이를 스왈로우(Swallow)[3]라고 불렀습니다.보도에 따르면 미 공군은 스왈로우 엔진에 사용되는 기술에 자체적인 [2]목적을 가지고 있다고 한다.1985년 11월 마거릿 대처 총리, 데이비드 영 장관, 로널드 레이건 미국 대통령의 과학 고문 조지 키워스 간의 논의는 호톨과 같은 극초음속 비행체 개발에 협력하는 것에 대한 미국의 관심을 언급했고, 이르면 1990년에 [3]시제품이 비행될 수 있을 것이라고 언급했다.

영국 정부 파일에 따르면 BAe와 MoD 모두 미국이 이 프로그램에 관여할 가능성에 대해 열의를 보이지 않았으며, 이러한 움직임의 결과가 영국이 한때 [3]주도했던 프로젝트의 후순위 멤버가 될 수 있다는 믿음에서 난색을 표명했다.영국이 미국과 동맹을 맺는 것을 선택한다면,[2] 미래의 유럽 발사대에 대한 작업이 중단될 것이라는 믿음도 있었다.그러나 롤스로이스는 대서양 횡단 협력이 [3]필요하다고 보았다.BAe의 미래 사업 책임자인 Peter Conchie는 가능하다면 HOTOL이 유럽 우주 [2]프레임워크의 일부가 되어야 한다고 말했다.1986년 초, 영국 정부는 공식적으로 2년간의 연구를 [3]승인했다.

문제와 비판

1984년 12월, 프로젝트 관리 컨설턴트 David Andrews는 이 프로그램에 대한 8페이지 분량의 비평을 발표했는데, 이는 낮은 수준의 항력으로 인해 하강 시 연장된 열 부하에 노출되면서 상승에 최적화되었다는 점에 주목했습니다.그는 또한 이 차량이 이미 이용할 수 없는 기능을 제공하지 않았다고 주장했고, BAe는 지적에 대한 [3]답변이 있었다고 답변했다.1985년 4월, 국방부 연구 개발부 부관장 제임스 반스는 HOTOL은 정당성이 결여되어 있으며, 그러한 차량에 대한 방어 요건이 없다고 주장했다.그는 또한 "엔지니어링상의 문제가 상당하다"며 2020년대까지 서비스를 시작할 것 같지 않다고 지적했습니다. 반스는 또한 HOTOL 엔진이 "이상하다"[3]고 관찰했습니다.

1985년 11월, RAE는 HOTOL의 연구 제안에 대한 평가를 발표했습니다. HOTOL은 업계에서 상정하고 있던 12년의 스케줄이 아니라, 개발하는데 최대 20년이 걸릴 것으로 생각되었습니다.또한 RAE는 이 프로젝트의 총비용이 50억 파운드(1985년 가치 기준)로 추정되며, 이 중 7억 5천만 파운드는 6년간의 정의 단계에서, 2,500만 파운드는 사전 정의 실현 가능성 [3]조사에서 필요할 것으로 예측했습니다.

개발 과정에서 비교적 무거운 후방 장착 엔진이 차량 질량 중심을 후방으로 이동시키는 것이 확인되었습니다.이는 전체 비행 시스템의 안정성을 보장하기 위해 드래그 중심을 최대한 뒤로 밀도록 차량을 설계해야 한다는 것을 의미했다.이를 위해 차량의 재설계를 위해서는 많은 양의 유압 시스템이 필요했으며, 이는 적재물의 상당 부분을 차지하여 경제성이 [4]불분명해졌다.특히, 분석의 일부는 순수 로켓 접근법에 적용된 유사한 기술이 더 적은 비용으로 거의 동일한 성능을 제공할 것이라는 것을 나타내는 것으로 보였다.

셧다운

1989년까지 HOTOL에 대한 전망은 어두워졌다.프로젝트 시작 이후 영국 정부와 산업 파트너 간의 지원은 불균등했고, 미국은 부분적으로 HOTOL을 둘러싼 비밀 때문에 [3]이 프로그램에 기꺼이 참여할 의사를 보인 유일한 외국 국가로 부상했다.유럽우주항공우주국은 전통적인 우주발사 [3]시스템인 아리안 5호 개발을 추진하기로 결정하면서 유럽의 개입 가능성은 거의 없었다.롤스로이스는 엔진 시장이 개발 비용을 [5]상환하기에 충분치 않다고 판단하고 프로젝트에서 손을 뗐다.영국 정부는 HOTOL에 대한 추가 자금 지원을 거부했다.프로젝트의 설계 단계는 거의 끝났지만 대부분의 계획은 투기적인 상태였습니다. 보고에 따르면 이 기체는 여전히 공기역학적 문제와 운영상의 불이익에 시달리고 있었습니다.

후계자

BAe는 1991년에 개량된 안토노프 An-225 Mriya 수송기의 후방에서 발사될 예정이었던 보다 저렴한 설계인 중간 HOTOL 또는 HOTOL 2를 추진하였으나, 이 제안도 기각되었다.중간 HOTOL의 설계는 공기 흡입 엔진 사이클을 없애고 대신 LOX와 액체 수소를 연료로 혼합하여 사용하도록 설계되었습니다.

1989년 HOTOL의 공동창업자 Alan Bond와 엔지니어 John Scott-Scott 및 Richard Varvill은 REL(Reaction Engines Limited)을 설립하여 이후 새로운 공기 배출 엔진 SABRE를 개발하고 있습니다. SABRE는 Rolls-Royce 특허 및 Skylon 차량의 문제를 해결하기 위해 대체 설계를 사용했습니다.그들은 먼저 1993,[6]에, 이 핵심 기술, 특히 엔진 및frost-controlled pre-cooler 개발해 왔다;처음에는 사적인 자금 조달에 나섰지만, 나중에는 유럽 우주국, 영국 국립 우주 센터, 영국 공간 Agency,의 지원으로 지원되는 이러한 엔진과 우주선 개념을 발표했다.b애,[7] 그리고 공군 연구실입니다.2017년 현재 REL은 2018년에 모의 비행 조건에서 작동하는 비행 준비 프리쿨러를 시연하고 2020년에는 시연 엔진 코어를 정적 테스트할 계획이다.

설계.

개요

HOTOL은 완전히 재사용 가능한 무인 1단계-궤도(SSTO) 날개 달린 우주 비행체로 구상되었다.무인정찰기는 [8]고도 300km 궤도에 약 7~8톤의 적재물을 올려놓기 위한 것이었다.그것은 "작업 속도"에 도달하는 데 도움이 되는 대형 로켓 부스트 트롤리 뒤에 장착된 활주로에서 이륙하기 위한 것이었다.엔진은 26-32km 높이에서 제트 추진에서 순수 로켓 추진으로 전환되도록 설계되었으며, 이때까지 비행기는 마하 5에서 7의 속도로 주행할 것이다.HOTOL은 저궤도(LEO)에 도달한 후 대기권으로 재진입하여 일반 활주로(최소 약 1,500m)에 착륙하기 위한 것이었다.BAe가 위성 인터페이스 필요성을 배제하고 개별 [8]요건에 맞춰 임무를 수행할 수 있도록 했기 때문에 BAe는 이것이 더 경제적이라고 판단했기 때문에 한 번에 하나의 탑재물만 운반했을 것이다.

고공 단계에서 비행 제어 시스템은 지상국과 우주 기반 글로벌 항법 시스템 항해에 연결되었을 것이고, 레이더는 이륙 및 착륙 단계에서 사용되었을 것이다.위성을 지구동기궤도(LOE)에 배치하는 것 외에, HOTOL은 또한 [8]LOE에서 위성과 하드웨어를 검색할 수 있는 것으로 예측되었다.BAe 홍보물은 국제우주정거장(ISS)과의 호톨 도킹을 묘사하고 있는데,[8] 이 위업은 당시 자동화된 시스템이 그러한 도킹 기동을 수행할 수 없었기 때문에 유인 작업이 필요했을 것이라고 회사 측은 주장했다.HOTOL은 완전 자동 무인 비행을 실시하도록 설계되었지만, 잠재적으로 조종사를 재도입하기 위한 후발 단계였다.유인 작업을 위해서는 페이로드 베이 [8]내에 전용 가압 모듈을 설치해야 합니다.

HOTOL은 설계대로 길이 62m, 높이 12.8m, 동체 직경 5.7m, 날개 폭 19.[8]7m가 될 것이다.콩코드 날개에서 파생된 날개 디자인이 특징이었다. 넓은 면적의 날개 하중이 상대적으로 낮아 재진입 온도가 낮아졌을 것이다(1,400°[8]C 이상 상승하지 않음).탄소 복합 재료로 제작되었기 때문에, Space Shuttle 열 보호 시스템을 구성하는 것과 유사한 절연 타일을 사용할 필요가 없었을 것입니다.내부에 보관된 착륙 장치는 연료를 가득 채운 로켓의 무게를 싣기에는 너무 작았기 때문에 비상 착륙 시에는 연료를 [8]버려야 했을 것이다.

엔진

롤스로이스 RB545 '제비'
원산지영국
디자이너롤스로이스
어플싱글 스테이지에서 오르빗으로
어소시에이트핫토
전임자사탄
상황취소된
액체 연료 엔진
추진제공기와 액체 산소/액체 수소
사이클사전 냉각된 제트 엔진과 폐쇄 사이클 로켓 엔진 결합
배열
노즐비100:1
성능
추력, 진공약 735kN(165,000파운드f)
스러스트, 해수면약 340kN(76,000파운드f)
추력 대 중량비최대 14(대기 중)
특정 임펄스, 진공4,500 N/kg (460 초)
특정 임펄스, 해수면14,780 N/kg (1,507 초)
치수
건조 중량2,500kg(5,500파운드)(흡입 및 유출 제외)
레퍼런스
레퍼런스[5]: 172

RB545는 제조사인 영국의 엔진 제조업체 롤스로이스에 의해 "Swallow"라는 이름을 얻었으며 공기를 배출하는 로켓 [3]엔진이었다.대기 내에서 작동하면서 공기 호흡이 가능하고 [9]LEO에 가깝고 내부에 도달했을 때 로켓과 유사한 방식으로 작동하는 통합 이중 역할 발전소로 기능했을 것이다.이 엔진은 또한 우주선에 극초음속 동력을 공급할 수 있었을 것이다.이는 "호톨의 매우 낮은 발사 [8]비용의 핵심"이라고 공개적으로 비난받아온 프로그램의 중요한 요소였다.

이 엔진의 정확한 세부 사항은 영국 공무상 비밀법의 적용을 받았다. 따라서 이 엔진의 개발과 작동에 대한 공공 정보는 비교적 적다.하지만,[10][5] 나중에 정부 정책이 비밀 특허의 소유를 막는 것으로 바뀌면서, 그 자료는 기밀 해제되었다.

대기 중에 공기가 수직으로 장착된 두 개의 흡기 램프를 통해 유입되면 흐름이 분할되어 올바른 양을 프리쿨러로 전달하고 과잉 공기를 덕트로 흘립니다.연료 탱크에서 나오는 수소는 높은 전체 압력 비율의 터보젯 엔진 사이클에 들어가기 전에 두 개의 열 교환기를 통해 공기를 사전 냉각합니다. 즉, 터빈을 구동하여 냉각된 공기를 압축하고 로켓 엔진으로 공급한 후 공기를 냉각하는 데 사용되는 수소로 연소됩니다.나머지 대부분의 뜨거운 수소는 엔진 후면에서 방출되며, 소량의 수소는 램젯 방식으로 유출 덕트의 공기를 다시 가열하여 "부흡입 운동량 드래그"[a]를 생성한다.이 램젯들은 보통 호톨의 [citation needed]사진에서 로켓 엔진 아래에 있는 두 개의 빛나는 붉은 원으로 묘사되었다.

프리쿨러의 결빙을 방지하기 위해 첫 번째 프리쿨러는 공기의 수증기를 액화시키기 위해 공기의 온도를 빙점보다 10도 정도 높였습니다.그런 다음 액체 산소(LOX)를 공기 흐름으로 주입하여 물을 -50°C(-58°F)로 순간적으로 얼려 두 번째 프리쿨러 요소에 부딪혀도 운동 가열에 의해 녹지 않을 정도로 충분히 차가워집니다.작동 조건에서 [11]습기가 과다한 경우 첫 번째 프리쿨러 이후에 워터트랩을 추가할 수 있습니다.

RB545는 더 이상 연소를 위해 대기를 사용할 수 없게 되자 온보드 LOX를 사용하여 수소를 고효율 수소/[3]산소 로켓으로 연소하는 방식으로 전환했다.

「 」를 참조해 주세요.

  • NASP – HOTOL이 경쟁할 만한 스크램젯 차량
  • 리액션 엔진 Skylon – HOTOL의 단점을 회피하려는 후속 설계
  • 리액션 엔진 A2 – 극초음속 대향 여객기 설계
  • 액체 공기 사이클 엔진 – 공기를 액화시키는 관련 엔진 사이클

레퍼런스

인용문

  1. ^ BBC Four: The Three Rocketeers. BBC. Retrieved 14 September 2012.
  2. ^ a b c d e f g h i Moxon 1986, 페이지 38
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Coppinger, Rob (23 February 2009). "Secret files reveal US interest in UK HOTOL spaceplane". Flight International.
  4. ^ "Oral history of British science". British Library. 8 November 2010. Retrieved 19 July 2016.
  5. ^ a b c d Hempsell, Mark (May 1993). "HOTOL's Secret Engines Revealed". Spaceflight. Vol. 35, no. 5. London: British Interplanetary Society. pp. 168–172. ISSN 0038-6340.
  6. ^ Varvill, Richard; Bond, Alan (May 1993). "SKYLON: a Key Element of a Future Space Transportation System". Spaceflight. Vol. 35, no. 5. London: British Interplanetary Society. pp. 162–166. ISSN 0038-6340.
  7. ^ Norris, Guy (1 November 2015). "BAE Takes Stake In Reaction Engines Hypersonic Development". aviationweek.com. Aviation Week & Space Technology. Retrieved 1 November 2015.
  8. ^ a b c d e f g h i Moxon 1986, 페이지 40
  9. ^ Moxon 1986, 페이지 38, 40
  10. ^ 밥 파킨슨 박사는 영국 도서관에서 열린 'National Life Stories of British Science' 프로젝트 구술사 인터뷰를 통해 HOTOL에 대해 설명합니다.
  11. ^ GB 특허 2241537, John Scott; Bryan Belcher & Alan Bond, 1991년 9월 4일 발행, 1992년 8월 12일 Rolls Royce Plc.에 할당됨

참고 문헌

메모들

  1. ^ HOTOL 프로젝트의 책임 분담으로 인해 롤스로이스는 엔진을, BAe는 공기역학을 담당했습니다.BAe가 램젯을 추가하려고 했을 때, 그것은 엔진의 책임이기 때문에 추력을 제공할 수 없었고, 대신 그것은 드래그를 줄이는[5] 메커니즘이었다.

외부 링크