Отменённые Ракетные Программы – Black Arrow

Часть Первая – Единственная в своём роде

Как мы можем с вами заметить, среди отменённых космических программ 1960-70-х годов есть один случай, который стоит совершенно особняком. Великобритания — единственная страна в истории, которая самостоятельно разработала и успешно испытала орбитальную ракету-носитель, а затем добровольно отказалась от этой возможности, будучи уже фактически космической державой.

Как вы знаете, корни Black Arrow уходят в британскую ракетную программу Black Knight — экспериментальную баллистическую ракету, разрабатывавшуюся Royal Aircraft Establishment (RAE) в 1950-х годах для отработки технологий боеголовок. Именно на её базе, а также с использованием опыта проекта ракеты "Blue Streak", в 1964 году был официально утверждён проект Black Arrow — уже полноценного космического носителя, способного выводить небольшие спутники на низкую орбиту.

Название, кстати, не случайно: оно было присвоено по принятой Ministry of Supply системе "Rainbow Code" — сочетанию цвета и существительного, применявшейся для засекреченных военных и исследовательских разработок того времени.

Разработку изначально вела компания Saunders-Roe, а после слияния — Westland Aircraft. Многие ключевые инженеры перешли на Black Arrow напрямую с программы Black Knight, включая главного конструктора двигателей Роя Доммета.

Всего было построено пять ракет серии Black Arrow:

- R0 — суборбитальный испытательный пуск первой и второй ступеней без полезной нагрузки, 27 июня 1969 года;
- R1 — суборбитальный пуск с макетом полезной нагрузки, март 1970 года;
- R2 — первая попытка орбитального пуска, 2 сентября 1970 года: вторая ступень не выдержала внутреннего давления, спутник Orba на орбиту не вышел;
- R3 — успешный орбитальный пуск 28 октября 1971 года со спутником Prospero;
- R4 — так и не был запущен из-за закрытия программы; сегодня целиком экспонируется в Science Museum в Лондоне.

Все запуски проводились с полигона Вумера (Woomera) в Австралии, ранее уже использовавшегося для испытаний Black Knight.

Наиболее драматичный момент в истории программы — это её закрытие. Правительство официально объявило об отмене Black Arrow 29 июля 1971 года, то есть почти за три месяца до последнего, успешного запуска R3. Причина была сугубо экономической: расчёты Министерства обороны показали, что использование американских ракет Scout для вывода британских спутников обойдётся значительно дешевле, чем продолжение собственной программы. Однако поскольку четвёртая ракета и второй спутник уже находились в пути к Австралии, было решено, что возвращать и демонтировать их окажется дороже, чем всё же провести финальный запуск.

Именно поэтому спутник, изначально не имевший громкого имени, было решено назвать Prospero — в честь персонажа шекспировской "Бури", волшебника, отрёкшегося от своей магии. Символизм здесь более чем прозрачный.

28 октября 1971 года Black Arrow R3 успешно вывел Prospero на орбиту, сделав Великобританию шестой страной в мире, самостоятельно запустившей спутник собственной ракетой. Так Соединённое Королевство стало первой и пока единственной страной, которая добилась орбитального запуска — и затем сознательно отказалась от собственной ракетно-космической программы.

(Примечание: Спутник Prospero проработал на орбите до 1973 года, эпизодически принимался наземными станциями вплоть до 1996 года, а затем коды доступа к нему были попросту утеряны. Сам аппарат до сих пор находится на орбите и, по расчётам, останется там ещё около столетия.)
#Великобритания

Отменённые Ракетные Программы – Black Arrow

Часть Вторая – Конструкция

Как мы уже разбирали в первой части, Black Arrow был трёхступенчатой ракетой длиной около 13 метров и диаметром 2 метра, стартовой массой порядка 18 130 кг, способной вывести на низкую орбиту (около 200 км) полезную нагрузку массой до 135 кг. Разберём подробнее, как именно она была устроена.

Общая компоновка. Как вы знаете, ракета создавалась с прицелом на максимальное удешевление за счёт заимствования уже отработанных технологий с предыдущей программы Black Knight. Конструкторы сознательно отказались от избыточной сложности: баки ступеней были самонесущими цилиндрическими, без наддува, что упрощало производство и обслуживание.

Компоновка баков. Здесь скрывается любопытная инженерная деталь. Поскольку в качестве окислителя использовался высококонцентрированный пероксид водорода (HTP), а не керосин, само соотношение компонентов топлива составляло примерно восемь частей окислителя на одну часть горючего — то есть бак с HTP получался заметно крупнее топливного. Именно поэтому баки с окислителем размещались снизу, под баками с керосином: такая компоновка поднимала центр тяжести ракеты выше номинального, что заметно улучшало её управляемость и устойчивость в полёте.

Первая ступень. Собиралась на базе двигательной установки Gamma 8 — восьми камер сгорания, сгруппированных в четыре шарнирно подвешенные пары в основании ступени. Стартовая масса ступени составляла около 14 100 кг.

Вторая ступень. Отделялась от первой при помощи специального межступенчатого переходника с четырьмя небольшими двигателями увода Siskin, обеспечивавшими разделение ступеней и осадку топлива в баках второй ступени перед её запуском. Сама вторая ступень несла двигатель Gamma 2 с удлинённым соплом, оптимизированным под работу на большой высоте, где атмосферное давление уже значительно ниже.

Третья ступень и головной обтекатель. Финальная ступень принципиально отличалась от первых двух — это был твердотопливный двигатель Waxwing производства Rocket Propulsion Establishment в Уэстоне. Перед его включением связка "третья ступень плюс спутник" раскручивалась до скорости около 190 оборотов в минуту при помощи отдельных небольших твердотопливных двигателей закрутки — так называемая гироскопическая стабилизация вращением, позволявшая компенсировать любые небольшие асимметрии тяги и удерживать точную ориентацию без активной системы управления на этом участке полёта.

(Примечание: Все компоненты ракеты производились и испытывались в разных частях Великобритании — сборка велась на острове Уайт компанией Westland, третья ступень изготавливалась в Сомерсете компанией Bristol Aerojet, а твердотопливный заряд для неё — в Уолтем-Эбби, графство Эссекс. Готовые ракеты затем доставлялись по воздуху отдельными секциями прямо на полигон Вумера в Австралии.)
#Великобритания

Часть Третья – Двигатели

Как мы уже упомянули во второй части, ключевой особенностью Black Arrow была не только компоновка, но и сама двигательная установка — прямая наследница программы Black Knight, разработанная компанией Bristol Siddeley (позднее вошедшей в состав Rolls-Royce).

Топливная пара. Как вы знаете, первая и вторая ступени работали на паре керосин (RP-1, или "paraffin" в британской терминологии) и высококонцентрированный пероксид водорода (High Test Peroxide, HTP) — 85-процентный раствор перекиси водорода в воде. Особенность этой пары в том, что при контакте компонентов происходит самопроизвольное воспламенение за счёт каталитического разложения HTP, что полностью исключало необходимость в отдельной системе зажигания — топливо воспламенялось само при подаче в камеру сгорания.

(Примечание: Сама технология применения HTP как окислителя восходит ещё ко Второй мировой войне — к немецкому ракетному двигателю Walter, использовавшемуся на перехватчике Me.163. Именно на основе этого наследия в послевоенной Британии и была выстроена целая линейка двигателей Alpha, Beta и Gamma под руководством Royal Aircraft Establishment.)

Двигатель первой ступени — Gamma 8. Представлял собой связку из восьми отдельных камер сгорания, объединённых в четыре шарнирно подвешенные пары. Подобная схема, унаследованная напрямую от Black Knight, обеспечивала управление по всем трём осям — тангажу, рысканью и крену — за счёт синхронного отклонения пар камер, без необходимости в отдельных рулевых двигателях. Суммарная тяга на уровне моря составляла порядка 220–235 кН, время работы — около 130 секунд.

Двигатель второй ступени — Gamma 2. Уменьшенная двухкамерная версия того же семейства, также с возможностью отклонения камер по двум осям для управления полётом, но с удлинёнными соплами, оптимизированными под работу в разреженной атмосфере на большой высоте. Тяга в вакууме — около 68 кН, время работы — чуть более 110 секунд, удельный импульс порядка 265 секунд.

Двигатель третьей ступени — Waxwing. В отличие от первых двух ступеней, третья ступень была полностью твердотопливной — компактный двигатель тягой около 27–29 кН и временем работы порядка 55 секунд, обеспечивавший финальный разгон спутника до орбитальной скорости уже после того, как связка была раскручена для гироскопической стабилизации.

Развитие линейки. Отдельного упоминания заслуживает разработка компании Rolls-Royce под названием Larch — семейство двигателей на той же топливной паре, создававшееся в 1965–1971 годах как потенциальная модернизация первой ступени Black Arrow для будущих, более грузоподъёмных версий ракеты. Однако с закрытием программы в 1971 году все работы по Larch, как и по самой ракете, были свёрнуты, так и не дойдя до лётных испытаний.

Таким образом, Black Arrow представлял собой на удивление зрелую для конца 1960-х инженерную конструкцию — полностью автономную, с продуманным резервированием управляемости на каждом этапе полёта, и при этом построенную практически целиком на собственной, независимой британской технологической базе.
#Великобритания