HOTOL de British Aerospace - British Aerospace HOTOL

Une représentation d'artiste de HOTOL

HOTOL , pour Horizontal Take-Off and Landing , était une conception britannique des années 1980 pour un avion spatial à un étage en orbite (SSTO) qui devait être propulsé par un moteur à réaction aérobie . Le développement était mené par un consortium dirigé par Rolls-Royce et British Aerospace (BAe).

Conçu comme un lanceur ailé réutilisable à un étage (SSTO), HOTOL devait être équipé d'un moteur à respiration aérienne unique, le RB545 ou Swallow, en cours de développement par le motoriste britannique Rolls-Royce. Le propulseur du moteur consistait techniquement en une combinaison d' hydrogène liquide/ oxygène liquide ; cependant, il s'agissait d'employer un nouveau moyen de réduire considérablement la quantité d'oxydant nécessaire à bord en utilisant l'oxygène atmosphérique pendant que le vaisseau spatial montait dans la basse atmosphère. Étant donné que l'oxydant représente généralement la majorité du poids au décollage d'une fusée, HOTOL devait être considérablement plus petit que les conceptions normales de fusées pures, à peu près la taille d'un avion de ligne moyen-courrier tel que leMcDonnell Douglas DC-9 /MD-80.

Alors que de HOTOL preuve de concept de l' étude de conception a été menée, des tentatives ont été faites par l'industrie et le gouvernement britannique d'établir une coopération internationale pour développer, produire et déployer l'engin spatial. Malgré l'intérêt américain pour le programme, il y avait peu d'appétit parmi les membres de l' Agence spatiale européenne (ESA) et le gouvernement britannique n'était pas prêt à se départir de la coopération de l'ESA. De plus, des problèmes techniques ont été rencontrés et il y a eu des allégations selon lesquelles les comparaisons avec des systèmes de lancement alternatifs tels que les fusées conventionnelles utilisant des techniques de construction similaires n'ont pas montré beaucoup d'avantages à HOTOL. En 1989, le financement du projet a pris fin. La fin des travaux de développement sur HOTOL a conduit à la formation de Reaction Engines Limited (REL) pour développer et produire Skylon , un projet de vaisseau spatial basé sur les technologies HOTOL, y compris son moteur à respiration aérienne.

Développement

Origines

Les idées derrière HOTOL sont nées des travaux de l'ingénieur britannique Alan Bond dans le domaine des moteurs à réaction pré-refroidis. Bond avait spécifiquement effectué cette recherche avec l'intention de produire un moteur viable pour alimenter un système de lancement spatial . En 1982, British Aerospace (BAe), qui était le principal constructeur de satellites en Europe, a commencé à étudier un nouveau système de lancement potentiel dans le but de fournir des coûts de lancement équivalents à 20 % de la navette spatiale américaine exploitée par la NASA . BAe a pris connaissance des travaux du motoriste britannique Rolls-Royce sur un moteur approprié et a rapidement conçu un avion spatial à aile unique et entièrement réutilisable (SSTO) sans pilote comme véhicule de lancement.

Ainsi, le projet était rapidement devenu une coentreprise entre BAe et Rolls-Royce, dirigée par John Scott-Scott et le Dr Bob Parkinson . Au début, il y avait une ambition d'« européaniser » le projet et d'impliquer d'autres pays dans son développement et sa fabrication, car il a été reconnu qu'un montant estimé à 4 milliards de livres sterling serait nécessaire pour financer le développement à grande échelle. En août 1984, BAe a dévoilé une exposition publique du projet de lanceur de satellites HOTOL et a publié des détails sur ses opérations proposées.

En décembre 1984, un mémorandum du ministère du Commerce et de l'Industrie (DTI) notait que l'Allemagne de l'Ouest était intéressée par le programme, tandis que la France avait adopté une attitude critique à l'égard de HOTOL, que le ministère considérait comme potentiellement dû au fait qu'il était perçu comme un concurrent de la France. -projets menés. Selon le ministre du Commerce et de l'Industrie Geoffrey Pattie , la pression diplomatique française pour obtenir un soutien pour son propre véhicule spatial Hermès avait par inadvertance suscité le soutien et l'intérêt des membres de l'Agence spatiale européenne (ESA) pour le projet HOTOL. Malgré ce climat d'intérêt timide et de soutien européen possible, il y avait une attitude générale de réticence au sein du gouvernement britannique à prendre la tête d'un nouveau lanceur spatial.

Intérêt américain et étude de conception

En mars 1985, il a été affirmé que Rolls-Royce était en train de mener des pourparlers de licence pour la technologie des moteurs HOTOL avec la société de propulsion américaine Rocketdyne . En avril 1985, Pattie a écrit au secrétaire d'État à la Défense Michael Heseltine pour proposer une étude de validation de concept de 3 millions de livres sterling sur deux ans dans le cadre d'un accord de partenariat public-privé , composé d'un million de livres sterling fourni par le gouvernement britannique et le reste financé par Rolls-Royce et BAe eux-mêmes. Pattie a estimé que le projet servirait la "capacité stratégique de la Grande-Bretagne et que les tests de technologies clés pourraient favoriser la collaboration internationale. Selon la publication aérospatiale Flight International , le soutien du ministère de la Défense (MoD) était essentiel car la conception du moteur de HOTOL avait été classifié.

En juillet 1985, le directeur technique de Rolls-Royce, Gordon Lewis, a déclaré que la société avait demandé l'implication du groupe de propulsion du Royal Aircraft Establishment (RAE) et que Rolls-Royce n'était pas prêt à investir ses propres fonds dans le développement de moteurs pour HOTOL. Au second semestre de 1985, les travaux avaient commencé sur l'étude de concept de preuve d'une durée de deux ans. Au début, il y avait eu une pression considérable pour démontrer la faisabilité et la crédibilité du projet avant les décisions finales prises par l'ESA sur l'Hermès et ce qui deviendrait le système de lancement Ariane 5 , ainsi le travail s'est concentré sur la validation des technologies critiques impliquées.

En novembre 1985, les discussions du DTI et du RAE ont noté que Rolls-Royce recherchait des données américaines sur la technologie statoréacteur pour soutenir leurs travaux sur le moteur, qu'il a appelé sous le nom de Swallow . Apparemment, l' US Air Force s'est intéressée à la technologie utilisée dans le moteur Swallow à ses propres fins. En novembre 1985, des discussions entre le Premier ministre Margaret Thatcher , le ministre sans portefeuille David Young et le conseiller scientifique du président américain Ronald Reagan , George Keyworth, ont noté l'intérêt américain pour une collaboration sur le développement de véhicules hypersoniques tels que HOTOL, et qu'un prototype pourrait voler dès 1990.

D'après les dossiers du gouvernement britannique, ni la BAe ni le ministère de la Défense n'étaient enthousiastes quant aux perspectives d'une implication américaine dans le programme, exprimant leur réticence, pensant que le résultat d'une telle décision pourrait conduire le Royaume-Uni à devenir un membre junior d'un projet qu'il une fois dirigé. On croyait également que si la Grande-Bretagne choisissait de s'associer aux États-Unis, elle se retrouverait sans travail sur les futurs lanceurs européens. Cependant, Rolls-Royce considérait la coopération transatlantique comme nécessaire. Le responsable des activités futures de BAe, Peter Conchie, a déclaré que, si possible, HOTOL devrait devenir une partie du cadre spatial européen. Au début de 1986, le gouvernement britannique a officiellement approuvé l'étude de deux ans.

Problèmes et critiques

En décembre 1984, le consultant en gestion de projet David Andrews a publié une critique de huit pages du programme, notant que la conception a été optimisée pour l'ascension tout en s'exposant à des charges thermiques prolongées pendant la descente en raison d'un faible niveau de traînée . Il a également affirmé que le véhicule n'offrait aucune capacité qui n'était pas déjà disponible; BAe a répondu qu'il avait été répondu aux critiques formulées. En avril 1985, le contrôleur adjoint du département de recherche et développement du ministère de la Défense , James Barnes, a affirmé que HOTOL n'avait pas de justification et qu'il n'y avait aucune exigence de défense pour de tels véhicules. Il a également noté que les « problèmes d'ingénierie sont considérables » et qu'il était peu probable qu'il entre en service avant les années 2020 ; Barnes a également observé que le moteur HOTOL était « ingénieux ».

En novembre 1985, le RAE a publié une évaluation de la proposition d'étude de HOTOL; l'organisation croyait que HOTOL prendrait jusqu'à 20 ans pour se développer, plutôt que le calendrier de 12 ans qui avait été envisagé par l'industrie. Le RAE a également prévu que le projet aurait un coût total estimé à 5 milliards de livres sterling (à partir de sa valeur en 1985), dont 750 millions de livres sterling seraient nécessaires dans une phase de définition de six ans et environ 25 millions de livres sterling dans un pré -définition étude de faisabilité.

Au cours du développement, il a été constaté que le moteur monté à l'arrière relativement lourd déplaçait le centre de masse du véhicule vers l'arrière. Cela signifiait que le véhicule devait être conçu pour pousser le centre de traînée aussi loin vers l'arrière que possible pour assurer la stabilité pendant tout le régime de vol. La refonte du véhicule pour ce faire nécessitait une grande masse de systèmes hydrauliques, qui coûtaient une part importante de la charge utile, et rendaient l'économie peu claire. En particulier, certaines analyses semblaient indiquer qu'une technologie similaire appliquée à une approche de fusée pure donnerait à peu près les mêmes performances à moindre coût.

Fermer

En 1989, les perspectives pour HOTOL étaient devenues sombres; dès le début du projet, le soutien entre le gouvernement britannique et les partenaires industriels avait été inégal, tandis que les États-Unis étaient devenus le seul pays étranger à se montrer disposé à contribuer au programme, en partie à cause du secret entourant le programme. Peu de perspectives d'implication européenne, l'ESA ayant choisi de poursuivre le développement de ce qui deviendra Ariane 5 , un système de lancement spatial conventionnel. Rolls-Royce s'est retiré du projet, jugeant que le marché éventuel du moteur ne serait probablement pas assez important pour rembourser les coûts de développement. Le gouvernement britannique a refusé d'offrir un financement supplémentaire pour HOTOL. Le projet était presque à la fin de sa phase de conception alors qu'une grande partie des plans restait à l'état spéculatif ; l'engin aurait été toujours aux prises avec des problèmes aérodynamiques et des inconvénients opérationnels à ce stade.

Successeurs

Un remaniement moins cher, HOTOL provisoire ou HOTOL 2 , qui devait être lancé à partir de l'arrière d'une modification Antonov An-225 Mriya avions de transport , a été promu par BAe en 1991; cependant, cette proposition a également été rejetée. La conception d'Interim HOTOL devait se passer d'un cycle de moteur à respiration d'air et a été conçue pour utiliser un mélange plus conventionnel de LOX et d'hydrogène liquide comme carburant à la place.

En 1989, le co-créateur de HOTOL Alan Bond et les ingénieurs John Scott-Scott et Richard Varvill ont formé Reaction Engines Limited (REL) qui travaille depuis sur un nouveau moteur à respiration aérienne, SABRE , qui utilise des conceptions alternatives pour contourner (et améliorer sur) les brevets Rolls-Royce, et le véhicule Skylon destiné à résoudre les problèmes de HOTOL. Ils ont publié pour la première fois ces concepts de moteurs et d'engins spatiaux en 1993 et ​​ont depuis développé les technologies de base, en particulier le moteur et son pré-refroidisseur contrôlé par le gel ; initialement soutenu par un financement privé, mais plus tard avec le soutien de l' Agence spatiale européenne , du Centre spatial national britannique , de l' Agence spatiale du Royaume-Uni , de BAe et de l' Air Force Research Laboratory . À partir de 2017, REL prévoit de démontrer un pré-refroidisseur prêt au vol fonctionnant dans des conditions de vol simulées en 2018, et de tester statiquement un noyau de moteur de démonstration en 2020.

Concevoir

Aperçu

HOTOL a été conçu comme un avion spatial ailé sans pilote et entièrement réutilisable à un étage en orbite (SSTO). L'engin sans pilote était destiné à mettre en orbite une charge utile de l'ordre de 7 à 8 tonnes , à 300 km d'altitude. Il était destiné à décoller d'une piste, monté à l'arrière d'un grand chariot propulsé par fusée qui aiderait à amener l'engin à « vitesse de travail ». Le moteur était destiné à passer de la propulsion par jet à la propulsion par fusée pure à 26-32 km de haut, date à laquelle l'engin se déplacerait à Mach 5 à 7. Après avoir atteint l' orbite terrestre basse (LEO), HOTOL était destiné à rentrer l'atmosphère et planer pour atterrir sur une piste conventionnelle (environ 1 500 mètres minimum). Une seule charge utile aurait été transportée à la fois, car BAe avait jugé cela plus économique car cela supprimait tout besoin d'interface satellite et permettait d'adapter les missions aux besoins individuels.

Pendant sa phase à haute altitude, son système de contrôle de vol aurait été relié à des stations au sol et à un système de navigation mondial basé dans l'espace , tandis que le radar aurait été utilisé pendant les phases de décollage et d'atterrissage. En plus de la mise en orbite géosynchrone ou LOE de satellites , HOTOL a également été projeté comme étant capable d'effectuer également la récupération de satellites et de matériel à partir de LOE. Le matériel promotionnel de BAe représente l'amarrage de HOTOL à la Station spatiale internationale (ISS), un exploit qui, selon la société, aurait nécessité une opération humaine car les systèmes automatisés n'étaient pas capables d'effectuer de telles manœuvres d'amarrage à ce moment-là. HOTOL a été conçu pour effectuer des vols sans pilote entièrement automatisés ; cependant, il avait été prévu à un stade ultérieur de réintroduire potentiellement un pilote. Les opérations habitées auraient nécessité l'installation d'un module pressurisé dédié dans la soute.

Tel que conçu, HOTOL aurait eu 62 mètres de long, 12,8 mètres de haut, un diamètre de fuselage de 5,7 mètres et une envergure de 19,7 mètres. Il a présenté une conception d'aile qui avait été dérivée de celle de Concorde ; sa grande surface a entraîné une charge alaire relativement faible, ce qui aurait entraîné des températures de rentrée plus basses (ne dépassant jamais 1 400 °C). Construit à partir de matériaux composites de carbone , il n'aurait pas été nécessaire d'utiliser des tuiles isolantes semblables à celles qui constituaient le système de protection thermique de la navette spatiale . Le train d'atterrissage arrimé à l'intérieur aurait été trop petit pour supporter le poids de la fusée entièrement alimentée, de sorte que les atterrissages d'urgence auraient nécessité le largage du carburant.

Moteur

Le RB545, qui a reçu le nom de "Swallow" par son constructeur, le motoriste britannique Rolls-Royce , était un moteur-fusée à respiration aérienne. Il aurait fonctionné comme un groupe motopropulseur intégré à double rôle, capable de respirer de l'air tout en opérant dans l' atmosphère et de fonctionner de la même manière qu'une fusée lorsqu'il s'est rapproché de et dans LEO. Ce moteur aurait également été capable de propulser le vaisseau spatial à des vitesses hypersoniques . C'était un élément crucial du programme, ayant été publiquement attribué comme "le cœur des coûts de lancement très bas d'Hotol".

Les détails exacts de ce moteur étaient couverts par l' Official Secrets Act du Royaume-Uni ; par conséquent, il existe relativement peu d'informations publiques sur son développement et sur son fonctionnement. Cependant, le matériel a ensuite été déclassifié lorsque la politique du gouvernement a changé pour empêcher la conservation de brevets secrets sans justification attribuée.

Dans l'atmosphère, l'air est aspiré par deux rampes d'admission montées verticalement , puis le flux serait divisé, passant la quantité correcte aux pré-refroidisseurs et l'excès aux conduits de déversement. L'hydrogène des réservoirs de carburant serait passé à travers deux échangeurs de chaleur pour pré-refroidir l'air avant d'entrer dans un cycle de moteur de type turboréacteur à rapport de pression global élevé - l'hydrogène chauffé entraînant une turbine pour comprimer et alimenter l'air refroidi dans le moteur-fusée , où il a été brûlé avec une partie de l'hydrogène utilisé pour refroidir l'air. La majorité de l'hydrogène chaud restant a été libérée par l'arrière du moteur, avec une petite quantité extraite pour réchauffer l'air dans les conduits de déversement dans un agencement à statoréacteur pour produire une « traînée de moment d'admission négative ». Ces statoréacteurs étaient généralement représentés par deux cercles rouges brillants sous les moteurs de fusée sur les images de HOTOL.

Pour empêcher les pré-refroidisseurs de givrer, le premier pré-refroidisseur a refroidi l'air à environ 10 degrés au-dessus du point de congélation, pour liquéfier la vapeur d'eau dans l'air. Ensuite, du LOX aurait été injecté dans le flux d'air pour faire baisser la température à -50 °C (-58 °F) en gelant l'eau en cristaux de glace microscopiques, suffisamment froids pour qu'ils ne fondent pas en raison du chauffage cinétique s'ils frappaient la seconde éléments de pré-refroidissement. Un piège à eau aurait pu être ajouté après le premier pré-refroidisseur si les conditions de fonctionnement entraînaient un excès d'humidité.

Lorsqu'il n'était plus possible d'utiliser l'atmosphère pour la combustion, le RB545 passait à l'utilisation d'oxygène liquide embarqué (LOX) pour brûler avec l'hydrogène en tant que fusée hydrogène/oxygène à haut rendement.

Voir également

• NASP – un véhicule scramjet avec lequel HOTOL aurait rivalisé
• Reaction Engines Skylon - une conception de suivi qui tente d'éviter les défauts de HOTOL
• Reaction Engines A2 - une conception pour un avion de ligne antipode hypersonique
• Moteur à cycle d'air liquide - un cycle de moteur connexe qui liquéfie l'air

Les références

Citations

Bibliographie

Remarques

Liens externes

• Plan en coupe du HOTOL à la Wayback Machine (archivé le 30 janvier 2013)
• Brevet lié à HOTOL sur les surfaces de contrôle jetisables
• Écoutez le Dr Bob Parkinson discuter du HOTOL dans une interview d'histoire orale enregistrée pour le projet National Life Stories Oral History of British Science à la British Library