Black Arrow

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Black Arrow
Model rakiety Black Arrow w australijskiej miejscowości Woomera
Model rakiety Black Arrow w australijskiej miejscowości Woomera
Producent Royal Aircraft Establishment
Westland Aircraft
(Wielka Brytania)
Przeprowadzone starty 4
Nieudane starty 2
Udane starty 50%
Data pierwszego startu 27 czerwca 1969
Data ostatniego startu 28 października 1971
Zdolność wynoszenia 135 kg na LEO
Siła ciągu przy starcie 215 kN
Wymiary
Długość 13[1] m
Średnica 2[2] m
Masa całkowita 18 130[1] kg
Człony
Człon 0. Black Knight
Człon 1. Waxwing

Black Arrow (nazwa pisana oficjalnie wielkimi literami: BLACK ARROW[3]) to brytyjska rakieta nośna. Zbudowano ją w latach sześćdziesiątych i wykorzystano podczas czterech lotów w latach 1969–1971. Jej ostatni lot był pierwszym udanym lotem orbitalnym przeprowadzonym przez Wielką Brytanię, podczas którego satelita Prospero został umieszczony na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Black Arrow powstała w trakcie badań prowadzonych przez Royal Aircraft Establishment nad rakietami nośnymi w oparciu o rakietę Black Knight[4]. Projekt został autoryzowany w 1964 roku. Początkowo rakieta konstruowana była przez brytyjską spółkę Saunders-Roe, a potem – w wyniku fuzji – przez spółkę Westland Aircraft.

Black Arrow była trójstopniową rakietą, zasilaną naftą RP-1 i stężonym nadtlenkiem wodoru[5]. Wycofano ją już po czterech lotach na rzecz amerykańskich rakiet Scout, które Ministerstwo Obrony uznało za tańsze niż utrzymanie projektu Black Arrow[6].

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Black Arrow powstała w wyniku oferty Royal Aircraft Establishment, dotyczącej budowy rakiety zdolnej do umieszczenia na niskiej orbicie okołoziemskiej ładunku o wadze 144 kg w celu testowania systemów zaprojektowanych dla większych statków kosmicznych. Jesienią 1964 roku program został autoryzowany przez Juliana Amery’ego, ministra lotnictwa z Partii Konserwatywnej. Jednak w następstwie październikowych wyborów nowy rząd Partii Pracy zaniechał projektu, by zmniejszyć wydatki[7].

Po kolejnych wyborach rząd zaakceptował kontynuację programu, wprowadzając jednak kilka zmian, w tym redukcję ilości testów z pięciu do trzech lotów. Na pierwszy start rakiety wybrano rok 1968[8].

Większość technologii i systemów wykorzystywanych w Black Arrow opracowano lub sprawdzono już wcześniej podczas lotów na rakiecie Black Knight i pocisku rakietowym Blue Steel[4]. W celu ułatwienia produkcji i zmniejszenia jej kosztów Black Arrow zaprojektowano tak, aby wykorzystywała jak najwięcej technologii z wcześniejszych programów[2]. Ponadto wielu członków kadry kierowniczej programu Black Knight przeniosło się bezpośrednio do programu Black Arrow, w tym główny naukowiec ds. pocisków Roy Dommett, główny konstruktor Ray Wheeler i zastępca głównego konstruktora John Underwood[9].

Początkowo budową rakiety zarządzała spółka Saunders-Roe, która w 1964 roku połączyła się w Westland Aircraft. Westland był później głównym wykonawcą programu Black Arrow. Zamontował pierwszy i drugi stopień rakiety w East Cowes na wyspie Isle of Wight. Spółka Bristol Siddeley wyprodukowała silniki do pierwszego i drugiego członu we wsi Ansty w hrabstwie Warwickshire. Wypróbowano je w jeszcze w fabryce, a następnie przetransportowano na Isle of Wight i umieszczono w rakiecie. Po raz kolejny silniki pierwszego członu wystrzelono w High Down[10]. Bristol Aerojet wyprodukował w Somerset trzeci stopień, a przedsiębiorstwo Explosive Research and Development Establishment wyprodukowało dla niego silnik wykorzystujący paliwo stałe w Waltham Abbey w hrabstwie Essex[4]. Za projekt i połączenie członu odpowiedzialny był zakład Rocket Propulsion Establishment[4] z siedzibą w Westcott w hrabstwie Buckinghamshire.

Rakietę nazwano zgodnie z polityką „Tęczowych Kryptonimów” (Rainbow Codes), wprowadzoną przez Ministerstwo Zaopatrzenia, według której programy badawcze przeprowadzane przez Brytyjskie Siły Zbrojne miały otrzymywać nazwy składające się z koloru i rzeczownika[3].

Rakieta[edytuj | edytuj kod]

Przekrój rakiety, ukazujący położenie zbiorników na paliwo i utleniacz, silników i trzeciego członu w osłonie.

Pierwszy i drugi człon Black Arrow zasilane były naftą RP-1, spalaną z użyciem stężonego nadtlenku wodoru jako utleniacza[5]. W porównaniu z wieloma ówczesnymi systemami rakietowymi w Black Arrow wymagany był większy zbiornik na utleniacz, ponieważ optymalny skład mieszaniny wynosił w niej około 7%[11]. Zbiorniki na utleniacz zlokalizowane były poniżej zbiorników paliwa zgodnie z praktyką umieszczania gęstszego materiału napędowego na dole rakiety tak, aby obniżyć środek masy i ułatwić sterowanie rakietą[4]. Takie rozmieszczenie zapoczątkowały Niemcy i Stany Zjednoczone, z kolei Związek Radziecki umieszczał zbiorniki na utleniacz powyżej zbiorników paliwa, dzięki czemu te położone niżej mogły być uzupełniane jako pierwsze[12].

Aby zapewnić kontrolę nad położeniem i wysokością pierwszych dwóch członów, w rakiecie zastosowanociąg wektorowany[4]. Osiem komór spalania pierwszego członu ułożono w parach, stosując zawieszenie kardanowe, dzięki któremu mogły poruszać się w dowolnym kierunku wzdłuż osi[4]. Dwie z tych par ułożono prostopadle do pozostałych, więc kiedy wszystkie były używane, umożliwiały kontrolę kąta pochylenia maszyny[4]. Drugi człon zawierał dwie komory spalania, które – z wykorzystaniem zawieszenia kardanowego – poruszały się wzdłuż dwóch osi, zapewniając taki sam poziom kontroli. Po odłączeniu drugiego członu, gdy maszyna poruszała się już ruchem swobodnym, kontrolowano ją za pomocą Systemu Sterowania Reakcyjnego[4]. Trzeci człon nie zawierał systemu kontrolowania położenia – był stabilizowany ruchem obrotowym[2].

Pierwszy człon zasilano pojedynczym silnikiem Gamma 8, który pracował przez 127 sekund[2]. Był to ośmiokomorowy silnik, pochodzący od silnika Gamma 301, używanego w rakiecie Black Knight. Liczył 6,9 m długości, a jego średnica wynosiła 2 m, podobnie jak średnica francuskiej Coralie[2], użytej jako drugi człon rakiety Europa. W Black Arrow zastosowano tę samą średnicę co w Coralie, żeby zachować zgodność z rakietą Blue Streak, która stanowiła pierwszy człon Europy[2]. To pozwoliłoby na zwiększenie ładunku użytecznego Black Arrow i umożliwiłoby Wielkiej Brytanii użycie pierwszego członu Black Arrow jako wsparcia dla Coralie[13]. Z tego względu wszystkie wymiary w oryginalnej dokumentacji podano w jednostkach obowiązujących w Wielkiej Brytanii, nie licząc średnicy pierwszego członu, którą podano w metrach[2].

Pierwszy i drugi człon połączono międzystopniową konstrukcją, zawierającą cztery silniki Siskin II, odpowiedzialne za separację, i niewielkie, osobno napędzane silniki używane przed zapłonem silnika głównego. Oddzielały się i zapalały siedem sekund po tym, jak odłączano pierwszy stopień rakiety[4][14]. Konstrukcja międzystopniowa oddzielała się od drugiego członu sześć sekund później. Drugi człon, liczący 2,9 m długości i 1,37 m średnicy, zasilany był przez dwukomorowy silnik Gamma 2[15], który zapalał się na krótko po silnikach odpowiedzialnych za separację, i pracował przez 123 sekundy[2]. Trzy minuty po starcie, w trakcie zapłonu drugiego członu rakiety, odrzucano osłonę ładunku użytecznego[2].

Dwa pierwsze człony i otwarta osłona ładunku użytecznego lotu R4 na wystawie w Muzeum Nauki w Londynie.

Po około 257 sekundach lotu oddzielano drugi człon, a rakieta rozpoczynała ruch swobodny, osiągając apogeum[2]. Natychmiast po separacji podnoszono ciśnienie w systemie kontroli położenia i wysokości drugiego członu. Podczas ruchu swobodnego za pomocą systemu kontroli położenia i wysokości utrzymywano odpowiednie ukierunkowanie na separację trzeciego członu[2]. Pod koniec fazy bezwładności przyśpieszano ruch obrotowy trzeciego członu do trzech Hertzów (180 obrotów na minutę) za pomocą sześciu rakiet Imp[2]. Pięć sekund później oddzielano trzeci człon[4], który zapalał się po kolejnych 10 sekundach ruchu swobodnego. Trzeci człon był rakietą Waxwing na paliwo stałe i pracował przez 55 sekund[2].

Po nieco ponad minucie od wypalenia się paliwa w trzecim członie oddzielano ładunek użyteczny i wykorzystywano gazogeneratory, aby oddalić od siebie statek kosmiczny i wystrzelony górny człon[2]. Zwłoka pomiędzy wypaleniem silnika a separacją miała na celu zmniejszenie ryzyka ponownego kontaktu górnego członu z ładunkiem użytecznym, czemu zagrażała pozostała siła ciągu. Mimo to, po separacji statku kosmicznego, w trakcie lotu R3, górny człon zderzył się z satelitą Prospero[2], uszkadzając jedną z anten komunikacyjnych statku[16]. Jednak statek nadal mógł z powodzeniem ukończyć misję[16]. W locie R3 wznoszenie się trwało 710 sekund (11,8 min) od startu do separacji statku kosmicznego[2].

Aby zwiększyć pojemność ładunku użytecznego, zaproponowano budowę kilku jednostek pochodnych od Black Arrow, choć żadna nie doczekała się konstrukcji[2]. Jedna z propozycji sugerowała dodanie do pierwszego członu ośmiu silników startowych – miały to być silniki Raven z programu Skylark[4]. Sugerowano również umieszczenie całej rakiety na pocisku Blue Streak[2], a także zmianę silników Gamma na mocniejsze silniki Larch[4].

Loty[edytuj | edytuj kod]

Schemat kolorów użyty we wszystkich lotach oprócz lotu R0. Na pierwszym członie znajdują się paski umożliwiające identyfikację, a jaskrawy kolor osłony ładunku zwiększa widoczność.

W latach 1969–1971 wystrzelono cztery rakiety Black Arrow. Pierwsze dwa loty było tylko demonstracyjne, w których trzeci człon i ładunek nie spełniały żadnych funkcji, a służyły samym tylko testom. W trakcie pierwszego lotu awaria elektryczna spowodowała, że komory spalania pierwszego członu obracały się tam i z powrotem[17]. Rakieta kołysała się niepewnie, zanim jeszcze opuściła płytę, a około minuty później zaczęła się rozpadać. Silnik pierwszego członu zawiódł, po czym rakieta zaczęła opadać z powrotem na ziemię i została zniszczona przez system bezpieczeństwa[18]. Drugi lot zakończył się sukcesem. Pierwszy kompletny lot rakiety odbył się dopiero za trzecim razem, 2 września 1970 roku. Była to pierwsza brytyjska próba wystrzelenia satelity. Nie udała się ze względu na wyciek w systemie zwiększania ciśnienia utleniacza, który spowodował jego zbyt wczesne wyłączenie się. Trzeci człon wystrzelił, ale rakieta nie dotarła na orbitę. Weszła ponownie w atmosferę nad Zatoką Karpentaria[19]. Czwarty lot z powodzeniem wyniósł satelitę Prospero na orbitę, dzięki czemu Wielka Brytania została szóstym krajem, któremu udało się wynieść satelitę na orbitę za pomocą rakiety nośnej skonstruowanej w kraju. Satelita, zwany także X-3, zyskał nazwę Prospero na cześć bohatera sztuki szekspirowskiej Burza. Nazwę wybrano jako aluzję do wydarzeń, mających miejsce w samej sztuce, w której magik Prospero rezygnuje ze swych mocy[20]. Zanim zakończono program Black Arrow, planowano nadać satelicie nazwę Puck na cześć bohatera Snu nocy letniej[5].

Wszystkie cztery loty zrealizowano ze Strefy Lotów 5B (Launch Area 5B) w Strefie Zakazanej w Woomera (Woomera Prohibited Area) w Australii, której używano wcześniej jako terenu testowego dla rakiety Black Knight. W trakcie budowy rozważano także strefy lotów na Barbadosie, w Uist w Szkocji i w Norfolku[2]. Uist odrzucono ze względu na jego dalekie położenie, a Norfolk – ponieważ istniało ryzyko, że odrzucone człony rakiety mogłyby spaść na platformę wiertniczą na Morzu Północnym[21].

Numer seryjny Data i czas startu (GMT) Ładunek użyteczny Rezultat Uwagi
R0 28 czerwca 1969, 22:58[1] Brak Lot nieudany Suborbitalny test pierwszego i drugiego członu. Uszkodzenie ciągu wektorowego[18].
R1 4 marca 1970, 21:15[1] Brak Lot udany Suborbitalny test pierwszego i drugiego członu.
R2 2 września 1970, 00:34[1] Orba[1] Lot nieudany Niepowodzenie przy podnoszeniu ciśnienia w drugim członie.
R3 28 października 1971, 04:09[22] Prospero[22] Lot udany Rakieta dotarła na orbitę okołoziemską
R4 Nie wystrzelona Zachowana w Muzeum Nauki w Londynie[4]

Zakończenie projektu[edytuj | edytuj kod]

Rakieta Black Arrow R4 na wystawie w Muzeum Nauki w Londynie: oddzielone człony i osłona i makieta satelity Prospero.

Minister stanu ds. handlu i przemysłu, Frederick Corfield, ogłosił zakończenie projektu Black Arrow w Izbie Gmin dnia 29 lipca 1971 roku. Ponieważ przetransportowano już rakietę R3 na teren startu, a drugi człon przywieziono trzy dni wcześniej, zezwolono na start rakiety[2].

Program został zakończony ze względów ekonomicznych. Minister obrony uznał, że tańsze dla przyszłych lotów będzie użycie amerykańskiej rakiety Scout, która miała podobną pojemność ładunku użytecznego[6]. Przed zakończeniem projektu Black Arrow NASA zaoferowała wyniesienie brytyjskich ładunków użytecznych na orbitę za darmo, ale odrzucono tę ofertę w następstwie decyzji o zakończeniu projektu[2].

Ostatnią ukończoną rakietą Black Arrow była rakieta R4, która nie doczekała się lotu i została zachowana w Muzeum Nauki w Londynie razem z zapasową kopią satelity Prospero[23]. W Parku Rakiet (Rocket Park) w Woomera znalazła się replika rakiety Black Arrow. Co więcej, pozostałości pierwszego członu rakiety R3 znaleziono na farmie hodowlanej bydła Anna Creek Station w Australii, po czym wystawiono je jako eksponat w parku (Memorial Park) w australijskim mieście William Creek[24].

Pierwszy człon rakiety Black Arrow R3 po powrocie na ziemię został umieszczony na wystawie w William Creek.

Wszystkie obiekty na terenie w Woomera, z którego startowała rakieta, zostały zburzone w ciągu roku od ostatniego lotu[4], a połowę inżynierów pracujących nad programem zwolniono[18]. Satelita X-4, który miał zostać wyniesiony na orbitę rakietą Black Arrow R4, 9 marca 1974 roku został ostatecznie wystrzelony przez amerykańską rakietę Scout D-1, startującą z płyty w Space Launch Complex 5 w kalifornijskiej bazie Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych Vandenberg[25].

Na rok 2011 Wielka Brytania jest jedynym krajem, który z powodzeniem opracował, a potem porzucił możliwość wystrzeliwania satelity na orbitę[26]. Pozostałe kraje, którym udało się wypracować podobne możliwości, utrzymały je w ramach własnych programów kosmicznych lub – tak jak w przypadku Francji – w ramach udziału w programie Ariane[26].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Sputnik 8K71PS

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Mark Wade: Encyclopedia Astronautica. [dostęp 2011-11-18].
  2. 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,20 C.N. Hill: A Vertical Empire. The History of the UK Rocket and Space Programme. Londyn: Imperial College Press, 2001, s. 155-188. ISBN 1-86094-268-7.
  3. 3,0 3,1 Chris Gibson, Tony Buttler: British Secret Projects: Hypersonics, Ramjets & Missiles. Anglia: Midland Publishing, 2007. ISBN 1-85780-258-6.
  4. 4,00 4,01 4,02 4,03 4,04 4,05 4,06 4,07 4,08 4,09 4,10 4,11 4,12 4,13 4,14 Douglas Millard: The Black Arrow Rocket: A History of a Satellite Launch Vehicle and its Engines. Londyn: Science Museum, 2001. ISBN 1-900747-41-3.
  5. 5,0 5,1 5,2 "British Space Race". Timeshift. BBC. BBC Four.
  6. 6,0 6,1 C.N. Hill: Black Arrow Cancellation. [dostęp 2011-11-18].
  7. Science Museum: Black Arrow: British Rocket Science and the Cold War. [dostęp 2011-11-18].
  8. Science Museum: Black Arrow: British Rocket Science and the Cold War. [dostęp 2011-11-18].
  9. "The One Show". Timeshift. BBC. BBC One.
  10. Bill Rees: High Down, Isle of Wight. [dostęp 2011-11-18].
  11. Mark Wade: H2O2/Kerosene. [dostęp 2011-11-18].
  12. Mark Wade: Soyuz. [dostęp 2011-11-18].
  13. Mark Wade: BA Sectional. [dostęp 2011-11-18].
  14. C.N. Hill: Solid Fuel Motors. [dostęp 2011-11-18].
  15. Royal Aircraft Establishment Black Arrow Cutaway. [dostęp 2011-11-18].
  16. 16,0 16,1 L.W. Parkin: The performance of Black Arrow in the launch of the Prospero satellite. [dostęp 2011-11-19].
  17. David M. Harland, Ralph D. Lorenz: Space Systems Failures. John Mason, Alex Whyte. Wyd. 2006. Berlin: Springer-Praxis, 2005, s. 97-98. ISBN 0-387-21519-0.
  18. 18,0 18,1 18,2 Mathew Stracy, Joe Myerscough: Once We Had A Rocket. [dostęp 2011-11-19].
  19. C. N. Hill: Black Arrow. [dostęp 2011-11-19].
  20. Stephen O'Brien: Black Arrow. [dostęp 2011-11-19].
  21. C. N. Hill: North Sea. [dostęp 2011-11-19].
  22. 22,0 22,1 C. T. Crowe: Information Furnished in Conformity with General Assembly Resolution 1721 B (XVI) by States Launching Objects into Orbit or Beyond. [dostęp 2011-11-19].
  23. Black Arrow R4 launch vehicle, 1971. [dostęp 2011-11-19].
  24. Stephen O'Brien: Image Archive. [dostęp 2011-11-19].
  25. Mark Wade: Scout. [dostęp 2011-11-19].
  26. 26,0 26,1 Brian Wheeler: Britain's first space pioneers. [dostęp 2011-11-19].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]