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| ホテル | |
|---|---|
 HOTOL のアーティストによる描写 | |
| 一般情報 | |
| タイプ | スペースプレーン |
| 国籍 | イギリス |
| デザイナー | |
| 状態 | キャンセル |
| 歴史 | |
| に発展した | スカイロン |
HOTOL は、水平離着陸の略で、1980年代にイギリスで設計された、空気吸入式ジェットエンジンで動く単段式軌道投入（SSTO）宇宙飛行機です。開発は、ロールス・ロイス社とブリティッシュ・エアロスペース（BAe）が率いるコンソーシアムによって進められていました。
単段式軌道投入（SSTO）の再使用型有翼ロケットとして設計されたHOTOLには、英国のエンジン製造会社ロールス・ロイス社が開発中だった独自の空気吸入エンジン、RB545（スワロー）が搭載されることになっていた。エンジンの推進剤は技術的には液体水素と液体酸素の混合で構成されていたが、宇宙船が下層大気圏を上昇する際に大気中の酸素を利用することで、搭載する必要のある酸化剤の量を大幅に削減するという新しい方法を採用することになっていた。通常、酸化剤はロケットの離陸重量の大部分を占めるため、HOTOLは通常の純粋なロケット設計よりもかなり小型で、マクドネル・ダグラス DC-9 / MD-80などの中距離旅客機とほぼ同じサイズになる予定だった。
HOTOLの概念実証設計研究が行われている間、業界と英国政府の両方から、宇宙船の開発、製造、配備のための国際協力を確立する試みがなされた。米国がこの計画に興味を示したにもかかわらず、欧州宇宙機関(ESA) のメンバーの間で関心は薄く、英国政府はESAとの協力関係を離脱する用意がなかった。さらに、技術的な問題に直面し、同様の製造技術を使用する従来のロケット車両などの代替打ち上げシステムと比較しても、HOTOLに大した利点がないとの主張もあった。1989年に、プロジェクトへの資金提供は終了した。HOTOLの開発作業の終了により、Reaction Engines Limited (REL) が設立され、 HOTOLの技術、特に空気吸入エンジンをベースにした宇宙船の提案である Skylon の開発と製造を行うことになった。
発達
起源
HOTOL の背後にあるアイデアは、英国のエンジニアであるアラン・ボンドが予冷ジェットエンジンの分野で行った研究に端を発しています。ボンドは、宇宙打ち上げシステムを動かす実用的なエンジンを製造する目的で、この研究を特に行っていました。[1] 1982 年、ヨーロッパの主要な衛星製造業者であったブリティッシュ・エアロスペース (BAe) は、 NASAが運用する米国のスペースシャトルの 20% の打ち上げコストを提供することを目的とした、将来的な新しい打ち上げシステムの研究を開始しました。[2] BAe は、英国のエンジン製造業者であるロールス・ロイスによる適切なエンジンに関する研究を知り、すぐに無人で完全に再利用可能な単段式軌道投入(SSTO) の有翼スペースプレーンを打ち上げ用ロケットとして構想しました。[2]
こうして、このプロジェクトはすぐにBAeとロールスロイス社の合弁事業となり、ジョン・スコット・スコットとボブ・パーキンソンが率いた。[2]当初は、本格的な開発には推定40億ポンドの資金が必要であると認識されていたため、プロジェクトを「ヨーロッパ化」し、開発と製造に他国を関与させようという野心があった。[2] 1984年8月、BAeはHOTOL衛星打ち上げプロジェクトを公開し、その提案された運用の詳細を発表した。[3]
1984年12月、イギリス貿易産業省（DTI）の覚書には、西ドイツがこの計画に興味を示している一方で、フランスはHOTOLに対して批判的な態度をとっており、これは同省がフランス主導のプロジェクトの競合相手とみなされていることが原因かもしれないとみていたと記されていた。貿易産業大臣のジェフリー・パティによると、フランスが独自に提案したヘルメス宇宙船への支持を集めようと外交的に圧力をかけた結果、HOTOLプロジェクトに対する欧州宇宙機関（ESA）加盟国からの支持と関心が意図せず高まったという。 [3]この興味の表明とヨーロッパからの支持の可能性という雰囲気にもかかわらず、イギリス政府内には新しい宇宙ロケットで主導権を握ることに消極的な態度が一般的だった。[3]
アメリカの関心とデザイン研究
1985年3月、ロールスロイス社がアメリカの推進会社ロケットダイン社とHOTOLエンジン技術のライセンス交渉を行っているとの主張があった。[3] 1985年4月、パティはマイケル・ヘーゼルタイン国防大臣に書簡を送り、官民パートナーシップ協定に基づき2年間で300万ポンドの概念実証研究を行うことを提案した。この協定は英国政府が100万ポンドを提供し、残りはロールスロイス社とBAe社が負担する。パティは、このプロジェクトは英国の「戦略的能力」に役立ち、主要技術のテストは国際協力を促進する可能性があると論じた。[3]航空宇宙出版物フライト・インターナショナルによると、 HOTOLエンジンの設計は機密扱いであったため、国防省（MoD）の支援は不可欠だった。 [3] [2]
1985年7月、ロールスロイス社の技術部長ゴードン・ルイスは、同社が王立航空機製造会社（RAE）の推進グループの関与を求めており、ロールスロイス社はHOTOLのエンジン開発に自社資金を投入する用意はないと述べた。[3] 1985年後半までに、2年間の概念実証研究の作業が開始された。[3]当初は、ESAがヘルメスとアリアン5打ち上げシステムとなるものについて最終決定を下す前に、プロジェクトの実現可能性と信頼性を実証しなければならないという大きなプレッシャーがあったため、作業は関連する重要な技術の検証に集中した。[2]
1985年11月までに、DTIとRAEの協議では、ロールスロイス社がスワローと呼んでいたエンジンの研究をサポートするためにラムジェット技術に関するアメリカのデータを求めていることが記録された。[3]伝えられるところによると、アメリカ空軍は、自軍の目的のためにスワローエンジンで使用されている技術に興味を持っていた。[2] 1985年11月、マーガレット・サッチャー首相、デビッド・ヤング大臣、ロナルド・レーガン大統領の科学顧問ジョージ・キーワースの間での協議では、HOTOLなどの極超音速機の開発に関する協力にアメリカが関心を示しており、プロトタイプは1990年には飛行する可能性があると記録された。 [3]
英国政府のファイルによると、BAeも国防省もこの計画へのアメリカの関与の見通しに熱心ではなく、そのような動きの結果、英国がかつて主導していたプロジェクトで下位メンバーになる可能性があると考え、消極的だった。[3]また、英国が米国と組むことを選択した場合、将来の欧州の打ち上げロケットの仕事から締め出されることになるだろうという考えもあった。[2]しかし、ロールスロイスは大西洋横断協力が必要だと考えていた。[3] BAeの将来事業責任者であるピーター・コンチーは、可能であればHOTOLは欧州宇宙枠組みの一部になるべきだと述べた。[2] 1986年初頭、英国政府は2年間の研究を正式に承認した。[3]
問題点と批判
1984年12月、プロジェクト管理コンサルタントのデイビッド・アンドリュースは、この計画に対する8ページにわたる批判を発表し、設計は上昇に最適化されているが、抗力が低いため、下降中に長時間の熱負荷にさらされると指摘した。アンドリュースは、この機体には既存のもの以外の機能は何も提供されていないとも主張した。BAeは、批判には回答済みだと返答した。[3] 1985年4月、国防省研究開発部門の副管理官ジェームズ・バーンズは、HOTOLには正当性が欠けており、このような機体に対する防衛上の要件はないと主張した。バーンズはまた、「エンジニアリング上の問題がかなりある」と述べ、2020年代まで実用化される可能性は低いと指摘した。バーンズは、HOTOLエンジンは「独創的」であるとも述べた。[3]
1985 年 11 月、RAE は HOTOL の研究提案の評価を発表しました。RAE は、HOTOL の開発には業界が想定していた 12 年のスケジュールではなく、最大 20 年かかると考えていました。また、RAE は、プロジェクトの総費用は 50 億ポンド (1985 年時点) と見積もっており、そのうち 7 億 5000 万ポンドは 6 年間の定義フェーズに必要で、2500 万ポンドは定義前の実行可能性調査に必要であると見積もっていました。[3]
開発の過程で、比較的重い後部エンジンが機体の重心を後方に移動させることが判明した。つまり、飛行中ずっと安定性を確保するには、抗力の中心をできるだけ後方に押し出すように機体を設計する必要があった。これを実現するために機体を再設計するには、大量の油圧システムが必要となり、ペイロードのかなりの割合を占めるコストがかかり、経済性が不明確になった。[4]特に、一部の分析では、同様の技術を純粋なロケット方式に適用すると、ほぼ同じパフォーマンスをより低コストで得られると示唆しているようだった。
シャットダウン
1989年までに、HOTOLの見通しは暗くなっていた。プロジェクト開始当初から、英国政府と産業界の支援にはばらつきがあり、米国は計画に貢献する意思を示した唯一の外国となったが、これは計画を取り巻く秘密主義も一因であった。欧州が関与する見込みはほとんどなく、ESAは、後にアリアン5となる従来型宇宙打ち上げシステムの開発を追求することを選択した。 [ 3 ]ロールスロイスは、エンジンの最終的な市場が開発費を返済できるほど大きくないと判断し、プロジェクトから撤退した。[5]英国政府は、HOTOLへのさらなる資金提供を断った。プロジェクトは設計段階の終わりに近かったが、計画の多くはまだ推測段階であり、この時点でも航空機は空力問題と運用上の欠点に悩まされていたと伝えられている。
後継者
1991年にBAeは、改造されたアントノフAn-225輸送機の後ろから発射される予定の、より安価な再設計である暫定HOTOLまたはHOTOL 2を提案したが、この提案も却下された。暫定HOTOLの設計では、空気吸入エンジンサイクルを廃止し、代わりにLOXと液体水素のより一般的な混合物を燃料として使用するように設計されていた。[6]
1989年、HOTOLの共同製作者であるアラン・ボンドと技術者のジョン・スコット・スコットおよびリチャード・ヴァービルは、 Reaction Engines Limited (REL)を設立し、それ以来、ロールス・ロイス社の特許を回避（および改善）する代替設計を使用した新しい空気吸入エンジンSABREと、 HOTOLの問題を解決することを目的としたスカイロン機の開発に取り組んできました。彼らは1993年にこれらのエンジンと宇宙船のコンセプトを初めて発表し、 [7]それ以来、コア技術、特にエンジンとその霜制御プレクーラーの開発を行ってきました。当初は民間資金によってサポートされていましたが、後に欧州宇宙機関、英国国立宇宙センター、英国宇宙局、BAe、[8]および空軍研究所からの支援を受けています。2017年現在、[アップデート]RELは2018年に模擬飛行条件下で動作する飛行可能なプレクーラーを実証し、2020年にデモエンジンコアの静的テストを行う予定です。
デザイン
概要
HOTOL は、無人で完全に再利用可能な単段式軌道投入(SSTO) の有翼宇宙飛行機として構想された。この無人機は、高度 300 km の軌道に約 7 ～ 8 トンのペイロードを投入することを目的としていた。 [9]この機体は、機体を「実用速度」まで加速させるのに役立つ大型のロケット推進台車の背面に搭載され、滑走路から離陸することになっていた。エンジンは高度 26 ～ 32 km でジェット推進から純粋なロケット推進に切り替わることになっており、その時点で機体はマッハ5 ～ 7 で飛行することになる。低軌道(LEO) に到達した後、HOTOL は大気圏に再突入し、滑走して通常の滑走路 (最低約 1,500 メートル) に着陸することになっていた。 BAeは、衛星とのインターフェースが不要になり、個々の要件に合わせてミッションを調整できるため、より経済的であると判断し、一度に1つのペイロードのみを搭載する予定でした。[9]
高高度飛行中、飛行制御システムは地上局および宇宙ベースの全地球航法システムナビゲーションにリンクされ、離着陸段階ではレーダーが使用される予定だった。衛星を静止軌道またはLOEに投入することに加えて、HOTOLはLOEから衛星とハードウェアを回収することもできると計画されていた。[9] BAeの宣伝資料には、HOTOLが国際宇宙ステーション（ISS）にドッキングする様子が描かれているが、当時は自動システムではそのようなドッキング操作を実行できなかったため、有人操作が必要だったと同社は主張している。[9] HOTOLは完全に自動化された無人飛行を行うように設計されていたが、後の段階でパイロットを再導入する可能性も考えられていた。有人操作には、ペイロードベイ内に専用の与圧モジュールを設置する必要があった。 [9]
設計されたHOTOLは、全長62メートル、全高12.8メートル、胴体直径5.7メートル、翼幅19.7メートルであった。[9]コンコルドから派生した主翼設計が特徴で、広い面積のため翼面荷重が比較的低く、再突入時の温度も低かった（1,400℃を超えることはなかった）。[9]炭素複合材料で作られていたため、スペースシャトルの耐熱システムを構成するような断熱タイルを使用する必要はなかった。内部に格納された着陸装置は、燃料を満載したロケットの重量を支えるには小さすぎたため、緊急着陸の際には燃料を投棄する必要があった。[9]
エンジン
| 原産国 | イギリス |
|---|---|
| デザイナー | ロールスロイス |
| 応用 | 単段式軌道投入 |
| 関連LV | ホテル |
| 前任者 | サタン |
| 状態 | キャンセル |
| 構成 | |
| ノズル比 | 100:1 |
| パフォーマンス | |
| 推力、真空 | ≈ 735 kN (165,000 lb f ) |
| 推力、海面 | ≈ 340 kN (76,000 lb f ) |
| 推力重量比 | 最大14（大気圧） |
| 比推力、真空 | 4,500 N‑s/kg（460秒） |
| 比推力、海面 | 14,780 N‑s/kg (1,507 s) |
| 寸法 | |
| 2,500キログラム（5,500ポンド）（吸入および流出を除く） | |
| 参考文献 | |
| 参考文献 | [5] : 172 |
RB545は、製造元である英国のエンジンメーカー、ロールスロイス社から「スワロー」と名付けられた空気吸入式ロケットエンジンである。[ 3]このエンジンは、大気圏内で作動しながら空気吸入が可能で、低軌道付近に到達してロケットと同様に作動する、統合型デュアルロール動力装置として機能するはずだった。 [10]このエンジンは、宇宙船を極超音速まで加速することも可能だった。このエンジンはプログラムの重要な要素であり、「ホトルの非常に低い打ち上げコストの核心」と公に評された。[9]
このエンジンの正確な詳細は英国の国家機密法によって保護されており、その結果、その開発と運用に関する公開情報は比較的少ない。しかし、政府の政策が変更され、正当な理由なく特許を秘密に保持することを防ぐため、資料は後に機密解除された。 [11] [5]
大気圏内では、垂直に取り付けられた 2 つの吸気ランプから空気が取り込まれ、流れは分割され、適切な量が予冷器に、余剰分がスピルダクトに送られます。燃料タンクからの水素は、2 つの熱交換器を通過して、高圧力比のターボジェットのようなエンジン サイクルに入る前に空気を予冷します。加熱された水素がタービンを駆動して冷却された空気を圧縮し、ロケット エンジンに送り込み、空気を冷却するために使用された水素の一部と燃焼します。残りの高温の水素の大部分はエンジンの背面から放出され、少量がラムジェット配置のスピルダクト内の空気を再加熱して「負の吸気運動量抵抗」を生み出すために取り出されます。[a]
予冷器の凍結を防ぐために、最初の予冷器は空気を氷点より約10度高い温度に冷却し、空気中の水蒸気を液化します。次に、液体酸素（LOX）を気流に注入して温度を-50°C（-58°F）まで下げ、水を微細な氷の結晶に瞬間凍結させます。この温度は十分に低いため、2番目の予冷器の要素に当たっても運動熱で溶けることはありません。運転条件により水分が過剰になった場合は、最初の予冷器の後にウォータートラップを追加することもできます。[12]
大気を燃焼に利用できなくなったため、RB545は搭載されたLOXを使用して水素を燃焼させる高効率の水素/酸素ロケットに切り替えました。[3]
参照
- ロックウェルX-30 – HOTOLが競合したスクラムジェット機
- 反動エンジン LAPCAT A2 – 極超音速対蹠型旅客機の設計
- 液体空気サイクルエンジン- 空気を液化する関連エンジンサイクル
- ゼンガー（宇宙船）
注記
- ^ HOTOLプロジェクトの責任分担により、ロールスロイス社がエンジンを担当し、BAe社が空力を担当した。BAe社がラムジェットを追加しようとしたとき、推力はエンジンの責任であったため、ラムジェットでは推力を提供できなかった。そのため、ラムジェットは抗力を減らすためのメカニズムとなった。[5]
参考文献
引用
- ^ BBC Four: The Three Rocketeers. BBC . 2012年9月14日閲覧。
- ^ abcdefghi モクソン、1986、p. 38.
- ^ abcdefghijklmnopqrst Coppinger, Rob (2009年2月23日). 「極秘ファイル、英国のHOTOLスペースプレーンに対する米国の関心を明らかに」Flight International . 2023年11月3日閲覧– FlightGlobal経由。
- ^ パーキンソン、ボブ（2010年11月8日）。「パーキンソン、ボブ（15部中12部）」。英国科学の口述歴史（インタビュー）。トーマス・リーンによるインタビュー。 2016年7月19日閲覧。
- ^ abcd Hempsell, Mark (1993 年 5月)。「HOTOL の秘密エンジンが明らかに」。Spaceflight。第 35 巻、第 5 号。pp. 168–172。Bibcode :1993SpFl...35..168H。
- ^ Parkinson, RC (1991 年 12 月)。An -225/暫定ホットル打ち上げロケット。第 3 回国際航空宇宙機会議。フロリダ州オーランド。doi :10.2514/6.1991-5006。
- ^ Varvill, Richard ; Bond, Alan (1993 年 5 月)。「SKYLON: 将来の宇宙輸送システムの主要要素」。Spaceflight。第 35 巻、第 5 号。pp. 162–166。Bibcode : 1993SpFl...35..162V。
- ^ Norris, Guy (2015年11月1日). 「BAEが反動エンジンの極超音速開発に参入」 . Aviation Week & Space Technology . 2015年11月1日閲覧。
- ^ abcdefghi モクソン、1986、p. 40.
- ^ モクソン 1986年、38、40頁。
- ^ パーキンソン、ボブ（2010年11月8日）。「パーキンソン、ボブ（15部中10部）」。英国科学の口述歴史（インタビュー）。トーマス・リーンによるインタビュー。 2023年11月3日閲覧。
- ^ GB 特許 2241537、ジョン・スコット・スコット、ブライアン・ベルチャー、アラン・ボンド、「航空宇宙推進装置の吸気口の着氷防止」、1991 年 9 月 4 日公開、1992 年 8 月 12 日発行、ロールス・ロイス社に譲渡
文献
- モクソン、ジュリアン (1986 年 3 月 1 日)。「ホトル: 次はどこ?」。フライト インターナショナル。第 129 巻、第 4000 号。38、40 ページ。書誌コード:1986FlInt.129...38M。2012 年 10 月 22 日時点のオリジナルよりアーカイブ – FlightGlobal経由。
- ポスルスウェイト、アラン (1989 年 3 月 25 日)。「ホトル、命をかけて戦う」。フライト インターナショナル。第 135 巻、第 4157 号。34 ～ 38 ページ。書誌コード:1989FlInt.135...34P。2013 年 12 月 3 日時点のオリジナルよりアーカイブ – FlightGlobal経由。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ブリティッシュ・エアロスペース HOTOLに関連するメディアがあります。
- Wayback Machineの HOTOL の断面図(2013 年 1 月 30 日アーカイブ)
- 射出可能な操縦翼面に関するHOTOL関連の特許