Black Arrow - Black Arrow

Black Arrow

En mockup av Black Arrow i rakettparken ved Woomera.
Funksjon	Bærerakett
Produsent
Opprinnelsesland	Storbritannia
Størrelse
Høyde	13 meter (43 fot)
Diameter	2 meter (6 fot 7 tommer)
Masse	18.130 kilo (39.970 pund)
Stadier	3
Kapasitet
Nyttelast til LEO
Høyde	220 km (140 mi)
Masse	135 kg (298 lb)
Nyttelast til LEO
Høyde	500 km (310 mi)
Masse	102 kilo (225 lb)
Lanseringslogg
Status	Pensjonert
Start nettsteder	Woomera LA-5B
Totalt lanseringer	4
Suksess (er)	2
Svikt (er)	2
Første fly	27. juni 1969
Siste flytur	28. oktober 1971
Første etappe
Motorer	Gamma 8
Fremstøt	256,4 kilonewt (57,600 lb f )
Spesifikk impuls	265 sekunder (2,60 km / s)
Brenn tid	131 sekunder
Drivmiddel	RP-1 / HTP
Andre etappe
Motorer	Gamma 2
Fremstøt	68,2 kilonewtons (15,300 lb f )
Spesifikk impuls	265 sekunder (2,60 km / s)
Brenn tid	116 sekunder
Drivmiddel	RP-1 / HTP
Tredje trinn - Waxwing
Motorer	1 fast stoff
Fremstøt	27,3 kilonewt (6.100 lb f )
Spesifikk impuls	278 sekunder (2,73 km / s)
Brenn tid	55 sekunder
Drivmiddel	Fast

Svart Arrow , offisielt kapitalisert svart pil , var en britisk satellitt bæreraketten . Utviklet i løpet av 1960-tallet, ble den brukt til fire lanseringer mellom 1969 og 1971, alle lansert fra Woomera Prohibited Area i Australia. Dens siste flytur var den første og eneste vellykkede banelanseringen som ble utført av Storbritannia, og plasserte Prospero- satellitten i en lav bane rundt jorden .

Black Arrow stammer fra studier fra Royal Aircraft Establishment for transportraketter basert på Black Knight- raketten, med prosjektet som ble godkjent i 1964. Det ble opprinnelig utviklet av Saunders-Roe , og senere Westland Aircraft som et resultat av en fusjon.

Black Arrow var en tretrinns rakett, drevet av RP-1 parafin (parafin) og høyt testperoksid , en konsentrert form av hydrogenperoksid (85% hydrogenperoksid + 15% vann). Den ble pensjonert etter bare fire lanseringer til fordel for bruk av amerikanske speiderraketter , som Forsvarsdepartementet beregnet som billigere enn å opprettholde Black Arrow-programmet.

Utvikling

Black Arrow stammer fra et Royal Aircraft Establishment-forslag om en rakett som er i stand til å plassere en nyttelast på 317 pund (144 kg) i en lav bane rundt jorden , for å teste systemer designet for større romfartøy. Høsten 1964 ble programmet godkjent av den konservative luftfartsministeren Julian Amery . Etter et stort valg i oktober satte den påtroppende Labour- regjeringen prosjektet på vent for å redusere utgiftene. Etter et nytt valg godkjente regjeringen fortsettelsen av programmet med flere modifikasjoner, inkludert reduksjon av testprogrammet fra fem til tre lanseringer. Jomfralanseringen ble satt til 1968.

Det meste av teknologien og systemene som ble brukt på Black Arrow, var allerede utviklet eller flybevist på Black Knight-raketten eller Blue Steel-raketten . Black Arrow ble designet for å gjenbruke så mye teknologi fra tidligere programmer som mulig for å redusere kostnadene, og forenkle utviklingsprosessen. Mange senioransatte i Black Knight-programmet overførte direkte til Black Arrow, inkludert Chief Missile Scientist Roy Dommett , Chief Design Engineer Ray Wheeler og Vice Chief Engineer John Underwood.

Den første utviklingen ble utført av Saunders-Roe, som smeltet sammen med Westland Aircraft i 1964. Westland var deretter hovedentreprenør for Black Arrow, og samlet den første og andre etappen i East Cowes på Isle of Wight . Bristol Siddeley produserte første og andre trinns motorer på en fabrikk i Ansty , Warwickshire . Motorene ble testskutt på fabrikken før de ble sendt til Isle of Wight, hvor de ble integrert i raketten og motorene på første trinn ble avfyrt igjen mot High Down . Bristol Aerojet produserte den tredje fasen i Somerset , mens Explosives Research and Development Establishment produserte sitt faste drivmiddel i Waltham Abbey , Essex . The Rocket Propulsion Establishment , med base i Westcott , Buckinghamshire , var ansvarlig for design og integrering av scenen.

Navnet Black Arrow kom fra Forsyningsdepartementets policy om å tildele betegnelser bestående av en farge og et substantiv, uoffisielt kjent som Rainbow Codes , til forskningsprogrammer utført av Forsvaret .

Kjøretøy

Skjæringsdiagram som viser posisjonene til drivstoff- og oksidasjonsbeholdere, motorer og tredje trinn inne i kappen.

Den første og andre fasen av Black Arrow ble drevet av RP-1 parafin (parafin), brent ved bruk av høytest peroksid som oksidasjonsmiddel . På grunn av at det optimale blandingsforholdet var omtrent 7, var det nødvendig med en større oksidasjonsbeholder sammenlignet med mange moderne lanseringssystemer. Oksyderingstankene var plassert under drivstofftankene, etter å ha brukt det tettere drivstoffet i bunnen for å senke tyngdepunktet og gjøre raketten lettere å kontrollere. Denne ordningen hadde vært banebrytende av Tyskland og USA, mens Sovjetunionen hadde plassert oksidasjonsbeholdere over drivstofftanker, noe som gjorde det lettere for den nedre tanken å bli fylt først.

Trykkvektorer ble brukt for å gi holdningskontroll på de to første trinnene. De åtte forbrenningskamrene i første trinn ble ordnet i par som kunne kardanvegges begge veier langs den ene aksen. To av parene ble ordnet vinkelrett på de to andre, og når alle fire parene ble brukt sammen, ga de kontroll over rulle, tonehøyde og gir . Den andre fasen hadde to forbrenningskamre, som kunne kardan langs to akser, og ga samme kontrollnivå. I løpet av en kystfase etter avskjæring av andre etappe ble raketten kontrollert av et reaksjonskontrollsystem . Den tredje fasen hadde ikke et holdningskontrollsystem, og ble i stedet spinnstabilisert .

Den første fasen ble drevet av en enkelt Gamma 8- motor, som brant i 127 sekunder. Gamma 8 var en åtte-kammer motor, avledet av Gamma 301-motoren som ble brukt på Black Knight. Den var 6,9 meter lang og hadde en diameter på 2 meter, samme diameter som den franske Coralie . Coralie ble brukt som den andre fasen av Europa- raketten, og beslutningen om å gi Black Arrow samme diameter som Coralie ble tatt for å gjøre den kompatibel med Blue Streak , som ble brukt som den første fasen av Europa. Dette ville ha tillatt Black Arrow's nyttelastkapasitet å ha blitt økt, og ville også ha tillatt Storbritannia å bruke den første fasen av Black Arrow som en sikkerhetskopi til Coralie. Av denne grunn ble alle dimensjoner i den opprinnelige spesifikasjonen gitt i keiserlige enheter bortsett fra første trinns diameter, som ble gitt i meter .

Den første og andre etappen ble koblet sammen med en mellomtrinnsstruktur som inneholdt fire Siskin IB separasjons- og ullagemotorer , som separerte og antente syv sekunder etter at den første fasen var avskåret. Mellomtrinnet skiltes fra andre etappe seks sekunder senere. Den andre etappen, som var 2,9 meter (9 ft 6 in) lang og målt 1,37 meter (4 ft 6 in) i diameter, ble drevet av en to-kammer Gamma 2-motor som tente kort tid etter separasjonsmotorene, og fortsatte å brenne i 123 sekunder. Tre minutter etter lansering, under andre trinns brenning, ble nyttelastkåpen skilt.

De to første etappene og den åpne nyttelastingen av R4 som vises på Science Museum i London

Cirka 257 sekunder ut i flyet, avbrøt den andre etappen, og raketten gikk inn i en kystfase for å oppleve . Umiddelbart etter avskjæring ble det andre trinnet holdningskontrollsystem satt under trykk. Under kysten ble den riktige orienteringen for tredje trinns separasjon opprettholdt ved hjelp av holdningskontrollsystemet. Mot slutten av kystperioden ble den tredje etappen spunnet opp til en hastighet på 3 hertz (180 rpm) ved hjelp av seks Imp- raketter. Fem sekunder senere skiltes tredje etappe, og etter ti sekunders kystlinje antente den. Den tredje etappen var en Waxwing solid rakettmotor, som brant i 55 sekunder.

I overkant av et minutt etter at den tredje fasen hadde brent ut, ble nyttelasten frigitt, og gassgeneratorer ble brukt til å skyve romfartøyet og brukte øvre trinn fra hverandre. Forsinkelsen mellom utbrenthet og separasjon var ment å redusere risikoen for kontakter mellom øvre trinn og nyttelast på grunn av restkraft. Til tross for dette kolliderte det øvre trinnet etter separasjon av romfartøyet på R3-skytingen med Prospero-satellitten og skadet en av romfartøyets kommunikasjonsantenner. romfartøyet var likevel i stand til å fullføre oppdraget. Ved lanseringen av R3 tok oppstigningen 710 sekunder (11,8 minutter) fra avgang til romskipsseparasjon.

Selv om ingen noen gang ble bygget, ble det også foreslått flere derivater av Black Arrow, som måter å øke nyttelastkapasiteten på. Ett forslag la til åtte Raven solide rakettmotorer fra Skylark- programmet til den første fasen som boosterraketter . Et annet forslag var å montere hele raketten på toppen av et Blue Streak-missil, mens et tredje forslag innebar å erstatte Gamma-motorene med den kraftigere Larch .

Lanserer

Fargeskjemaet som brukes på alle flyreiser unntatt R0, med striper på første trinn for å bestemme rullevinkel, og en farget kappe for å øke synligheten.

Fire sorte piler ble lansert mellom 1969 og 1971. De to første lanseringene var demonstrasjonsflygninger, med tredje etapp i slagskipet og en nyttelast på kjeleplaten . På jomfruturen forårsaket en elektrisk feil at et par forbrenningskamre i første trinn svingte frem og tilbake. Før den ryddet skyteplaten rullet raketten uberegnelig, og omtrent et minutt senere begynte den å gå i oppløsning. Etter at motoren på første trinn sviktet, og raketten begynte å falle tilbake til jorden, ble den ødelagt av rekkevidde . Den andre lanseringen var vellykket. Den første all-up lanseringen 2. september 1970 var den tredje lanseringen av Black Arrow, og Storbritannias første forsøk på å sette i gang en satellitt. Lanseringen mislyktes på grunn av en lekkasje i andre trinns oksidasjonsanlegg, som fikk den til å kutte ut tidlig. Den tredje fasen avfyrte, men raketten nådde ikke bane, og gikk inn igjen over Carpentaria-bukten . Den fjerde lanseringen bane vellykket Prospero (før R2-oppdraget, den ble kalt Puck) -satellitten, noe som gjorde Storbritannia til den sjette nasjonen som plasserte en satellitt i bane ved hjelp av en innfødt utviklet bærerakett. Satellitten, også kjent som X-3, ble kalt Prospero etter karakteren Prospero i Shakespeares The Tempest . Navnet ble valgt som en referanse til hendelser i stykket, der Prospero, en trollmann, gir opp sine krefter. Før kanselleringen av Black Arrow-programmet skulle satellitten bli oppkalt etter Puck fra A Midsummer Night's Dream .

Alle fire lanseringene ble utført fra Launch Area 5B i Woomera Prohibited Area i Australia, som tidligere hadde blitt brukt som teststed for Black Knight- raketten. Under utviklingsprogrammet ble lanseringssteder i Barbados , Uist og Norfolk også vurdert. Lanseringsstedene ved Uist og Norfolk ble avvist fordi førstnevnte var for avsidesliggende, mens det var en risiko for at en rakett som ble lansert fra sistnevnte kunne slippe brukte stadier på en oljerigg i Nordsjøen .

Kansellering

Black Arrow R4 utstilt i Science Museum, med scener og kåper atskilt, og reserven til Prospero-satellitten

Den Minister of State for Handel og Industri , Frederick Corfield , kunngjorde oppsigelse av Black Arrow prosjektet i House of Commons på 29 juli 1971. Som R3 raketten hadde allerede blitt sendt til lanseringen området, har den andre fasen kom tre dager tidligere ble det gitt tillatelse til at den ble lansert.

Programmet ble avlyst av økonomisk grunn, ettersom Forsvarsdepartementet bestemte at det ville være billigere å bruke den amerikanske speiderraketten, som hadde lignende nyttelastkapasitet, for fremtidige oppskytninger. Før kanselleringen av Black Arrow hadde NASA tilbudt å lansere britiske nyttelaster gratis; dette tilbudet ble imidlertid trukket tilbake etter beslutningen om å kansellere Black Arrow.

Den siste Black Arrow som skulle fullføres var R4, som ikke fløy, og er bevart i Science Museum, London, sammen med reserven til Prospero- satellitten. En kopi av Black Arrow-raketten står i Rocket Park ved Woomera. I tillegg ble restene av den første fasen av Black Arrow R3 gjenvunnet fra Anna Creek storfestasjon og ble vist i William Creek Memorial Park. På grunn av skader på grunn av vær og hærverk ble første etappe returnert til Storbritannia i et initiativ ledet av Skyrora for å bevare gjenstanden. Den ble vist i Penicuik , Skottland, tidlig på 2019; Fra og med 2021 er raketten utlånt til Farnborough Air Sciences Trust Museum gjennom 2024.

Den første fasen av Black Arrow R3, utstilt på William Creek etter at den kom tilbake til jorden

Lanseringsanleggene på Woomera ble revet i løpet av et år etter den siste flyvningen, og halvparten av ingeniørene som hadde jobbet med programmet ble permittert. The X-4 satellitt, som hadde blitt manifestert for lansering av Black Arrow R4, ble til slutt lansert 9. mars 1974, av en amerikansk Scout D-en rakett flyr fra Space Launch Complex 5 på Vandenberg Air Force Base i California .

Fra og med 2020 er Storbritannia det eneste landet som har utviklet og deretter forlatt en satellitt-lanseringsevne. Alle andre land som har utviklet en slik evne, har beholdt den enten gjennom sitt eget romprogram eller, i tilfelle Frankrike, gjennom sitt engasjement i Ariane- programmet.

Se også

• Sammenligning av orbitale løfteraketterfamilier
• Sammenligning av orbitale lanseringssystemer
• Ariel 1
• British National Space Center
• Diamant
• Juno jeg
• Lambda (rakettfamilie)
• Satellitt Launch Vehicle
• Sputnik (rakett)
• Svart ridder

Referanser

Eksterne linker

• Hør Ray Wheeler, Chief Design Engineer, som diskuterer Black Arrow - en del av et livshistoriens intervju registrert for An Oral History of British Science på British Library