HOTOL , para despegue y aterrizaje horizontal , fue un diseño británico de la década de 1980 para un avión espacial de una sola etapa a órbita (SSTO) que iba a ser propulsado por un motor a reacción que respiraba aire . El desarrollo estaba a cargo de un consorcio liderado por Rolls-Royce y British Aerospace (BAe).
Diseñado como un vehículo de lanzamiento alado reutilizable de una sola etapa a órbita (SSTO), HOTOL iba a estar equipado con un motor de respiración de aire único, el RB545 o Swallow, que estaba siendo desarrollado por el fabricante británico de motores Rolls-Royce. El propulsor del motor técnicamente consistía en una combinación de hidrógeno líquido y oxígeno líquido ; sin embargo, iba a emplear un nuevo medio para reducir drásticamente la cantidad de oxidante necesario a bordo mediante la utilización de oxígeno atmosférico a medida que la nave espacial ascendía a través de la atmósfera inferior. Dado que el oxidante suele representar la mayor parte del peso de despegue de un cohete, HOTOL debía ser considerablemente más pequeño que los diseños normales de cohetes puros, aproximadamente del tamaño de un avión de pasajeros de media distancia como el McDonnell Douglas DC-9 / MD-80 .
Mientras se llevaba a cabo el estudio de diseño de prueba de concepto de HOTOL , tanto la industria como el gobierno británico intentaron establecer una cooperación internacional para desarrollar, producir y desplegar la nave espacial. A pesar del interés estadounidense en el programa, había poco apetito entre los miembros de la Agencia Espacial Europea (ESA) y el gobierno británico no estaba dispuesto a abandonar la cooperación con la ESA. Además, se encontraron problemas técnicos y hubo acusaciones de que las comparaciones con sistemas de lanzamiento alternativos, como vehículos de cohetes convencionales que utilizan técnicas de construcción similares, no demostraron muchas ventajas para HOTOL. En 1989 se acabó la financiación del proyecto. La terminación del trabajo de desarrollo en HOTOL llevó a la formación de Reaction Engines Limited (REL) para desarrollar y producir Skylon , una nave espacial propuesta basada en tecnologías HOTOL, incluido su motor de respiración de aire.
Las ideas detrás de HOTOL surgieron del trabajo realizado por el ingeniero británico Alan Bond en el campo de los motores a reacción preenfriados. Bond había realizado específicamente esta investigación con la intención de producir un motor viable para impulsar un sistema de lanzamiento espacial . [1] En 1982, British Aerospace (BAe), que era el principal constructor de satélites de Europa , comenzó a estudiar un posible nuevo sistema de lanzamiento con el objetivo de alcanzar unos costes de lanzamiento equivalentes al 20 por ciento de los del transbordador espacial estadounidense operado por la NASA . [2] BAe se enteró del trabajo del fabricante británico de motores Rolls-Royce sobre un motor adecuado y pronto concibió un avión espacial alado de una sola etapa a órbita (SSTO) no tripulado y totalmente reutilizable como vehículo de lanzamiento. [2]
Así, el proyecto pronto se convirtió en una empresa conjunta entre BAe y Rolls-Royce, liderada por John Scott-Scott y Bob Parkinson . [2] Al principio, existía la ambición de 'europeizar' el proyecto e involucrar a otras naciones en su desarrollo y fabricación, ya que se reconocía que se necesitarían aproximadamente 4 mil millones de libras esterlinas para financiar el desarrollo a gran escala. [2] En agosto de 1984, BAe dio a conocer una exhibición pública del proyecto de lanzamiento de satélites HOTOL y dio a conocer detalles sobre sus operaciones propuestas. [3]
En diciembre de 1984, un memorando del Departamento de Comercio e Industria (DTI) señalaba que Alemania Occidental estaba interesada en el programa, mientras que Francia había adoptado una actitud crítica hacia HOTOL, que el ministerio consideraba que podría deberse a que se la consideraba un competidor de los franceses. -proyectos liderados. Según el Ministro de Comercio e Industria , Geoffrey Pattie , la presión diplomática francesa para conseguir apoyo para su propia propuesta de vehículo espacial Hermes había generado inadvertidamente apoyo e interés entre los miembros de la Agencia Espacial Europea (ESA) en el proyecto HOTOL. [3] A pesar de este clima de interés tentativo y posible apoyo europeo, hubo una actitud general de renuencia dentro del gobierno británico a tomar la iniciativa en un nuevo lanzador espacial. [3]
En marzo de 1985, hubo afirmaciones de que Rolls-Royce estaba en proceso de llevar a cabo conversaciones sobre la licencia para la tecnología de motores HOTOL con la empresa de propulsión estadounidense Rocketdyne . [3] En abril de 1985, Pattie escribió al Secretario de Estado de Defensa, Michael Heseltine, para proponerle que se realizara un estudio de prueba de concepto de dos años de duración por valor de £3 millones en el marco de un acuerdo de asociación público-privada , que consistía en £1 millón proporcionado por el gobierno del Reino Unido. y el resto financiado por los propios Rolls-Royce y BAe. Pattie razonó que el proyecto serviría a la "capacidad estratégica" de Gran Bretaña y que las pruebas de tecnologías clave podrían fomentar la colaboración internacional. [3] Según la publicación aeroespacial Flight International , el apoyo del Ministerio de Defensa (MoD) fue fundamental ya que el diseño del motor de HOTOL había sido clasificado. [3] [2]
En julio de 1985, el director técnico de Rolls-Royce, Gordon Lewis, declaró que la empresa buscaba la participación del grupo de propulsión del Royal Aircraft Establishment (RAE) y que Rolls-Royce no estaba dispuesta a invertir sus propios fondos en el desarrollo de motores para HOTOL. [3] En la segunda mitad de 1985, se había comenzado a trabajar en el estudio del concepto de prueba de dos años de duración. [3] Al principio, hubo una presión considerable para demostrar la viabilidad y credibilidad del proyecto antes de que la ESA tomara las decisiones finales sobre el Hermes y lo que se convertiría en el sistema de lanzamiento Ariane 5 , por lo que el trabajo se concentró en la validación de las tecnologías críticas involucradas. . [2]
En noviembre de 1985, las discusiones entre el DTI y la RAE señalaron que Rolls-Royce estaba buscando datos estadounidenses sobre la tecnología ramjet para respaldar su trabajo en el motor, al que se refirió con el nombre de Swallow . [3] Según se informa, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos estaba interesada en la tecnología utilizada en el motor Swallow para sus propios fines. [2] En noviembre de 1985, las conversaciones entre la primera ministra Margaret Thatcher , el ministro sin cartera David Young y el asesor científico del presidente estadounidense Ronald Reagan, George Keyworth, señalaron el interés estadounidense en la colaboración para desarrollar vehículos hipersónicos como el HOTOL, y que un prototipo podría volar. ya en 1990. [3]
Según archivos del gobierno británico, ni BAe ni el Ministerio de Defensa estaban entusiasmados con las perspectivas de participación estadounidense en el programa, expresando desgana por la creencia de que el resultado de tal medida podría dar como resultado que el Reino Unido se convirtiera en un miembro menor en un proyecto que una vez dirigido. [3] También existía la creencia de que si Gran Bretaña decidía asociarse con Estados Unidos, se quedaría sin trabajo en futuros lanzadores europeos. [2] Sin embargo, Rolls-Royce consideró necesaria la cooperación transatlántica. [3] El jefe de futuros negocios de BAe, Peter Conchie, afirmó que, si es posible, HOTOL debería formar parte del marco espacial europeo. [2] A principios de 1986, el gobierno británico aprobó formalmente el estudio de dos años. [3]
En diciembre de 1984, el consultor de gestión de proyectos David Andrews publicó una crítica de ocho páginas del programa, señalando que el diseño estaba optimizado para el ascenso al tiempo que se exponía a cargas térmicas prolongadas durante el descenso debido a un bajo nivel de resistencia . También afirmó que el vehículo no ofrecía ninguna capacidad que no estuviera ya disponible; BAe respondió que las críticas formuladas habían sido respondidas. [3] En abril de 1985, el controlador adjunto del departamento de investigación y desarrollo del Ministerio de Defensa, James Barnes, afirmó que HOTOL carecía de justificación y que no había ningún requisito de defensa para tales vehículos. También señaló que los "problemas de ingeniería son considerables" y que era poco probable que entrara en servicio hasta la década de 2020; Barnes también observó que el motor HOTOL era "ingenioso". [3]
En noviembre de 1985, la RAE emitió una valoración de la propuesta de estudio de HOTOL; La organización creía que HOTOL tardaría hasta 20 años en desarrollarse, en lugar del calendario de 12 años previsto por la industria. La RAE también proyectó que el proyecto tendría un costo total estimado de £5 mil millones (a partir de su valor en 1985), de los cuales £750 millones se necesitarían en una fase de definición de seis años y un estimado de £25 millones en una fase previa. -Estudio de viabilidad de definición. [3]
Durante el desarrollo, se descubrió que el motor trasero, comparativamente pesado, movía el centro de masa del vehículo hacia atrás. Esto significó que el vehículo tuvo que diseñarse para empujar el centro de resistencia lo más atrás posible para garantizar la estabilidad durante todo el régimen de vuelo. El rediseño del vehículo para hacer esto requirió una gran masa de sistemas hidráulicos, lo que costó una proporción significativa de la carga útil y dejó la economía poco clara. [4] En particular, algunos de los análisis parecían indicar que una tecnología similar aplicada a un enfoque de cohete puro daría aproximadamente el mismo rendimiento a menor costo.
En 1989, las perspectivas para HOTOL se habían vuelto sombrías; Desde el inicio del proyecto, el apoyo entre el gobierno británico y los socios industriales había sido desigual, mientras que Estados Unidos había surgido como la única nación extranjera que había mostrado voluntad de contribuir al programa, [3] en parte debido al secreto que lo rodeaba. . Había pocas perspectivas de participación europea, ya que la ESA había decidido continuar con el desarrollo de lo que se convertiría en el Ariane 5 , un sistema de lanzamiento espacial convencional. [3] Rolls-Royce se retiró del proyecto, considerando que era poco probable que el mercado final para el motor fuera lo suficientemente grande como para pagar los costos de desarrollo. [5] El gobierno británico se negó a ofrecer más financiación para HOTOL. El proyecto estaba casi al final de su fase de diseño mientras que gran parte de los planos permanecían en estado especulativo; Según se informa, la nave todavía tenía problemas aerodinámicos y desventajas operativas en este momento.
Un rediseño más económico, Interim HOTOL o HOTOL 2 , que iba a ser lanzado desde la parte trasera de un avión de transporte Antonov An-225 modificado , fue promovido específicamente por BAe en 1991; sin embargo, esta propuesta también fue rechazada. El diseño de Interim HOTOL debía haber prescindido de un ciclo de motor que respira aire y fue diseñado para utilizar una mezcla más convencional de LOX e hidrógeno líquido como combustible. [6]
En 1989, el cocreador de HOTOL, Alan Bond, y los ingenieros John Scott-Scott y Richard Varvill formaron Reaction Engines Limited (REL), que desde entonces ha estado trabajando en un nuevo motor de respiración de aire, SABRE , que utilizaba diseños alternativos para solucionar (y mejorar) sobre) las patentes de Rolls-Royce y el vehículo Skylon destinado a solucionar los problemas de HOTOL. Publicaron por primera vez estos conceptos de motor y nave espacial en 1993, [7] y desde entonces han estado desarrollando las tecnologías centrales, en particular el motor y su preenfriador controlado por escarcha; inicialmente apoyado por financiación privada, pero más tarde con el apoyo de la Agencia Espacial Europea , el Centro Espacial Nacional Británico , la Agencia Espacial del Reino Unido , BAe, [8] y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea . A partir de 2017, [actualizar]REL planea demostrar un preenfriador listo para volar que funcione en condiciones de vuelo simuladas en 2018 y probar estáticamente un núcleo de motor de demostración en 2020.
HOTOL fue concebido como un avión espacial alado de etapa única a órbita (SSTO) no tripulado y totalmente reutilizable. La nave no tripulada debía poner en órbita una carga útil de entre 7 y 8 toneladas, a 300 km de altitud. [9] Estaba destinado a despegar desde una pista, montada en la parte trasera de un gran carro propulsado por un cohete que ayudaría a que la nave alcanzara la "velocidad de trabajo". Se pretendía que el motor cambiara de propulsión a chorro a propulsión pura de cohete a una altura de 26 a 32 km, momento en el que la nave viajaría a Mach 5 a 7. Después de alcanzar la órbita terrestre baja (LEO), se pretendía que HOTOL volviera a entrar. la atmósfera y deslizarse para aterrizar en una pista convencional (aproximadamente 1.500 metros como mínimo). Solo se habría transportado una carga útil a la vez, ya que BAe había considerado que esto era más económico, ya que eliminaba cualquier necesidad de interfaz satelital y permitía que las misiones se adaptaran a los requisitos individuales. [9]
Durante su fase de gran altitud, su sistema de control de vuelo habría estado vinculado a estaciones terrestres y al sistema de navegación global espacial , mientras que durante las fases de despegue y aterrizaje se habría utilizado el radar . Además de colocar satélites en órbita geosincrónica o LOE, también se proyectó que HOTOL podría realizar la recuperación de satélites y hardware de LOE. [9] El material promocional de BAe muestra el acoplamiento de HOTOL con la Estación Espacial Internacional (ISS), una hazaña que, según la compañía, habría requerido una operación tripulada, ya que los sistemas automatizados no eran capaces de realizar tales maniobras de acoplamiento en ese momento. [9] HOTOL fue diseñado para realizar vuelos no tripulados totalmente automatizados; sin embargo, se tenía la intención de volver a introducir un piloto en una etapa posterior. Las operaciones tripuladas habrían requerido la instalación de un módulo presurizado dedicado dentro del compartimento de carga útil. [9]
Tal como fue diseñado, HOTOL habría tenido 62 metros de largo, 12,8 metros de alto, un diámetro de fuselaje de 5,7 metros y una envergadura de 19,7 metros. [9] Presentaba un diseño de ala que se había derivado del del Concorde ; su gran área resultó en una carga alar relativamente baja, lo que habría resultado en temperaturas de reentrada más bajas (nunca superando los 1.400 °C). [9] Construido con materiales compuestos de carbono , no habría sido necesario el uso de baldosas aislantes similares a las que componían el sistema de protección térmica del transbordador espacial . El tren de aterrizaje guardado internamente habría sido demasiado pequeño para soportar el peso del cohete lleno de combustible, por lo que los aterrizajes de emergencia habrían requerido arrojar el combustible. [9]
El RB545, al que su fabricante, el fabricante de motores británico Rolls-Royce, le dio el nombre de "Swallow", era un motor de cohete que respiraba aire. [3] Habría funcionado como un motor integrado de doble función, habiendo sido capaz de respirar aire mientras operaba dentro de la atmósfera y operando de manera similar a la de un cohete cuando se había acercado a LEO y dentro de él. [10] Este motor también habría sido capaz de impulsar la nave espacial a velocidades hipersónicas . Fue un elemento crucial del programa, ya que se le atribuyó públicamente como "el corazón de los bajísimos costes de lanzamiento de Hotol". [9]
Los detalles exactos de este motor estaban cubiertos por la Ley de Secretos Oficiales del Reino Unido; en consecuencia, existe relativamente poca información pública sobre su desarrollo y funcionamiento. Sin embargo, el material fue posteriormente desclasificado cuando la política gubernamental cambió para evitar el mantenimiento de patentes secretas sin una justificación atribuida. [11] [5]
Dentro de la atmósfera, el aire se aspira a través de dos rampas de admisión montadas verticalmente , luego se dividiría el flujo, pasando la cantidad correcta a los preenfriadores, y el exceso a los conductos de vertido. El hidrógeno de los tanques de combustible pasaría a través de dos intercambiadores de calor para preenfriar el aire antes de ingresar a un ciclo de motor similar a un turborreactor con una relación de presión general alta : el hidrógeno calentado impulsa una turbina para comprimir e introducir el aire enfriado en el motor del cohete. , donde se quemó con parte del hidrógeno utilizado para enfriar el aire. La mayor parte del hidrógeno caliente restante se liberó de la parte trasera del motor, y una pequeña cantidad se extrajo para recalentar el aire en los conductos de derrame en una disposición de estatorreactor para producir una "resistencia de impulso de admisión negativa". [a]
Para evitar que los preenfriadores se congelaran, el primer preenfriador enfrió el aire a unos 10 grados por encima del punto de congelación, para licuar el vapor de agua en el aire. Luego se habría inyectado oxígeno líquido (LOX) en el flujo de aire para bajar la temperatura a -50 °C (-58 °F), congelando instantáneamente el agua en cristales de hielo microscópicos, lo suficientemente fríos como para que no se derritieran debido al calentamiento cinético si Golpearon los segundos elementos preenfriadores. Se podría haber agregado una trampa de agua después del primer preenfriador si las condiciones de operación resultaron en un exceso de humedad. [12]
Cuando ya no fuera posible utilizar la atmósfera para la combustión, el RB545 pasaría a utilizar LOX a bordo para quemar con el hidrógeno como un cohete de hidrógeno/oxígeno de alta eficiencia. [3]
