We wczesnych latach amerykańskiego programu kosmicznego głównym zadaniem było poprawienie charakterystyki systemów rakietowych i kosmicznych. Szybko okazało się, że wzrost parametrów technicznych wiąże się ze znacznymi utrudnieniami i powinien prowadzić do wzrostu kosztów startów. Ciekawe rozwiązanie tego problemu zaproponowano w postaci koncepcji Big Dumb Booster.
Wielka głupia rakieta
Projekty systemów rakietowych i kosmicznych tamtych czasów wyróżniały się dużą złożonością techniczną. Aby uzyskać wyższe właściwości, opracowano i wprowadzono nowe materiały, stworzono obiecujące próbki wyposażenia wszystkich klas, opracowano silniki itp. Wszystko to doprowadziło do wzrostu kosztów opracowywania i produkcji pocisków.
Obliczenia wykazały, że przy zachowaniu takich podejść koszt wycofania ładunku utrzyma się co najmniej na tym samym poziomie lub nawet zacznie rosnąć. Aby utrzymać lub poprawić wyniki ekonomiczne, wymagane były radykalnie nowe rozwiązania na poziomie koncepcji. Pierwsze badania w tym kierunku rozpoczęły się pod koniec lat pięćdziesiątych i wkrótce dały realne rezultaty.
NASA, we współpracy z wieloma prywatnymi firmami lotniczymi, opracowała kilka nowych koncepcji zaawansowanych systemów. Jeden z nich nazywał się Big Dumb Booster - „Wielki głupi (lub prymitywny) pojazd startowy”.
Istotą tej koncepcji było maksymalne uproszczenie konstrukcji rakiety nośnej i jej poszczególnych elementów. W tym celu konieczne było użycie tylko dobrze opanowanych materiałów i technologii, rezygnując z opracowywania nowych. Wymagano również uproszczenia konstrukcji samej rakiety i jej komponentów. Jednocześnie konieczne było zwiększenie przewoźnika, zwiększając jego ładowność.
Wstępne szacunki sugerują, że to podejście projektowe i produkcyjne umożliwiło firmie BDB osiągnięcie radykalnych redukcji kosztów podczas uruchamiania. W porównaniu z istniejącymi i obiecującymi rakietami nośnymi o „tradycyjnym” wyglądzie nowe modele były wielokrotnie bardziej ekonomiczne. Spodziewano się również wzrostu produkcji.
W ten sposób dopalacz BDB mógłby szybko zbudować i przygotować się do startu, a następnie wysłać większy ładunek na orbitę. Przygotowanie i uruchomienie byłoby rozsądnym kosztem. Wszystko to mogło stać się dobrą zachętą do dalszego rozwoju astronautyki, ale najpierw trzeba było opracować i wdrożyć zupełnie nowe projekty.
Podstawowe rozwiązania
W opracowaniu koncepcji BDB uczestniczyło kilka organizacji zajmujących się rozwojem technologii rakietowej i kosmicznej. Zaproponowali i doprowadzili do różnych stopni gotowości szereg projektów rakiet nośnych. Proponowane próbki wyraźnie różniły się od siebie wyglądem lub właściwościami, ale jednocześnie miały szereg cech wspólnych.
Aby uprościć i obniżyć koszt rakiety, proponowano budowanie nie ze stopów lekkich, ale z dostępnych i dobrze opanowanych stali. W pierwszej kolejności uwzględniono gatunki wysokowytrzymałe i ciągliwe z kategorii stali maraging. Takie materiały umożliwiły budowę większych pocisków o wymaganych parametrach wytrzymałościowych i rozsądnych kosztach. Ponadto konstrukcje stalowe można było zamówić w szerokiej gamie firm, m.in. z różnych branż - od lotnictwa po przemysł stoczniowy.
Duża rakieta z dużym ładunkiem wymagała potężnego układu napędowego, ale sam taki produkt był niezwykle kosztowny i złożony. Zaproponowano rozwiązanie tego problemu poprzez zastosowanie najbardziej wydajnych rodzajów paliwa, a także zmianę konstrukcji silnika. Jednym z głównych pomysłów w tej dziedzinie było odrzucenie jednostek turbopompowych - jednego z najbardziej złożonych elementów silników rakietowych na paliwo ciekłe. Planowano dostarczać paliwo i utleniacz ze względu na zwiększone ciśnienie w zbiornikach. Samo to rozwiązanie zapewniło znaczne oszczędności.
Zaproponowane materiały i stopy zapewniły budowę dużych konstrukcji o odpowiednim potencjale. Ładowność rakiety Big Dumb Booster można zwiększyć do 400-500 ton lub więcej. Wraz ze wzrostem rozmiarów rakiety zmniejszył się udział suchej masy w masie startowej, co zapowiadało nowe sukcesy i dodatkowe oszczędności.
W przyszłości rakiety lub ich elementy będą mogły być ponownie użyte, co ułatwiło zastosowanie wytrzymałych stali. W związku z tym planowano uzyskać dodatkowe obniżenie kosztów startu.
Jednak, aby uzyskać realne wyniki, konieczne było dokończenie prac badawczych, a następnie uruchomienie projektu doświadczalnego. Mimo pozornej prostoty etapy te mogą trwać wiele lat i wymagać znacznych nakładów finansowych. Mimo to przedsiębiorstwa z branży kosmicznej podjęły to ryzyko i zaczęły projektować obiecujące „prymitywne” pojazdy nośne.
Odważne projekty
Pierwsze projekty nowego rodzaju pojawiły się w 1962 roku i zostały ocenione przez specjalistów NASA. Te odmiany BDB były oparte na wspólnych pomysłach, ale wykorzystywały je na różne sposoby. W szczególności były różnice nawet w sposobie startu.
Prawdziwym rekordzistą może być rakieta NEXUS opracowana przez General Dynamics. Była to jednostopniowa rakieta nośna o wysokości 122 m i maksymalnej średnicy 45,7 m ze stabilizatorami o rozpiętości 50 m. Szacunkowa masa startowa wyniosła 21,8 tys. do 900 t. W przypadku innych orbit nośność była o połowę mniejsza.
Rakieta NEXUS miała wynieść ładunek na orbitę, a następnie wylądować w oceanach za pomocą spadochronów i silników na paliwo stałe. Po serwisie taki BDB mógłby wykonać nowy lot.
W tym samym roku pojawił się projekt Sea Dragon firmy Aerojet. Zaproponował superciężką rakietę nośną do startu morskiego, która nie wymagała żadnych oddzielnych urządzeń do wodowania. Ponadto zaplanowano zaangażowanie przedsiębiorstw stoczniowych w produkcję takich pocisków, które posiadają niezbędne - nie najbardziej skomplikowane - technologie montażu konstrukcji metalowych.
„Sea Dragon” został zbudowany według schematu dwustopniowego z uproszczonymi silnikami rakietowymi na obu. Długość rakiety osiągnęła 150 m, średnica - 23 m. Waga - ok. 10 tys. ton, ładowność - 550 ton dla LEO. W pierwszym etapie dostarczono silnik naftowo-tlenowy o ciągu 36 milionów kgf. Zamiast kompleksu startu naziemnego zaproponowano bardziej kompaktowy system. Został wykonany w formie dużego zbiornika balastowego z niezbędnymi urządzeniami przymocowanymi do dna pierwszego stopnia.
Zgodnie z zamysłem konstruktorów rakieta Sea Dragon miała być wykonana przez stocznię ze zwykłych „okrętowych” materiałów. Następnie za pomocą holownika produkt w pozycji poziomej należy odholować na miejsce startu. System startowy zapewniał przeniesienie rakiety z pozycji poziomej do pionowej przy zanurzeniu około połowy kadłuba. Wtedy Smok mógłby uruchomić silniki i wystartować. Powrót stopni odbywał się za pomocą spadochronów z lądowaniem na wodzie.
Tanie, ale drogie
Projekty superciężkich pojazdów nośnych Big Dumb Booster cieszyły się dużym zainteresowaniem w kontekście dalszego rozwoju astronautyki. Jednak ich realizacja wiązała się z szeregiem charakterystycznych trudności, bez których pokonania nie można było uzyskać pożądanych rezultatów. Trzeźwa ocena propozycji technicznych i projektów doprowadziła do zamknięcia całego kierunku.
Dalszy rozwój proponowanych projektów Aeroget, General Dynamics i innych firm był bardzo trudnym zadaniem. Aby stworzyć „tanią” rakietę, potrzebne były duże nakłady na rozwój projektu i adaptację istniejących technologii do zastosowań kosmicznych. Jednocześnie powstałe pociski w przewidywalnej przyszłości nie były interesujące: po prostu brakowało setek ton ładunku i nie spodziewano się tego w nadchodzących latach.
NASA uznała za niewłaściwe marnowanie czasu, pieniędzy i wysiłku na projekty bez realnych korzyści. W połowie lat sześćdziesiątych wszelkie prace nad tematem BDB ustały. Część uczestników tych prac próbowała przerobić projekty do innych zadań, ale w tym przypadku nie otrzymali kontynuacji. Ku uciesze podatników prace nad BDB wcześnie przerwano, a na wątpliwy program wydano niewiele pieniędzy.
Jak pokazał dalszy rozwój amerykańskiej astronautyki, ciężkie i superciężkie pojazdy nośne znalazły zastosowanie, ale systemy o nośności setek ton były zbędne, a także zbyt skomplikowane i drogie – wbrew pierwotnym planom. Rozwój astronautyki był kontynuowany bez „Wielkiej Prymitywnej Rakiety” – i przyniósł pożądane rezultaty.
