Black Arrow (офіційно великими літерами — BLACK ARROW; у перекладі з англійської — «чорна стріла») — британська одноразова ракета-носій, призначена для виведення супутників на навколоземні орбіти. Проєкт Black Arrow став результатом досліджень Royal Aircraft Establishment зі створення ракет-носіїв на базі попередньої ракети . Британський уряд затвердив проєкт наприкінці 1964 року. Розробку Black Arrow переважно здійснював головний підрядник — британська аерокосмічна компанія , а пізніше, внаслідок злиття, ці роботи продовжила компанія Westland Aircraft. Двигуни першого та другого ступенів виготовляло підприємство на своєму заводі в , Ворикшир. Перший та другий ступені збирали в Іст-Коуз на острові Вайт. Після виготовлення кожну ракету Black Arrow транспортували кораблем до Австралії для запуску з космодрому Вумера.

Black Arrow була триступеневою ракетою, що працювала на гасі марки RP-1 та висококонцентрованому пероксиді водню. Якщо перші два ступені мали систему керування вектором тяги для контролю положення в просторі, то третій ступінь не мав системи керування вектором тяги і замість цього використовував разом із реактивною системою керування. Перший ступінь проєктувався сумісним із ракетою , а також взаємозамінним із Coralie, другим ступенем ракети . Крім того, розробники пропонували кілька варіантів модернізації Black Arrow для збільшення корисного навантаження.

Загалом із 1969 по 1971 рік здійснили чотири запуски Black Arrow, перші два з яких були випробувальними польотами для перевірки можливостей носія. Перший і третій польоти завершилися невдачею, тоді як другий і четвертий були успішними. Під час останнього польоту Black Arrow вивела на низьку навколоземну орбіту супутник , що стало першим і єдиним успішним орбітальним запуском, здійсненим Великою Британією. Британська влада вирішила закрити програму на користь використання американських ракет Scout, оскільки Міністерство оборони Великої Британії розрахувало, що цей варіант буде дешевшим, ніж продовження роботи над Black Arrow. Останню зібрану ракету Black Arrow, яку так і не запустили, зберегли в Музеї науки в Лондоні разом з резервним польотним екземпляром супутника Prospero.

Розробка Проєкт Black Arrow розпочався з пропозиції Royal Aircraft Establishment створити ракету, здатну виводити корисне навантаження масою 144 кг на низьку навколоземну орбіту, щоб випробовувати системи, призначені для більших космічних апаратів. Восени 1964 року програму затвердив міністр авіації від Консервативної партії . Однак після загальних виборів у жовтні новий лейбористський уряд призупинив проєкт з метою скорочення витрат. Після наступних виборів 1966 року британський уряд схвалив продовження програми з кількома змінами, серед яких було скорочення кількості випробувальних запусків із п'яти до трьох. Перший запуск призначили на 1968 рік.

Спочатку розробку вело британське аерокосмічне підприємство , яке 1964 року злилося з Westland Aircraft. Згодом Westland став головним підрядником Black Arrow. Він збирав перший і другий ступені в Іст-Коуз на острові Вайт і використовував його як випробувальний майданчик для ракет з 1950-х років аж до останнього запуску 28 жовтня 1971 року. Британське підприємство виготовляло двигуни першого та другого ступенів на заводі в у Ворикширі. Двигуни проходили вогневі випробування на заводі, після чого їх відправляли на острів Вайт. Там їх установлювали в ракету, а двигуни першого ступеня проходили повторні випробування на майданчику Гай-Даун. у Сомерсеті створював третій ступінь, а виготовляла його тверде паливо у в Ессексі. За проєктування та інтеграцію ступеня відповідало , розташоване у Весткотті в Бакінгемширі.

Більшість технологій і систем, використаних у Black Arrow, уже пройшли розробку або льотні випробування в межах проєктів ракети або ракети . Щоб скоротити витрати та спростити процес розробки, конструктори Black Arrow намагалися максимально використовувати напрацювання попередніх програм. Багато провідних фахівців програми Black Knight перейшли безпосередньо до Black Arrow, зокрема головний науковий співробітник з ракетної техніки , головний інженер-конструктор Рей Вілер та заступник головного інженера Джон Андервуд. Попри ці зусилля, програма зіткнулася з більшими труднощами, ніж очікували спочатку. Зокрема це сталося через вкрай обмежений бюджет, що становив лише 3 мільйони фунтів стерлінгів на рік.

Назву «Black Arrow» обрали згідно з політикою , за якою дослідницьким програмам Збройних сил присвоювали позначення, що складалися з назви кольору та іменника (неофіційно ця політика відома як ). Попри таку військову систему найменування, офіційно програма була цивільним проєктом. Неофіційно ракету прозвали «ракетою-помадою» (), оскільки головний обтічник, пофарбований для кращої видимості в яскраво-червоний колір, робив її схожою на тюбик губної помади.

Конструкція

Black Arrow була відносно компактною ракетою-носієм. Вона мала витончену форму і, ймовірно, була найкоротшою ракетою в історії, яка успішно вивела супутник на орбіту. Перший і другий ступені використовували гас марки RP-1 як пальне та пероксид водню високої концентрації як окиснювач (85 % пероксиду водню + 15 % води). Оскільки оптимальне співвідношення компонентів суміші становило приблизно 1:7, ракета потребувала значно більшого бака для окиснювача порівняно з багатьма тогочасними системами. Баки окиснювача розмістили під паливними баками. Подібне компонування вже використовували Німеччина та США, тоді як СРСР зазвичай розміщував баки окиснювача над паливними баками.

Для керування положенням перших двох ступенів конструктори застосували керування вектором тяги. Вісім камер згоряння першого ступеня згрупували попарно; кожна пара могла відхилятися на карданному підвісі вздовж однієї осі. Дві пари камер розташовувалися перпендикулярно до двох інших, що при одночасній роботі забезпечувало повний контроль над креном, тангажем і рисканням. Другий ступінь мав дві камери згоряння, які відхилялися за двома осями, надаючи аналогічний рівень контролю. На пасивній ділянці траєкторії після вимкнення другого ступеня ракету направляла реактивна система керування. Третій ступінь не мав системи активного керування — його натомість . Систему наведення запозичили у скасованого проєкту бомбардувальника TSR-2.

Перший ступінь оснастили одним двигуном , який працював протягом 127 секунд. Gamma 8 мав вісім камер і походив від двигуна Gamma 301, який використовували на ракеті Black Knight. Ступінь мав довжину 6,9 м та діаметр 2 м — такий самий, як і другий ступінь Coralie французької ракети . Black Arrow зробили такого ж діаметра, що й Coralie, щоб забезпечити сумісність з ракетою , яка слугувала першим ступенем ракети Europa. Це дозволило б у майбутньому збільшити корисне навантаження Black Arrow або використовувати її перший ступінь як резервний варіант замість Coralie. Саме тому в оригінальній специфікації всі розміри подавали в англійській системі одиниць, окрім діаметра першого ступеня, вказаного в метричній системі.

Перший і другий ступені з'єднувала міжступенева конструкція, що містила чотири твердопаливні двигуни Siskin IB для відокремлення ступенів. Вони спрацьовували через сім секунд після вимкнення першого ступеня. Ще через шість секунд міжступенева конструкція відокремлювалася від другого ступеня. Другий ступінь (довжина 2,9 м, діаметр 1,37 м) мав двокамерний двигун Gamma 2, який вмикався одразу після спрацьовування двигунів відокремлення і працював 123 секунди. На третій хвилині польоту, під час роботи другого ступеня, скидався головний обтічник.

На 257-й секунді польоту другий ступінь вимикався, і ракета переходила у фазу інерційного польоту до апогею. Наприкінці цієї фази шість твердопаливних двигунів розкручували третій ступінь до 3 Гц (180 об/хв). За п'ять секунд третій ступінь відокремлювався, а ще через десять секунд інерційного польоту — вмикався. На третьому ступені був встановлений твердопаливний двигун Waxwing, який працював протягом 55 секунд.

Трохи більше ніж через хвилину після завершення роботи двигуна третього ступеня відбувалося відокремлення корисного навантаження. Для відштовхування апарата від відпрацьованого ступеня застосовували газогенератори. Затримку між вимкненням двигуна та відокремленням запровадили для того, щоб уникнути ризику зіткнення через залишкову тягу. Попри це, під час запуску R3 верхній ступінь наздогнав і вдарив супутник , пошкодивши одну з його антен зв'язку. Проте апарат зміг успішно виконати свою місію. У польоті R3 весь шлях від старту до відокремлення супутника тривав 710 секунд.

Було розраховано, що Black Arrow могла б вивести корисне навантаження 135 кг на низьку навколоземну орбіту висотою 220 км або корисне навантаження 102 кг на орбіту висотою 500 км. Супутник Prospero, який став єдиним виведеним на орбіту корисним навантаженням, мав масу 66 кг.

Інженери пропонували кілька модифікацій Black Arrow, спрямованих переважно на збільшення її вантажопідйомності, хоча жодна з них так і не була створена. У стандартній конфігурації ракета не могла виводити тогочасні супутники на висоту, достатню для досягнення геостаціонарної орбіти. Один із проєктів передбачав встановлення на першому ступені восьми твердопаливних прискорювачів Raven від ракети . Інша ідея полягала у встановленні всієї ракети на вершині ракети Blue Streak, а третя пропозиція передбачала заміну двигунів Gamma на потужніші Larch.

Історія запусків

Між 1969 і 1971 роками відбулося чотири запуски Black Arrow. Перші два запуски були випробувальними польотами з макетним корисним навантаженням. Під час першого польоту електрична несправність спричинила неконтрольоване обертання пари камер згоряння першого ступеня. Ще до відриву від стартового майданчика ракета почала хаотично обертатися, а приблизно через хвилину стала руйнуватися. Після того, як двигун першого ступеня відмовив, і ракета почала падати, служба безпеки полігону її знищила. Ця перша невдача стала серйозним ударом для програми, особливо з огляду на обмежені фінансові резерви, яких могло не вистачити на ще один невдалий запуск. Другу ракету Black Arrow повернули до Великої Британії для перевірки та доопрацювання перед наступним запуском.

Другий запуск, що відбувся 4 березня 1970 року, був повністю успішним. 2 вересня 1970 року відбувся третій запуск Black Arrow; це був перший запуск ракети в повній конфігурації, а також перша спроба Великої Британії з виведення супутника на орбіту. Запуск завершився невдачею через витік у системі нагнітання окиснювача другого ступеня, що призвело до його передчасного вимкнення. Третій ступінь спрацював, але ракета не досягла орбіти й увійшла в атмосферу над затокою Карпентарія. Після третього запуску провели ґрунтовний перегляд програми, який показав, що конструкція Black Arrow не має принципових недоліків і потребує лише незначних змін.

Четвертий запуск, здійснений 28 жовтня 1971 року, успішно вивів на орбіту супутник (до місії R2 він мав назву Puck), що зробило Велику Британію шостою країною, яка вивела супутник на орбіту за допомогою власної ракети-носія. Супутник, також відомий як X-3, отримав назву Prospero на честь персонажа Просперо з твору Шекспіра «Буря». Назву обрали як алюзію на події п'єси, у якій чарівник Просперо зрікається своєї сили. До скасування програми Black Arrow супутник планували назвати на честь зі «Сну літньої ночі».

Усі чотири запуски виконали зі стартового майданчика 5B полігону Вумера в Австралії, який раніше використовували як випробувальний майданчик для ракети . Під час розробки також розглядали як можливі місця запуску Барбадос, і Норфолк. Майданчики на Уісті та Норфолку відхилили, оскільки перший був надто віддаленим, а у випадку другого існувала небезпека падіння відпрацьованих ступенів на бурову платформу в Північному морі.