شركة بريتيش إيروسبيس هوتول

استُلهمت أفكار مشروع HOTOL من أعمال المهندس البريطاني آلان بوند في مجال محركات الطائرات النفاثة المبردة مسبقًا. وقد أجرى بوند هذا البحث تحديدًا بهدف إنتاج محرك عملي لتشغيل نظام إطلاق فضائي . ^{[ 1 ]} في عام 1982، بدأت شركة بريتيش إيروسبيس (BAe)، وهي الشركة الأوروبية الرائدة في بناء الأقمار الصناعية ، بدراسة نظام إطلاق جديد محتمل بهدف خفض تكاليف الإطلاق إلى 20% من تكلفة مكوك الفضاء الأمريكي الذي تشغله وكالة ناسا . ^{[ 2 ]} اطلعت BAe على أعمال شركة رولز رويس البريطانية لتصنيع المحركات لتطوير محرك مناسب، وسرعان ما ابتكرت مركبة فضائية مجنحة أحادية المرحلة إلى المدار (SSTO) غير مأهولة وقابلة لإعادة الاستخدام بالكامل لتكون مركبة الإطلاق. ^{[ 2 ]}

وهكذا، سرعان ما أصبح المشروع مشروعًا مشتركًا بين شركة بي إيه إي وشركة رولز رويس، بقيادة جون سكوت سكوت وبوب باركنسون . ^{[ 2 ]} في البداية، كان هناك طموح لـ"أوروبية" المشروع وإشراك دول أخرى في تطويره وتصنيعه، حيث كان من المُسلّم به أن تمويل التطوير الكامل سيتطلب ما يُقدّر بنحو 4 مليارات جنيه إسترليني. ^{[ 2 ]} في أغسطس 1984، كشفت شركة بي إيه إي النقاب عن عرض عام لمشروع إطلاق الأقمار الصناعية هوتول، ونشرت تفاصيل حول عملياته المُقترحة. ^{[ 3 ]}

في ديسمبر 1984، أشارت مذكرة صادرة عن وزارة التجارة والصناعة البريطانية إلى اهتمام ألمانيا الغربية بالبرنامج، بينما اتخذت فرنسا موقفًا نقديًا تجاه مشروع هوتول، وهو ما اعتبرته الوزارة على الأرجح نتيجةً لاعتباره منافسًا للمشاريع التي تقودها فرنسا. ووفقًا لوزير التجارة والصناعة جيفري باتي ، فإن الضغط الدبلوماسي الفرنسي لحشد الدعم لمركبة الفضاء هيرميس المقترحة قد أدى، دون قصد، إلى توليد دعم واهتمام بين أعضاء وكالة الفضاء الأوروبية بمشروع هوتول. ^{[ 3 ]} وعلى الرغم من هذا المناخ من الاهتمام المبدئي والدعم الأوروبي المحتمل، فقد ساد تردد عام داخل الحكومة البريطانية في تولي زمام المبادرة في مشروع إطلاق فضائي جديد. ^{[ 3 ]}

في مارس 1985، انتشرت مزاعم بأن شركة رولز رويس كانت بصدد إجراء محادثات ترخيص لتكنولوجيا محرك هوتول مع شركة روكيتداين الأمريكية المتخصصة في أنظمة الدفع . ^{[ 3 ]} وفي أبريل من العام نفسه، راسل باتي وزير الدفاع مايكل هيسلتين مقترحًا إجراء دراسة جدوى لمدة عامين بتكلفة 3 ملايين جنيه إسترليني، وذلك في إطار شراكة بين القطاعين العام والخاص ، حيث ستوفر الحكومة البريطانية مليون جنيه إسترليني، بينما ستمول شركتا رولز رويس وبي إيه إي المبلغ المتبقي. وأوضح باتي أن المشروع سيخدم "القدرة الاستراتيجية" لبريطانيا، وأن اختبار التقنيات الرئيسية من شأنه أن يعزز التعاون الدولي. ^{[ 3 ]} ووفقًا لمجلة فلايت إنترناشونال المتخصصة في شؤون الطيران ، كان دعم وزارة الدفاع البريطانية بالغ الأهمية، نظرًا لتصنيف تصميم محرك هوتول ضمن المعلومات السرية. ^{[ 3 ] [ 2 ]}

في يوليو 1985، صرّح المدير الفني لشركة رولز رويس، غوردون لويس، بأن الشركة سعت إلى إشراك فريق الدفع التابع للمؤسسة الملكية للطائرات (RAE)، وأن رولز رويس لم تكن مستعدة لاستثمار أموالها الخاصة في تطوير محرك HOTOL. ^{[ 3 ]} وبحلول النصف الثاني من عام 1985، بدأ العمل على دراسة إثبات جدوى المفهوم التي استغرقت عامين. ^{[ 3 ]} في البداية، كان هناك ضغط كبير لإثبات جدوى المشروع ومصداقيته قبل اتخاذ وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) قراراتها النهائية بشأن صاروخ هيرميس وما سيصبح لاحقًا نظام إطلاق أريان 5 ، ولذلك تركز العمل على التحقق من صحة التقنيات الأساسية المعنية. ^{[ 2 ]}

بحلول نوفمبر 1985، أشارت مناقشات وزارة التجارة والصناعة الأمريكية وهيئة الطيران الملكية إلى أن شركة رولز رويس كانت تسعى للحصول على بيانات أمريكية حول تكنولوجيا المحركات النفاثة الضاغطة لدعم عملها على المحرك، الذي أطلقت عليه اسم " سوالو" . ^{[ 3 ]} وذكرت التقارير أن القوات الجوية الأمريكية كانت مهتمة بالتكنولوجيا المستخدمة في محرك "سوالو" لأغراضها الخاصة. ^{[ 2 ]} وفي نوفمبر 1985، أشارت مناقشات بين رئيسة الوزراء مارغريت تاتشر ، والوزير بلا حقيبة وزارية ديفيد يونغ ، والمستشار العلمي للرئيس الأمريكي رونالد ريغان جورج كيورث، إلى اهتمام الولايات المتحدة بالتعاون في تطوير مركبات فرط صوتية مثل "هوتول"، وأن نموذجًا أوليًا منها قد يحلق في وقت مبكر من عام 1990. ^{[ 3 ]}

بحسب ملفات الحكومة البريطانية، لم تكن شركة بي إيه إي ولا وزارة الدفاع متحمستين لاحتمالية مشاركة الولايات المتحدة في البرنامج، إذ أعربتا عن ترددهما لاعتقادهما بأن مثل هذه الخطوة قد تؤدي إلى تحول المملكة المتحدة إلى عضو ثانوي في مشروع كانت تقوده سابقًا. ^{[ 3 ]} كما ساد اعتقاد بأن بريطانيا إذا اختارت التعاون مع الولايات المتحدة، فستجد نفسها معزولة عن العمل في مشاريع إطلاق الصواريخ الأوروبية المستقبلية. ^{[ 2 ]} مع ذلك، رأت شركة رولز رويس أن التعاون عبر الأطلسي ضروري. ^{[ 3 ]} وصرح بيتر كونشي، رئيس قسم الأعمال المستقبلية في بي إيه إي، بأنه ينبغي، إن أمكن، أن يصبح مشروع هوتول جزءًا من إطار الفضاء الأوروبي. ^{[ 2 ]} وفي أوائل عام 1986، وافقت الحكومة البريطانية رسميًا على الدراسة التي تستغرق عامين. ^{[ 3 ]}

في ديسمبر 1984، أصدر ديفيد أندروز، مستشار إدارة المشاريع، تقريرًا نقديًا من ثماني صفحات حول البرنامج، مشيرًا إلى أن التصميم مُحسَّن للصعود، بينما يتعرض لأحمال حرارية مُطوّلة أثناء الهبوط نظرًا لانخفاض مستوى السحب . كما ادعى أن المركبة لا تُقدم أي قدرة غير متوفرة بالفعل؛ وردّت شركة بي إيه إي بأن الانتقادات قد تمت الإجابة عليها. ^{[ 3 ]} في أبريل 1985، ادعى جيمس بارنز، نائب مدير قسم البحث والتطوير بوزارة الدفاع، أن مشروع هوتول يفتقر إلى المُبرر، وأنه لا توجد حاجة دفاعية لمثل هذه المركبات. كما أشار إلى أن "المشاكل الهندسية كبيرة" وأنه من غير المرجح أن تدخل الخدمة قبل العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين؛ كما لاحظ بارنز أن محرك هوتول "بارع". ^{[ 3 ]}

في نوفمبر 1985، أصدرت هيئة التقييم الملكية (RAE) تقييمًا لمقترح دراسة مشروع HOTOL؛ إذ رأت الهيئة أن تطوير المشروع سيستغرق ما يصل إلى 20 عامًا، بدلًا من الجدول الزمني الذي توقعته الصناعة وهو 12 عامًا. كما توقعت الهيئة أن تبلغ التكلفة الإجمالية للمشروع 5 مليارات جنيه إسترليني (بحسب قيمته في عام 1985)، منها 750 مليون جنيه إسترليني مطلوبة في مرحلة التعريف التي تستغرق ست سنوات، و25 مليون جنيه إسترليني في دراسة جدوى تمهيدية. ^{[ 3 ]}

أثناء التطوير، تبيّن أن المحرك الخلفي الثقيل نسبيًا يُحرك مركز كتلة المركبة نحو الخلف. هذا يعني ضرورة تصميم المركبة لدفع مركز السحب إلى أقصى حد ممكن نحو الخلف لضمان استقرارها طوال فترة الطيران. تطلّب إعادة تصميم المركبة لتحقيق ذلك استخدام أنظمة هيدروليكية ضخمة، ما شكّل نسبة كبيرة من الحمولة، وجعل الجدوى الاقتصادية غير واضحة. ^{[ 4 ]} على وجه الخصوص، أشارت بعض التحليلات إلى أن تطبيق تقنية مماثلة على نهج صاروخي بحت سيُعطي أداءً مماثلاً تقريبًا بتكلفة أقل.

بحلول عام ١٩٨٩، بات مستقبل مشروع HOTOL قاتمًا. فمنذ بدايته، كان الدعم المقدم من الحكومة البريطانية والشركاء الصناعيين متفاوتًا، بينما برزت الولايات المتحدة كالدولة الأجنبية الوحيدة التي أبدت استعدادًا للمساهمة في البرنامج، ^{[ ٣ ]} ويعود ذلك جزئيًا إلى السرية المحيطة به. كانت فرص المشاركة الأوروبية ضئيلة، إذ اختارت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مواصلة تطوير ما سيصبح لاحقًا صاروخ أريان ٥ ، وهو نظام إطلاق فضائي تقليدي. ^{[ ٣ ]} انسحبت شركة رولز رويس من المشروع، معتبرةً أن السوق المحتملة للمحرك لن تكون كبيرة بما يكفي لتغطية تكاليف التطوير. ^{[ ٥ ]} رفضت الحكومة البريطانية تقديم تمويل إضافي لمشروع HOTOL. كان المشروع على وشك الانتهاء من مرحلة التصميم المفاهيمي، بينما بقيت معظم الخطط في مرحلة التكهنات؛ وورد أن المركبة كانت لا تزال تعاني من مشاكل ديناميكية هوائية وعيوب تشغيلية في تلك المرحلة.

في عام 1991، روجت شركة بي إيه إي سيستمز (BAe) لتصميم بديل أقل تكلفة، يُعرف باسم " إنترِم هوتول" أو "هوتول 2" ، والذي كان من المقرر إطلاقه من على متن طائرة نقل معدلة من طراز أنتونوف أن-225 ؛ إلا أن هذا المقترح رُفض أيضاً. وكان من المفترض أن يستغني تصميم "إنترِم هوتول" عن دورة محرك التنفس الهوائي، وأن يستخدم بدلاً من ذلك مزيجاً أكثر تقليدية من الأكسجين السائل والهيدروجين السائل كوقود. ^{[ 6 ]}

في عام 1989، أسس آلان بوند، أحد مبتكري مشروع HOTOL، والمهندسان جون سكوت-سكوت وريتشارد فارفيل، شركة Reaction Engines Limited (REL) التي عملت على محرك جديد يعمل بالهواء، أطلقوا عليه اسم SABRE ، والذي استخدم تصاميم بديلة للتغلب على براءات اختراع رولز رويس (وتحسينها)، بالإضافة إلى مركبة Skylon الفضائية المصممة لحل مشاكل مشروع HOTOL. نُشرت مفاهيم المحرك والمركبة الفضائية لأول مرة في عام 1993، ^{[ 7 ]} وواصلوا تطوير التقنيات الأساسية، لا سيما المحرك ومبرده المسبق المُتحكم فيه بالتجمد؛ بدعم مبدئي من القطاع الخاص، ثم بدعم لاحق من وكالة الفضاء الأوروبية ، والمركز الوطني البريطاني للفضاء ، ووكالة الفضاء البريطانية ، وشركة BAe، ^{[ 8 ]} ومختبر أبحاث القوات الجوية . اعتبارًا من عام 2017خططت شركة REL لعرض مُبرد أولي جاهز للطيران يعمل في ظروف طيران مُحاكاة في عام 2018، وإجراء اختبار ثابت لمحرك تجريبي في عام 2020. إلا أن الشركة أُعلنت إفلاسها في عام 2024، ما أدى إلى توقف جميع عملياتها. ولم يتم بناء أي من محركي SABRE (محرك عامل كامل الحجم؛ لم تُحتسب النماذج الأولية الجزئية والمكونات المُخصصة للاختبار) أو Skylon.

صُممت مركبة HOTOL لتكون مركبة فضائية مجنحة أحادية المرحلة إلى المدار (SSTO) غير مأهولة وقابلة لإعادة الاستخدام بالكامل. وكان الهدف من هذه المركبة غير المأهولة وضع حمولة تتراوح بين 7 و8 أطنان في المدار على  ارتفاع 300 كيلومتر. ^{[ 9 ]} وكان من المقرر أن تقلع من مدرج، مثبتة على ظهر عربة كبيرة معززة بصاروخ، مما يساعدها على الوصول إلى "سرعة التشغيل". وكان من المقرر أن يتحول المحرك من الدفع النفاث إلى الدفع الصاروخي الخالص على  ارتفاع يتراوح بين 26 و32 كيلومترًا، وعندها ستكون المركبة قد وصلت إلى سرعة تتراوح بين 5 و7 ماخ . وبعد الوصول إلى مدار أرضي منخفض (LEO)، كان من المقرر أن تعود HOTOL إلى الغلاف الجوي وتنزلق للهبوط على مدرج تقليدي (بطول 1500 متر كحد أدنى تقريبًا). وكان من المقرر حمل حمولة واحدة فقط في كل مرة، حيث رأت شركة BAe أن هذا أكثر اقتصادية لأنه يلغي الحاجة إلى الاتصال بالأقمار الصناعية ويسمح بتخصيص المهام وفقًا للاحتياجات الفردية. ^{[ 9 ]}

خلال مرحلة تحليقها على ارتفاعات عالية، كان من المفترض ربط نظام التحكم في طيرانها بالمحطات الأرضية ونظام الملاحة العالمي الفضائي ، بينما كان سيتم استخدام الرادار خلال مرحلتي الإقلاع والهبوط. بالإضافة إلى وضع الأقمار الصناعية في مدار متزامن مع الأرض أو مدار أرضي منخفض، كان من المتوقع أن تتمكن مركبة HOTOL أيضًا من استعادة الأقمار الصناعية والمعدات من المدار الأرضي المنخفض. ^{[ 9 ]} تُظهر المواد الترويجية لشركة BAe مركبة HOTOL وهي تلتحم بمحطة الفضاء الدولية ، وهو إنجاز ادعت الشركة أنه كان سيتطلب تشغيلًا مأهولًا نظرًا لعدم قدرة الأنظمة الآلية على تنفيذ مناورات الالتحام هذه في ذلك الوقت. ^{[ 9 ]} صُممت مركبة HOTOL لإجراء رحلات آلية بالكامل بدون طاقم؛ ومع ذلك، كان من المُخطط في مرحلة لاحقة إعادة إدخال طيار. كانت العمليات المأهولة ستتطلب تركيب وحدة ضغط مخصصة داخل حجرة الحمولة. ^{[ 9 ]}

بحسب التصميم، كان من المفترض أن يبلغ طول طائرة هوتول 62 متراً، وارتفاعها 12.8 متراً، وقطر جسمها 5.7 متراً، وامتداد جناحيها 19.7 متراً. ^{[ 9 ]}

بلغ وزن المركبة عند الإقلاع في تصميمها النهائي (HOTOL-K) 275 طنًا. شكل الوقود حوالي 82% من هذا الوزن، بينما شكل هيكل المركبة 16% أخرى. لم يتبق سوى 2% (حوالي 5 أطنان) للحمولة، مما يترك هامشًا ضئيلًا لإجراء أي تغييرات على تصميم هيكل المركبة الأساسي.

تميزت بتصميم جناح مستوحى من تصميم طائرة الكونكورد ؛ حيث أدت مساحته الكبيرة إلى انخفاض نسبي في حمولة الجناح، مما كان سيؤدي إلى انخفاض درجات حرارة الدخول إلى الغلاف الجوي (لم تتجاوز 1400  درجة مئوية). ^{[ 9 ]} وبفضل تصنيعه من مواد مركبة من الكربون ، لم تكن هناك حاجة لاستخدام بلاطات عازلة كتلك المستخدمة في نظام الحماية الحرارية لمكوك الفضاء . كما أن معدات الهبوط الداخلية كانت ستكون صغيرة جدًا بحيث لا تتحمل وزن الصاروخ الممتلئ بالوقود، لذا كانت عمليات الهبوط الاضطراري ستتطلب التخلص من الوقود. ^{[ 9 ]}

كان الجزء الأمامي من جسم الطائرة بالكامل تقريبًا، أمام حجرة الحمولة، يتألف من خزان هيدروجين واحد.

صُمم صاروخ هوتول بزعنفة عمودية خلف مقدمته مباشرةً لتحقيق الاستقرار الجانبي. إلا أن المناقشات اللاحقة مع منظمة مولنيا النووية بشأن مشروع هوتول المؤقت أوضحت أن هذه الزعنفة كانت ستتعرض لارتفاع مفرط في درجة الحرارة عند دخول الغلاف الجوي (نتيجةً لتفاعل موجتين صدميتين). ونتيجةً لذلك، عاد مشروع هوتول المؤقت إلى استخدام زعنفة ذيل أكثر تقليدية (لكنها أكبر حجماً).

كان محرك RB545 ، الذي أطلقت عليه شركة رولز رويس البريطانية لصناعة المحركات اسم " Swallow "، محركًا صاروخيًا يعمل بالهواء. ^{[ 3 ]} وكان من المفترض أن يعمل كوحدة طاقة متكاملة ثنائية الوظيفة، حيث كان قادرًا على العمل بالهواء أثناء وجوده في الغلاف الجوي ، والعمل بطريقة مشابهة للصاروخ عند اقترابه من مدار أرضي منخفض (LEO) أو داخله. ^{[ 10 ]} وكان هذا المحرك قادرًا أيضًا على دفع المركبة الفضائية إلى سرعات تفوق سرعة الصوت . وقد كان عنصرًا حاسمًا في البرنامج، حيث نُسب إليه علنًا أنه "جوهر انخفاض تكاليف إطلاق Hotol". ^{[ 9 ]}

كانت التفاصيل الدقيقة لهذا المحرك خاضعة لقانون الأسرار الرسمية في المملكة المتحدة؛ ونتيجة لذلك، فإن المعلومات العامة المتوفرة حول تطويره وتشغيله قليلة نسبيًا. ومع ذلك، رُفعت السرية عن بعض المواد لاحقًا عندما تغيرت سياسة الحكومة لمنع الاحتفاظ ببراءات الاختراع السرية دون مبرر مُثبت. ^{[ 11 ] [ 5 ]}

داخل الغلاف الجوي، يُسحب الهواء عبر منحدرين رأسيين ، ثم يُقسّم التدفق، حيث تُمرر الكمية المناسبة إلى المبردات الأولية، والفائض إلى قنوات التصريف. يُمرر الهيدروجين من خزانات الوقود عبر مبادلين حراريين لتبريد الهواء مسبقًا قبل دخوله دورة محرك نفاث توربيني ذات نسبة ضغط إجمالية عالية. يعمل الهيدروجين الساخن على تشغيل ضاغط لضغط الهواء المبرد وتغذيته إلى محرك الصاروخ، حيث يُحرق مع جزء من الهيدروجين المستخدم لتبريد الهواء. يُطلق معظم الهيدروجين الساخن المتبقي من الجزء الخلفي للمحرك، مع سحب كمية صغيرة منه لإعادة تسخين الهواء في قنوات التصريف في ترتيب نفاث ^ضاغط لإنتاج "مقاومة زخم سحب سالبة ^{" .}

لمنع تراكم الجليد على المبردات الأولية، كان المبرد الأولي الأول يُبرد الهواء إلى حوالي 10 درجات فوق نقطة التجمد، لتسييل بخار الماء الموجود فيه. بعد ذلك، كان يُضخ الأكسجين السائل (LOX) في تيار الهواء لخفض درجة الحرارة إلى -50 درجة مئوية (-58 درجة فهرنهايت)، مما يؤدي إلى تجميد الماء سريعًا وتحويله إلى بلورات جليدية مجهرية، باردة بما يكفي بحيث لا تذوب بفعل الحرارة الحركية إذا اصطدمت بعناصر المبرد الأولي الثاني. وكان من الممكن إضافة مصيدة ماء بعد المبرد الأولي الأول في حال أدت ظروف التشغيل إلى زيادة الرطوبة. ^{[ 12 ]}  

عندما يتعذر استخدام الغلاف الجوي للاحتراق، يتحول صاروخ RB545 إلى استخدام الأكسجين السائل الموجود على متنه ليحترق مع الهيدروجين كصاروخ عالي الكفاءة يعمل بالهيدروجين والأكسجين. ^{[ 3 ]}