Amerikkalaisen avaruusohjelman alkuvuosina päätehtävänä oli parantaa raketti- ja avaruusjärjestelmien ominaisuuksia. Nopeasti kävi selväksi, että teknisten parametrien kasvuun liittyy merkittäviä vaikeuksia ja sen pitäisi johtaa laukaisukustannusten nousuun. Tähän ongelmaan ehdotettiin mielenkiintoista ratkaisua Big Dumb Booster -konseptin muodossa.
Iso tyhmä raketti
Tuolloin raketti- ja avaruusjärjestelmien hankkeet erottuivat suuresta teknisestä monimutkaisuudesta. Korkeampien ominaisuuksien saamiseksi kehitettiin ja otettiin käyttöön uusia materiaaleja, luotiin lupaavia näytteitä kaikkien luokkien laitteista, kehitettiin moottoreita jne. Kaikki tämä johti ohjusten kehittämis- ja valmistuskustannusten nousuun.
Laskelmat osoittivat, että vaikka tällaiset lähestymistavat säilytetään, rahdin vetämisen kustannukset pysyvät vähintään samalla tasolla tai jopa alkavat kasvaa. Taloudellisen suorituskyvyn ylläpitämiseksi tai parantamiseksi tarvittiin radikaalisti uusia ratkaisuja konseptitasolla. Ensimmäiset tutkimukset tähän suuntaan alkoivat 1950 -luvun lopulla ja tuottivat pian todellisia tuloksia.
NASA on kehittänyt yhteistyössä useiden yksityisten ilmailu- ja avaruusalan yritysten kanssa useita uusia konsepteja kehittyneisiin järjestelmiin. Yksi heistä oli nimeltään Big Dumb Booster - "Iso tyhmä (tai alkeellinen) kantoraketti."
Tämän konseptin ydin oli yksinkertaistaa kantoraketin ja sen yksittäisten osien suunnittelua mahdollisimman paljon. Tätä varten oli käytettävä vain hyvin hallittuja materiaaleja ja tekniikoita, luopumatta uusien kehittämisestä. Sen oli myös yksinkertaistettava itse raketin ja sen osien suunnittelua. Samaan aikaan kuljettajaa oli lisättävä lisäämällä sen hyötykuormaa.
Alustavat arviot viittaavat siihen, että tämän suunnittelun ja valmistuksen lähestymistapa on mahdollistanut BDB: n dramaattiset kustannussäästöt lanseerauksissa. Verrattuna olemassa oleviin ja lupaaviin "perinteisen" ulkonäön kantajaraketteihin uudet mallit olivat monta kertaa taloudellisempia. Myös tuotannon kasvua odotettiin.
Siten BDB -tehostin voisi nopeasti rakentaa ja valmistautua laukaisuun ja lähettää sitten suuremman kuorman kiertoradalle. Valmistelu ja lanseeraus olisivat olleet kohtuullisia. Tästä kaikesta voisi tulla hyvä kannustin astronautian kehittämiselle, mutta ensin piti kehittää ja toteuttaa pohjimmiltaan uusia hankkeita.
Perusratkaisuja
Useat raketti- ja avaruusteknologian kehitysorganisaatiot osallistuivat BDB -konseptin kehittämiseen. He ovat ehdottaneet ja tuoneet vaihtelevassa valmiudessa useita kantorakettihankkeita. Ehdotetut näytteet olivat ulkonäöltään tai ominaisuuksiltaan huomattavasti erilaisia, mutta samalla niillä oli useita yhteisiä piirteitä.
Raketin kustannusten yksinkertaistamiseksi ja kustannusten alentamiseksi ehdotettiin, ettei rakennettu kevyistä seoksista, vaan saatavilla olevista ja hyvin hallituista teräksistä. Ensinnäkin otettiin huomioon lujat ja taipuisat laadut marteeniterästen luokasta. Tällaiset materiaalit mahdollistivat suurempien ohjusten rakentamisen vaadituilla lujuusparametreilla ja kohtuullisilla kustannuksilla. Lisäksi teräsrakenteita voitiin tilata monilta yrityksiltä, mm. eri toimialoilta - ilmailusta laivanrakennukseen.
Suuri raskaan kuorman omaava raketti vaati tehokkaan käyttövoimajärjestelmän, mutta sellainen tuote itsessään oli erittäin kallis ja monimutkainen. Ongelman ratkaisemiseksi ehdotettiin tehokkaimpia polttoainetyyppejä sekä moottorin rakennetta muuttamalla. Yksi tämän alan pääideoista oli turbopumppuyksiköiden hylkääminen - yksi nestemäistä polttoainetta käyttävien rakettimoottoreiden monimutkaisimmista komponenteista. Suunniteltiin polttoaineen ja hapettimen syöttämistä säiliöiden paineen vuoksi. Pelkästään tämä ratkaisu tuotti merkittäviä kustannussäästöjä.
Ehdotetut materiaalit ja seokset varmistivat suurten rakenteiden rakentamisen vastaavalla potentiaalilla. Big Dumb Booster -raketin hyötykuorma voidaan nostaa 400-500 tonniin tai enemmän. Raketin koon kasvaessa kuivan massan osuus laskupainosta pieneni, mikä lupasi uusia menestyksiä ja lisäsäästöjä.
Tulevaisuudessa raketit tai niiden elementit voitaisiin tehdä uudelleenkäytettäviksi, mikä helpotti kestävien terästen käyttöä. Tämän vuoksi suunniteltiin saada lisälaskua lanseerauskustannuksista.
Todellisten tulosten saamiseksi oli kuitenkin suoritettava tutkimustyö ja aloitettava kokeellinen suunnittelu. Näennäisen yksinkertaisuuden vuoksi nämä vaiheet voivat kestää useita vuosia ja vaatia huomattavaa rahoitusta. Kuitenkin avaruusalan yritykset ottivat tämän riskin ja alkoivat suunnitella lupaavia "alkeellisia" kantoraketteja.
Rohkeita projekteja
Ensimmäiset uudenlaiset projektit ilmestyivät vuonna 1962, ja NASAn asiantuntijat arvioivat ne. Nämä BDB -muunnelmat perustuivat yhteisiin ideoihin, mutta käyttivät niitä eri tavoin. Etenkin aloitusmenetelmässä oli eroja.
Todellinen ennätyksen haltija voisi olla General Dynamicsin kehittämä NEXUS -raketti. Se oli yksivaiheinen kantoraketti, jonka korkeus oli 122 m ja halkaisija enintään 45,7 m. Muille kiertoratoille kantavuus oli puolet pienempi.
NEXUS-raketin oli määrä laukaista kuorma kiertoradalle ja laskeutua sitten valtameriin laskuvarjojen ja kiinteän polttoaineen laskeutumismoottorien avulla. Palvelun jälkeen tällainen BDB voisi suorittaa uuden lennon.
Samana vuonna ilmestyi Aerojet -yhtiön Sea Dragon -hanke. Hän ehdotti erittäin raskaita merikuljetusraketteja, eikä se vaadi erillisiä laukaisutiloja. Lisäksi oli tarkoitus ottaa laivanrakennusyritykset mukaan sellaisten ohjusten tuotantoon, joilla on tarvittavat - ei monimutkaisimmat - tekniikat metallirakenteiden kokoamiseen.
"Sea Dragon" rakennettiin kaksivaiheisen suunnitelman mukaisesti yksinkertaistetuilla rakettimoottoreilla molemmissa. Raketin pituus oli 150 m, halkaisija - 23 m. Paino - n. 10 tuhatta tonnia, hyötykuorma - 550 tonnia LEO: lle. Ensimmäisessä vaiheessa toimitettiin kerosiini-happimoottori, jonka työntövoima oli 36 miljoonaa kgf. Maan laukaisukompleksin sijasta ehdotettiin kompaktimpaa järjestelmää. Se valmistettiin suuren painolastisäiliön muodossa, jossa tarvittavat laitteet oli kiinnitetty ensimmäisen vaiheen pohjaan.
Suunnittelijoiden suunnitteleman Sea Dragon -raketin piti valmistaa telakka tavallisista "laiva" -materiaaleista. Sitten vaakatasossa oleva tuote on hinattava hinaajan avulla vesillelaskupaikkaan. Laukaisujärjestelmä tarjosi raketin siirtämisen vaakasuorasta pystyasentoon, jossa vedos oli noin puolet rungosta. Sitten Dragon voisi käynnistää moottorit ja nousta. Portaiden paluu suoritettiin laskuvarjojen avulla laskeutumalla veteen.
Halpa mutta kallis
Suurten raskaiden kantorakettien Big Dumb Booster -hankkeet olivat erittäin kiinnostuneita astronautian kehittämisen yhteydessä. Niiden toteuttamiseen liittyi kuitenkin joukko luonteenomaisia vaikeuksia, joista ilman voittoa ei ollut mahdollista saada haluttuja tuloksia. Teknisten ehdotusten ja hankkeiden raitis arviointi johti koko suunnan sulkemiseen.
Aerogetin, General Dynamicsin ja muiden yritysten ehdotettujen hankkeiden kehittäminen oli erittäin vaikea tehtävä. "Halvan" raketin luomiseksi tarvittiin suuria menoja projektien kehittämiseen ja olemassa olevien tekniikoiden mukauttamiseen avaruussovelluksiin. Samaan aikaan syntyneet ohjukset lähitulevaisuudessa eivät olleet kiinnostavia: satojen tonnien hyötykuorma yksinkertaisesti puuttui, eikä sitä odotettu tulevina vuosina.
NASA piti sopimattomana tuhlata aikaa, rahaa ja vaivaa hankkeisiin ilman todellista hyötyä. Kaikki BDB-aiheeseen liittyvät työt olivat lakanneet 1960-luvun puoliväliin mennessä. Jotkut näiden töiden osallistujista yrittivät tehdä projekteja uusiin tehtäviin, mutta tässä tapauksessa he eivät saaneet jatkoa. Veronmaksajien iloksi BDB: n työ keskeytettiin varhain, ja kyseenalaiseen ohjelmaan käytettiin vähän rahaa.
Kuten amerikkalaisen astronautian kehittyminen osoitti, raskaat ja erittäin raskaat kantoraketit löysivät käyttöä, mutta järjestelmät, joiden kantavuus oli satoja tonneja, olivat tarpeettomia sekä liian monimutkaisia ja kalliita - alkuperäisistä suunnitelmista huolimatta. Astronautian kehitys jatkui ilman "suurta alkukantaista rakettia" - ja se näytti toivottuja tuloksia.
