Il governo britannico ha annunciato di essere pronto a investire 60 milioni di sterline (quasi 3 miliardi di rubli) nel progetto della società privata Reaction Engines. Gli ingegneri dell'azienda prevedono di costruire un modello funzionante di un nuovissimo motore a reazione commerciale. Il motore si chiamerà Sabre, abbreviazione di Synergetic Air-Breathing Rocket Engine. Attualmente, sono già stati completati con successo i test di laboratorio dei prototipi del nuovo motore, che è diventato un ulteriore incentivo per lo stato a investire in questo progetto.
Un aereo basato su motori Sabre sarà in grado di raggiungere la stratosfera in soli 15 minuti, e coprire la distanza, ad esempio, dall'Australia agli Stati Uniti in sole 4 ore. La velocità di un tale aereo supererebbe la velocità del suono di un fattore 5 in una volta. Attualmente, Reaction Engines prevede di dotare il suo famoso aereo Skylon di un nuovo motore, che potrebbe potenzialmente accelerare fino a 5635 km/h. Secondo i rappresentanti della compagnia britannica, Skylon ha tutte le possibilità di diventare una vera "astronave" e volare in un'orbita terrestre bassa.
I motori tradizionali, utilizzati oggi nell'aviazione, richiedono il trasporto di speciali serbatoi pieni di ossigeno liquido se l'aereo raggiunge una velocità superiore a 3000 km / h in volo. Tali aerei non possono "respirare" l'aria ordinaria, poiché si riscalderebbe fino a temperature molto elevate. Allo stesso tempo, il motore Sabre consente l'uso dell'aria al posto dell'ossigeno liquido: è dotato di un intero sistema di tubi riempiti di elio. Quando l'aria passa attraverso questi tubi, l'elio la raffredda e l'ossigeno alla temperatura richiesta (-150 gradi Celsius invece dei 1000 gradi originali) viene inviato direttamente al motore.
Sviluppato da Reaction Engines, il motore Sabre è in grado di funzionare in 2 modalità: come motore a reazione e come motore a razzo. Secondo i rappresentanti dell'azienda, l'uso di questo motore sull'aereo Skylon consentirà di essere 5 volte la velocità del suono nell'atmosfera terrestre e 25 volte nello spazio. L'elemento chiave di questo motore, che gli permetterà di funzionare efficacemente all'interno dell'atmosfera, è il precooler, nel quale l'aria esterna in ingresso con una temperatura di circa 1000 gradi viene raffreddata fino ad una temperatura di -150 gradi in appena un centesimo di secondo.
Una volta che Skylon entra nello spazio, può essere messo in quella che viene chiamata "modalità spazio". In questo caso, l'aereo sarà in grado di rimanere in orbita bassa per 36 ore. Questa volta è più che sufficiente, ad esempio, per lanciare un satellite. Inoltre, sarà una tecnologia molto redditizia. Secondo Alan Bond, che è il fondatore dell'azienda, l'importo richiesto per il lancio di satelliti e altre missioni simili potrebbe essere immediatamente ridotto del 95% se viene stabilita la produzione commerciale di motori Sabre.
Inoltre, nuovi veicoli spaziali costruiti con motori a getto d'aria possono diventare un'ottima prospettiva nel mercato del turismo spaziale. In questo caso, la società britannica Reaction Engines potrebbe diventare un concorrente molto forte per Virgin Galactic, che appartiene a Richard Branson. Ora il miliardario invita tutti a vedere il nostro pianeta dalla finestra per sole 121mila sterline (quasi 6 milioni di rubli). I rappresentanti della società Reaction Engines affermano che il volo sulla loro navicella spaziale Skylon costerà ai turisti spaziali molto meno, tuttavia, non dicono ancora quanto. Maggiori dettagli sui piani del governo del Regno Unito per quanto riguarda il finanziamento di questo ambizioso progetto saranno resi noti quando si terrà a Glasgow una conferenza spaziale britannica speciale.
Storia dell'apparenza
L'idea di progettare un motore preraffreddato venne per la prima volta a Robert Carmichael nel 1955. Questa idea è stata seguita dall'idea di un motore ad aria liquefatta (LACE), originariamente sviluppato da Marquardt e General Dynamics negli anni '60 del secolo scorso, come parte del lavoro dell'aeronautica statunitense sul progetto Aerospaceplane.
Tuttavia, i lavori sul progetto di un nuovo motore Sabre sono iniziati solo nel 1989 e quest'anno è stata costituita la Reaction Engines Limited. Gli specialisti dell'azienda hanno continuato a lavorare al progetto, sviluppando le idee presentate in precedenza. Di conseguenza, la creazione del motore ibrido Sabre ha richiesto 22 anni da un team di ricerca di 30 persone. Il frutto dei loro sforzi fu la costruzione di un finto motore, che fu installato sull'aereo Skylon, che fu esposto al Farnborough Air Show.
Gli ultimi test effettuati da Reaction Engines si sono concentrati sulle tecnologie di preraffreddamento dell'aria. Attualmente, gli specialisti di questa azienda, avendo tra le mani una tecnologia praticabile, stanno sviluppando un prototipo del sistema di raffreddamento. Questo campione dovrebbe essere relativamente leggero e presentare anche stabilità aerodinamica, elevata resistenza meccanica e resistenza a forti vibrazioni. Secondo i piani dell'azienda, i test di un prototipo di refrigeratore dovevano iniziare nell'agosto 2012.
A novembre 2012, Reaction Engines aveva completato i test delle apparecchiature nell'ambito del progetto "Heat Exchanger Technology Critical for Air / Liquid Oxygen Powered Hybrid Rocket Engine". Questa è stata una fase molto importante nel processo di creazione di un motore ibrido, che ha dimostrato a tutti i potenziali investitori nel progetto la fattibilità delle tecnologie presentate. Il motore Sabre si basa su uno scambiatore di calore in grado di raffreddare l'aria in ingresso fino a -150 °C (-238 °F). Nel processo di funzionamento, l'aria raffreddata viene miscelata con idrogeno liquido, dopo di che, bruciando, fornisce la spinta necessaria per il volo atmosferico, prima di passare all'ossigeno liquido dai serbatoi, quando si vola al di fuori dell'atmosfera terrestre. Prove di successo di questa tecnologia piuttosto critica hanno confermato in pratica che lo scambiatore di calore è in grado di soddisfare le esigenze di un motore ibrido per ottenere la quantità di ossigeno richiesta dall'atmosfera per funzionare con alta efficienza in condizioni di volo a bassa quota.
Al Farnborough Air Show 2012, David Willets, Segretario di Stato britannico per le università e la scienza, ha elogiato lo sviluppo. In particolare, il ministro ha affermato che questo motore ibrido può avere l'impatto più reale sulle condizioni di gioco che si sono formate oggi nell'industria spaziale. I test di successo del sistema di pre-raffreddamento del motore hanno confermato l'alto apprezzamento del concetto proposto, realizzato dall'Agenzia spaziale britannica nel 2010. Il ministro ha anche osservato che se un giorno riusciranno ad applicare questa tecnologia per organizzare i propri voli commerciali, allora questo diventerà senza dubbio un evento fantastico su larga scala.
David Willets ha anche notato il fatto che ci sono poche probabilità che l'Agenzia spaziale europea accetti di finanziare il progetto Skylon. Per questo motivo la Gran Bretagna deve essere preparata al fatto che dovrà occuparsi della costruzione della navicella, per la maggior parte con fondi propri.
Prestazione
Il rapporto spinta-peso di progettazione del motore ibrido Sabre dovrebbe essere superiore a 14 unità. Vale la pena notare che il rapporto spinta-peso dei normali motori a reazione è entro 5 unità e solo 2 unità per i motori a reazione supersonici. Questo alto livello di prestazioni è stato raggiunto attraverso l'utilizzo di aria superraffreddata, che diventa molto densa e richiede una minore compressione e, cosa ancora più importante, a causa delle basse temperature di esercizio, è possibile utilizzare leghe sufficientemente leggere per la maggior parte del motore ibrido design.
Il motore ha un alto impulso specifico nell'atmosfera, che raggiunge i 3500 secondi. Per fare un confronto, un normale motore a razzo ha un impulso specifico, che è al massimo di circa 450 secondi, e persino un motore a razzo nucleare "termico", che è considerato promettente, promette di raggiungere una grandezza di soli 900 secondi.
La combinazione di bassa massa del motore e alta efficienza del carburante offre al promettente aereo Skylon la capacità di raggiungere l'orbita in una modalità a stadio singolo, mentre il motore funziona come un motore a getto d'aria fino a una velocità di M = 5, 14 e un'altitudine di 28,5 km. Allo stesso tempo, il veicolo aerospaziale è in grado di raggiungere un'orbita con un carico utile molto elevato rispetto al peso al decollo del velivolo stesso. Ciò in precedenza non poteva essere raggiunto da nessun aereo convenzionale.
Vantaggi del motore
A differenza dei suoi tradizionali cugini a razzo, e come altri tipi di motori a reazione, il nuovo motore a reazione ibrido britannico può utilizzare l'aria per bruciare carburante, il che riduce il peso richiesto del propellente, aumentando al contempo il peso del carico utile. Un motore a reazione (motore a reazione) e un motore a reazione ipersonica (motore a reazione scram) devono trascorrere un tempo sufficiente nella bassa atmosfera per sviluppare una velocità sufficiente per entrare in orbita, il che a sua volta porta in primo piano il problema del riscaldamento intenso motore a velocità ipersonica, nonché possibili perdite dovute alla complessità della protezione termica e al peso significativo.
Allo stesso tempo, un motore a reazione ibrido come il Sabre deve solo raggiungere una bassa velocità ipersonica (vale la pena ricordare che ipersonico è tutto dopo M = 5) negli strati inferiori dell'atmosfera terrestre, prima di passare a un ciclo chiuso e facendo una ripida salita dall'accelerazione in modalità razzo.
A differenza dei tradizionali motori ramjet o scramjet, il nuovo motore British Sabre è in grado di fornire un'elevata spinta da velocità zero a M = 5, 14 compreso, su tutta la gamma di altitudine, con un'efficienza molto buona su tutta la gamma di altitudine. Inoltre, la capacità di creare spinta anche a velocità zero indica la possibilità di testare a terra il motore ibrido, che riduce notevolmente i costi di sviluppo.
Caratteristiche assunte del motore Sabre:
Spinta al livello del mare - 1960 kN
Spinta a vuoto - 2940 kN
Rapporto spinta-peso - circa 14 (nell'atmosfera)
Impulso specifico nel vuoto - 460 secondi.
Impulso specifico a livello del mare - 3600 secondi.
