Rząd Wielkiej Brytanii ogłosił, że jest gotów zainwestować 60 mln funtów (prawie 3 mld rubli) w projekt prywatnej firmy Reaction Engines. Inżynierowie firmy spodziewają się zbudować działający model zupełnie nowego komercyjnego silnika odrzutowego. Silnik będzie nosił nazwę Sabre, co jest skrótem od Synergetic Air-Breathing Rocket Engine. Obecnie pomyślnie zakończono już testy laboratoryjne prototypów nowego silnika, co stało się dodatkowym bodźcem dla państwa do inwestowania w ten projekt.
Samolot oparty na silnikach Sabre będzie w stanie dotrzeć do stratosfery w zaledwie 15 minut, a dystans np. z Australii do Stanów Zjednoczonych pokonać w zaledwie 4 godziny. Prędkość takiego samolotu przewyższałaby jednocześnie prędkość dźwięku pięciokrotnie. Obecnie Reaction Engines planuje wyposażyć swój słynny samolot Skylon w nowy silnik, który potencjalnie mógłby przyspieszyć do 5635 km/h. Według przedstawicieli brytyjskiej firmy Skylon ma wszelkie szanse stać się prawdziwym „statekiem kosmicznym” i latać na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Tradycyjne silniki, które są dziś stosowane w lotnictwie, wymagają transportu specjalnych zbiorników wypełnionych ciekłym tlenem, jeśli samolot osiąga w locie prędkość ponad 3000 km/h. Takie samoloty nie mogą „oddychać” zwykłym powietrzem, gdyż nagrzewałoby się ono do bardzo wysokich temperatur. Jednocześnie silnik Sabre pozwala na użycie powietrza zamiast ciekłego tlenu: jest wyposażony w cały system rurek wypełnionych helem. Gdy powietrze przepływa przez te rurki, hel schładza je, a tlen o wymaganej temperaturze (-150 stopni Celsjusza zamiast pierwotnych 1000 stopni) jest dostarczany bezpośrednio do silnika.
Opracowany przez Reaction Engines silnik Sabre może działać w 2 trybach: jako silnik odrzutowy i jako silnik rakietowy. Według przedstawicieli firmy, zastosowanie tego silnika w samolocie Skylon pozwoli mu na 5 razy większą prędkość dźwięku w ziemskiej atmosferze i 25 razy w kosmosie. Kluczowym elementem tego silnika, który pozwoli mu na efektywną pracę w atmosferze, jest chłodnica wstępna, w której napływające powietrze zewnętrzne o temperaturze około 1000 stopni jest schładzane do temperatury -150 stopni w zaledwie jednej setnej części druga.
Gdy Skylon wejdzie w kosmos, można go umieścić w tak zwanym „trybie kosmicznym”. W takim przypadku samolot będzie mógł pozostać na niskiej orbicie okołoziemskiej przez 36 godzin. Ten czas jest więcej niż wystarczający np. na wystrzelenie satelity. Co więcej, będzie to bardzo opłacalna technologia. Według Alana Bonda, który jest założycielem firmy, ilość potrzebna do wystrzelenia satelitów i innych podobnych misji mogłaby zostać natychmiast zmniejszona o 95%, jeśli zostanie uruchomiona komercyjna produkcja silników Sabre.
Ponadto nowe statki kosmiczne zbudowane na silnikach odrzutowych mogą stać się bardzo dobrą perspektywą na rynku turystyki kosmicznej. W tym przypadku brytyjska firma Reaction Engines mogłaby stać się bardzo silnym konkurentem dla należącej do Richarda Bransona Virgin Galactic. Teraz miliarder zaprasza wszystkich do obejrzenia naszej planety przez okno za jedyne 121 tysięcy funtów (prawie 6 milionów rubli). Przedstawiciele firmy Reaction Engines twierdzą, że lot ich statkiem kosmicznym Skylon będzie kosztował turystów kosmicznych znacznie mniej, jednak nie mówią jeszcze ile. Więcej szczegółów na temat planów rządu Wielkiej Brytanii dotyczących finansowania tego ambitnego projektu zostanie ujawnionych, gdy w Glasgow odbędzie się specjalna UK Space Conference.
Historia pojawienia się
Pomysł zaprojektowania wstępnie schłodzonego silnika pojawił się po raz pierwszy w 1955 r. Robert Carmichael. W ślad za tym pomysłem pojawił się pomysł silnika na skroplony powietrze (LACE), który został pierwotnie opracowany przez Marquardt i General Dynamics w latach 60. ubiegłego wieku, w ramach prac US Air Force nad projektem Aerospaceplane.
Jednak prace nad projektem nowego silnika Sabre rozpoczęły się dopiero w 1989 roku iw tym roku powstała firma Reaction Engines Limited. Specjaliści firmy kontynuowali pracę nad projektem, rozwijając przedstawione wcześniej pomysły. W rezultacie stworzenie hybrydowego silnika Sabre zajęło 22 lata 30-osobowemu zespołowi badawczemu. Owocem ich wysiłków była budowa makiety silnika, która została zamontowana w samolocie Skylon, który był pokazywany na Farnborough Air Show.
Najnowsze testy przeprowadzone przez Reaction Engines koncentrowały się na technologiach wstępnego chłodzenia powietrza. Obecnie specjaliści tej firmy, mając w rękach sprawną technologię, opracowują prototyp układu chłodzenia. Próbka ta powinna być stosunkowo lekka, a także wykazywać stabilność aerodynamiczną, dużą wytrzymałość mechaniczną i odporność na silne wibracje. Zgodnie z planami firmy, testy prototypowej chłodnicy miały rozpocząć się w sierpniu 2012 roku.
Do listopada 2012 r. firma Reaction Engines zakończyła testy sprzętu w ramach projektu „Technologia wymiennika ciepła o krytycznym znaczeniu dla hybrydowego silnika rakietowego zasilanego powietrzem/ciekłym tlenem”. Był to bardzo ważny etap w procesie tworzenia silnika hybrydowego, który udowodnił wszystkim potencjalnym inwestorom w projekcie wykonalność przedstawionych technologii. Silnik Sabre oparty jest na wymienniku ciepła, który jest w stanie schłodzić wchodzące powietrze do -150°C (-238°F). W trakcie pracy schłodzone powietrze jest mieszane z ciekłym wodorem, po czym poprzez spalanie zapewnia niezbędny ciąg do lotu atmosferycznego, przed przejściem na ciekły tlen ze zbiorników, podczas lotu poza ziemską atmosferę. Pomyślne testy tej dość krytycznej technologii potwierdziły w praktyce, że wymiennik ciepła jest w stanie zaspokoić potrzeby silnika hybrydowego, aby uzyskać wymaganą ilość tlenu z atmosfery, aby funkcjonować z wysoką wydajnością w warunkach lotu na małych wysokościach.
Na targach Farnborough Air Show w 2012 roku David Willets, brytyjski sekretarz stanu ds. uniwersytetów i nauki, pochwalił rozwój. W szczególności minister powiedział, że ten hybrydowy silnik może mieć najbardziej realny wpływ na warunki gry, jakie ukształtowały się dziś w przemyśle kosmicznym. Pomyślne testy układu wstępnego chłodzenia silnika potwierdziły wysokie uznanie dla proponowanej koncepcji, którą w 2010 r. wygłosiła brytyjska agencja kosmiczna. Minister zwrócił również uwagę na fakt, że jeśli kiedyś uda im się wykorzystać tę technologię do organizacji własnych lotów komercyjnych, to bez wątpienia stanie się to wydarzeniem fantastycznym na skalę.
David Willets zauważył również, że jest małe prawdopodobieństwo, że Europejska Agencja Kosmiczna zgodzi się na finansowanie projektu Skylon. Z tego powodu Wielka Brytania musi być przygotowana na to, że będzie musiała zająć się budową statku kosmicznego, w większości z własnych środków.
Wydajność
Oczekuje się, że projektowy stosunek ciągu do masy hybrydowego silnika Sabre wyniesie ponad 14 jednostek. Warto zauważyć, że stosunek ciągu do masy zwykłych silników odrzutowych mieści się w granicach 5 jednostek, a tylko 2 jednostki w przypadku naddźwiękowych silników strumieniowych. Tak wysoki poziom osiągów osiągnięto dzięki zastosowaniu przechłodzonego powietrza, które staje się bardzo gęste i wymaga mniejszej kompresji, a co ważniejsze, ze względu na niskie temperatury pracy możliwe jest zastosowanie dostatecznie lekkich stopów dla większości silników hybrydowych projekt.
Silnik ma wysoki impuls właściwy w atmosferze, który sięga 3500 sekund. Dla porównania, zwykły silnik rakietowy ma określony impuls, który wynosi w najlepszym razie około 450 sekund, a nawet „termiczny” silnik rakietowy, który jest uważany za obiecujący, obiecuje osiągnąć wielkość zaledwie 900 sekund.
Połączenie niskiej masy silnika i wysokiej wydajności paliwowej daje obiecującemu samolotowi Skylon możliwość wchodzenia na orbitę w trybie jednostopniowym, podczas gdy silnik pracuje jako silnik odrzutowy do prędkości M=5, 14 i wysokości 28,5 km. Jednocześnie pojazd lotniczy jest w stanie wejść na orbitę z bardzo dużym ładunkiem w stosunku do masy startowej samego samolotu. Tego wcześniej nie mógł osiągnąć żaden konwencjonalny samolot.
Zalety silnika
W przeciwieństwie do swoich tradycyjnych kuzynów rakietowych i podobnie jak inne typy silników odrzutowych, nowy brytyjski hybrydowy silnik odrzutowy może wykorzystywać powietrze do spalania paliwa, co zmniejsza wymaganą masę paliwa, jednocześnie zwiększając masę ładunku. Silnik strumieniowy (silnik strumieniowy) i hipersoniczny silnik strumieniowy (silnik strumieniowy) muszą spędzać wystarczającą ilość czasu w niższej atmosferze, aby osiągnąć prędkość wystarczającą do wejścia na orbitę, co z kolei wysuwa na pierwszy plan problem intensywnego nagrzewania silnik z prędkością naddźwiękową, a także możliwe straty ze względu na złożoność ochrony termicznej i znaczną wagę.
Jednocześnie hybrydowy silnik odrzutowy, taki jak Sabre, musi jedynie osiągnąć niską prędkość hipersoniczną (warto przypomnieć, że hipersoniczny to wszystko po M = 5) w niższych warstwach atmosfery ziemskiej, zanim przejdzie w cykl zamknięty i robi strome wznoszenie z przyspieszenia w trybie rakietowym.
W przeciwieństwie do tradycyjnych silników strumieniowych lub scramjet, nowy silnik British Sabre jest w stanie zapewnić wysoki ciąg od prędkości zerowej do M = 5,14 włącznie, w całym zakresie wysokości, z bardzo dobrą wydajnością w całym zakresie wysokości. Ponadto zdolność do tworzenia ciągu nawet przy zerowej prędkości wskazuje na możliwość przetestowania silnika hybrydowego na ziemi, co znacznie obniża koszty rozwoju.
Zakładane cechy silnika Sabre:
Ciąg na poziomie morza - 1960 kN
Pusty ciąg - 2940 kN
Stosunek ciągu do masy - około 14 (w atmosferze)
Impuls właściwy w próżni - 460 sekund.
Impuls właściwy na poziomie morza - 3600 sekund.
