Die britische Regierung hat angekündigt, 60 Millionen Pfund (fast 3 Milliarden Rubel) in das Projekt des privaten Unternehmens Reaction Engines zu investieren. Die Ingenieure des Unternehmens erwarten, ein funktionierendes Modell eines brandneuen kommerziellen Düsentriebwerks zu bauen. Das Triebwerk wird Sabre heißen, eine Abkürzung für Synergetic Air-Breathing Rocket Engine. Derzeit wurden bereits Labortests von Prototypen des neuen Motors erfolgreich abgeschlossen, was für das Land ein zusätzlicher Anreiz ist, in dieses Projekt zu investieren.
Ein auf Sabre-Triebwerken basierendes Flugzeug wird die Stratosphäre in nur 15 Minuten erreichen und die Strecke beispielsweise von Australien in die USA in nur 4 Stunden zurücklegen. Die Geschwindigkeit eines solchen Flugzeugs würde die Schallgeschwindigkeit um den Faktor 5 auf einmal übersteigen. Aktuell plant Reaction Engines, ihr berühmtes Skylon-Flugzeug mit einem neuen Triebwerk auszustatten, das potenziell auf 5635 km/h beschleunigen könnte. Laut Vertretern des britischen Unternehmens hat Skylon alle Chancen, ein echtes "Raumschiff" zu werden und in einer niedrigen Erdumlaufbahn zu fliegen.
Herkömmliche Triebwerke, die heute in der Luftfahrt zum Einsatz kommen, erfordern den Transport von speziellen, mit flüssigem Sauerstoff gefüllten Tanks, wenn das Flugzeug im Flug eine Geschwindigkeit von mehr als 3000 km/h erreicht. Solche Flugzeuge können normale Luft nicht "atmen", da sie sich auf sehr hohe Temperaturen erhitzen würde. Gleichzeitig ermöglicht der Sabre-Motor die Verwendung von Luft anstelle von flüssigem Sauerstoff: Er ist mit einem ganzen Rohrsystem ausgestattet, das mit Helium gefüllt ist. Wenn Luft durch diese Rohre strömt, kühlt Helium sie ab und Sauerstoff mit der erforderlichen Temperatur (-150 Grad Celsius statt ursprünglich 1000 Grad) wird direkt dem Motor zugeführt.
Das von Reaction Engines entwickelte Sabre-Triebwerk kann in 2 Modi betrieben werden: als Strahltriebwerk und als Raketentriebwerk. Laut Unternehmensvertretern wird der Einsatz dieses Triebwerks im Skylon-Flugzeug eine 5-fache Schallgeschwindigkeit in der Erdatmosphäre und 25-fache Schallgeschwindigkeit im Weltraum ermöglichen. Das Schlüsselelement dieses Motors, der es ihm ermöglicht, effektiv in der Atmosphäre zu arbeiten, ist der Vorkühler, in dem die einströmende Außenluft mit einer Temperatur von etwa 1000 Grad in nur einem Hundertstel auf eine Temperatur von -150 Grad abgekühlt wird Sekunde.
Sobald der Skylon den Weltraum betritt, kann er in den sogenannten "Weltraummodus" versetzt werden. In diesem Fall kann das Flugzeug 36 Stunden in der erdnahen Umlaufbahn bleiben. Diese Zeit ist mehr als ausreichend, um beispielsweise einen Satelliten zu starten. Darüber hinaus wird es eine sehr profitable Technologie sein. Laut Alan Bond, dem Gründer des Unternehmens, könnte die Menge, die für den Start von Satelliten und ähnlichen Missionen benötigt wird, sofort um 95 % reduziert werden, wenn die kommerzielle Produktion von Sabre-Triebwerken etabliert wird.
Darüber hinaus können neue Raumfahrzeuge mit Luftstrahltriebwerken zu einer sehr guten Perspektive auf dem Weltraumtourismusmarkt werden. In diesem Fall könnte die britische Firma Reaction Engines ein sehr starker Konkurrent für Virgin Galactic werden, das Richard Branson gehört. Jetzt lädt der Milliardär alle ein, unseren Planeten für nur 121.000 Pfund (fast 6 Millionen Rubel) durch das Fenster zu sehen. Vertreter der Firma Reaction Engines sagen, dass der Flug mit ihrem Skylon-Raumschiff Weltraumtouristen deutlich weniger kosten wird, aber sie sagen noch nicht, wie viel. Weitere Einzelheiten zu den Plänen der britischen Regierung zur Finanzierung dieses ehrgeizigen Projekts werden bekannt gegeben, wenn eine spezielle britische Weltraumkonferenz in Glasgow stattfindet.
Geschichte des Aussehens
Die Idee, einen vorgekühlten Motor zu konstruieren, kam bereits 1955 von Robert Carmichael. Dieser Idee folgte die Idee eines Liquified Air Engine (LACE), die ursprünglich in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts von Marquardt und General Dynamics im Rahmen der Arbeit der US Air Force am Aerospaceplane-Projekt entwickelt wurde.
Die Arbeiten am Projekt eines neuen Sabre-Motors begannen jedoch erst 1989, und in diesem Jahr wurde Reaction Engines Limited gegründet. Die Spezialisten des Unternehmens arbeiteten weiter an dem Projekt und entwickelten die zuvor vorgestellten Ideen. Infolgedessen dauerte die Entwicklung des Sabre-Hybridmotors von einem 30-köpfigen Forschungsteam 22 Jahre. Das Ergebnis ihrer Bemühungen war der Bau eines nachgebauten Triebwerks, das in das Skylon-Flugzeug eingebaut wurde, das auf der Farnborough Air Show ausgestellt wurde.
Die neuesten von Reaction Engines durchgeführten Tests haben sich auf Technologien zur Luftvorkühlung konzentriert. Derzeit entwickeln die Spezialisten dieses Unternehmens, die eine praktikable Technologie in der Hand haben, einen Prototyp des Kühlsystems. Diese Probe sollte relativ leicht sein und außerdem aerodynamische Stabilität, hohe mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen starke Vibrationen aufweisen. Nach den Plänen des Unternehmens sollten die Tests eines Prototypen-Kühlers im August 2012 beginnen.
Bis November 2012 hatte Reaction Engines die Gerätetests im Rahmen des Projekts "Heat Exchanger Technology Critical for Air / Liquid Oxygen Powered Hybrid Rocket Engine" abgeschlossen. Dies war eine sehr wichtige Phase im Entwicklungsprozess eines Hybridmotors, der allen potenziellen Investoren des Projekts die Realisierbarkeit der vorgestellten Technologien bewies. Der Sabre-Motor basiert auf einem Wärmetauscher, der die einströmende Luft auf -150 ° C (-238 ° F) abkühlen kann. Im Betrieb wird gekühlte Luft mit flüssigem Wasserstoff vermischt, wonach sie durch Verbrennen den notwendigen Schub für den atmosphärischen Flug liefert, bevor sie beim Fliegen außerhalb der Erdatmosphäre auf flüssigen Sauerstoff aus Tanks umgeschaltet wird. Erfolgreiche Tests dieser eher kritischen Technologie haben in der Praxis bestätigt, dass der Wärmetauscher in der Lage ist, die Anforderungen eines Hybridtriebwerks zu erfüllen, um die erforderliche Sauerstoffmenge aus der Atmosphäre zu gewinnen, um unter niedrigen Flugbedingungen mit hoher Effizienz zu funktionieren.
Auf der Farnborough Air Show 2012 lobte David Willets, der britische Staatssekretär für Universitäten und Wissenschaft, die Entwicklung. Insbesondere sagte der Minister, dass dieser Hybridantrieb den größten Einfluss auf die Spielbedingungen haben kann, die sich heute in der Raumfahrtindustrie gebildet haben. Die erfolgreichen Tests des Vorkühlsystems des Triebwerks bestätigten die hohe Wertschätzung des vorgeschlagenen Konzepts, das 2010 von der britischen Weltraumbehörde gemacht wurde. Der Minister wies auch darauf hin, dass, wenn es ihnen eines Tages gelingen sollte, diese Technologie zur Organisation ihrer eigenen kommerziellen Flüge einzusetzen, dies zweifellos zu einem fantastischen Ereignis in großem Umfang werden würde.
David Willets wies auch darauf hin, dass es wenig wahrscheinlich ist, dass die Europäische Weltraumorganisation der Finanzierung des Skylon-Projekts zustimmt. Großbritannien muss sich deshalb darauf einstellen, dass es den Bau der Raumsonde zum Großteil mit eigenen Mitteln bestreiten muss.
Leistung
Das Design-Schub-Gewichts-Verhältnis des Sabre-Hybridmotors wird voraussichtlich mehr als 14 Einheiten betragen. Es ist erwähnenswert, dass das Schub-Gewichts-Verhältnis gewöhnlicher Strahltriebwerke innerhalb von 5 Einheiten liegt und nur 2 Einheiten für Überschall-Staustrahltriebwerke. Diese hohe Leistung wurde durch den Einsatz von unterkühlter Luft erreicht, die sehr dicht wird und weniger Verdichtung benötigt, und was noch wichtiger ist, dass aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen für die meisten Hybridmotoren ausreichend Leichtmetalle verwendet werden können Entwurf.
Der Motor hat einen hohen spezifischen Impuls in der Atmosphäre, der 3500 Sekunden erreicht. Zum Vergleich: Ein gewöhnlicher Raketentriebwerk hat einen spezifischen Impuls, der bestenfalls etwa 450 Sekunden beträgt, und selbst ein "thermischer" Atomraketentriebwerk, das als vielversprechend gilt, verspricht eine Größenordnung von nur 900 Sekunden zu erreichen.
Die Kombination aus geringer Triebwerksmasse und hoher Treibstoffeffizienz verleiht dem vielversprechenden Skylon-Flugzeug die Fähigkeit, die Umlaufbahn in einem einstufigen Modus zu erreichen, während das Triebwerk als Luftstrahltriebwerk bis zu einer Geschwindigkeit von M = 5, 14 und einer Höhe arbeitet von 28,5 km. Gleichzeitig ist das Luft- und Raumfahrtfahrzeug in der Lage, einen Orbit mit einer sehr großen Nutzlast im Verhältnis zum Abfluggewicht des Flugzeugs selbst zu erreichen. Das konnte bisher kein konventionelles Flugzeug erreichen.
Motorvorteile
Anders als seine traditionellen Raketen-Cousins und wie andere Arten von Düsentriebwerken kann das neue britische Hybrid-Düsentriebwerk Luft zum Verbrennen von Treibstoff verwenden, was das erforderliche Treibmittelgewicht reduziert und gleichzeitig das Gewicht der Nutzlast erhöht. Ein Staustrahltriebwerk (Staustrahltriebwerk) und ein Hyperschall-Staustrahltriebwerk (Scramjet-Triebwerk) müssen ausreichend Zeit in der unteren Atmosphäre verbringen, um eine ausreichende Geschwindigkeit für den Eintritt in die Umlaufbahn zu entwickeln, was wiederum das Problem der starken Erwärmung in den Vordergrund stellt Motor bei Überschallgeschwindigkeit sowie mögliche Verluste aufgrund der Komplexität des Wärmeschutzes und des erheblichen Gewichts.
Gleichzeitig muss ein Hybridstrahltriebwerk wie der Sabre in den unteren Schichten der Erdatmosphäre nur eine niedrige Hyperschallgeschwindigkeit erreichen (es sei daran erinnert, dass Hyperschall alles nach M = 5 ist), bevor es in einen geschlossenen Kreislauf übergeht und einen steilen Aufstieg durch Beschleunigung im Raketenmodus machen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Staustrahl- oder Scramjet-Triebwerken ist das neue britische Sabre-Triebwerk in der Lage, über den gesamten Höhenbereich einen hohen Schub von Null bis einschließlich M = 5, 14 mit sehr gutem Wirkungsgrad über den gesamten Höhenbereich bereitzustellen. Darüber hinaus weist die Fähigkeit, auch bei Nullgeschwindigkeit Schub zu erzeugen, auf die Möglichkeit hin, den Hybridantrieb am Boden zu testen, was die Entwicklungskosten erheblich senkt.
Angenommene Eigenschaften des Sabre-Motors:
Schub auf Meereshöhe - 1960 kN
Leerer Schub - 2940 kN
Schub-Gewichts-Verhältnis - etwa 14 (in der Atmosphäre)
Spezifischer Impuls im Vakuum - 460 Sekunden.
Spezifischer Impuls auf Meereshöhe - 3600 Sekunden.
