Chính phủ Anh đã thông báo rằng họ sẵn sàng đầu tư 60 triệu bảng Anh (gần 3 tỷ rúp) vào dự án của công ty tư nhân Reaction Engines. Các kỹ sư của công ty dự kiến sẽ chế tạo một mô hình hoạt động của một động cơ phản lực thương mại hoàn toàn mới. Động cơ sẽ được đặt tên là Sabre, viết tắt của Synergetic Air-Breathing Rocket Engine. Hiện tại, các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với các nguyên mẫu của động cơ mới đã được hoàn thành thành công, điều này trở thành động lực bổ sung cho nhà nước đầu tư vào dự án này.
Một chiếc máy bay dựa trên động cơ Sabre sẽ có thể đạt đến tầng bình lưu chỉ trong 15 phút và bao phủ quãng đường, ví dụ, từ Úc đến Hoa Kỳ chỉ trong 4 giờ. Tốc độ của một chiếc máy bay như vậy sẽ vượt quá tốc độ âm thanh một hệ số 5 cùng một lúc. Hiện tại, Reaction Engines có kế hoạch trang bị cho máy bay Skylon nổi tiếng của họ một động cơ mới, có khả năng tăng tốc lên 5635 km / h. Theo đại diện của công ty Anh, Skylon có mọi cơ hội để trở thành một "tàu vũ trụ" thực sự và bay trên quỹ đạo trái đất thấp.
Động cơ truyền thống, được sử dụng trong hàng không ngày nay, yêu cầu vận chuyển các bình đặc biệt chứa đầy oxy lỏng nếu máy bay đạt tốc độ hơn 3000 km / h trong chuyến bay. Những chiếc máy bay như vậy không thể "thở" không khí thông thường, vì nó sẽ nóng lên đến nhiệt độ rất cao. Đồng thời, động cơ Sabre cho phép sử dụng không khí thay vì oxy lỏng: nó được trang bị toàn bộ hệ thống ống chứa đầy khí heli. Khi không khí đi qua các ống này, heli làm mát nó và oxy ở nhiệt độ cần thiết (-150 độ C thay vì 1000 độ ban đầu) được chuyển trực tiếp đến động cơ.
Được phát triển bởi Reaction Engines, động cơ Sabre có thể hoạt động ở 2 chế độ: động cơ phản lực và động cơ tên lửa. Theo đại diện công ty, việc sử dụng động cơ này trên máy bay Skylon sẽ cho phép nó có tốc độ gấp 5 lần tốc độ âm thanh trong khí quyển Trái đất và 25 lần trong không gian vũ trụ. Yếu tố quan trọng của động cơ này, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong khí quyển, là bộ làm mát sơ bộ, trong đó không khí bên ngoài đi vào có nhiệt độ khoảng 1000 độ được làm mát đến nhiệt độ -150 độ chỉ trong một phần trăm thứ hai.
Một khi Skylon đi vào không gian, nó có thể được đưa vào cái gọi là "chế độ không gian". Trong trường hợp này, máy bay sẽ có thể ở trong quỹ đạo trái đất thấp trong 36 giờ. Ví dụ, thời gian này là quá đủ để phóng một vệ tinh. Hơn nữa, nó sẽ là một công nghệ mang lại lợi nhuận rất cao. Theo Alan Bond, người sáng lập công ty, số lượng cần thiết để phóng vệ tinh và các sứ mệnh tương tự khác có thể giảm ngay 95% nếu việc sản xuất thương mại động cơ Sabre được thiết lập.
Ngoài ra, tàu vũ trụ mới được chế tạo trên động cơ phản lực khí có thể trở thành một triển vọng rất tốt trên thị trường du lịch vũ trụ. Trong trường hợp này, công ty Reaction Engines của Anh có thể trở thành đối thủ cạnh tranh rất mạnh của Virgin Galactic, công ty thuộc về Richard Branson. Giờ đây, tỷ phú mời mọi người nhìn hành tinh của chúng ta qua cửa sổ với giá chỉ 121 nghìn bảng Anh (gần 6 triệu rúp). Đại diện của công ty Reaction Engines nói rằng chuyến bay trên tàu vũ trụ Skylon của họ sẽ tiêu tốn của khách du lịch vũ trụ ít hơn đáng kể, tuy nhiên, họ chưa nói rõ là bao nhiêu. Thông tin chi tiết về các kế hoạch của chính phủ Vương quốc Anh liên quan đến việc tài trợ cho dự án đầy tham vọng này sẽ được biết đến khi một Hội nghị Không gian đặc biệt của Vương quốc Anh được tổ chức tại Glasgow.
Lịch sử xuất hiện
Ý tưởng thiết kế động cơ làm mát trước đến với Robert Carmichael vào năm 1955. Ý tưởng này được tiếp nối bởi ý tưởng về động cơ không khí hóa lỏng (LACE), vốn được phát triển bởi Marquardt và General Dynamics vào những năm 60 của thế kỷ trước, như một phần trong dự án Máy bay vũ trụ của Không quân Mỹ.
Tuy nhiên, dự án về động cơ Sabre mới chỉ bắt đầu vào năm 1989, và năm nay Reaction Engines Limited được thành lập. Các chuyên gia của công ty tiếp tục làm việc trong dự án, phát triển các ý tưởng đã trình bày trước đó. Kết quả là, việc tạo ra động cơ hybrid Sabre mất 22 năm từ một nhóm nghiên cứu gồm 30 người. Thành quả của những nỗ lực của họ là việc chế tạo một động cơ giả, được lắp trên máy bay Skylon, được trưng bày tại Triển lãm Hàng không Farnborough.
Các thử nghiệm mới nhất do Reaction Engines thực hiện đã tập trung vào công nghệ làm mát sơ bộ bằng không khí. Hiện tại, các chuyên gia của công ty này, có trong tay công nghệ khả thi, đang phát triển một nguyên mẫu của hệ thống làm mát. Mẫu vật này phải có trọng lượng tương đối nhẹ và cũng thể hiện tính ổn định khí động học, độ bền cơ học cao và khả năng chống rung lắc mạnh. Theo kế hoạch của công ty, các cuộc thử nghiệm của một nguyên mẫu làm mát sẽ bắt đầu vào tháng 8 năm 2012.
Đến tháng 11 năm 2012, Động cơ phản ứng đã hoàn thành thử nghiệm thiết bị trong dự án "Công nghệ trao đổi nhiệt quan trọng cho động cơ tên lửa hỗn hợp cung cấp oxy không khí / lỏng". Đây là một giai đoạn rất quan trọng trong quá trình tạo ra một động cơ hybrid, điều này đã chứng minh cho tất cả các nhà đầu tư tiềm năng trong dự án thấy khả năng tồn tại của các công nghệ được trình bày. Động cơ Sabre dựa trên một bộ trao đổi nhiệt có thể làm mát không khí đi vào xuống -150 ° C (-238 ° F). Trong quá trình hoạt động, không khí được làm mát được trộn với hydro lỏng, sau đó, bằng cách đốt cháy, nó cung cấp lực đẩy cần thiết cho quá trình bay trong khí quyển, trước khi chuyển sang oxy lỏng từ các bồn chứa, khi bay ra ngoài bầu khí quyển của trái đất. Các thử nghiệm thành công của công nghệ khá quan trọng này đã xác nhận trên thực tế rằng bộ trao đổi nhiệt có thể đáp ứng nhu cầu của động cơ hybrid để thu được lượng oxy cần thiết từ khí quyển để hoạt động với hiệu suất cao trong điều kiện bay ở độ cao thấp.
Tại Triển lãm Hàng không Farnborough 2012, David Willets, Bộ trưởng Ngoại giao các trường Đại học và Khoa học của Vương quốc Anh, đã ca ngợi sự phát triển này. Đặc biệt, Bộ trưởng cho rằng động cơ hybrid này có thể tác động thực sự nhất đến điều kiện của trò chơi đã hình thành ngày nay trong ngành vũ trụ. Việc thử nghiệm thành công hệ thống làm mát trước động cơ đã khẳng định sự đánh giá cao của ý tưởng đề xuất do Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh đưa ra vào năm 2010. Bộ trưởng cũng lưu ý rằng nếu một ngày nào đó họ áp dụng công nghệ này để tổ chức các chuyến bay thương mại của riêng mình, thì đây chắc chắn sẽ trở thành một sự kiện lớn về quy mô.
David Willets cũng lưu ý thực tế rằng có rất ít khả năng Cơ quan Vũ trụ Châu Âu sẽ đồng ý tài trợ cho dự án Skylon. Vì lý do này, Vương quốc Anh phải chuẩn bị cho thực tế là nước này sẽ phải đối phó với việc chế tạo tàu vũ trụ, phần lớn bằng kinh phí của mình.
Màn biểu diễn
Tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng thiết kế của động cơ hybrid Sabre dự kiến là hơn 14 đơn vị. Điều đáng chú ý là tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng của động cơ phản lực thông thường nằm trong khoảng 5 đơn vị, và chỉ 2 đơn vị đối với động cơ phản lực siêu âm. Mức hiệu suất cao này đã đạt được thông qua việc sử dụng không khí siêu lạnh, trở nên rất đặc và cần ít nén hơn, và quan trọng hơn là do nhiệt độ hoạt động thấp, có thể sử dụng hợp kim đủ nhẹ cho hầu hết các động cơ hybrid. thiết kế.
Động cơ có xung cụ thể cao trong khí quyển, đạt 3500 giây. Để so sánh, một động cơ tên lửa thông thường có xung lực cụ thể, tốt nhất là khoảng 450 giây, và thậm chí động cơ tên lửa hạt nhân "nhiệt", được coi là có triển vọng, hứa hẹn chỉ đạt cường độ 900 giây.
Sự kết hợp giữa khối lượng động cơ thấp và hiệu suất nhiên liệu cao mang lại cho máy bay Skylon đầy hứa hẹn khả năng đạt quỹ đạo ở chế độ một giai đoạn, trong khi động cơ hoạt động như động cơ phản lực khí với tốc độ M = 5, 14 và độ cao của 28,5 km. Đồng thời, phương tiện hàng không vũ trụ có thể đạt tới quỹ đạo có trọng tải rất lớn so với trọng lượng cất cánh của chính máy bay. Điều đó trước đây không thể đạt được bởi bất kỳ máy bay thông thường nào.
Ưu điểm của động cơ
Không giống như những người anh em họ tên lửa truyền thống và giống như các loại động cơ phản lực khác, động cơ phản lực lai mới của Anh có thể sử dụng không khí để đốt cháy nhiên liệu, giúp giảm trọng lượng cần thiết của thuốc phóng, đồng thời tăng trọng lượng của trọng tải. Một động cơ phản lực (động cơ ramjet) và động cơ phản lực siêu âm (động cơ phản lực) phải dành một khoảng thời gian đủ trong bầu khí quyển thấp hơn để phát triển một tốc độ đủ để đi vào quỹ đạo, do đó dẫn đến vấn đề phát nóng dữ dội. động cơ ở tốc độ siêu âm, cũng như tổn thất có thể xảy ra do sự phức tạp của bảo vệ nhiệt và trọng lượng đáng kể.
Đồng thời, một động cơ phản lực hybrid như Sabre chỉ cần đạt được tốc độ siêu âm thấp (cần nhắc lại rằng siêu âm là mọi thứ sau M = 5) ở các lớp thấp hơn của khí quyển Trái đất, trước khi chuyển sang một chu trình khép kín và leo dốc khi tăng tốc ở chế độ tên lửa.
Không giống như động cơ ramjet hoặc scramjet truyền thống, động cơ Sabre mới của Anh có thể cung cấp lực đẩy cao từ tốc độ 0 đến M = 5, 14, trong toàn bộ dải độ cao, với hiệu quả rất tốt trên toàn bộ dải độ cao. Ngoài ra, khả năng tạo ra lực đẩy ngay cả khi ở tốc độ 0 cho thấy khả năng thử nghiệm động cơ hybrid trên mặt đất, giúp giảm đáng kể chi phí phát triển.
Các đặc điểm giả định của động cơ Sabre:
Lực đẩy ở mực nước biển - 1960 kN
Lực đẩy hư không - 2940 kN
Tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng - khoảng 14 (trong khí quyển)
Xung cụ thể trong chân không - 460 giây.
Xung lực cụ thể ở mực nước biển - 3600 giây.
