Двигатель SABRE должен функционировать как турбореактивный двигатель, прямоточный двигатель или ракетный двигатель. Есть еще много технических проблем, которые нужно решить, чтобы заставить этот двигатель работать. В частности, для этого требуется высокопроизводительный теплообменник, который может охлаждать поступающий воздух при температуре 1000 градусов Цельсия в двадцатой секунды.
Теплообменник SABRE успешно прошел испытания в аэродинамической трубе, расположенной в штате Колорадо. Устройство, разработанное компанией «Реакция двигателя лимитед», безопасно передало поток горячего воздуха до 5 Маха. Оно достаточно охладило воздух, который будет использоваться двигателем SABRE. Поэтому это один из наиболее важных элементов проекта космического самолета Skylon, который только что продемонстрировал свою жизнеспособность. Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем увидеть, как самолет SSTO достигнет орбиты Земли, но британская компания явно движется в правильном направлении.
Почему двигатель SABRE имеет изогнутую форму ?
— Новости от 24 марта 2019 года
Форма двигателя SABRE может удивлять. По всей длине он имеет общий наклон 14 градусов. На самом деле реактор не нужно изгибать. Это, однако, необходимо для работы космического самолета Skylon, который будет лететь с небольшим углом падения, чтобы поддерживать его подъемную силу. В этой конфигурации необходимо, чтобы воздухозаборники двигателя SABRE находились перед воздушным потоком, а выходная тяга должна быть в направлении центра масс самолета.
По этой же причине реакторы Lockheed SR-71 Blackbird слегка направлены вниз. На большой высоте ему также приходилось летать с небольшим углом падения. В общем, мы также можем наблюдать эти небольшие углы на коммерческих самолетах. Кривизна двигателя SABRE кажется очень большой, потому что он должен лететь на очень высокой скорости и на очень большой высоте.
Как только реактор будет разработан, предстоит еще проделать большую работу, чтобы перейти от проекта SABRE к космическому самолету Skylon. Космический самолет, например, предназначен для входа в атмосферу без тепловых плиток. Его форма направлена на снижение температуры в горячих точках. Внешняя поверхность Skylon будет выполнена из специальной керамики. Для приземления космического самолета Skylon потребуется взлетно-посадочная полоса длиной не менее 5 км, которую, вероятно, необходимо будет построить.
ЕКА утвердила предварительный проект двигателя SABRE
— Новости от 19 марта 2019 года —
Цель космического самолета Skylon — достичь орбиты, не выпуская ничего из космоса. Этот тип плана полета никогда не был завершен. Это, однако, значительно облегчило бы полное повторное использование орбитальных пусковых установок. Для этого Skylon хочет использовать уникальный движок SABRE.
Двигатель SABRE предназначен для использования атмосферы Земли на взлете и во время старта космического самолета. Двигатель забирает кислород прямо в атмосферу. Однажды на высоте 25 километров и в 5,4 Маха космический самолет Skylon наклоняется на внутренние резервуары и заканчивает свой полет как классическая ракета.
Это должно позволить Skylon сэкономить несколько тонн топлива и, следовательно, сделать стратегию SSTO (Single-Stage-To-Orbit) жизнеспособной. Однако это очень трудно развить. Реакция Двигатели, компания, работающая над SABRE и Skylon, пытается развивать эту технологию с давних пор. Основная сложность заключается в разработке очень эффективного теплообменника. Он должен быть в состоянии охладить воздух, поступающий в реактор, на -150 градусов за доли секунды.
Но SABRE и Skylon представляют интерес для многих людей, в том числе крупных инвесторов, таких как Rolls Royce и Boeing, которые год назад вложили 38 млн долларов в «Реактивные двигатели». Европейское космическое агентство также внимательно следит за разработкой двигателя. ЕКА и британское космическое агентство утвердили предварительный проект SABRE.
Марк Форд, глава подразделения двигателей ESA, рассказал о важной вехе в разработке двигателей. Европейское космическое агентство участвует в проекте с 2010 года. Оно помогло финансировать испытания теплообменников в 2012 году. Утверждая конструкцию двигателя, ESA прокладывает путь для создания своего первого прототипа.
Но до этого еще предстоит выполнить два основных теста. Примерно через месяц теплообменник будет поставлен на испытательный полигон в Соединенных Штатах. Чтобы смоделировать условия, встречающиеся на уровне 5 Маха в верхних слоях атмосферы, он будет охлаждать поступающий воздух на 1000 градусов в одну двадцатую секунды. Чтобы достичь этого, теплообменник проходит через тысячи маленьких трубок, которые имеют большую поверхность теплообмена при очень небольшой массе.
Активная зона реактора будет испытана в Великобритании. Это центральная часть двигателя, без теплообменника и без форсунки. В ходе серии испытаний, которые должны начаться в этом году до 2020 года, активная зона реактора должна будет доказать, что она может ускоряться с 0 до 5 Маха, используя только атмосферный воздух.
Если Реакция двигателей сможет разработать двигатель SABRE, он может иметь много приложений. В космическом самолете двигатель SABRE может проложить путь для полностью многоразового и цельного орбитального корабля. Может быть, это значительно снизит стоимость доступа в космос. Он также может быть использован в качестве режима суборбитального движения.
Наличие реактора, способного обрабатывать все движущие фазы от 0 до 5 Маха, также может представлять большой интерес для гражданской и военной авиации. Но прежде чем мы туда доберемся, предстоит еще много работы. Разработка двигателя SABRE — это только часть проблемы при разработке орбитального самолета многократного использования.
Изображение из Музея науки Лондонской библиотеки изображений
источники