O governo do Reino Unido anunciou que está pronto para investir 60 milhões de libras (quase 3 bilhões de rublos) no projeto da empresa privada Reaction Engines. Os engenheiros da empresa esperam construir um modelo funcional de um novo motor a jato comercial. O motor será denominado Sabre, uma abreviatura de Synergetic Air-Breathing Rocket Engine. Atualmente, os testes de laboratório dos protótipos do novo motor já foram concluídos com sucesso, o que se tornou um incentivo a mais para o estado investir neste projeto.
Uma aeronave baseada nos motores Sabre poderá atingir a estratosfera em apenas 15 minutos e cobrir a distância, por exemplo, da Austrália aos Estados Unidos em apenas 4 horas. A velocidade de tal aeronave excederia a velocidade do som por um fator de 5 de uma vez. Atualmente, a Reaction Engines planeja equipar sua famosa aeronave Skylon com um novo motor, que pode acelerar até 5.635 km / h. De acordo com representantes da empresa britânica, a Skylon tem todas as chances de se tornar uma verdadeira "nave espacial" e voar em órbita baixa.
Os motores tradicionais, que hoje são utilizados na aviação, exigem o transporte de tanques especiais cheios de oxigênio líquido se a aeronave atingir uma velocidade superior a 3.000 km / h em vôo. Esses aviões não podem "respirar" o ar comum, pois ele aqueceria a temperaturas muito altas. Ao mesmo tempo, o motor Sabre permite a utilização de ar em vez de oxigênio líquido: é equipado com todo um sistema de tubos que são preenchidos com hélio. Conforme o ar passa por esses tubos, o hélio o resfria e o oxigênio da temperatura necessária (-150 graus Celsius em vez dos 1000 graus originais) é entregue diretamente ao motor.
Desenvolvido pela Reaction Engines, o motor Sabre pode operar em 2 modos: como um motor a jato e como um motor de foguete. Segundo representantes da empresa, o uso desse motor na aeronave Skylon permitirá que ela seja 5 vezes a velocidade do som na atmosfera terrestre e 25 vezes no espaço sideral. O elemento-chave deste motor, que permitirá que ele funcione efetivamente na atmosfera, é o pré-resfriador, no qual o ar externo que entra com uma temperatura de cerca de 1000 graus é resfriado a uma temperatura de -150 graus em apenas um centésimo de um segundo.
Uma vez que o Skylon entra no espaço, ele pode ser colocado no que é chamado de "modo espacial". Nesse caso, a aeronave poderá permanecer em órbita baixa da terra por 36 horas. Este tempo é mais do que suficiente, por exemplo, para lançar um satélite. Além disso, será uma tecnologia muito lucrativa. Segundo Alan Bond, fundador da empresa, o valor necessário para o lançamento de satélites e outras missões semelhantes pode ser reduzido imediatamente em 95% se a produção comercial dos motores Sabre for estabelecida.
Além disso, novas espaçonaves construídas com motores a jato de ar podem se tornar uma perspectiva muito boa no mercado de turismo espacial. Nesse caso, a firma britânica Reaction Engines pode se tornar uma concorrente muito forte da Virgin Galactic, que pertence a Richard Branson. Agora, o bilionário convida a todos para ver nosso planeta pela janela por apenas 121 mil libras (quase 6 milhões de rublos). Representantes da empresa Reaction Engines dizem que o voo em sua espaçonave Skylon custará aos turistas espaciais significativamente menos, no entanto, eles ainda não disseram quanto. Mais detalhes sobre os planos do governo do Reino Unido em relação ao financiamento para este ambicioso projeto serão conhecidos quando uma Conferência Espacial especial do Reino Unido for realizada em Glasgow.
História da aparência
A ideia de projetar um motor pré-resfriado veio a Robert Carmichael em 1955. Essa ideia foi seguida pela ideia de um motor aéreo liquefeito (LACE), que foi originalmente desenvolvido pela Marquardt e pela General Dynamics na década de 60 do século passado, como parte do trabalho da Força Aérea dos Estados Unidos no projeto de aviões aeroespaciais.
No entanto, o trabalho no projeto de um novo motor Sabre começou apenas em 1989, e neste ano a Reaction Engines Limited foi formada. Os especialistas da empresa continuaram trabalhando no projeto, desenvolvendo as ideias apresentadas anteriormente. Como resultado, a criação do motor híbrido Sabre levou 22 anos de uma equipe de pesquisa de 30 pessoas. O fruto de seus esforços foi a construção de um motor de simulação, que foi instalado na aeronave Skylon, que estava em exibição no Farnborough Air Show.
Os últimos testes realizados pela Reaction Engines se concentraram em tecnologias de pré-resfriamento de ar. No momento, os especialistas desta empresa, com uma tecnologia viável em mãos, estão desenvolvendo um protótipo do sistema de refrigeração. Este espécime deve ser relativamente leve e também exibir estabilidade aerodinâmica, alta resistência mecânica e resistência a fortes vibrações. De acordo com os planos da empresa, os testes de um protótipo de cooler deveriam começar em agosto de 2012.
Em novembro de 2012, os Motores de reação concluíram os testes de equipamentos no projeto "Tecnologia de trocador de calor crítica para motor de foguete híbrido alimentado por ar / oxigênio líquido". Esta foi uma etapa muito importante no processo de criação de um motor híbrido, que comprovou a todos os potenciais investidores no projeto a viabilidade das tecnologias apresentadas. O motor Sabre é baseado em um trocador de calor capaz de resfriar o ar de entrada a -150 ° C (-238 ° F). No processo de operação, o ar resfriado é misturado ao hidrogênio líquido, após o que, por meio da queima, fornece o empuxo necessário para o vôo atmosférico, antes de passar para o oxigênio líquido dos tanques, ao voar para fora da atmosfera terrestre. Testes bem-sucedidos dessa tecnologia bastante crítica confirmaram na prática que o trocador de calor é capaz de atender às necessidades de um motor híbrido para obter a quantidade necessária de oxigênio da atmosfera para funcionar com alta eficiência em condições de vôo em baixa altitude.
No Farnborough Air Show de 2012, David Willets, Secretário de Estado para Universidades e Ciência do Reino Unido, elogiou o desenvolvimento. Em particular, o ministro disse que este motor híbrido pode ter o impacto mais real sobre as condições do jogo que se formaram hoje na indústria espacial. Os testes bem-sucedidos do sistema de pré-resfriamento do motor confirmaram a grande apreciação do conceito proposto, que foi feito pela Agência Espacial do Reino Unido em 2010. O ministro referiu ainda que se um dia conseguirem aplicar esta tecnologia para organizar os seus próprios voos comerciais, então este será, sem dúvida, um evento fantástico à escala.
David Willets também observou o fato de que há pouca probabilidade de que a Agência Espacial Europeia concorde em financiar o projeto Skylon. Por isso, a Grã-Bretanha deve estar preparada para o fato de que terá que lidar com a construção da espaçonave, em grande parte com recursos próprios.
atuação
Espera-se que a relação peso / empuxo do motor híbrido Sabre seja superior a 14 unidades. É importante notar que a razão empuxo-peso dos motores a jato comuns está dentro de 5 unidades, e apenas 2 unidades para motores a jato supersônico. Este alto nível de desempenho foi alcançado através do uso de ar super-resfriado, que se torna muito denso e requer menos compressão, e ainda mais importante, devido às baixas temperaturas de operação, é possível usar ligas suficientemente leves para a maioria dos motores híbridos Projeto.
O motor tem um alto impulso específico na atmosfera, que chega a 3500 segundos. Para efeito de comparação, um motor de foguete comum tem um impulso específico, que é de cerca de 450 segundos na melhor das hipóteses, e mesmo um motor de foguete nuclear "térmico", considerado promissor, promete atingir a magnitude de apenas 900 segundos.
A combinação de baixa massa do motor e alta eficiência de combustível dá à promissora aeronave Skylon a capacidade de alcançar a órbita em um modo de estágio único, enquanto o motor opera como um motor a jato de ar até uma velocidade de M = 5, 14 e uma altitude de 28,5 km. Ao mesmo tempo, o veículo aeroespacial é capaz de alcançar uma órbita com uma carga útil muito grande em relação ao peso de decolagem da própria aeronave. Isso anteriormente não poderia ser alcançado por nenhuma aeronave convencional.
Vantagens do motor
Ao contrário de seus primos foguetes tradicionais, e como outros tipos de motores a jato, o novo motor a jato híbrido britânico pode usar ar para queimar combustível, o que reduz o peso necessário do propelente, enquanto aumenta o peso da carga útil. Um motor ramjet (motor ramjet) e um motor ramjet hipersônico (motor scramjet) devem passar uma quantidade de tempo suficiente na baixa atmosfera para desenvolver uma velocidade suficiente para entrar em órbita, o que por sua vez traz à tona o problema do aquecimento intenso motor em velocidade hipersônica, bem como possíveis perdas devido à complexidade da proteção térmica e peso significativo.
Ao mesmo tempo, um motor a jato híbrido como o Sabre só precisa atingir uma velocidade hipersônica baixa (vale lembrar que hipersônico é tudo depois de M = 5) nas camadas inferiores da atmosfera da Terra, antes de mudar para um ciclo fechado e fazendo uma subida íngreme a partir da aceleração no modo de foguete.
Ao contrário dos motores tradicionais ramjet ou scramjet, o novo motor britânico Sabre é capaz de fornecer alto empuxo de velocidade zero a M = 5, 14 inclusive, em toda a faixa de altitude, com eficiência muito boa em toda a faixa de altitude. Além disso, a capacidade de criar empuxo mesmo em velocidade zero indica a possibilidade de testar o motor híbrido no solo, o que reduz significativamente o custo de desenvolvimento.
Características presumidas do motor Sabre:
Impulso ao nível do mar - 1960 kN
Impulso vazio - 2940 kN
Razão empuxo-peso - cerca de 14 (na atmosfera)
Impulso específico no vácuo - 460 segundos.
Impulso específico ao nível do mar - 3600 segundos.
