ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา บริษัทอังกฤษ Reaction Engines Limited (REL) โดยร่วมมือกับองค์กรอื่นๆ ได้พัฒนาโครงการ SABER (Synergetic Air Breathing Rocket Engine) เป้าหมายของโครงการนี้คือการสร้างเครื่องยนต์ไฮบริดใหม่ที่สามารถใช้อากาศในบรรยากาศและตัวออกซิไดเซอร์เหลวได้ จนถึงปัจจุบันโครงการได้แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จบางอย่าง
การพัฒนาโครงการ
แนวคิดของเครื่องยนต์ REL SABER มีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่วางไว้และผ่านการทดสอบบางส่วนในช่วงทศวรรษที่ 80 ในเวลานั้นผู้เชี่ยวชาญชาวอังกฤษกำลังพัฒนายานอวกาศ HOTOL ซึ่งเสนอเครื่องยนต์ไฮบริดประเภท LACE ไม่สามารถดำเนินการโครงการนั้นได้ แต่ข้อเสนอของเขาถูกนำมาใช้ในการพัฒนาใหม่
การออกแบบของ SABER ในรูปแบบปัจจุบันเริ่มต้นขึ้นในช่วงเปลี่ยนทศวรรษที่ผ่านมา มีการศึกษาบางส่วนเพื่อกำหนดรูปลักษณ์โดยรวมของเครื่องยนต์ไฮบริดและกำหนดเส้นทางการพัฒนา ในอนาคต REL สามารถดึงดูดผู้มีโอกาสเป็นลูกค้าและรับการสนับสนุน ซึ่งช่วยเร่งการทำงาน
ถึงตอนนี้ REL ได้เสร็จสิ้นเอกสารการออกแบบจำนวนมากและเริ่มทดสอบส่วนประกอบเครื่องยนต์แต่ละชิ้น ใช้ศูนย์ทดสอบภายในสองแห่งในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกาเพื่อทดสอบผลิตภัณฑ์
ส่วนประกอบและแนวคิดบางส่วนได้รับการทดสอบในทางปฏิบัติและได้พิสูจน์ศักยภาพแล้ว ในอนาคตอันใกล้นี้ ควรมีต้นแบบเต็มรูปแบบของเครื่องยนต์ไฮบริด รวมถึงส่วนประกอบที่ผ่านการทดสอบทั้งหมด การทดสอบภายใต้เงื่อนไขของแท่นจะเริ่มในปี 2020-21 ช่วงเวลาของการปรากฏตัวของเครื่องยนต์ที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้งบนเครื่องบินจริงยังไม่ทราบ เรื่องนี้อาจจะไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะถึงช่วงครึ่งหลังของช่วงอายุ 20
การออกแบบไฮบริด
ผลิตภัณฑ์ SABER ต้องทำงานในบรรยากาศและอื่น ๆ พัฒนาแรงขับที่จำเป็นและเร่งความเร็วด้วยความเร็วสูง ข้อกำหนดดังกล่าวนำไปสู่ความต้องการการออกแบบพิเศษพร้อมคุณสมบัติเฉพาะ ประกอบด้วยองค์ประกอบของเครื่องยนต์ turbojet, ramjet และ liquid-propellant rocket การใช้งานร่วมกันที่แตกต่างกันทำให้สามารถมีโหมดการทำงานหลายแบบสำหรับขั้นตอนการบินที่แตกต่างกัน
เครื่องยนต์ SABER ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักหลายชิ้นในเรือนเดียว ส่วนหัวของผลิตภัณฑ์อยู่ใต้ช่องรับอากาศด้านหน้าพร้อมตัวเครื่องส่วนกลาง ด้านหลังทำในรูปแบบของแฟริ่งทรงกรวยและสามารถเคลื่อนไปตามแกนของเครื่องยนต์เพื่อเปลี่ยนการจ่ายอากาศไปยังระบบ ในบางโหมดการจ่ายลมจะปิดสนิท
ระบบระบายความร้อนสำหรับอากาศที่เข้ามาจะอยู่ด้านหลังไอดีโดยตรง มีการคำนวณว่าเมื่อบินด้วยความเร็วสูง ช่องลมเข้าควรอุ่นที่อุณหภูมิ 1,000 ° C หรือสูงกว่านั้น พรีคูลเลอร์พิเศษที่มีหลอดบางหลายพันหลอดที่เต็มไปด้วยฮีเลียมเหลวควรลดอุณหภูมิของอากาศให้เป็นค่าลบในเสี้ยววินาที มีระบบป้องกันน้ำแข็ง
ส่วนกลางของเครื่องยนต์ถูกครอบครองโดยสิ่งที่เรียกว่า แกนกลางเป็นคอมเพรสเซอร์พิเศษที่ออกแบบมาเพื่อบีบอัดอากาศที่เข้ามาก่อนที่จะส่งไปยังห้องเผาไหม้ในแง่นี้ SABER นั้นคล้ายคลึงกับเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทแบบดั้งเดิม แต่ไม่มีเทอร์ไบน์ที่อยู่ด้านหลังห้องเผาไหม้และองค์ประกอบอื่นๆ บางส่วน คอมเพรสเซอร์ขับเคลื่อนด้วยเทอร์ไบน์ที่ใช้พลังงานจากระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ
ห้องเผาไหม้จากองค์ประกอบของ SABER นั้นคล้ายกับการประกอบเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว ด้วยความช่วยเหลือของปั๊มเทอร์โบจึงเสนอให้จ่ายเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ - อากาศที่เป็นก๊าซหรือออกซิเจนเหลวขึ้นอยู่กับโหมดการทำงาน ในทั้งสองโหมด ไฮโดรเจนเหลวถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง
รอบห้องเผาไหม้หลักจะมีห้องที่สองคล้ายกับเครื่องยนต์แรมเจ็ต ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในโหมดบางโหมดและเพิ่มแรงขับของเครื่องยนต์โดยรวม เช่นเดียวกับห้องเผาไหม้หลัก ห้องเผาไหม้เสริมแบบครั้งเดียวผ่านจะใช้ไฮโดรเจน
ตอนนี้เป้าหมายของโครงการ SABER คือการพัฒนาเครื่องยนต์ไฮบริดที่มีประสิทธิภาพสูงเพียงพอและมีขนาดจำกัด ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปไม่ควรมีขนาดใหญ่กว่าผลิตภัณฑ์อนุกรม Pratt & Whitney F135 - มีความยาวไม่เกิน 5.6 ม. และมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1.2 ม. ในขณะเดียวกัน ควรมั่นใจในความเก่งกาจและประสิทธิภาพสูง
ตัวเลือก SABER ดังกล่าวจะสามารถบินด้วยความเร็วสูงถึง M = 25 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงาน แรงขับสูงสุดในโหมด "อากาศ" จะสูงถึง 350 kN ในโหมดจรวด - 500 kN คุณสมบัติเชิงบวกหลักคือความสามารถในการแก้ปัญหาทั้งหมดโดยใช้เอ็นจิ้นเดียว
โหมดการทำงาน
เครื่องยนต์ SABER สามารถใช้ได้กับรถยนต์ประเภทต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานอวกาศ การปรากฏตัวของโหมดการทำงานหลายแบบจะช่วยให้สามารถบินขึ้นและลงในแนวนอนการบินในชั้นบรรยากาศและการเข้าสู่วงโคจร
ควรทำการบินขึ้นและบินในบรรยากาศโดยใช้โหมดแรกของการทำงานของเครื่องยนต์ ในกรณีนี้ ช่องอากาศเข้าเปิด และ "แกนกลาง" จะจ่ายอากาศอัดไปยังห้องเผาไหม้ หลังจากเร่งความเร็วด้วยความเร็วเหนือเสียงแล้ว ห้องเผาไหม้แบบไหลตรงจะเปิดขึ้น การใช้สองวงจรตามการคำนวณให้ความเร็วในการบินสูงถึง M = 5, 4
สำหรับการเร่งความเร็วต่อไปจะใช้โหมดที่สาม เมื่อปิดช่องอากาศเข้าและออกซิเจนเหลวจะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้หลัก ในความเป็นจริงในการกำหนดค่านี้ SABER กลายเป็นรูปร่างหน้าตาของเครื่องยนต์จรวดแบบดั้งเดิม โหมดนี้ให้ประสิทธิภาพการบินสูงสุด
แอปพลิเคชั่น
จนถึงตอนนี้ เครื่องยนต์ไฮบริดจาก REL มีอยู่ในรูปแบบของเอกสารประกอบและแต่ละหน่วยเท่านั้น แต่ได้กำหนดขอบเขตการใช้งานไว้แล้ว โรงไฟฟ้าดังกล่าวควรได้รับความสนใจในบริบทของการพัฒนาต่อไปของการบินและอวกาศ ที่ทางแยกของสองทิศทางนี้
SABER หรือผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันจะมีประโยชน์ในการสร้างเครื่องบินบรรยากาศที่มีความเร็วเหนือเสียงเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ด้วยการใช้เทคโนโลยีดังกล่าว จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องบินขนส่งผู้โดยสารหรือเครื่องบินทหาร
ศักยภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ไฮบริดสามารถปลดปล่อยออกมาได้ด้วยเครื่องบินการบินและอวกาศ ในกรณีนี้ SABER จะให้การบินขึ้นและลงในแนวนอน รวมถึงการออกไปยังระดับความสูงที่ต้องการ ตามด้วยการเร่งความเร็วและบินขึ้นสู่วงโคจร ยานอวกาศที่มีเครื่องยนต์ไฮบริดควรมีข้อได้เปรียบที่สำคัญที่ทำให้ง่ายต่อการใช้งาน
การพัฒนา SABER สามารถนำไปใช้เป็นส่วนประกอบแยกต่างหากได้ ตัวอย่างเช่น REL เชื่อว่าระบบระบายความร้อนที่พัฒนาขึ้นของอากาศที่เข้ามาสามารถนำมาใช้ในการปรับปรุงให้ทันสมัยของเครื่องยนต์ที่มีอยู่หรือในการพัฒนาเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่มีแนวโน้ม ผลลัพธ์ที่น่าสนใจที่สุดจากสิ่งนี้สามารถรับได้ในด้านการบินความเร็วสูง
แก่นแท้ของโครงการ SABER Project นำเสนอชุดเทคโนโลยีหลักสำหรับการสร้างเอ็นจิ้นมัลติโหมดแบบไฮบริด คุณสามารถสร้างผลิตภัณฑ์จริงของมิติที่ต้องการพร้อมคุณสมบัติที่ระบุได้ สำหรับการทดสอบครั้งแรก จะมีการสร้าง SABER ขนาดกลางและประสิทธิภาพสูงขึ้นหากมีความสนใจจากลูกค้า อาจมีการปรับเปลี่ยนใหม่ที่ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะ
การปฏิบัติจริง
การศึกษาและการทดสอบครั้งแรกภายในกรอบของโครงการ SABER เกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษที่สิบและมีวัตถุประสงค์เพื่อค้นหาโซลูชันการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด จนถึงปัจจุบัน REL ได้เสร็จสิ้นการออกแบบและเริ่มกระบวนการทดสอบส่วนประกอบแต่ละชิ้นของเครื่องยนต์ไฮบริด
เมื่อไม่กี่สัปดาห์ก่อน บริษัทพัฒนาประกาศว่ากำลังดำเนินการทดสอบระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบตั้งโต๊ะ ในระหว่างการทดสอบ ความเร็วลมที่ทางเข้าของอุปกรณ์ถึง M = 5 อุณหภูมิ - 1,000 ° C มีรายงานว่าเครื่องต้นแบบประสบความสำเร็จในการรับมือกับงานต่างๆ และทำให้อุณหภูมิการไหลลดลงอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ไม่มีการระบุชื่อหมายเลขเฉพาะ
ก่อนหน้านี้ได้รายงานการตรวจสอบส่วนประกอบเครื่องยนต์อื่นๆ การเสร็จสิ้นกิจกรรมทั้งหมดนี้ทำให้ REL สามารถไปยังการประกอบเครื่องยนต์ต้นแบบที่เต็มเปี่ยมได้ คาดว่าจะปรากฏตัวในปี 2563-2564 ในเวลาเดียวกันจะมีการทดสอบบัลลังก์ตามผลซึ่งจะสามารถกำหนดแนวโน้มการพัฒนาที่แท้จริงได้
Reaction Engines Limited ชื่นชมโครงการใหม่และเชื่อว่ามีอนาคตที่ดี การประเมินดังกล่าวมีวัตถุประสงค์อย่างไรและสอดคล้องกับความเป็นจริงหรือไม่นั้นไม่ชัดเจนอย่างสมบูรณ์ คำตอบสำหรับคำถามดังกล่าวสามารถให้ได้ภายในเวลาไม่กี่ปีหลังจากเสร็จสิ้นมาตรการที่จำเป็นทั้งหมดและการสร้างเครื่องบินจริงด้วยเครื่องยนต์ SABER
