รัฐบาลสหราชอาณาจักรได้ประกาศว่าพร้อมที่จะลงทุน 60 ล้านปอนด์ (เกือบ 3 พันล้านรูเบิล) ในโครงการของ Reaction Engines ของ บริษัท เอกชน วิศวกรของบริษัทคาดว่าจะสร้างรูปแบบการทำงานของเครื่องยนต์ไอพ่นเชิงพาณิชย์รุ่นใหม่ เครื่องยนต์จะใช้ชื่อ Saber ซึ่งเป็นคำย่อของ Synergetic Air-Breathing Rocket Engine ปัจจุบัน การทดสอบในห้องปฏิบัติการของต้นแบบเครื่องยนต์ใหม่เสร็จเรียบร้อยแล้ว ซึ่งได้กลายเป็นแรงจูงใจเพิ่มเติมให้รัฐลงทุนในโครงการนี้
เครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์ Sabre จะสามารถเข้าถึงสตราโตสเฟียร์ได้ในเวลาเพียง 15 นาที และครอบคลุมระยะทาง เช่น จากออสเตรเลียไปยังสหรัฐอเมริกาในเวลาเพียง 4 ชั่วโมง ความเร็วของเครื่องบินดังกล่าวจะเกินความเร็วของเสียงถึง 5 เท่าในคราวเดียว ปัจจุบัน Reaction Engines วางแผนที่จะติดตั้งเครื่องยนต์ใหม่ให้กับเครื่องบิน Skylon ที่มีชื่อเสียง ซึ่งสามารถเร่งความเร็วได้ถึง 5635 กม. / ชม. ตามที่ตัวแทนของ บริษัท อังกฤษ Skylon มีโอกาสที่จะกลายเป็น "ยานอวกาศ" ที่แท้จริงและบินในวงโคจรต่ำ
เครื่องยนต์แบบดั้งเดิมซึ่งใช้ในการบินในปัจจุบัน จำเป็นต้องมีการขนส่งถังพิเศษที่เต็มไปด้วยออกซิเจนเหลว หากเครื่องบินมีความเร็วมากกว่า 3000 กม. / ชม. ในเที่ยวบิน เครื่องบินดังกล่าวไม่สามารถ "หายใจ" อากาศธรรมดาได้ เนื่องจากจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นมาก ในเวลาเดียวกัน เครื่องยนต์ของ Sabre อนุญาตให้ใช้อากาศแทนออกซิเจนเหลว: มันถูกติดตั้งด้วยท่อทั้งระบบที่เติมฮีเลียม เมื่ออากาศไหลผ่านท่อเหล่านี้ ฮีเลียมจะทำให้ฮีเลียมเย็นลงและออกซิเจนในอุณหภูมิที่ต้องการ (-150 องศาเซลเซียส แทนที่จะเป็น 1,000 องศาเดิม) จะถูกส่งไปยังเครื่องยนต์โดยตรง
เครื่องยนต์ Sabre ที่พัฒนาโดย Reaction Engines สามารถทำงานใน 2 โหมด: เป็นเครื่องยนต์ไอพ่นและเครื่องยนต์จรวด ตามที่ตัวแทนของบริษัท การใช้เครื่องยนต์นี้บนเครื่องบิน Skylon จะช่วยให้มีความเร็วเสียงในชั้นบรรยากาศของโลกถึง 5 เท่า และ 25 เท่าในอวกาศ องค์ประกอบสำคัญของเครื่องยนต์นี้ ซึ่งจะช่วยให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายในบรรยากาศคือ พรีคูลเลอร์ ซึ่งอากาศภายนอกที่เข้ามาซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาจะถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิ -150 องศาในเวลาเพียงหนึ่งร้อยของ ที่สอง.
เมื่อ Skylon เข้าสู่อวกาศก็สามารถใส่ลงในโหมดที่เรียกว่า "โหมดอวกาศ" ได้ ในกรณีนี้ เครื่องบินจะสามารถอยู่ในวงโคจรระดับพื้นโลกได้ 36 ชั่วโมง คราวนี้ก็เกินพอแล้ว เช่น ปล่อยดาวเทียม ยิ่งกว่านั้นมันจะเป็นเทคโนโลยีที่ทำกำไรได้มาก ตามที่ Alan Bond ซึ่งเป็นผู้ก่อตั้งบริษัท กล่าวว่าปริมาณที่จำเป็นสำหรับการปล่อยดาวเทียมและภารกิจอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันอาจลดลงทันที 95% หากมีการผลิตเครื่องยนต์ Sabre ในเชิงพาณิชย์
นอกจากนี้ ยานอวกาศใหม่ที่สร้างขึ้นด้วยเครื่องยนต์เจ็ทสามารถกลายเป็นโอกาสที่ดีมากในตลาดการท่องเที่ยวในอวกาศ ในกรณีนี้ บริษัท Reaction Engines ของอังกฤษอาจกลายเป็นคู่แข่งที่แข็งแกร่งมากสำหรับ Virgin Galactic ซึ่งเป็นของ Richard Branson ตอนนี้มหาเศรษฐีชวนทุกคนมาดูโลกของเราผ่านหน้าต่างด้วยเงินเพียง 121,000 ปอนด์ (เกือบ 6 ล้านรูเบิล) ตัวแทนของบริษัท Reaction Engines กล่าวว่าเที่ยวบินบนยานอวกาศ Skylon ของพวกเขาจะทำให้นักท่องเที่ยวในอวกาศเสียค่าใช้จ่ายน้อยลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม พวกเขายังไม่ได้บอกว่าราคาเท่าไหร่รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแผนของรัฐบาลสหราชอาณาจักรเกี่ยวกับการระดมทุนสำหรับโครงการที่มีความทะเยอทะยานนี้จะกลายเป็นที่ทราบเมื่อมีการประชุม UK Space Conference พิเศษในกลาสโกว์
ประวัติการปรากฏตัว
แนวคิดในการออกแบบเครื่องยนต์ precooled เกิดขึ้นครั้งแรกกับ Robert Carmichael ในปี 1955 แนวคิดนี้ตามมาด้วยแนวคิดของเครื่องยนต์อากาศเหลว (LACE) ซึ่งเดิมพัฒนาโดย Marquardt และ General Dynamics ในทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของงานของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในโครงการเครื่องบินและอวกาศ
อย่างไรก็ตาม การทำงานในโครงการของเอ็นจิ้น Sabre ใหม่เริ่มต้นขึ้นในปี 1989 เท่านั้น และในปีนี้ Reaction Engines Limited ได้ก่อตั้งขึ้น ผู้เชี่ยวชาญของบริษัทยังคงทำงานในโครงการต่อไป โดยพัฒนาแนวคิดที่นำเสนอก่อนหน้านี้ เป็นผลให้การสร้างเครื่องยนต์ไฮบริดของ Sabre ใช้เวลา 22 ปีจากทีมวิจัย 30 คน ผลของความพยายามของพวกเขาคือการสร้างเครื่องยนต์จำลองซึ่งติดตั้งบนเครื่องบิน Skylon ซึ่งจัดแสดงอยู่ที่ Farnborough Air Show
การทดสอบล่าสุดที่ดำเนินการโดย Reaction Engines มุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยอากาศล่วงหน้า ปัจจุบัน ผู้เชี่ยวชาญของบริษัทนี้ซึ่งมีเทคโนโลยีที่ใช้งานได้อยู่ในมือ กำลังพัฒนาต้นแบบของระบบทำความเย็น ชิ้นงานชิ้นนี้ควรมีน้ำหนักเบาและมีความเสถียรตามหลักอากาศพลศาสตร์ มีความแข็งแรงเชิงกลสูง และทนต่อแรงสั่นสะเทือนที่รุนแรง ตามแผนของบริษัท การทดสอบเครื่องทำความเย็นต้นแบบจะเริ่มในเดือนสิงหาคม 2555
ภายในเดือนพฤศจิกายน 2555 Reaction Engines ได้เสร็จสิ้นการทดสอบอุปกรณ์ภายใต้โครงการ "Heat Exchanger Technology Critical for Air / Liquid Oxygen Powered Hybrid Rocket Engine" นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญมากในกระบวนการสร้างเครื่องยนต์ไฮบริด ซึ่งพิสูจน์ให้ผู้ลงทุนที่มีศักยภาพในโครงการเห็นถึงความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีที่นำเสนอ เครื่องยนต์ Sabre มีพื้นฐานมาจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สามารถทำให้อากาศที่เข้ามาเย็นลงได้ถึง -150 ° C (-238 ° F) ในกระบวนการทำงาน อากาศเย็นจะผสมกับไฮโดรเจนเหลว หลังจากนั้นโดยการเผาไหม้ จะทำให้เกิดแรงขับที่จำเป็นสำหรับการบินในชั้นบรรยากาศ ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้ออกซิเจนเหลวจากถัง เมื่อบินออกนอกบรรยากาศโลก การทดสอบที่ประสบความสำเร็จของเทคโนโลยีที่ค่อนข้างสำคัญนี้ได้ยืนยันในทางปฏิบัติว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถตอบสนองความต้องการของเครื่องยนต์ไฮบริดเพื่อให้ได้ปริมาณออกซิเจนที่ต้องการจากบรรยากาศเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงในสภาพการบินที่ระดับความสูงต่ำ
ที่งาน Farnborough Air Show ปี 2555 David Willets รัฐมนตรีกระทรวงการต่างประเทศสหราชอาณาจักรด้านมหาวิทยาลัยและวิทยาศาสตร์ ยกย่องการพัฒนาดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งรัฐมนตรีกล่าวว่าเครื่องยนต์ไฮบริดนี้สามารถมีผลกระทบที่แท้จริงมากที่สุดต่อเงื่อนไขของเกมที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมอวกาศในปัจจุบัน การทดสอบที่ประสบความสำเร็จของระบบทำความเย็นล่วงหน้าของเครื่องยนต์ได้ยืนยันถึงความชื่นชมอย่างมากของแนวคิดที่เสนอซึ่งจัดทำโดย UK Space Agency ในปี 2010 รัฐมนตรียังตั้งข้อสังเกตอีกว่าหากวันหนึ่งพวกเขาสามารถใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อจัดเที่ยวบินเชิงพาณิชย์ของตนเองได้ เหตุการณ์นี้จะกลายเป็นงานที่ยิ่งใหญ่อย่างไม่ต้องสงสัย
David Willets ยังตั้งข้อสังเกตด้วยว่ามีโอกาสน้อยที่ European Space Agency จะตกลงที่จะให้ทุนแก่โครงการ Skylon ด้วยเหตุผลนี้ บริเตนใหญ่จึงต้องเตรียมพร้อมสำหรับข้อเท็จจริงที่ว่ามันจะต้องจัดการกับการก่อสร้างยานอวกาศ ส่วนใหญ่ด้วยเงินทุนของตัวเอง
ประสิทธิภาพ
การออกแบบอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์ไฮบริดเซเบอร์คาดว่าจะมากกว่า 14 หน่วยเป็นที่น่าสังเกตว่าอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์เจ็ทธรรมดาอยู่ภายใน 5 หน่วย และมีเพียง 2 หน่วยสำหรับเครื่องยนต์แรมเจ็ทแบบความเร็วเหนือเสียง ประสิทธิภาพระดับสูงนี้เกิดขึ้นจากการใช้อากาศเย็นพิเศษซึ่งมีความหนาแน่นสูงและต้องการการบีบอัดที่น้อยลง และที่สำคัญกว่านั้น เนื่องจากอุณหภูมิในการทำงานต่ำ จึงสามารถใช้โลหะผสมที่มีน้ำหนักเบาเพียงพอสำหรับเครื่องยนต์ไฮบริดส่วนใหญ่ได้ ออกแบบ.
เครื่องยนต์มีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงในชั้นบรรยากาศซึ่งถึง 3500 วินาที สำหรับการเปรียบเทียบ เครื่องยนต์จรวดธรรมดามีแรงกระตุ้นเฉพาะ อย่างดีที่สุดประมาณ 450 วินาที และแม้แต่เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ "ความร้อน" ซึ่งถือว่ามีแนวโน้มดี สัญญาว่าจะมีขนาดเพียง 900 วินาทีเท่านั้น
การรวมกันของมวลเครื่องยนต์ต่ำและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงทำให้เครื่องบิน Skylon ที่มีแนวโน้มว่าจะสามารถเข้าถึงวงโคจรในโหมดขั้นตอนเดียว ในขณะที่เครื่องยนต์ทำงานเป็นเครื่องยนต์เจ็ทด้วยความเร็ว M = 5, 14 และระดับความสูง 28.5 กม. ในเวลาเดียวกัน ยานอวกาศสามารถไปถึงวงโคจรด้วยน้ำหนักบรรทุกที่มากเมื่อเทียบกับน้ำหนักตัวเครื่องบินขึ้นเอง ที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้โดยเครื่องบินทั่วไปใดๆ
ข้อดีของเครื่องยนต์
ซึ่งแตกต่างจากญาติของจรวดแบบดั้งเดิม และเช่นเดียวกับเครื่องยนต์ไอพ่นประเภทอื่น เครื่องยนต์ไอพ่นไฮบริดของอังกฤษสามารถใช้อากาศในการเผาผลาญเชื้อเพลิง ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักที่ต้องการของจรวด ในขณะที่เพิ่มน้ำหนักบรรทุก เครื่องยนต์แรมเจ็ต (เครื่องยนต์แรมเจ็ต) และเครื่องยนต์แรมเจ็ตแบบไฮเปอร์โซนิก (เครื่องยนต์สแครมเจ็ต) ต้องใช้เวลาพอสมควรในชั้นบรรยากาศด้านล่างเพื่อพัฒนาความเร็วที่เพียงพอในการเข้าสู่วงโคจร ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาความร้อนสูงตามมา เครื่องยนต์ที่ความเร็วเหนือเสียงรวมถึงการสูญเสียที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากความซับซ้อนของการป้องกันความร้อนและน้ำหนักที่มีนัยสำคัญ
ในเวลาเดียวกัน เครื่องยนต์ไอพ่นไฮบริดอย่างเซเบอร์ต้องการเพียงแค่ความเร็วไฮเปอร์โซนิกที่ต่ำเท่านั้น (ควรระลึกว่าไฮเปอร์โซนิกคือทุกสิ่งหลัง M = 5) ในชั้นล่างของชั้นบรรยากาศของโลก ก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นวัฏจักรปิดและ ทำให้ปีนขึ้นสูงชันจากการเร่งความเร็วในโหมดจรวด
ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ ramjet หรือ scramjet แบบดั้งเดิม เครื่องยนต์ British Sabre ใหม่สามารถให้แรงขับสูงจากความเร็วเป็นศูนย์ถึง M = 5, 14 รวมตลอดช่วงความสูงทั้งหมด โดยมีประสิทธิภาพที่ดีมากตลอดช่วงระดับความสูงทั้งหมด นอกจากนี้ ความสามารถในการสร้างแรงขับแม้ที่ความเร็วเป็นศูนย์บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ในการทดสอบเครื่องยนต์ไฮบริดบนพื้นดิน ซึ่งช่วยลดต้นทุนการพัฒนาได้อย่างมาก
ลักษณะสมมติของเครื่องยนต์ Sabre:
แรงขับที่ระดับน้ำทะเล - 1960 kN
โมฆะแรงขับ - 2940 kN
อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก - ประมาณ 14 (ในบรรยากาศ)
แรงกระตุ้นเฉพาะในสุญญากาศ - 460 วินาที
แรงกระตุ้นเฉพาะที่ระดับน้ำทะเล - 3600 วินาที