أعلنت حكومة المملكة المتحدة أنها مستعدة لاستثمار 60 مليون جنيه إسترليني (ما يقرب من 3 مليارات روبل) في مشروع الشركة الخاصة Reaction Engines. يتوقع مهندسو الشركة بناء نموذج عمل لمحرك نفاث تجاري جديد. سيتم تسمية المحرك باسم Sabre ، وهو اختصار لـ Synergetic Air-Breathing Rocket Engine. حاليًا ، تم بالفعل الانتهاء بنجاح من الاختبارات المعملية للنماذج الأولية للمحرك الجديد ، والتي أصبحت حافزًا إضافيًا للدولة للاستثمار في هذا المشروع.
ستتمكن طائرة تعتمد على محركات Sabre من الوصول إلى طبقة الستراتوسفير في 15 دقيقة فقط ، وتقطع المسافة ، على سبيل المثال ، من أستراليا إلى الولايات المتحدة في 4 ساعات فقط. ستتجاوز سرعة مثل هذه الطائرة سرعة الصوت بمعامل 5 في آنٍ واحد. حاليًا ، تخطط شركة Reaction Engines لتجهيز طائراتها الشهيرة Skylon بمحرك جديد ، والذي يمكن أن يتسارع إلى 5635 كم / ساعة. وفقًا لممثلي الشركة البريطانية ، فإن Skylon لديها كل فرصة لتصبح "سفينة فضاء" حقيقية وتطير في مدار أرضي منخفض.
تتطلب المحركات التقليدية المستخدمة في الطيران اليوم نقل خزانات خاصة مملوءة بالأكسجين السائل إذا وصلت سرعة الطائرة إلى أكثر من 3000 كم / ساعة أثناء الطيران. لا تستطيع مثل هذه الطائرات أن "تتنفس" الهواء العادي ، لأنها قد ترتفع درجة حرارتها إلى درجات حرارة عالية جدًا. في الوقت نفسه ، يسمح محرك Sabre باستخدام الهواء بدلاً من الأكسجين السائل: فهو مزود بنظام كامل من الأنابيب المملوءة بالهيليوم. عندما يمر الهواء عبر هذه الأنابيب ، يبرد الهيليوم ويتم تسليم الأكسجين بدرجة الحرارة المطلوبة (-150 درجة مئوية بدلاً من 1000 درجة الأصلية) مباشرة إلى المحرك.
تم تطوير محرك Sabre بواسطة Reaction Engines ، وهو قادر على العمل في وضعين: كمحرك نفاث وكمحرك صاروخي. وفقًا لممثلي الشركة ، فإن استخدام هذا المحرك على طائرة Skylon سيسمح لها بأن تكون 5 أضعاف سرعة الصوت في الغلاف الجوي للأرض و 25 مرة في الفضاء الخارجي. العنصر الأساسي لهذا المحرك ، والذي سيسمح له بالعمل بفعالية داخل الغلاف الجوي ، هو المبرد المسبق ، حيث يتم تبريد الهواء الخارجي القادم بدرجة حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة إلى درجة حرارة -150 درجة في جزء واحد فقط من مائة من ثانيا.
بمجرد دخول Skylon إلى الفضاء ، يمكن وضعه في ما يسمى "وضع الفضاء". في هذه الحالة ، ستكون الطائرة قادرة على البقاء في مدار أرضي منخفض لمدة 36 ساعة. هذه المرة أكثر من كافية ، على سبيل المثال ، لإطلاق قمر صناعي. علاوة على ذلك ، ستكون تقنية مربحة للغاية. وفقًا لآلان بوند ، مؤسس الشركة ، يمكن تخفيض المبلغ المطلوب لإطلاق الأقمار الصناعية وغيرها من المهام المماثلة على الفور بنسبة 95٪ إذا تم إنشاء الإنتاج التجاري لمحركات Sabre.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تصبح المركبات الفضائية الجديدة المبنية على محركات الطائرات النفاثة فرصة جيدة جدًا في سوق السياحة الفضائية. في هذه الحالة ، يمكن أن تصبح شركة Reaction Engines البريطانية منافسًا قويًا للغاية لشركة Virgin Galactic ، التي تنتمي إلى Richard Branson. الآن يدعو الملياردير الجميع لرؤية كوكبنا من خلال النافذة مقابل 121 ألف جنيه فقط (ما يقرب من 6 ملايين روبل). يقول ممثلو شركة Reaction Engines إن الرحلة على مركبتهم الفضائية Skylon ستكلف السياح الفضاء أقل بكثير ، ومع ذلك ، لم يحددوا بعد كم.ستُعرف المزيد من التفاصيل حول خطط حكومة المملكة المتحدة فيما يتعلق بتمويل هذا المشروع الطموح عندما يُعقد مؤتمر الفضاء البريطاني الخاص في غلاسكو.
تاريخ المظهر
جاءت فكرة تصميم محرك مبرد مسبقًا إلى روبرت كارمايكل في عام 1955. تبعت هذه الفكرة فكرة محرك الهواء المسال (LACE) ، والتي تم تطويرها في الأصل بواسطة Marquardt و General Dynamics في الستينيات من القرن الماضي ، كجزء من عمل القوات الجوية الأمريكية في مشروع الطائرات الفضائية.
ومع ذلك ، لم يبدأ العمل في مشروع محرك Sabre الجديد إلا في عام 1989 ، وتم تشكيل شركة Reaction Engines Limited هذا العام. واصل متخصصو الشركة العمل في المشروع ، وتطوير الأفكار المقدمة سابقًا. نتيجة لذلك ، استغرق إنشاء محرك Sabre الهجين 22 عامًا من فريق بحث مكون من 30 شخصًا. كانت ثمرة جهودهم هي بناء محرك وهمي ، تم تركيبه على طائرة سكيلون ، والتي كانت معروضة في معرض فارنبورو الجوي.
ركزت الاختبارات الأخيرة التي أجرتها Reaction Engines على تقنيات التبريد المسبق للهواء. في الوقت الحاضر ، يقوم المتخصصون في هذه الشركة ، الذين يمتلكون تقنية عملية في أيديهم ، بتطوير نموذج أولي لنظام التبريد. يجب أن تكون هذه العينة خفيفة الوزن نسبيًا وأن تظهر أيضًا ثباتًا ديناميكيًا وقوة ميكانيكية عالية ومقاومة للاهتزازات القوية. وفقًا لخطط الشركة ، كان من المقرر أن تبدأ اختبارات النموذج الأولي للمبرد في أغسطس 2012.
بحلول نوفمبر 2012 ، أكملت شركة Reaction Engines اختبار المعدات في إطار مشروع "تقنية المبادل الحراري الحرجة لمحرك الصواريخ الهجين الذي يعمل بالهواء / الأكسجين السائل". كانت هذه مرحلة مهمة للغاية في عملية إنشاء محرك هجين ، والذي أثبت لجميع المستثمرين المحتملين في المشروع جدوى التقنيات المقدمة. يعتمد محرك Sabre على مبادل حراري قادر على تبريد الهواء الداخل إلى -150 درجة مئوية (-238 درجة فهرنهايت). في عملية التشغيل ، يتم خلط الهواء المبرد بالهيدروجين السائل ، وبعد ذلك ، عن طريق الاحتراق ، يوفر الدفع اللازم للطيران الجوي ، قبل التحول إلى الأكسجين السائل من الخزانات ، عند الطيران خارج الغلاف الجوي للأرض. أكدت الاختبارات الناجحة لهذه التكنولوجيا المهمة إلى حد ما في الممارسة العملية أن المبادل الحراري قادر على تلبية احتياجات محرك هجين للحصول على الكمية المطلوبة من الأكسجين من الغلاف الجوي للعمل بكفاءة عالية في ظروف الطيران على ارتفاعات منخفضة.
في معرض فارنبورو الجوي لعام 2012 ، أشاد ديفيد ويليتس ، وزير الدولة البريطاني للجامعات والعلوم ، بالتطور. على وجه الخصوص ، قال الوزير إن هذا المحرك الهجين يمكن أن يكون له التأثير الأكثر واقعية على ظروف اللعبة التي تشكلت اليوم في صناعة الفضاء. أكدت الاختبارات الناجحة لنظام التبريد المسبق للمحرك التقدير العالي للمفهوم المقترح ، والذي قدمته وكالة الفضاء البريطانية في عام 2010. وأشار الوزير أيضًا إلى حقيقة أنه إذا تمكنوا يومًا ما من تطبيق هذه التكنولوجيا لتنظيم رحلاتهم التجارية الخاصة ، فسيصبح هذا بلا شك حدثًا رائعًا على نطاق واسع.
أشار ديفيد ويليتس أيضًا إلى حقيقة أنه لا يوجد احتمال كبير بأن توافق وكالة الفضاء الأوروبية على تمويل مشروع سكيلون. لهذا السبب ، يجب أن تكون بريطانيا العظمى مستعدة لحقيقة أنه سيتعين عليها التعامل مع بناء المركبة الفضائية ، في معظم الأحيان بأموالها الخاصة.
أداء
من المتوقع أن تكون نسبة الدفع إلى الوزن المصممة لمحرك Sabre الهجين أكثر من 14 وحدة.تجدر الإشارة إلى أن نسبة الدفع إلى الوزن للمحركات النفاثة العادية هي في حدود 5 وحدات ، ووحدتان فقط لمحركات النفاث النفاثة الأسرع من الصوت. تم تحقيق هذا المستوى العالي من الأداء من خلال استخدام هواء فائق التبريد ، والذي يصبح كثيفًا جدًا ويتطلب ضغطًا أقل ، والأهم من ذلك ، نظرًا لانخفاض درجات حرارة التشغيل ، من الممكن استخدام سبائك خفيفة بدرجة كافية لمعظم المحركات الهجينة التصميم.
المحرك له نبضة نوعية عالية في الغلاف الجوي تصل إلى 3500 ثانية. للمقارنة ، فإن المحرك الصاروخي العادي لديه نبضة محددة ، وهي حوالي 450 ثانية في أحسن الأحوال ، وحتى محرك الصواريخ النووية "الحراري" ، الذي يعتبر واعدًا ، يعد بأن يصل إلى حجم 900 ثانية فقط.
إن الجمع بين كتلة المحرك المنخفضة والكفاءة العالية في استهلاك الوقود يمنح طائرة Skylon الواعدة القدرة على الوصول إلى المدار في وضع أحادي المرحلة ، بينما يعمل المحرك كمحرك نفاث هوائي تصل سرعته إلى M = 5 و 14 وارتفاع 28.5 كم. في الوقت نفسه ، يمكن للمركبة الفضائية الوصول إلى مدار بحمولة كبيرة جدًا مقارنة بوزن إقلاع الطائرة نفسها. لم يكن من الممكن تحقيق ذلك في السابق بواسطة أي طائرة تقليدية.
مزايا المحرك
على عكس أبناء عمومتها الصاروخية التقليدية ، ومثل الأنواع الأخرى من المحركات النفاثة ، يمكن للمحرك النفاث البريطاني الجديد الهجين استخدام الهواء لحرق الوقود ، مما يقلل من الوزن المطلوب للوقود ، مع زيادة وزن الحمولة. يجب أن يقضي محرك نفاث نفاث (محرك نفاث) ومحرك نفاث فرط صوتي (محرك سكرامجت) وقتًا كافيًا في الغلاف الجوي السفلي من أجل تطوير سرعة كافية لدخول المدار ، مما يؤدي بدوره إلى إبراز مشكلة التسخين الشديد المحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت ، بالإضافة إلى الخسائر المحتملة بسبب تعقيد الحماية الحرارية والوزن الكبير.
في الوقت نفسه ، لا يحتاج المحرك النفاث الهجين مثل Sabre إلا إلى تحقيق سرعة تفوق سرعة الصوت منخفضة (تجدر الإشارة إلى أن فرط الصوت هو كل شيء بعد M = 5) في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي للأرض ، قبل التبديل إلى دورة مغلقة و القيام بتسلق حاد من التسارع في وضع الصاروخ.
على عكس محركات نفاث النفاث التقليدية أو محركات سكرامجت ، فإن محرك سيبر البريطاني الجديد قادر على توفير قوة دفع عالية من السرعة الصفرية إلى M = 5 ، 14 شاملة ، في جميع أنحاء نطاق الارتفاع بأكمله ، مع كفاءة جيدة جدًا على نطاق الارتفاع بأكمله. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القدرة على إنشاء قوة دفع حتى عند السرعة الصفرية تشير إلى إمكانية اختبار المحرك الهجين على الأرض ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة التطوير.
الخصائص المفترضة لمحرك Sabre:
التوجه عند مستوى سطح البحر - 1960 كيلو نيوتن
الدفع الفارغ - 2940 كيلو نيوتن
نسبة الدفع إلى الوزن - حوالي 14 (في الغلاف الجوي)
نبضة محددة في الفراغ - 460 ثانية.
نبضة محددة عند مستوى سطح البحر - 3600 ثانية.
