Британская компания Reaction Engines занялась разработкой относительно компактного гиперзвукового реактивного двигателя для ракет, который будет эффективно работать как в атмосфере, так и в вакууме. При этом, как пишет Aviation Week, силовая установка сможет функционировать без сбоев во всех диапазонах скоростей, начиная дозвуковым и заканчивая гиперзвуковым. Новая установка будет собираться по гибридной схеме, совмещая преимущества атмосферного реактивного и ракетного двигателей, и ее можно будет использовать повторно.
Сегодня ракеты-носители в зависимости от класса имеют несколько ступеней, двигатели каждой из которых работают на строго определенном участке полета. При этом все двигатели являются ракетными, то есть и горючее, и окислитель для их работы подаются из баков в самих ступенях ракеты. Такая конструкция проверена десятилетиями, однако имеет несколько недостатков. В их числе, например, – относительно небольшой забрасываемый вес ракеты-носителя при ее существенных габаритах.
Новый гибридный гиперзвуковой реактивный двигатель позволит сделать ракеты-носители компактнее. Установка получила название SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine, синергичный атмосферный ракетный двигатель). Общие ее габариты будут соответствовать габаритам турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой F135, устанавливаемого на американские истребители F-35 Lightning II. Его длина составляет 5,6 метра, а диаметр – 1,2 м.
Предполагается, что двигатель получит универсальные камеру сгорания и сопло, по конструкции во многом схожие на таковые у обычного ракетного двигателя. На старте и разгоне SABRE будет работать как обычный прямоточный реактивный двигатель, используя для сжигания топлива воздух. Этот воздух будет подаваться в газогенератор по обводным воздухозаборникам, идущим вокруг системы подачи топлива и окислителя. При достижении скорости в пять чисел Маха (6,2 тыс. км/ч), двигатель будет переходить в ракетный режим.
В ракетном режиме полета воздухозаборники силовой установки будут перекрываться, а в воздуховоды будет небольшими порциями подаваться жидкий кислород. В качестве топлива для двигателя планируется использовать жидкий водород. Для эффективной работы двигателя на скоростях до пяти чисел Маха потребуется охлаждение поступающего воздуха с более чем 1 тыс. град. С до -150 град. С. Дело в том, что по мере увеличения скорости полета воздушный поток в воздухозаборнике начнет резко тормозиться, сжиматься и нагреваться.
Для охлаждения поступающего воздуха в Reaction Engines уже разработали соответствующую систему. Она представляет собой сеть трубок диаметром 1 мм и общей протяженностью около 2 тыс. км. Толщина стенки одной трубки составляет 20 мкн. Сеть этих трубок будет покрывать внешнюю стенку воздуховодов. В сами трубки под давлением в 200 бар (197 атмосфер) будет подаваться гелий, который и будет выполнять роль теплоносителя. По расчетам разработчиков, система позволит охлаждать поступающий воздух за 1/100 секунды.
На первом этапе разработки британская компания планирует создать гибридный двигатель – демонстратор технологий. В атмосферном режиме он сможет развивать тягу до 196 кН. При этом полноценная силовая установка в этом режиме будет выдавать уже 667 кН. Для сравнения, двигатель F135 способен развивать тягу в 191 кН в режиме форсажа. Первые испытания демонстратора технологий планируется провести через 12-15 месяцев, а полноценной силовой установки – в 2020-2021 гг.
SABRE позволит создавать одноступенчатые ракеты-носители, причем силовую установку, в отличие от обычных ракетных двигателей, можно будет использовать повторно. По оценке британской компании, гибридный гиперзвуковой двигатель будет иметь несколько преимуществ. Во-первых, он упростит конструкцию ракет-носителей. Во-вторых, повторное его использование позволит сделать запуски грузов в космос дешевле. Наконец, потребление топлива новой силовой установкой будет значительно меньше, чем у обычных ракетных двигателей.
В настоящее время многие страны занимаются разработкой новых силовых установок для ракет-носителей. В конце августа индийская Организация космических исследований провела первые успешные испытания гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Такие силовые установки индийцы планируют устанавливать на ракеты-носители, что позволит отказаться от части запаса жидкого окислителя, а значит сделать массу ракеты меньше. Это в свою очередь позволит несколько увеличить забрасываемый вес. (Aviation Explorer/Машиностроение Украины и мира)