Xác nhận tính khả thi của động cơ dùng cho máy bay vũ trụ Skylon

Nghiên cứu về tính khả thi của động cơ được thực hiện theo thỏa thuận nghiên cứu và phát triển phối hợp (CRADA), trong đó Phòng nghiên cứu các hệ thống hàng không không gian của AFRL (AFRL/RQ) đã tiến hành xem xét chu kỳ động lực học của ý tưởng động cơ SABRE. Kết quả cho thấy động cơ có thể thực hiện được như những gì Reaction Engines công bố. Theo AFRL, hiện tại không có vấn đề về mặt lý thuyết nào đối với ý tưởng động cơ nếu nó được chế tạo và tích hợp vào máy bay.

Mặt cắt ngang động cơ SABRE.​

SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) là động cơ phản lực tĩnh siêu âm (scramjet). Thiết kế động cơ này tiêu thụ ít nhiên liệu đẩy hơn bởi động cơ vừa có thể đóng vai trò là một tên lửa đẩy trong không gian vừa có thể vận hành như một động cơ phản lực thông thường trong môi trường khí quyển. Do đó, nó không cần mang theo nhiều oxy để đốt nhiên liệu hydro lỏng. Ở vận tốc trên Mach 5 (7.200 km/h) ngay trước khi đi vào không gian, chế độ tên lửa đẩy được kích hoạt giúp máy bay đạt được vận tốc đủ lớn để xâm nhập quỹ đạo Trái Đất.

Hạn chế của loại động cơ này là nó rất nóng. Khi nhiệt độ quá ngưỡng, những hợp kim dù là tốt nhất vẫ có thể mềm ra và nóng chảy. Ở các mốc tốc độ siêu thanh, không khí đi vào động cơ với lực tác động gấp 25 lần so với một cơn bão cấp 5 và nhiệt độ rất khủng khiếp.

Buồng trao đổi nhiệt trong động cơ SABRE (màu xanh).​

Tuy nhiên, nghịch lý ở đây là trước khi có thể được đốt, không khí cần được làm mát đột ngột. Khi đi vào động cơ, không khí sẽ được truyền qua một loạt các buồng trao đổi nhiệt dùng nhiên liệu hydro siêu hàn để làm lạnh từ 1000 độ C xuống còn -150 độ C trong vòng 1/100 giây. Trước đây, các buồng trao đổi nhiệt như vậy có kích thước bằng một nhà máy nhưng SABRE chỉ sử dụng một hệ thống đủ nhỏ và đủ nhẹ để có thể tích hợp vào động cơ.

Reaction Engines và AFRL hiện đang hợp tác phát triển các ý tưởng phương tiện có thể sử dụng động cơ SABRE. Không chỉ bao gồm các phương tiện du hành không gian, ý tưởng có thể là máy bay siêu thanh và các ứng dụng quân sự khai thác công nghệ trao đổi nhiệt trên động cơ SABRE.

Barry Hellman – quản lý chương trình AFRL/RQ cho biết: “Các hoạt động theo thỏa thuận CRADA đã cho phép AFRL tìm hiểu rõ hơn về ý tưởng động cơ SABRE, công nghệ trao đổi nhiệt làm lạnh trước và các chu kỳ động cơ một cách chi tiết. Những phân tích của chúng tôi đã xác nhận về tính thực tế và hiệu suất tiềm năng của chu kỳ động cơ SABRE. Măc dù hoạt động phát triển của SABRE cho thấy một thách thức về kỹ thuật lớn nhưng chu kỳ động cơ là một phương pháp tiếp cận rất sáng tạo và đảm bảo cho công tác nghiên cứu sau này.”

Ông nói thêm rằng: “Câu hỏi cần được giải đáp tiếp theo là lợi ích mà động cơ SABRE có thể mang lại cho các phương tiện không gian tốc độ cao so với các hệ thống đẩy khác. Mặc dù ứng dụng của SABRE làm động cơ đẩy đơn giai đoạn để tiếp cận quỹ đạo không gian vẫn chứa nhiều rủi ro, thế nhưng SABRE có thể mang lại một số ưu điểm độc đáo trong các thiết kế động cơ 2 giai đoạn. Hơn nữa, công nghệ trao đổi nhiệt sẽ mở rộng các ứng dụng xuyên suốt ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.”

Theo tinhte, reaction engine