無需助推器也能把火箭送入低地軌道,革命航太引擎 SABRE 進入核心測試階段

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 18 日 19:33 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly

革命性火箭引擎 SABRE 已準備好進入核心測試階段。有別於傳統火箭仍需助推器將火箭送上天際,SABRE 引擎的概念簡潔優雅:它可以讓一架太空飛機直接從地面飛入低地軌道上,不再需要額外攜帶笨重的燃料助推器。



太空飛機(spaceplane)是指將航空飛行器與太空飛行器兩者特色合而為一,推進方式直接採用火箭或是吸氣式發動機(air breathing engine)的飛行器。

而 SABRE(Synergetic Air-Breathing Rocket Engine)是一種極音速混合動力引擎,屬於單節進軌道(single stage to orbit,SSTO)太空飛機發動機,發展至今已 30 年有餘,波音、勞斯萊斯、歐洲太空總署等機構總投資金額達數千萬英鎊。

▲ SABRE 引擎的內部結構。(Source:歐洲太空總署

「單節進軌道」顧名思義,和傳統需要額外助推器與燃料筒的多節火箭不同,前者直接結合吸氣式發動機(air breathing engine)與純火箭發動機兩種技術,可以「一飛衝天」,直接從地面飛入低地軌道。

在起飛與上升過程中,SABRE 引擎先靠吸氣式發動機產生推力,將速度加速至 5.4 馬赫(5,961 公里 / 小時);等離地約 25 公里左右時,周圍空氣量不足,吸氣式發動機無法在吸取空氣,就改切換成燃燒氫氣與液氧的純火箭發動機模式,繼續將速度加速至 25 馬赫(29,808 公里 / 小時),以將探測器送入繞地軌道。

然而飛機以極音速飛行時,發動機材料會熔掉,為了防止這種情況發生,英國飛機製造商 Reaction Engines 與歐洲太空總署於 2012 年合作設計了預冷器(pre-cooler),可以在 1/100 秒內將發動機吸入的 1,000℃ 高溫空氣冷卻到零下 150℃;2016 年 10 月,Reaction Engines 再開發出 SABRE 的核心引擎,簡單來說,SABRE 由預冷器、核心引擎與推力室(thrust chamber)三區塊構成。

近期,歐洲太空總署正式批准核心引擎測試,Reaction Engines 將於今年進入核心引擎測試階段,2020 年展開核心引擎、預冷器與熱交換器系統的綜合性能測試,如果成功,勢必徹底改變現有認知的太空飛行技術:未來,新型太空飛機不再需要外部火箭助推器也能直接飛上太空,還能像航空飛機一樣重複使用,發射率提高且成本大幅下降。

(首圖為 SABRE 核心引擎,來源:歐洲太空總署