SABRE - ракетный двигатель, использующий суперскоростное охлаждение

Охлаждение воздуха от 1000 °С до -150 °С за 0,01 сек. Такой теплообменник используется в модели двигателя SABRE -synergistic air-breathing rocket engine («air-breathing» означает дословно «дышащий воздухом»). При огромной скорости охлаждения воздуха, чудо теплообменник отличается малыми размерами и весом, именно это  позволило использовать его в космическом двигателе. Значение данного изобретения для развития аэрокосмических систем сравнивают со значением силиконовых чипов для компьютерных систем. Двигатель SABRE позволяет достичь скорости в 5 раз превышающей скорость звука в воздухе, а также может  работать как обычный ракетный двигатель на орбите Земли в безвоздушном пространстве.  В ноябре 2012 г. британская компания Reaction Engines завершила второй этап разработки нового двигателя типа SABRE.

Попытки сконструировать одноступенчатую систему запуска космических кораблей на орбиту Земли долгое время были безуспешными, т.к.  на борт корабля необходимо было загрузить очень большую массу окислителя, жидкого кислорода, необходимого для стандартного ракетного двигателя. Поэтому все системы были многоступенчатыми. При запуске ступени отбрасывались одна за другой. Сокращение веса окислителя позволило бы перейти от многоступенчатых одноразовых стартовых систем к одноступенчатой многоразовой системе. Один из возможных путей решения проблемы  - использование забортного атмосферного воздуха. SABRE является первым двигателем, работающим в двух режимах: первоначально в режиме использования атмосферного воздуха, затем в режиме обычного космического двигателя с использованием запаса окислителя на борту корабля. В обоих этих режимах тяга создается с помощью сопел и камеры сгорания. Фактически в модели SABRE были объединены возможности ракетной и газотурбинной технологии. 

 Подход, реализованный в конструкции SABRE, позволяет космическому кораблю стартовать и набирать требуемую для выхода на орбиту скорость без загрузки на борт 250 тонн окислителя и без отбрасывания первых ступеней, ненужных после сгорания запасенного в них окислителя.   Появилась возможность впервые создать действительно многоразовый космический корабль. 

На первый взгляд это звучит довольно просто, не сразу понятно, почему данная система не была изобретена раньше. Основная проблема в применении воздухозаборной технологии заключается в том, что перед тем, как воздух подается в камеру сгорания, он должен быть сжат до давления 140 атмосфер, что повысило бы его температуру до очень высоких значений, которые не выдержит ни один известный материал.

Секрет SABRE в том, что он предварительно охлаждает воздух до почти жидкого состояния, и только затем сжимает его турбокомпрессором до требуемого давления. Сжатый воздух проходит через турбокомпрессор в камеру сгорания, где служит окислителем для сверхохлажденного жидкого водородного топлива. Само топливо, в свою очередь, используется для отвода тепла в замкнутой системе теплообменника.

Режим воздухозабора используется до тех пор, пока скорость корабля не превысит в пять раз скорость звука и высота подъема не достигнет 25 км над Землей. Это примерно составляет 20% от скорости и 20% от высоты, необходимой для выхода на орбиту. Остальные 80% преодолеваются в режиме ракетного двигателя.  Воздухозаборник закрывается, и кислород в камеру сгорания подается уже из топливных баков. Подробнее о принципе работы двигателя можно прочитать на сайте  Reaction Engines . Одновременно с разработкой двигателя британские ученые занимаются созданием космического аппарата SKYLON D1. Корабль, по расчетам, сможет доставлять на земную орбиту до 15 тонн грузов.