Прототип космолета Skylon

Выход в открытый космос - удовольствие непомерно дорогое, поэтому ученые находятся в поисках новых способов попасть туда. Используемый сегодня для космических путешествий тип ракет тратит большую часть своей тяги на отрыв от земли собственного топлива и окислителя, которые перестают быть нужными сразу после набора необходимой высоты. Поэтому выгодным решением может стать нечто вроде аэроплана: они очень эффективны и используют для подъема в воздух свойства атмосферы, предоставляющей им столько кислорода, сколько двигатель может поглотить.

На протяжении последней четверти века британская компания Reaction Engines медленно, но верно преодолевает трудности в создании гибридной системы, сочетающей в себе свойства самолета и космического корабля. Их разработка под названием SABRE (совместимый воздушно-реактивный ракетный двигатель) может привести к постройке безопасного и эффективного транспорта для упрощенного выхода в космос. С технической точки зрения реализация такого проекта сопряжена с большими трудностями, однако благодаря щедрым инвестициям британского правительства и оборонной фирмы BAE Systems заветная цель оказалось достижимой как никогда ранее. BAE вложили в компанию £20.6 млн. и приобрели 20% акций Reaction Engines. Если прибавить к этому грант в £60 млн., предоставленный правительством Соединенного Королевства, то разработчики системы, наконец, получат возможность запустить полномасштабные наземные испытания SABRE в 2020 и организовать первый беспилотный полет к 2025 году.

Космопланы все еще остаются лишь теоретической попыткой построить механизм, в пределах атмосферы действующий по принципу аэроплана (чтобы поднять себя на границу атмосферы) и после выхода из нее превращающийся в ракету для последнего толчка на орбиту. Такая двухрежимная конструкция может стать причиной резкого увеличения заказов для космической промышленности. Но необходимость в постройке двигателя, способного  функционировать на таких высотах, скоростях и температурах, которые должен выдерживать одноступенчатый воздушно-космический самолет, подводит реализацию проекта на грань фантастики. Ведь необходим двигатель, который способен поддерживать необходимую силу тяги с момента отрыва от земли до достижения скорости, в 25 раз превышающую скорость звука, а на выходе из атмосферы незаметно для системы перейти из режима “вдыхания” воздуха из атмосферы в режим “всасывания” жидкого кислорода.

Ракетный двигатель SABRE может использовать атмосферный воздух в качестве окислителя на скорости до 5.5 Маха (1 Мах=скорость звука) и на высоте до 25 километров. Это составляет 25% от необходимой орбитальной скорости и высоты, необходимой для того, чтобы покинуть Землю. На этой стадии замещение топлива кислородом избавляет космоплан от необходимости поднимать с собой в воздух 250 тонн окислителя, как это делают традиционные космические ракеты. За пределами скорости 5.5 Маха SABRE теряет свою эффективность, и источником входящего воздуха становится жидкий кислород из бортовых топливных баков.

Необходимость заменять источник кислорода объясняется тем, что на такой скорости всасываемый двигателем воздух из-за давления нагревается настолько, что от его температуры внутренние части двигателя начинают плавиться. Однако в SABRE эта проблема решена путем установки системы охлаждения входящего воздуха с 1000°C до -150°C всего за одну сотую секунды. Такой эффект достигается за счет вкачки в систему жидкого гелия через специальный слой трубопровода, состоящего из трубок диаметров около 1мм. и толщиной около 27 мкм. и служащим неким подобием радиатора. Затем охлажденный воздух наполняет компрессор, после чего попадает непосредственно в сам двигатель, где сжигается вместе жидким кислородом для получения тяги.

Пожалуй, самым трудным вызовом для исследователей в проектировании SABRE было найти способ быстро охладить воздух, не допуская избытка холода, чтобы не превратить кислород в ледяной пар и не закупорить тем самым части двигателя. Тем не менее, Reaction Engine уже продемонстрировали вспомогательную систему, работающую без каких-либо проблем обледенения.

SABRE - очень сложная конструкция, однако преимущества, который она дает, весьма ощутимы. Его тяга позволяет ему поднимать в воздух массу, в 3 раза большую, чем обычный реактивный двигатель и в 7 раз большую, чем гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. В пределах атмосферы его максимальный импульс на 20% эффективнее турбовентиляторного реактивного двигателя. Прибавьте к этому продолговатый корпус с небольшими крыльями по бокам, и получите Skylon - именно так назвали предполагаемый аппарат в Reaction Engine.

Однако исследование космоса это далеко не единственное применение, которое можно найти новому двигателю, ведь с помощью модификаций SABRE может быть полностью адаптирован под работу в атмосфере. Из этого может получиться, например, сверхзвуковой пассажирский самолет, развивающий скорость в 5 Мах. Представьте себе самолет, способный доставить 300 пассажиров из Европы в Австралию через через Северный полюс всего за несколько часов.

Инженеры из Reaction Engine твердо уверены в том, что они нашли способ полностью воплотить SABRE в жизнь. Однако это совсем не значит, что преодоление оставшихся технических трудностей не потребует больше ни времени, ни усилий. На это совершенно точно уйдет еще немало времени. По крайней мере, британское правительство и BAE Systems сделали все возможное для того, чтобы помочь исследователям в их нелегком деле.