Se i nuovi motori a razzo sviluppati dall'Agenzia spaziale europea (ESA) avranno successo, potrebbero rivoluzionare la tecnologia missilistica e cambiare il modo in cui andiamo nello spazio. Il motore, chiamato Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (SABRE), è progettato per utilizzare l'aria atmosferica nelle prime fasi di volo, prima di passare alla modalità razzo convenzionale per l'ascesa finale nello spazio. Se tutto va bene, questo nuovo razzo che respira aria potrebbe essere pronto per i lanci di prova in circa quattro anni.
I razzi convenzionali devono trasportare un ossidante a bordo come l'ossigeno liquido, che è combinato con il carburante nella camera di combustione del razzo. Ciò significa che i razzi possono richiedere oltre 250 tonnellate di ossigeno liquido per funzionare. Una volta che questo ossigeno viene consumato nelle prime fasi, queste fasi esaurite vengono scartate, creando enormi sprechi e spese. (Aziende come SpaceX e Blue Origin stanno sviluppando razzi riutilizzabili per aiutare a aggirare questo problema, ma sono ancora razzi convenzionali.)
I razzi convenzionali trasportano il proprio ossigeno perché la sua temperatura e pressione possono essere controllate. Ciò garantisce le prestazioni del razzo, ma richiede sistemi complicati per farlo. SABRE eliminerà la necessità di trasportare la maggior parte dell'ossigeno a bordo, ma non è facile da fare.
La sfida di SABRE consiste nel comprimere l'ossigeno atmosferico a circa 140 atmosfere prima di introdurlo nelle camere di combustione del motore. Ma comprimendo l'ossigeno a quel grado, la sua temperatura aumenta così tanto da far fondere i motori. La soluzione è raffreddare l'aria con uno scambiatore di calore di preraffreddamento, fino al punto in cui è quasi un liquido. A quel punto, una turbina basata sulla tecnologia dei motori a reazione standard può comprimere l'aria alla temperatura di esercizio richiesta.
Ciò significa che mentre SABRE si trova nell'atmosfera terrestre, utilizza l'aria per bruciare il suo combustibile a idrogeno, piuttosto che l'ossigeno liquido. Ciò gli conferisce un miglioramento di 8 volte nel consumo di propellente. Una volta che SABRE ha raggiunto circa 25 km di altitudine, dove l'aria è più rarefatta, cambia modalità e funziona come un razzo standard. Quando cambia modalità, è già circa il 20% della strada verso l'orbita terrestre.
Come molte sfide ingegneristiche, capire cosa deve essere fatto non è la parte difficile. In realtà lo sviluppo di queste tecnologie è estremamente difficile, anche se molte persone pensano che gli ingegneri avranno successo. La chiave per Motori di reazione Ltd , la società che sta sviluppando SABRE, svilupperà gli scambiatori di calore leggeri nel cuore del motore.
Gli scambiatori di calore sono comuni nell'industria, ma devono raffreddare l'aria in ingresso da 1000 gradi Celsius a -150 gradi Celsius in meno di 1/100 di secondo e devono farlo evitando la formazione di brina. Sono estremamente leggeri, circa 100 volte più leggeri della tecnologia attuale, che consentirà loro di essere utilizzati per la prima volta nel settore aerospaziale. Parte del fattore di leggerezza di questi nuovi scambiatori di calore deriva dallo spessore della parete del tubo, che è inferiore a 30 micron. È meno dello spessore di un capello umano.
Reaction Engines Limited afferma che questi scambiatori di calore avranno lo stesso impatto sui sistemi di propulsione aerospaziale che i chip di silicone hanno avuto sui computer.
Un nuovo accordo di finanziamento con l'ESA fornirà a Reaction Engines 10 milioni di euro per il continuo sviluppo di SABRE. Ciò si aggiungerà ai 50 milioni di sterline che l'Agenzia spaziale britannica ha già contribuito. Quell'investimento di 50 milioni di sterline è stato il risultato di una revisione favorevole della fattibilità di SABRE eseguita dall'ESA nel 2010.
Nel 2012 il pre-raffreddatore, un componente vitale di SABRE, è stato testato con successo presso lo stabilimento di Reaction Engines nell'Oxfordshire, nel Regno Unito. Immagine: ESA/motori di reazione
NEL 2012 sono stati testati il preraffreddatore e gli scambiatori di calore. Successivamente è arrivata più ricerca e sviluppo, incluso lo sviluppo di ugelli per missili con compensazione dell'altitudine, raffreddamento della camera di spinta e prese d'aria.
Ora che la fattibilità di SABRE è stata rafforzata, Reaction Engines vuole costruire un motore dimostrativo a terra entro il 2020. Se il continuo sviluppo di SABRE andrà bene e se i test entro il 2020 avranno successo, allora questi motori a razzo Air Breathing saranno in grado di per rivoluzionare davvero l'accesso allo spazio.
Nelle parole dell'ESA, 'L'ESA è fiduciosa che un test a terra di un motore sottoscala possa essere eseguito con successo per dimostrare il regime e il ciclo di volo e sarà una pietra miliare fondamentale nello sviluppo di questo programma e un importante passo avanti nella propulsione in tutto il mondo'.
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