إذا نجحت المحركات الصاروخية الجديدة التي طورتها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، فيمكنها إحداث ثورة في تكنولوجيا الصواريخ وتغيير الطريقة التي نصل بها إلى الفضاء. تم تصميم المحرك ، المسمى بمحرك صاروخ تنفس الهواء التآزري (SABER) ، لاستخدام هواء الغلاف الجوي في مراحل الرحلة المبكرة ، قبل التحول إلى وضع الصاروخ التقليدي للصعود النهائي إلى الفضاء. إذا سارت الأمور على ما يرام ، يمكن أن يكون هذا الصاروخ الجديد الذي يتنفس الهواء جاهزًا لاختبار إطلاق النار في غضون أربع سنوات تقريبًا.
يجب أن تحمل الصواريخ التقليدية مؤكسدًا على متنها مثل الأكسجين السائل ، والذي يتم دمجه مع الوقود في غرفة احتراق الصاروخ. وهذا يعني أن الصواريخ يمكن أن تتطلب ما يزيد عن 250 طنًا من الأكسجين السائل لكي تعمل. بمجرد استهلاك هذا الأكسجين في المراحل الأولى ، يتم التخلص من هذه المراحل المستخدمة ، مما ينتج عنه نفايات ضخمة وتكاليف. (تعمل شركات مثل SpaceX و Blue Origin على تطوير صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام للمساعدة في التحايل على هذه المشكلة ، لكنها لا تزال صواريخ تقليدية.)
تحمل الصواريخ التقليدية الأكسجين الخاص بها لأنه يمكن التحكم في درجة حرارتها وضغطها. هذا يضمن أداء الصاروخ ، لكنه يتطلب أنظمة معقدة للقيام بذلك. ستلغي SABER الحاجة إلى حمل معظم الأكسجين الموجود على متن الطائرة ، ولكن هذا ليس بالأمر السهل.
يتمثل التحدي الذي تواجهه شركة SABRE في ضغط الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي إلى حوالي 140 ضغطًا جويًا قبل إدخاله في غرف الاحتراق بالمحرك. لكن ضغط الأكسجين إلى هذه الدرجة يرفع درجة حرارته لدرجة أنه من شأنه أن يذيب المحركات. الحل لذلك هو تبريد الهواء بمبادل حراري مسبق التبريد ، لدرجة أنه يصبح سائلًا تقريبًا. في هذه المرحلة ، يمكن للتوربين الذي يعتمد على تقنية المحرك النفاث القياسي ضغط الهواء إلى درجة حرارة التشغيل المطلوبة.
هذا يعني أنه أثناء وجود SABER في الغلاف الجوي للأرض ، فإنه يستخدم الهواء لحرق وقود الهيدروجين بدلاً من الأكسجين السائل. وهذا يعطيها تحسنًا بمقدار 8 أضعاف في استهلاك الوقود. بمجرد وصول SABER إلى ارتفاع حوالي 25 كم ، حيث يكون الهواء أرق ، يقوم بتبديل الأوضاع ويعمل كصاروخ قياسي. بحلول الوقت الذي يغير فيه الوضعان ، يكون قد وصل بالفعل إلى مدار حول الأرض بنسبة 20٪.
مثل الكثير من التحديات الهندسية ، فإن فهم ما يجب القيام به ليس الجزء الصعب. في الواقع ، يعد تطوير هذه التقنيات أمرًا صعبًا للغاية ، على الرغم من أن الكثير من الناس يفترضون أن المهندسين سيكونون ناجحين. مفتاح محركات رد الفعل المحدودة تقوم الشركة التي تقوم بتطوير SABER بتطوير المبادلات الحرارية الخفيفة الوزن في قلب المحرك.
تعتبر المبادلات الحرارية شائعة في الصناعة ، ولكن يجب على هذه المبادلات الحرارية تبريد الهواء الداخل من 1000 درجة مئوية إلى -150 درجة مئوية في أقل من 1/100 من الثانية ، ويجب عليهم القيام بذلك مع منع تكوين الصقيع. إنها خفيفة للغاية ، وهي أخف بحوالي 100 مرة من التكنولوجيا الحالية ، مما سيسمح باستخدامها في الفضاء لأول مرة. ينبع بعض عامل الإضاءة لهذه التبادلات الحرارية الجديدة من سماكة جدار الأنبوب ، والتي تقل عن 30 ميكرون. هذا أقل من سماكة شعرة الإنسان.
تقول شركة Reaction Engines Limited أن هذه المبادلات الحرارية سيكون لها نفس التأثير على أنظمة الدفع في الفضاء الذي كان لرقائق السيليكون على الحوسبة.
ستوفر اتفاقية تمويل جديدة مع وكالة الفضاء الأوروبية شركة Reaction Engines بمبلغ 10 ملايين يورو لمواصلة تطوير SABER. سيضيف هذا إلى الـ 50 مليون جنيه التي ساهمت بها وكالة الفضاء البريطانية بالفعل. كان هذا الاستثمار البالغ 50 مليون جنيه إسترليني نتيجة لاستعراض الجدوى المواتية لبرنامج SABER الذي أجرته وكالة الفضاء الأوروبية في عام 2010.
في عام 2012 ، تم اختبار المبرد المسبق ، وهو مكون حيوي لـ SABER ، بنجاح في منشأة Reaction Engines في أوكسفوردشاير ، المملكة المتحدة. الصورة: ESA / محركات التفاعل
في عام 2012 ، تم اختبار المبرد الأولي والمبادلات الحرارية. بعد ذلك ، جاء المزيد من البحث والتطوير ، بما في ذلك تطوير فوهات الصواريخ المعادلة للارتفاعات ، وتبريد غرفة الدفع ، ومآخذ الهواء.
الآن بعد أن تم تعزيز جدوى SABER ، تريد Reaction Engines بناء محرك تجريبي أرضي بحلول عام 2020. إذا سارت عملية التطوير المستمر لـ SABER بشكل جيد ، وإذا نجح الاختبار بحلول عام 2020 ، فستكون محركات صواريخ تنفس الهواء هذه في وضع يمكنها من لإحداث ثورة حقيقية في الوصول إلى الفضاء.
وبكلمات وكالة الفضاء الأوروبية ، 'وكالة الفضاء الأوروبية واثقة من أنه يمكن إجراء اختبار أرضي لمحرك صغير الحجم بنجاح لإثبات نظام الرحلة ودورتها ، وستكون علامة فارقة في تطوير هذا البرنامج واختراق كبير في الدفع في جميع أنحاء العالم.'
اجلبه.