sabre

Uudenlainen rakettimoottori sai suuren sysäyksen eteenpäin

Pe, 04/13/2018 - 10:56 Jari Mäkinen
Sabre-moottori

Uudenlaista, ilmaa hengittävää rakettimoottoria suunnitteleva brittiyhtiö Reaction Engines sai eilen todella ison tönäisyn eteenpäin, kun se ilmoitti uudesta rahoitusruiskeesta. Mukana yli 30 miljoonan euron rahoituspaketissa on myös ilmailu- ja avaruusteollisuusjätti Boeingin investointiyhtiö Boeing HorizonX Ventures.

SABRE, eli Synergetic Air-Breathing Rocket Engine, on ainakin teoriassa käänteentekevä moottori, joka tekisi lentokonemaiset lennot avaruuteen ja takaisin mahdollisiksi. Lisäksi tällaista ilmaa hengittävää rakettimoottoria voisi käyttää mantereelta toiselle nopeasti suihkivien liikennekoneiden moottorina.

Perinteisen kemiallisen rakettimoottorin periaate on se, että polttokammiossa poltetaan polttoainetta ja hapetinta, yleensä vetyä tai kerosiinia ja happea. Nopean palamisen tuloksena syntyvät pakokaasut suunnataan suuttimella taaksepäin, jolloin voiman ja vastavoiman lain mukaan raketti ponnistaa vastakkaiseen suuntaan.

Kun nykyisin rakettimoottorit joutuvat käyttämään myös ilmakehässä lentäessään tankeissa olevaa happea, mikä paitsi lisää raketin kokoa ja massaa, niin tekee sen laukaisusta hankalaa, kun polttoaineen lisäksi yleensä nestemäisessä muodossa olevaa superkylmää happea pitää tankata rakettiin.

Reaction Enginestin ideana on yksinkertaisesti ottaa mukaan vain vähän happea, ja käyttää ilmakehässä lentäessään ilman happea hyväkseen vähän samaan tapaan kuin suihkumoottorit tekevät nyt – paitsi että SABRE viilentää ilmaa hyvin kylmäksi, noin -150°C:n lämpötilaan, jolloin ilma on tiiviimpää ja sitä voidaan tunkea putkia pitkin rakettimoottorin polttokammioon helpommin.

Tärkein moottorin osa onkin sen etummaisena oleva jäähdytin, joka otsikkokuvassa on oikealla. 

Sen tehtävänä on nimensä mukaisesti jäähdyttää ilmaa, jolloin ilma on tiiviimpää ja sitä voidaan ahtaa helpommin suuria määriä moottoriin. Ilmaa pitää jäähdyttää myös hyvin suurella nopeudella, koska laite lentää ilmassa moninkertaisella äänen nopeudella ja moottoriin pakkaantuu ilmaa hyvin paljon. Ilmansyöttö ja sen hallitseminen olivat esimerkiksi Concordessa syynä sen pitkiin ja sisustaltaan monimutkaisiin ilmanottoaukkoihin – ja avaruuslentokoneessa tilanne on vielä mutkikkaampi.

Kun aluksen nopeus on noin 5,5 kertaa äänen nopeus ja lentokorkeus noin 25 kilometriä, siirtyy moottori käyttämään aluksen mukana olevaa nestemäistä happea. 

Ilman jäähdyttämien tuo mukanaan myös ongelman: ilmassa oleva vesihöyry jäätyy helposti ja pyrkii tukkimaan jäähdyttimessä olevat ohuet tiehyeet, joita tarvitaan suuren ilmamäärän nopeaan nesteyttämiseen. 

Ongelmia siis riittää, mutta ongelmat on tehty ratkaistaviksi.

Reaction Engines on testannut jäähdyttimen periaatetta useilla koeasemilla, mutta ei vielä koskaan lennossa tai lentämistä täysin vastaavissa olosuhteissa. Tähänastiset tulokset ovat kuitenkin lupaavia.

Yhtiö on jo saanut rahoitusta moottorin toimivan prototyypin tekemiseen vuoteen 2020 mennessä, mutta uusi rahoitus auttaa tähtäämään jo pitemmälle konkreettisella tasolla.

Skylon

Tavoitteena on tehdä moottoria käyttävä avaruuslentokone nimeltä Skylon. Se voisi toimia satelliittien laukaisijana ja sen liikennelentokoneversio voisi lentää kolmessa vartissa toiselle puolelle maapalloa.

Käytännössä kone siis hyppäisi matalalle kiertoradalle Man ympärillä ja lentäisi siellä ilmakehän yläpuolella suurimman osan matkasta ennen laskeutumista alas määränpäähän. Tällainen lentäminen olisi paitsi huomattavasti nykyistä nopeampaa, niin myös sen päästöt ilmakehään olisivat olennaisesti pienemmät.

Moottoria voidaan käyttää myös vain ilmakehässä lentävissä lentokoneissa, jolloin nestemäistä happea tarvitaan vain hyvin vähän. 

Yhtiön moottoriaan varten kehittämää tekniikkaa voidaan käyttää myös muissakin sovelluksissa sähköautoista ja lämmön talteenottamiseen esimerkiksi jätteenpoltossa.

*

Juttua on korjattu 14. huhtikuuta: SABREn edeltäjäkonsepti LACE pyrki nesteyttämään ilmaa, mutta sen suurien haasteiden vuoksi SABRE pyrkii "vain" jäähdyttämään ja pakkaamaan ilmaa rakettimoottoriin.

Mullistava rakettimoottori sai rahoituksen ja lupaa mullistusta avaruusliikenteessä

Ti, 07/12/2016 - 22:53 Jari Mäkinen

Brittein saarilta ei kuulu vain poliittisia kuulumisia, vaan myös hyvä uutinen avaruuslentokoneisiin liittyen: pitkään ideatasolla kehitteillä ollut "hengittävä" rakettimoottori Sabre saa rahoituksen kokonaisen, toimivan koeversion tekemiseen.

SABRE, eli Synergistic Air-Breathing Rocket Engine (karkeasti käännettynä "ilmaa hengittävä rakettimoottori") on Alan Bondin jo 1980-luvun lopussa ideoima uudenlainen rakettimoottori, joka pystyy käyttämään hyväkseen ilmakehässä olevaa happea sen sijaan että kaikki avaruuteen nousemisen aikana käytettävä happi kuljetettaisiin raketin mukana.

Moottori tekisi ainakin periaatteessa avaruuteen lentämisestä niin yksinkertaista, että liikennettä Maan ja kiertoradan välillä voitaisiin hoitaa avaruuslentokoneilla. Ne voisivat lentää lähes nykyisten liikennelentokoneiden tapaan, eli nousta uudelleen ilmaan tankkaamisen ja pikaisen teknisen tarkastuksen jälkeen. 

Viime vuosina moottorin kehityksestä on vastannut Bondin perustama Reaction Engines -yhtiö, joka testasi vuonna 2012 moottorin kriittisintä osaa, hypersoonisessa nopeudessa moottorin sisälle tulevaa kuumaa ilmaa salamannopeasti jäähdyttävää laitteistoa. Temppu ei ole helppo, sillä paitsi että ilmavirran lämpötila pitää saada laskettua sekunnin sadasosassa noin 1000°C:stä -150 celsiusasteen pakkaseen, pitää tämän tapahtua jatkuvasti, tasaisesti ja ilman, että moottorin sisälle syntyy toimintaa haittaavaa jäätä. 

Jää moottorin sisällä saattaa olla myös vaarallista ja saada aikaan moottorin räjähtämisen.

Esijäähdyttimen testit tehtiin jo Euroopan avaruusjärjestön pienen apurahan turvin, mutta nyt ESA sijoittaa hankkeeseen 10 miljoonaa euroa lisää. Tämän lisäksi Iso-Britannian avaruustoimisto rahoittaa moottorin kehittämistä 50 miljoonalla punnalla. Nykykurssilla tämä on noin 60 miljoonaa euroa.

Tänään Farnborough'n ilmailunäyttelyssä allekirjoitetun rahoitussopimuksen tuloksena moottorista on tarkoitus saada toimiva mallikappale vuoteen 2020 mennessä.

Moottorin avulla tullaan testaamaan periaatteen toimintaa vain maan pinnalla, eli sitä ei ole tarkoitus asentaa rakettiin tai minkäänlaiseen avaruuslentokoneeseen. Tärkeintä onkin selvittää ennen lopullisen kaltaisen moottorin tekemistä periaatteen toimiminen; tähän mennessä tehtyjen testien ja teoreettisten mallinnusten mukaan moottori toimii, mutta sen periaate on niin mullistava, että sitä halutaan testata kunnolla ennen kalliin lentokelpoisen moottorin tekemistä.

Jos moottori toimii, voisi eurooppalainen tietotaito tehdä avaruusliikenteestä vallankumouksellisen edullista ja kätevää. Se olisi uuden ajan alku koko ihmiskunnalle.

Skylon selitettynä

Reaction Engines on suunnitellut jo moottoria käyttävän Skylon-avaruuslentokoneen, jonka tekeminen voisi onnistua varsin nopeastikin moottorin kehittämisen jälkeen. Tällaisilla avaruuslentokoneilla voitaisiin lentää kiertoradalle ja takaisin jo kymmenen vuoden kuluttua.