如今一旦說起商業(yè)化的太空旅行，很多人會聯(lián)想到傳奇企業(yè)家伊隆·馬斯克的SpaceX公司。其實從1989年起英國Reaction Engines公司就一直致力于開發(fā)技術(shù)，以打造一款名為SABRE的吸氣式火箭發(fā)動機(jī)。這種吸氣式火箭發(fā)動機(jī)可以使航天器達(dá)到五倍的聲速，而容易讓它們無需脫離火箭即可突破軌道。而與SpaceX公司一樣，Reaction Engines公司正在借助先進(jìn)的金屬3D打印技術(shù)制造他們的實驗火箭。

這種SABRE發(fā)動機(jī)是Reaction Engines公司同時在開發(fā)的“單級入軌云霄塔（Skylon）空天飛機(jī)的關(guān)鍵，根據(jù)設(shè)計，云霄塔空天飛機(jī)將可以從傳統(tǒng)的機(jī)場跑道自行發(fā)射進(jìn)入地球軌道。而云霄塔的SABRE發(fā)動機(jī)通過從大氣中吸入氧氣將飛機(jī)的速度推升至5.4馬赫（超過6000公里/小時），然后切換至氫燃料并使用內(nèi)置的液氧。為了能夠使發(fā)動機(jī)能夠在極端的大氣條件下工作，它需要能夠在不到百分之一秒的時間里將吸入發(fā)動機(jī)的空氣流從超過1000℃降低到零下150℃。如今它做到了這一點(diǎn)，而且只增加了一點(diǎn)額外的重量。

云霄塔空天飛機(jī)效果圖

那么，它是怎么做到的呢？SABRE發(fā)動機(jī)需要一個能夠?qū)⒕_混合的水和甲醇混合物通過特定點(diǎn)噴射到空氣通路上的推進(jìn)劑噴射器系統(tǒng)。這會迫使水蒸發(fā)并將快速冷卻空氣。但是以前的制造技術(shù)根本無法制造出一個滿足設(shè)計要求的既小又輕，而且具有特定幾何形狀的噴射器系統(tǒng)。為了使空天飛機(jī)獲得足以突破軌道的速度，發(fā)動機(jī)及其它零部件的重量需要盡可能地減輕。如今由于金屬3D打印技術(shù)的進(jìn)步，使得制造團(tuán)隊可以打造出具有復(fù)雜幾何形狀的固體金屬零件，足以制造出能夠正確噴射甲醇/氧混合冷卻液的噴射器。

3D打印的冷卻液噴射系統(tǒng)

Reaction Engines目前正在測試，并成功點(diǎn)火了SABRE的一個縮小版的發(fā)動機(jī)STOIC。今年春天在初期試驗階段，他們就已經(jīng)成功地點(diǎn)火了15次。據(jù)了解，這個用于測試的發(fā)動機(jī)上集成了3D打印的噴射器噴嘴原型。目前開發(fā)團(tuán)隊正把通過這些成功測試收集到的數(shù)據(jù)用于驗證其內(nèi)部的計算模型，并進(jìn)一步改進(jìn)了其先進(jìn)的噴嘴設(shè)計。Reaction Engines是在 Airborne Engineering公司的幫助下對其STOIC引擎進(jìn)行測試的。 Airborne Engineering是前英國皇家空軍（RAF）Westcott站。 RAF Westcott以及后來的RPE Westcott 主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)測試和開發(fā)推進(jìn)系統(tǒng)和火箭發(fā)動機(jī)。

SABRE發(fā)動機(jī)設(shè)計

“這款實驗發(fā)動機(jī)（指STOIC）是我們通向最終目標(biāo)的關(guān)鍵一步。我們使用它來測試未來SABRE發(fā)動起在使用時其先進(jìn)的噴嘴所能表現(xiàn)出來的空氣動力學(xué)和性能。盡管比SABRE小得多，這款發(fā)動機(jī)仍是最近三十多年里在Westcott測試的最大的雙推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)，看到Westcott正在復(fù)蘇為英國的火箭推進(jìn)器研究和開發(fā)中心是令人振奮的。在接下來的幾個月里，我們將會讓發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更長時間，以探索SABRE在飛行中吸氣模式和火箭模式之間的轉(zhuǎn)換——這是幫助云霄塔空天飛機(jī)進(jìn)入太空的一個重要和具有挑戰(zhàn)性的部分。”Reaction Engines公司先進(jìn)噴嘴計劃項目負(fù)責(zé)人Helen Webber.博士稱。。

STOIC測試發(fā)動機(jī)