Hiperszónikus hajtóművek

A repülés új korszakát hozhatják el hiperszonikus hajtóművek A Concorde-ok kivonása óta is él a remény, hogy visszatér a szuperszonikus légi közlekedés, bár nem kizárt, hogy egy jókora ugrással meghódítjuk a hiperszonikus tartományt. Azóta ugyanis több innovatív és újrafelhasználható nagy teljesítményű rakétahajtóművet fejlesztettek ki, melyek elképesztő sebességgel repíthetik hatalmas távolságokra az utasokat a világűr érintésével.

Míg a Concorde utazósebessége hagyományos sugárhajtóműveivel a hangsebesség kétszerese volt, az új hajtóművekkel elérhetők az 5 Machos és afeletti úgynevezett hiperszonikus sebességek is. A dolog szépséghibája, hogy bár a rakétahajtóművek hatalmas sebességekre képesek, ugyanakkor rendkívül költségesek is, mivel a gép és a rakomány tömegén felül a repüléshez szükséges folyékony hidrogén és folyékony oxigén tömegét is magukkal hurcolják, ezáltal jókora holtterhet szállítanak, ami jelentős erőforrásokat emészt fel. A megoldás a súlycsökkentés, a kulcs pedig az oxigén. A levegő, amit egy hiperszonikus repülőgép átszel rengeteg oxigént tartalmaz. Ha sikerül beszívni a levegőt és elégetni a hidrogénnel, máris sikerült lecsökkenteni a fedélzeti oxidánsokat a légkör elhagyását követően szükséges mennyiségre. Ez az elv határozza meg a brit "Reaction Engines"  vállalat által fejlesztett és jelenleg tesztelés alatt álló hidrogént és levegőt égető Sabre típusú hajtóművet, amit egy jövőbeli műhold feljuttató űrrepülőgép, a Skylon számára készítenek, azonban teljes egészében alkalmazható lenne egy 5 Mach sebességű utasszállító repülőgéphez is.

A Skylon típusú hiperszonikus repülőgépet, angol tervezésben készítik és a teszt repülését 2020-ra tervezik. A brit kormány és az Európai Ügynökség ( ESA ) közel 100 millió dollár nagyságrendben finanszírozza a tervet, a magán befektetők támogatása mellett. Két "Sabre" típusú  hajtómű szolgál majd erőforrásként, a tervezett 84 méter hosszú és 303 tonnás felszálló súlyú hiperszonikus repülőgép számára. A delta szárny végére felszerelt két hajtómű, egyenként 15 ezer kg-os tolóerővel repítik a repülőgépet az űrbe. A hajtóművek prototípusának az elkészítését 2013-ra tervezik, költsége kb. 60 millió £ lesz.

A Sabre hajtómű fő előnye, hogy ideális egy kifutópályáról felszálló, újrafelhasználható űrrepülőgéphez, vagyis a gép a felszállástól a világűr eléréséig csupán egyetlen hajtóműtípust használna. Ez hatalmas előny a scramjetekhez, vagyis azon torlósugár-hajtóművekhez képest, melyeknél a levegő beáramlási sebessége meghaladja a hangsebességet. A scramjet,  mozgó alkatrész nélkül a repülőgép nagy sebességű mozgásával sűríti a beáramló levegőt üzemanyaggá. Ezt a nagy sebességet azonban valahogy el is kell érni, ezért a scramjet csak 4 Mach környékén képes működésbe lépni, vagyis a repülőgépnek a gyorsításhoz szüksége van egy rakétahajtóműre is.

A Sabre technológia kulcsa egy "előhűtő", egy szupergyors, könnyűsúlyú hűtőrendszer, ami feldolgozza a levegőt a hidrogén égetéséhez. "A Sabre hajtóműbe 5 Mach sebességgel belépő levegő 1000 Celsius fok fölé hevül (Hot Air). Ez egy hagyományos rakétahajtóművet megolvasztana. Ezért az előhűtő -150 Celsiusra hűti le a levegőt (Cold Air), mindezt egyetlen századmásodperc alatt, így amikor a levegőt összesűríti a rendszer, felkészítve a hidrogénnel történő közös égésre, nem válik túl forróvá.

Az előhűtő (a képen) működésének pontos részletei olyannyira titkosak, hogy a Reaction Engines még szabadalmaztatásra sem nyújtotta be a technológiát. Csupán annyit tudunk, hogy a levegő (Hot Air) rengeteg vékony, héliummal hűtött, csövön halad át, ami összességében egy hatalmas hűtőfelületet eredményez.

A Sabre hajtómű a  vastag alsó légrétegekben a magával vitt folyékony hidrogént és a külső környezetből szerzett oxigént használja a fel a tolóerőhöz, és úgy viselkedik mint egy sugárhajtású repülőgép, és amikor eléri 26 km-es tengerszint feletti magasságot, a hangsebesség ötszörösével fog repülni ( Mach 5 ), a fedélzeten elhelyezett folyékony oxigén tartályból nyert "üzemanyag" révén. A hajtómű kulcsfontosságú része az előhűtő, és ennek a működését még 2012-ben sikeresen tesztelték az angolok.

Létezik egy másik 5 Machos megoldás is, ami az MBDA Missile Systems, az Airbust is magáénak mondható EADS, és az orosz Lavrentyiev Hidrodinamikai Intézet közös vállalkozása. Az együttműködő felek a II. Világháborúban alkalmazott V-1 repülő bomba hajtóműveként használt pulzáló sugárhajtómű technológia egy új változatán dolgoznak. A pulzáló sugárhajtómű, aminek már jellegzetes zümmögő hangja is félelemmel töltötte el az embereket, különösen amikor a fejünk fölött húz el – szabályos időközönként apró üzemanyag és levegő mennyiséget fecskendez be egy csatornába, begyújtva a keveréket. Ekkor a hajtómű elején a belépőszelepek lezárultak, biztosítva az égéstermék távozását a hajtómű végén, előre tolva a járművet. Ez a megoldás az alapja a PDE, a pulzáló detonációs hajtóműnek, ami robbanás hullámokkal égeti el az üzemanyagot és az oxidálót, mialatt szuperszonikus sebességen halad. Ebből a technikából még nem született a gyakorlatban is alkalmazott megoldás.