Výhody a nevýhody současných motorů
Ať již klasické vrtulové nebo ty tryskové, oba potřebují ke svému provozu atmosféru, což je v použití ve velkých výškách nad Zemským povrchem poněkud limituje. Raketové motory přítomnost, či absenci atmosféry neřeší, ale musejí s sebou tahat okysličovadlo, což má neblahý dopad na výsledné parametry hmotnosti užitného nákladu.
SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine) je reaktivní motor spojující obě tyto technologie. Přelomový je v možnosti užití atmosférického vzduchu jako složky paliva až do rychlosti 5.14 Machu a výšky 28.5 km. Pak se přepíná do “raketového” modu v uzavřeném cyklu. Funguje pak jako klasický raketový motor spalující tekutý kyslík a vodík.
Počátky tohoto řešení lze vystopovat až k britskému projektu HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing) z roku 1982. Jeho cílem bylo vytvořit opakovaně použitelný raketoplán, který by na orbitální dráhu létal jen s jedním stupněm. Dnešní rakety na to potřebují stupně tři. Změnu měl přivodit motor RB545 od firmy Rolls Royce. Byl navržen na spalování vodíku s kyslíkem, přičemž v nižších vrstvách atmosféry měl získával kyslík z okolního prostředí. Snahou bylo omezit nesené zásoby okysličovadla. Projekt byl ale pro nedostatek finačních prostředků po necelých šesti letech. K jeho konci přispělo i to, že se tehdy souběžně pracovalo na projektech snažících se o něco podobného u motorů raketových.
V roce 1989 jeden z vedoucích pracovníků projektu HOTOL, založil firmu Reaction Engines Limited (RLE), která od té doby pracuje na vývoji raketoplánu Skylon. Má být asi 82 m dlouhý a opatřen dvěma motory SABRE. Na nízké oběžné dráhy by měl dopravovat materiál za zlomek ceny dnešních raketových nosičů. Skylonu by ke startu měla stačit vyztužená ranvej, na níž by také přistával jako klasické letadlo. Aktuální konfigurace počítá s třináct metrů dlouhým válcovým nákladovým prostorem o průměru 4,8 m (Ariane 5: 8-17 m/5,4 m, Falcon 9: 6,6-11,4 m/4,6 m). Tento prostor je určen pro přepravu běžných nákladu, tak i standardizovaných kontejnerů, které by umožňovaly rychlou výměnu. Jednou ze zvažovaných možností je i upravený kontejner pro 30 (!) atronautů. Firma RLE dále počítá s vynášením 15 t nákladu na LEO 300 km (stanice ISS), nebo 11 tun na LEO 800 km.
Klíčem ke konstrukci tohoto raketoplánu je právě motor SABRE. Měl by až do výšky 28,5 km získávat kyslík z okolního prostředí. Problémem takového řešení zatím spočíval v tom, že při tak vysokých rychlostech a spojených vysokých teplotách, nebyla možnost tak velké množství kyslíku z prostředí získat. Aby se vzduch z řídké atmosféy dal použít, je potřeba jej nejprve zchladit a stlačit. REL modul toho dosahuje extrémně hustou sítí trubiček, kterou lze extrahovat teplo a ochladit vzduch na -140 stupňů Celsia za méně než 1/100 s. Za normálních okolností by takové řešení znamenalo okamžité zamrznutí systému od vlhkosti přítomné v atmosféře, ale REL vyřešil odmražování, které umožňuje motoru pracovat po celou jeho dobu provozu. Neméně důležité je, že se technikům podařilo vše vyřešit při malé hmotnosti a rozměrech, které se dají vmístit do trupu letadla.
Na základě požadavku firmy REL britská vesmírná agentura požádala Evropskou vesmírnou agenturu (ESA) - divizi pohonů o prověření jejich modulu. V testu, který trval deset minut zařízení bezchybně vzduch ochlazovalo na -150 stupňů Celsia, na což vydala výrobci osvědčení.
V REL nyní pracují na prototypu kompletního motoru. Jeho testy by měly proběhnout v příštím roce. V případě úspěchu by možnosti této technologie byly obrovské. Raketoplán Skylon by znamenal revoluci v přepravě do vesmíru, umožnil by prakticky trvalé spojení s nízkou oběžnou dráhou. Odstranil by problémy s přepravou kapalin, zařízení i personálu. Další potenciál vyvinutého chladiče a motoru SABRE experti spatřují v jejich využití v běžné civilní přepravě. Umožnily by časovou úsporu i zlevnění dálkových letů. Jako bonus REL uvádí možnost využít jejich chladič jako odsolovací zařízení pro získávání pitné vody v rovníkových oblastech Afriky...
Test chladiče:
Skylon:
Zdroje:
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-20510112
http://en.wikipedia.org/wiki/HOTOL
http://en.wikipedia.org/wiki/Single-stage-to-orbit
Retrofitová technologie umožňuje plynovým mikroturbínám spalovat vodík
Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2024)
Polaris Spaceplanes konečně zvládli test lineárního pohonu aerospike
Autor: Stanislav Mihulka (10.11.2024)
Airbus s Toshibou vyvíjejí supravodivý letecký motor na vodík
Autor: Stanislav Mihulka (24.10.2024)
Pokročilý hypersonický motor Draper na kapalné palivo zvládl zážehové testy
Autor: Stanislav Mihulka (11.06.2024)
První prototyp s pohonem aerospike MIRA I havaroval ještě před testem
Autor: Stanislav Mihulka (25.05.2024)
Diskuze:
v podstate je to raketoplan
Miloš Trnavský,2013-11-13 21:39:44
aj ked s lepsim motorom (predpokladajme ze bude fungovat) ale musi splnat vsetky ostatne poziadavky na bezpecny let - a to uz raz v dlhodobejsom meritku skrachovalo. Jedine ze by sukromna firma bola v tomto ohlade efektivnejsia a preciznejsia.
vodíku ale bude k dispozici málo, protože má 16x
Josef Hrncirik,2012-12-11 14:10:49
menší molekulovou váhu než kyslík či dusík. Chladili úspěšně dusíkem laboratorní vzduch (malé objemy a teplota) nebo v síti trubiček zastavený vstup do letícího tryskáče velký objem (nízký stratosferický tlak a velká teplota ze zastavení hypersonické rychlosti v chladiči? Teplo a plyn z preburneru mohli zrovna hnát z tryskáče či rakety. Mám pocit, že by museli chladit výkonem srovnatelným se spalovacím výkonem a přitom výparné teplo je řádově menší než reakční.
Holub
Josef Šoltes,2012-12-11 10:59:21
Zajímalo by mě, co udělají, až jim do té změti tenkých trubiček vletí holub. Myslíte, že ho to propasíruje?:-)
z čeho získají energii na kompresi a kam odvedou
Josef Hrncirik,2012-12-11 02:16:59
kompresní teplo? Výparné teplo vodíku je mnohem menší než dusíku.
Re:
Vojtěch Kocián,2012-12-11 08:12:34
Z toho obrázku je jasně vidět, že kompresor chtějí roztáčet heliem ohřátým na výstupu z "preburner". Pokud se nepletu, podobný princip pohání čerpadla běžných raketových motorů na kapalná paliva. Otázkou také je, jestli je třeba kompresor chladit, když má velmi chladné vstupní médium.
Vodík má sice zanedbatelné výparné teplo, ale má oproti dusíku mnohem větší tepelnou kapacitu a nižší teplotu varu. Ve výsledku je mnohem snazší vyvařit kilogram dusíku (asi 200 kJ) než dostat kilogram původně kapalného vodíku na stejnou teplotu (asi 820 kJ). Doufám, že jsem ve výpočtu neudělal chybu. Takže to vypadá spíš na chlazení plynným a ne kapalným vodíkem, což však na věci moc nemění.
Jinak se můžete podívat na stránky vývojářů. Spoustu odpovědí na své otázky tam naleznete.
proč to nechladí místo dusíkem kyslíkem?
Josef Hrncirik,2012-12-10 14:21:46
Potom by mohli kyslík spálit... rychle chladit nebo sušit nelze bez enormních příkonů. Tlaková ztráta v husté síti trubiček uvolní enormní teplo. Výparné teplo dusíku je malé... v které fázi to MUSÍ chladit na -150°? Náporový či pulzační motor jsou takřka pouhé roury... nebo pak nutně raketa, když lopatky turbín měknou či není atmosféra. Nejvyšší čas aby nastal konec světa, nebo jim na to někdo natiskne peníze. Naštěstí to nebude vůbec fungovat.
Chladit budou vodíkem
Vojtěch Kocián,2012-12-10 19:44:12
Dusík se používal při testu chladiče. Kompletní motor se má chladit kapalným vodíkem. Ten se pro spálení v motoru musí tak jako tak ohřívat, ale pro pouhý test chladiče je zbytečně nebezpečný.
http://www.reactionengines.co.uk/images/sabre/sabre_cycle_1024.jpg
Okysličovadlo tvoří majoritní složku raketového paliva. V případě kyslíko-vodíkového motoru dokonce 89% hmotnosti. Raketa má teoreticky devětkrát větší spotřebu paliva a okysličovadla než vodíkem poháněné letadlo stejného výkonu, které nese jen palivo. To už za nějakou tu energii na chlazení stojí.
Jinak uvidíme za rok. Chladič je technologicky nejnáročnější část motoru. Zbytek tvoří kompresor, raketový motor a nějaké čerpadla, což jsou odzkoušené komponenty, takže bych se zas tak nebál.
...
Tom Benda,2012-12-09 23:08:09
Chtěl jsem kamarádům poslat odkaz na tenhle článek, tak jsem ji to poslal s tímhle komentem:
Představte si puzzle, který se neskládá na stole naplocho, ale vzhůru. Jednotlivý kousky jsou pěkný scifíčka, všechno zapadá, drží, ale doteď vám chyběl ten první kus, co měl stát přímo na stole.
Hm, ale proc ochlazovat az na -140,
František Houžňák,2012-12-09 12:29:31
na zkapalneni je to malo, je to kvuli zvyseni hustoty, resp. aby byla tepelna rezerva na stlacovani ?
Tvrdí, že ano
Vojtěch Kocián,2012-12-09 16:51:09
http://www.reactionengines.co.uk/sabre_howworks.html
Zní to logicky. Ve velkých výškách je vzduch řídký a potřebují ho dostat na nějakých 140 atmosfér, aby se dal vstříknout do raketového motoru. Nárůst teploty by byl enormní a chlazení kompresoru těžko řešitelné (a velmi hmotné).
Už se těším, až to začnou montovat do letadel. Pět machů je oproti Concordu docela pokrok.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
