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。這種吸氣式火箭發(fā)動機可以使航天器達到五倍的聲速，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)動機是Reaction Engines公司同時在開發(fā)的“單級入軌云霄塔（Skylon）空天飛機的關(guān)鍵，根據(jù)設(shè)計，云霄塔空天飛機將可以從傳統(tǒng)的機場跑道自行發(fā)射進入地球軌道。而云霄塔的SABRE發(fā)動機通過從大氣中吸入氧氣將飛機的速度推升至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)動機的空氣流從超過1000℃降低到零下150℃。如今它做到了這一點，而且只增加了一點額外的重量。

云霄塔空天飛機效果圖

那么，它是怎么做到的呢？SABRE發(fā)動機需要一個能夠?qū)⒕_混合的水和甲醇混合物通過特定點噴射到空氣通路上的推進劑噴射器系統(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)。為了使空天飛機獲得足以突破軌道的速度，發(fā)動機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)的進步，使得制造團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，并成功點火了SABRE的一個縮小版的發(fā)動機STOIC。今年春天在初期試驗階段，他們就已經(jīng)成功地點火了15次。據(jù)了解，這個用于測試的發(fā)動機上集成了3D打印的噴射器噴嘴原型。目前開發(fā)團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，并進一步改進了其先進的噴嘴設(shè)計。Reaction Engines是在 Airborne Engineering公司的幫助下對其STOIC引擎進行測試的。 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)就是負責(zé)測試和開發(fā)推進系統(tǒng)和火箭發(fā)動機。

SABRE發(fā)動機設(shè)計

“這款實驗發(fā)動機（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)動機仍是最近三十多年里在Westcott測試的最大的雙推進劑發(fā)動機，看到Westcott正在復(fù)蘇為英國的火箭推進器研究和開發(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)動機運轉(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進入太空的一個重要和具有挑戰(zhàn)性的部分。”Reaction Engines公司先進噴嘴計劃項目負責(zé)人Helen Webber.博士稱。。

STOIC測試發(fā)動機