無需助推器也能把火箭送入低地軌道，革命航太引擎 SABRE 進入核心測試階段
2019 年 03 月 18 日
革命性火箭引擎 SABRE 已準備好進入核心測試階段。有別於傳統火箭仍需助推器將火箭送上天際， SABRE 引擎的概念簡潔優雅：它可以讓一架太空飛機直接從地面飛入低地軌道上，不再需要額外攜帶笨重的燃料助推器。
太空飛機（ spaceplane ）是指將航空飛行器與太空飛行器兩者特色合而為一，推進方式直接採用火箭或是吸氣式發動機（ air breathing engine ）的飛行器。
而 SABRE （ Synergetic Air-Breathing Rocket Engine ）是一種極音速混合動力引擎，屬於單節進軌道（ single stage to orbit ， SSTO ）太空飛機發動機，發展至今已 30 年有餘，波音、勞斯萊斯、歐洲太空總署等機構總投資金額達數千萬英鎊。
▲ SABRE 引擎的內部結構。（ Source ：歐洲太空總署）
「單節進軌道」顧名思義，和傳統需要額外助推器與燃料筒的多節火箭不同，前者直接結合吸氣式發動機（ air breathing engine ）與純火箭發動機兩種技術，可以「一飛衝天」，直接從地面飛入低地軌道。
在起飛與上升過程中， SABRE 引擎先靠吸氣式發動機產生推力，將速度加速至 5.4 馬赫（ 5,961 公里 / 小時）；等離地約 25 公里左右時，周圍空氣量不足，吸氣式發動機無法在吸取空氣，就改切換成燃燒氫氣與液氧的純火箭發動機模式，繼續將速度加速至 25 馬赫（ 29,808 公里 / 小時），以將探測器送入繞地軌道。
然而飛機以極音速飛行時，發動機材料會熔掉，為了防止這種情況發生，英國飛機製造商 Reaction Engines 與歐洲太空總署於 2012 年合作設計了預冷器（ pre-cooler ），可以在 1/100 秒內將發動機吸入的 1,000℃ 高溫空氣冷卻到零下 150℃； 2016 年 10 月， Reaction Engines 再開發出 SABRE 的核心引擎，簡單來說， SABRE 由預冷器、核心引擎與推力室（ thrust chamber ）三區塊構成。
近期，歐洲太空總署正式批准核心引擎測試， Reaction Engines 將於今年進入核心引擎測試階段， 2020 年展開核心引擎、預冷器與熱交換器系統的綜合性能測試，如果成功，勢必徹底改變現有認知的太空飛行技術：未來，新型太空飛機不再需要外部火箭助推器也能直接飛上太空，還能像航空飛機一樣重複使用，發射率提高且成本大幅下降。
- Air-breathing SABRE rocket engine set to enter test phase
- ESA completes further design validation of Reaction Engine’s air-breathing SABRE rocket engine
- ESA go-ahead heralds core testing on SABRE air-breathing hybrid rocket engine
- UK’s air-breathing rocket engine set for key tests
- Progress for the Skylon. Europe agrees to continue working on the air-breathing SABRE engine
（首圖即為 SABRE 核心引擎，來源：歐洲太空總署）
原文網址： https://technews.tw/2019/03/18/sabre-rocket-core-engine-hypersonic-pre-cooler/
