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 如今一旦說(shuō)起商業(yè)化的太空旅行，很多人會(huì)聯(lián)想到傳奇企業(yè)家伊隆·馬斯克的SpaceX公司。其實(shí)從1989年起英國(guó)Reaction Engines公司就一直致力于開(kāi)發(fā)技術(shù)，以打造一款名為SABRE的吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這種吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以使航天器達(dá)到五倍的聲速，而容易讓它們無(wú)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(shí)驗(yàn)火箭。

這種SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)是Reaction Engines公司同時(shí)在開(kāi)發(fā)的“單級(jí)入軌云霄塔（Skylon）空天飛機(jī)的關(guān)鍵，根據(jù)設(shè)計(jì)，云霄塔空天飛機(jī)將可以從傳統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)跑道自行發(fā)射進(jìn)入地球軌道。而云霄塔的SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)從大氣中吸入氧氣將飛機(jī)的速度推升至5.4馬赫（超過(guò)6000公里/小時(shí)），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(dòng)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(shí)間里將吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流從超過(guò)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(dòng)機(jī)需要一個(gè)能夠?qū)⒕_混合的水和甲醇混合物通過(guò)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(huì)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(wú)法制造出一個(gè)滿足設(shè)計(jì)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(dòng)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(duì)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(cè)試，并成功點(diǎn)火了SABRE的一個(gè)縮小版的發(fā)動(dòng)機(jī)STOIC。今年春天在初期試驗(yàn)階段，他們就已經(jīng)成功地點(diǎn)火了15次。據(jù)了解，這個(gè)用于測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)上集成了3D打印的噴射器噴嘴原型。目前開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)正把通過(guò)這些成功測(cè)試收集到的數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證其內(nèi)部的計(jì)算模型，并進(jìn)一步改進(jìn)了其先進(jìn)的噴嘴設(shè)計(jì)。Reaction Engines是在 Airborne Engineering公司的幫助下對(duì)其STOIC引擎進(jìn)行測(cè)試的。 Airborne Engineering是前英國(guó)皇家空軍（RAF）Westcott站。 RAF Westcott以及后來(lái)的RPE Westcott 主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)測(cè)試和開(kāi)發(fā)推進(jìn)系統(tǒng)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

SABRE發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

“這款實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)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(lái)測(cè)試未來(lái)SABRE發(fā)動(dòng)起在使用時(shí)其先進(jìn)的噴嘴所能表現(xiàn)出來(lái)的空氣動(dòng)力學(xué)和性能。盡管比SABRE小得多，這款發(fā)動(dòng)機(jī)仍是最近三十多年里在Westcott測(cè)試的最大的雙推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)，看到Westcott正在復(fù)蘇為英國(guó)的火箭推進(jìn)器研究和開(kāi)發(fā)中心是令人振奮的。在接下來(lái)的幾個(gè)月里，我們將會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更長(zhǎng)時(shí)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(gè)重要和具有挑戰(zhàn)性的部分。”Reaction Engines公司先進(jìn)噴嘴計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Helen Webber.博士稱。。

STOIC測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)