Spazio e Scienze

SABRE, il motore spaziale innovativo raggiunge un nuovo traguardo

Il motore a razzo SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine), un progetto sostenuto tra gli altri anche dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e dietro cui troviamo anche BAE Systems, Rolls-Royce e Boeing, ha raggiunto un nuovo importante traguardo.

Reaction Engines Limited (REL), l’azienda dietro al progetto, ha sviluppato uno scambiatore di calore importantissimo per permettere al motore di usare l’aria atmosferica nelle fasi iniziali di volo, prima di passare alla modalità a razzo convenzionale per la spinta finale verso lo Spazio. SABRE può essere immaginato come un incrocio tra un motore a reazione e uno a razzo.

SABRE deve essere in grado di gestire flussi d’aria ad altissima temperatura e il nuovo componente rappresenta un elemento chiave in questo processo. Lo scambiatore di calore ha dimostrato una prestazione impressionante, in quanto è riuscito a gestire condizioni di volo simulate a oltre 3 volte la velocità del suono.

L’ha fatto estinguendo con successo un flusso di gas a 420 °C in meno di un ventesimo di secondo. REL è fiduciosa che la sua tecnologia di “pre-raffreddamento” possa raggiungere in futuro le stesse prestazioni con condizioni che simulano il volo a più di cinque volte la velocità del suono (Mach 5). Ciò significherebbe scaricare rapidamente l’energia in un flusso d’aria a 1.000 gradi.

“Siamo ora in grado di dimostrare molte delle affermazioni che abbiamo fatto come azienda, supportate da dati di altissima qualità”, ha dichiarato il CEO di REL Mark Thomas a BBC News. “In questo esperimento abbiamo trasferito quasi istantaneamente 1,5 megawatt di energia termica, l’equivalente dell’energia termica di 1000 case”.

Il test è stato condotto in un impianto presso il Colorado Air and Space Port degli Stati Uniti.

A basse velocità e altitudini SABRE dovrebbe comportarsi come un jet, bruciando il suo carburante in un flusso di aria raccolto dall’atmosfera. Ad alte velocità e altitudini, dovrebbe passare alla modalità a razzo completa, combinando il carburante con una piccola riserva di ossigeno che il veicolo ha portato con sé.

SABRE dovrebbe garantire notevoli risparmi di peso e consentire ad un aereo spaziale, ad esempio, di andare direttamente in orbita senza abbandonare gli stadi del propellente durante la salita, come fanno i razzi attuali. Un’idea che però nasconde un’immensa sfida per quanto riguarda la gestione del calore.

Più veloce è il flusso d’aria all’ingresso del motore durante la salita ad alta velocità, maggiore è la temperatura. E il calore è destinato ad aumentare ulteriormente una volta che il flusso viene rallentato e compresso prima di entrare nelle camere di combustione. Tali condizioni normalmente sciolgono l’interno del motore.

Il pre-raffreddatore cerca di risolvere proprio questo problema con efficienza, e rapidamente, estraendo il calore facendo passare i gas di aspirazione tramite una serie di tubi sottili vicini tra loro. Questi tubi sono alimentati con elio raffreddato.

Nel 2012, REL mise il pre-raffreddatore davanti un motore jet e aspirò l’aria ambiente tramite lo scambiatore di calore. La temperatura del flusso di gas scese immediatamente a -50 ° C.

Adesso l’azienda ha invertito la configurazione, mettendo il motore a reazione di un vecchio cacciabombardiere F-4 Phantom davanti al pre-raffreddatore per far passare i gas caldi direttamente nelle tubazioni.

L’esperimento concluso in Colorado ha replicato le condizioni termiche corrispondenti al volo a Mach 3.3. Il pre-raffreddatore è riuscito a eliminare tutto il calore.

“Questa tecnologia ha un’ampia applicazione, non solo per il volo ad alta velocità, ma in tutto il settore aerospaziale in generale, e in più applicazioni commerciali – ovunque ci sia una sfida nella gestione del calore e si cerchino soluzioni leggere, miniaturizzate e ad alte prestazioni”, ha affermato Thomas.

I test continuano, ma nel mentre REL sta lavorando per dimostrare il funzionamento di una parte centrale del motore l’anno prossimo. Questa parte ha recentemente superato la revisione preliminare del design sotto gli occhi degli esperti di propulsione dell’Agenzia Spaziale Europea.