Wenn Jet-Power und Raketenkraft aufeinandertreffen…

Stellen Sie sich vor, Sie steigen in ein Flugzeug, um um die halbe Welt zu reisen – eine Reise, die mit einer 747 etwa 20 Stunden dauern würde. Doch dank eines Hyperschallflugs mit Geschwindigkeiten von über Mach 5 erreichen Sie Ihr Ziel in nur vier Stunden.

Das mag nach Science-Fiction klingen, doch solche Reisen werden dank SABRE-Triebwerken schon bald wirtschaftliche Realität sein. 

SABRE™ – Synergetic Air Breathing Rocket Engine – ist eine neue Triebwerksklasse, die derzeit für den Antrieb von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen und Raumfahrzeugen entwickelt wird. SABRE-Triebwerke zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Treibstoffeffizienz eines Strahltriebwerks mit der Leistung und der Fähigkeit zur hohen Geschwindigkeit einer Rakete verbinden.

Im Gegensatz zu Strahltriebwerken, die ein Fahrzeug nur bis zu Mach 3 – dem Dreifachen der Schallgeschwindigkeit – antreiben können, erreichen SABRE-Triebwerke im Luftatmungsmodus Mach 5,4 – was eine Reise um den Globus ermöglicht – und im Raketenmodus Mach 25, was den Zugang zur Umlaufbahn ermöglicht.

Darüber hinaus ermöglicht die Kombination aus traditioneller Strahltriebwerkstechnik und Raketenantrieb bei SABRE horizontale Starts und Landungen, sodass zukünftige Weltraumbahnhöfe die nächste Generation von Flugzeugen und Raumfahrzeugen aufnehmen können. Und während die meisten Raketen nur für einen einmaligen Einsatz geeignet sind, ermöglicht das einzigartige Design von SABRE, dass es zur Erde zurückkehrt, um einen weiteren Flug anzutreiben – immer und immer wieder.

Erfindung = Nicht nur ein Produkt, sondern auch ein Verfahren

Im Mittelpunkt des SABRE-Konzepts steht der Durchbruch in der Luft- und Raumfahrt-Triebwerkstechnologie, den Reaction Engines durch die Entwicklung ultraleichter Wärmetauscher (Vorkühler) erzielt hat, die eine Überhitzung der Triebwerkskomponenten bei hohen Fluggeschwindigkeiten verhindern.

Die Reise zu dieser bahnbrechenden Technologie begann vor vielen Jahren in den Köpfen einiger Forschungs- und Entwicklungsexperten bei Reaction Engines. Doch bevor die wahre Zauberei beginnen konnte, mussten diese visionären Erfinder einen Prototyp entwickeln, um die Machbarkeit einer völlig neuen Antriebsmethode nachzuweisen.

Der erste Schritt bestand darin, ultraleichte und zugleich hochfeste Metalle und Werkstoffe zu identifizieren und anschließend zu ermitteln, wie diese miteinander verbunden werden können. Für diesen einzigartigen Triebwerkstyp waren Metalle mit einer völlig anderen metallurgischen Zusammensetzung sowie ein außergewöhnlicher thermischer Zyklus erforderlich, um diese Werkstoffe so vorzubereiten, dass sie extremen Bedingungen standhalten. In mehr als 700 Tests bewiesen die SABRE-Entwickler die Tragfähigkeit ihrer Prinzipien und definierten – und verfeinerten – dabei den akribischen Prozess, der für die Entwicklung eines realisierbaren Triebwerkskonzepts erforderlich war.

Innovation von epischem Ausmaß

Als Reaction Engines die für dieses Vorhaben erforderlichen Prozesse und Anlagen berechnete, wurde eines klar: Die Herstellung des Vorkühlers des Triebwerks – eines komplexen Systems aus ultrafeinen, aber unglaublich robusten Metallrohren – würde einen hochspezialisierten Ofen erfordern: einen, der einen äußerst sorgfältigen Lötprozess präzise steuern könnte, um eine ausgesprochen einzigartige Form, Geometrie und Metallurgie zu erzielen.

SABRE wird aus drei Schlüsselelementen bestehen: dem Vorkühler, dem Triebwerkskern und der Schubkammer. Der Vorkühler, der für das Erreichen von Geschwindigkeiten von Mach 5 und mehr unerlässlich ist, besteht aus Tausenden von dünnwandigen Rohren, durch die Kühlmittel fließt. Es handelt sich um ein komplexes System: rund zweitausend Kilometer mikrofeine Rohre mit einer Wandstärke, die nur halb so groß ist wie die Breite eines menschlichen Haares. Und jede Verbindung muss hermetisch abgedichtet sein, damit der Vorkühler die Lufttemperatur in einem Bruchteil einer Sekunde von 1.000 °C auf -150 °C senken kann. Dieser Prozess entzieht der Luft Energie mit einer Leistung von etwa 400 MW – das entspricht der Leistung eines kleinen Kraftwerks!

Nachdem Reaction Engines genaue Spezifikationen festgelegt, die optimalen Werkstoffe und metallurgischen Verfahren ermittelt und einen noch nie zuvor erprobten thermischen Prozess konzipiert hatte, wandte sich das Unternehmen an Consarc, ein Unternehmen der Inductotherm Group. Mit einem halben Jahrhundert Erfahrung im Schmelzen unter Vakuum und in kontrollierter Atmosphäre war Consarc der einzige Partner, der in der Lage war, einen maßgeschneiderten Ofen zu entwickeln und herzustellen, der den außergewöhnlichen Anforderungen dieses Kunden gerecht wurde.

Neben jahrzehntelangem wertvollem Fachwissen stellte das britische Unternehmen Consarc ein starkes Forschungs- und Entwicklungsteam, festangestellte Ingenieure, technische Berater und Montageexperten zur Verfügung, um eine maßgeschneiderte Ofentechnologie zu entwickeln, die den spezifischen, beispiellosen Anforderungen von Reaction gerecht wurde. Jeder Aspekt des Ofens, von seiner Vakuumfähigkeit bis hin zur Temperaturregelung, wurde präzise und praktisch ohne Fehlertoleranz berechnet, um exakte, wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten – etwas, das kein bestehender Ofen auch nur annähernd leisten konnte. Etwas, das nur ein wahrer Meister seines Fachs vollbringen konnte.

Und so vergrößerte sich ein Projekt, das als kleines Teamexperiment bei Reaction Engines begonnen hatte, um das Sechsfache, als das Consarc-Team aus Fachleuten mehrere mögliche Lösungen erarbeitete und vorstellte. Mit dem Ausbau der Pläne für den Ofen wuchs auch die Expertengruppe; die Teams aus den Bereichen Engineering, Fertigung und Montage am britischen Standort von Consarc spielten alle eine entscheidende Rolle bei der Konstruktion und dem Bau der maßgeschneiderten Anlagen für Reaction.

Das Ergebnis ihrer Zusammenarbeit ist ein einzigartiger Ofen, der modulare Baugruppen mit großen Mengen äußerst empfindlicher Rohre schnell und präzise erwärmen und abkühlen kann – und das unter streng kontrollierten und konsistent wiederholbaren Bedingungen. Die Chargengröße der Heizzone des Ofens gehört mit einem Durchmesser von 2,5 m und einer Höhe von 1,5 m zu den größten ihrer Art weltweit. Dank dieser enormen Größe bietet der Ofen nicht nur Platz für die Testkomponenten des Vorkühlers, sondern auch für die Bauteile, aus denen letztendlich die Serienversion von SABRE bestehen wird.

Testgelände

Mit einem vor Ort installierten, vollständig maßgeschneiderten Vakuum-Lötöfen von Consarc hat Reaction Engines mehrere Jahre damit verbracht, den anspruchsvollen Fertigungsprozess zu verfeinern, der für die Herstellung der Wärmetauschertechnologie erforderlich ist, die als Vorläufer des endgültigen SABRE-Vorkühlers dienen wird.

Der modulare Aufbau von SABRE ermöglicht es, jede Komponente separat zu bauen und am Boden zu testen. Die Tests mit repräsentativer Technologie (bekannt als HTX) werden Ende 2018 in einer kurz vor der Fertigstellung stehenden Testanlage am Front Range Airport in der Nähe von Watkins, Colorado, beginnen. Die Tests in dieser Anlage werden die Hochtemperatur-Luftströmungsbedingungen simulieren, denen SABRE bei Mach 5 ausgesetzt sein wird, und die Leistungsfähigkeit der Vorkühltechnologie validieren.

In einer separaten Testanlage, die ebenfalls derzeit in Westcott, Buckinghamshire (Großbritannien), im Bau ist, wird das Reaction-Team ab 2020 mit Tests beginnen, um kritische Teilsysteme und den SABRE-Triebwerkskern zu prüfen. Sobald alle diese Bodentests erfolgreich abgeschlossen sind, wird der Prozess fortgesetzt, damit SABRE in die Lüfte steigen, ein Flugtestfahrzeug antreiben und Luftfahrtgeschichte schreiben kann.

Der Himmel ist nicht mehr die Grenze

Reaction Engines wird den Flugverkehr revolutionieren. Als Antrieb für die nächste Generation von Flugzeugen – von Verteidigungsanwendungen bis hin zu kommerziellen Flügen – wird SABRE effizienteres Reisen ermöglichen und Geschwindigkeiten erreichen, die doppelt so hoch sind wie die heutiger herkömmlicher Düsentriebwerke. Dank seiner doppelten Funktionalität wird dieser neue Triebwerkstyp nicht nur in der Erdatmosphäre, sondern auch darüber hinaus eingesetzt werden können – wodurch der Zugang zum Weltraum weitaus wirtschaftlicher wird, was letztlich immer ehrgeizigere Möglichkeiten für die Raumfahrt eröffnen wird.

Erfahren Sie mehr über den revolutionären SABRE auf ReactionEngines.co.uk.