Quando a potência a jato e a potência de foguete se unem…

Imagine embarcar num avião para viajar até ao outro lado do mundo — uma viagem que demoraria cerca de 20 horas num 747. Mas chega ao seu destino em apenas quatro horas, graças a um voo hipersónico que atinge velocidades superiores a Mach 5.

Isto pode parecer ficção científica, mas essas viagens serão em breve uma realidade económica, impulsionadas pelos motores SABRE. 

O SABRE™ — Synergetic Air Breathing Rocket Engine — é uma nova classe de motores em desenvolvimento destinada à propulsão tanto de aeronaves de alta velocidade como de naves espaciais. Os motores SABRE distinguem-se por combinarem a eficiência de consumo de combustível de um motor a jato com a potência e a capacidade de atingir altas velocidades de um foguetão.

Ao contrário dos motores a jato, que só conseguem impulsionar um veículo até Mach 3, o triplo da velocidade do som, os motores SABRE atingem Mach 5,4 no modo de respiração atmosférica — para dar a volta ao mundo — e Mach 25 no modo de foguetão — permitindo o acesso à órbita.

Além disso, a combinação do SABRE entre a mecânica tradicional dos motores a jato e a propulsão de foguetão permite a descolagem e a aterragem horizontais, possibilitando que os futuros portos espaciais acolham a próxima geração de aeronaves e naves espaciais. E, embora a maioria dos foguetões seja de utilização única, o design exclusivo do SABRE permite-lhe regressar à Terra para impulsionar outro voo — repetidamente.

Invenção = Não é apenas um produto, mas um processo

Um elemento central do projeto do SABRE é o avanço na tecnologia dos motores aeroespaciais que a Reaction Engines alcançou ao desenvolver permutadores de calor ultraleves (pré-arrefecedores), que impedem o sobreaquecimento dos componentes do motor a altas velocidades de voo.

A jornada rumo a esta tecnologia revolucionária começou há muitos anos na imaginação de alguns especialistas em I&D da Reaction Engines. Mas antes de a verdadeira magia poder começar, estes inventores visionários precisavam de conceber um protótipo para comprovar a viabilidade de um método de propulsão totalmente novo.

O primeiro passo consistiu em identificar metais e materiais ultraleves, mas resistentes, e, em seguida, determinar como os unir. Este motor único no seu género exigiria metais com uma metalurgia radicalmente diferente e um ciclo térmico extraordinário para preparar esses materiais de modo a resistirem a condições extremas. Ao longo de mais de 700 ensaios, os inventores do SABRE comprovaram os seus princípios, ao mesmo tempo que definiram — e aperfeiçoaram — o processo meticuloso necessário para produzir um conceito de motor viável.

Inovação de proporções épicas

À medida que a Reaction Engines calculava o processo e o equipamento necessários para este projeto, uma coisa tornou-se clara. A fabricação do pré-refrigerador do motor — um sistema complexo de tubos metálicos ultrafinos, mas incrivelmente robustos — exigiria um forno altamente especializado: um forno capaz de controlar com precisão um meticuloso processo de brasagem para obter uma forma, geometria e metalurgia decididamente únicas.

O SABRE será composto por três elementos-chave: o pré-arrefecedor, o núcleo do motor e a câmara de impulso. O pré-arrefecedor, essencial para atingir velocidades de Mach 5 ou superiores, é composto por milhares de tubos de parede fina que transportam o líquido de arrefecimento. Trata-se de um sistema complexo: aproximadamente dois mil quilómetros de tubagem microfina, com espessuras de parede equivalentes a metade da largura de um cabelo humano. E cada junção tem de estar hermeticamente selada, permitindo que o pré-arrefecedor reduza a temperatura do ar de 1 000 °C para -150 °C numa fração de segundo. Este processo retira energia do ar a uma taxa de aproximadamente 400 MW — o equivalente a uma pequena central elétrica!

Depois de definir especificações precisas, identificar os materiais e a metalurgia ideais e planear um processo térmico nunca antes tentado, a Reaction Engines recorreu à Consarc, uma empresa do Grupo Inductotherm. Com meio século de experiência na fusão a vácuo e em atmosfera controlada, a Consarc era o único parceiro capaz de conceber e fabricar um forno personalizado para satisfazer as necessidades extraordinárias deste cliente.

Para além de décadas de valiosa experiência, a Consarc, sediada no Reino Unido, disponibilizou uma equipa robusta de I&D, engenheiros, consultores técnicos e especialistas em instalação para conceber tecnologia de fornos personalizada, de modo a satisfazer os requisitos específicos e sem precedentes da Reaction. Tudo no forno, desde a sua capacidade de vácuo até ao controlo de temperatura, foi calculado com precisão, praticamente sem margem para erro, para garantir resultados exatos e repetíveis — algo que nenhum forno existente conseguia sequer aproximar-se de fazer. Algo que apenas um verdadeiro mestre na área poderia realizar.

Assim, um projeto que começou como uma pequena experiência de equipa na Reaction Engines cresceu seis vezes, à medida que a equipa de profissionais da Consarc identificava e apresentava várias soluções possíveis. À medida que os planos para o forno se expandiam, o mesmo acontecia com o seu grupo de especialistas; as equipas de engenharia, fabrico e instalação nas instalações da Consarc no Reino Unido desempenharam todas um papel fundamental na conceção e construção do equipamento personalizado da Reaction.

O resultado da sua colaboração é um forno único no seu género, capaz de aquecer e arrefecer com rapidez e precisão conjuntos modulares que contêm grandes quantidades de tubagem extremamente delicada — tudo isto em condições altamente controladas e consistentemente repetíveis. A dimensão da zona quente do forno é uma das maiores do seu género a nível mundial, medindo 2,5 m de diâmetro e 1,5 m de altura. A sua enorme dimensão garante que o forno tenha capacidade não só para os componentes de teste do pré-arrefecedor, mas também para as secções que, em última análise, irão compor a versão de produção em escala real do SABRE.

Campos de Provas

Com um forno de brasagem a vácuo da Consarc, totalmente personalizado e instalado nas suas instalações, a Reaction Engines dedicou vários anos a aperfeiçoar o exigente processo de fabrico necessário para produzir a tecnologia do permutador de calor que servirá de base ao pré-arrefecedor SABRE definitivo.

O design modular do SABRE permite que cada componente seja construído e testado em terra de forma independente. Os testes da tecnologia representativa (conhecida como HTX) terão início no final de 2018 numa instalação de testes que estará em breve concluída no Aeroporto de Front Range, perto de Watkins, no Colorado. Os testes nesta instalação irão simular as condições de fluxo de ar a alta temperatura a que o SABRE estará sujeito a Mach 5 e validar o desempenho da tecnologia do pré-arrefecedor.

Numa instalação de ensaios separada, também em construção em Westcott, Buckinghamshire, no Reino Unido, a equipa do Reaction dará início aos ensaios a partir de 2020 para avaliar subsistemas críticos e o núcleo do motor SABRE. Assim que todos estes ensaios em terra forem aprovados, o processo prosseguirá, para permitir que o SABRE voe, impulsionando um veículo de ensaio de voo e fazendo história na aviação.

O céu já não é o limite

A Reaction Engines irá revolucionar as viagens aéreas. Ao equipar a próxima geração de aeronaves, desde aplicações de defesa até voos comerciais, o SABRE permitirá viagens mais eficientes, atingindo velocidades duas vezes superiores às dos motores a jato tradicionais atuais. Além disso, graças à sua dupla funcionalidade, esta nova geração de motores funcionará não só na atmosfera terrestre, mas também para além dela — tornando o acesso ao espaço muito mais económico; o que, em última análise, irá sustentar possibilidades cada vez mais ambiciosas para as viagens espaciais.

Saiba mais sobre o revolucionário SABRE em ReactionEngines.co.uk.