De fabrikant van een van de meest veelbelovende nieuwe ruimteraketmotoren heeft net een belangrijke stap gezet.

Bij het Britse Reaction Engines werken ze nu al tien jaar aan een soort hybride-motor; een kruising tussen een jet en een raket. Ze noemen die een Synergistic Air-Breathing Rocket Engine, kortweg Sabre. Deze zuigt buitenlucht aan die wordt gemengd met vloeibare waterstof en verder samengeperst, waardoor het mengsel vanzelf ontbrandt. De hete straal stuwt het ruimtetoestel voort. Fijne techniek, maar het probleem is de extreem hoge temperatuur die in de motor wordt geproduceerd als het toestel met duizenden kilometers per uur door de onderste lagen van de atmosfeer schiet. Daar heeft Reaction Engines, geholpen door grote namen als BAE Systems, Rolls-Royce en Boeing, iets op gevonden.

Lees ook:

• Hoe werkt een Sabre-motor?
• Duitsers ontwikkelen antibommenraket
• Orbex onthult grootste 3D-geprinte raketmotor

De hoge temperatuur ontstaat doordat de lucht met een druk van 140 atmosfeer in de verbrandingskamer wordt geperst. En tegen de extreme hitte die daarbij optreedt, is geen enkel bestaand materiaal bestand. Een oplossing waar Reaction Engines al sinds 2012 aan werkt, is een pre-cooler/warmtewisselaar. Dit is een gesloten systeem waarbij helium, dat zelf wordt gekoeld met de vloeibare brandstof aan boord, de superhete lucht voorin de motor koelt.

1/20^ste seconde

Om de temperaturen na te bootsen die optreden bij Mach 3,3 (4043 km/u) , werd een nieuwe versie van die pre-cooler voor de uitlaatgassen van een oude F-4 Phantom-straalmotor gezet. De uitlaatgassen van 420 graden Celsius werden in 1/20^ste van een seconde tot nul teruggebracht. Op dezelfde manier kan het systeem dus ook de hete samengeperste lucht in een Sabre-motor koelen.

Mark Thomas, de CEO van het Britse bedrijf, zet het even in perspectief. “Tijdens het meest recente experiment slaagden we er dus in om ongeveer 1,5 megawatt aan warmte-energie in één klap af te koelen, dat is ongeveer gelijk aan het energieverbruik van 1000 huishoudens.” Het volgende doel van de motorbouwers is om het systeem voldoende capaciteit te geven om ook de temperaturen aan te kunnen die bij Mach 5 (6125 km/u) optreden. Dan gaat het dus om temperaturen boven de 1000 graden.

Voordelen

Het grote voordeel van de Sabre-motor is dat het een combinatie is van een normale straalmotor en een raketmotor. Als een ruimtetoestel ruim vijf keer de geluidsnelheid bereikt (Mach 5,5) en een hoogte van dik 20 kilometer, wordt het aanzuigen van de buitenlucht inefficiënt. Er zit dan onvoldoende zuurstof in de lucht om de motor te laten werken.

Op 20 kilometer hoogte heeft het ruimtevliegtuig 20 procent van de benodigde snelheid en zo’n 20 procent van de hoogte. Voor de overige 80 procent schakelen Sabre-motoren dan naar de raketstand, waarbij zuurstof uit de tanks wordt gehaald en het toestel naar Mach 25 (op zeeniveau 31.000 km/u) wordt gestuwd. Volgens Reaction Engines valt met deze techniek 250.000 kilo gewicht te besparen. En dat brengt het goedkoop lanceren van kleine satellieten, maar bijvoorbeeld ook ‘betaalbaar’ ruimtetoerisme binnen handbereik.

Bronnen: Reaction Engines / BBC

Beeld: Reaction Engines

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!