Opțiuni de propulsie pentru avionul spaţial fără rachete AdMerk

Motoare cu aer condiţionat, cum ar fi SABRE, ingerează oxigenul atmosferic la altitudini şi viteze mai mici, apoi trece la oxidant la bord în aer subţire. Un schimbător de căldură precooler răcește aerul care vine de la aproximativ 1000°C până la -150°C în aproximativ 0,01 secunde, permițându-i un compresor ușor și de înaltă presiune de ardere cu hidrogen lichid care produce un impuls specific eficient cu mult deasupra rachetelor convenționale în timp ce în modul aer-respirație.

SABRE este proiectat pentru a propulsa un vehicul monoetajat la aproximativ Mach 5+ la ~28 km pe forța de respirare a aerului, apoi trecerea la modul de rachete cu ciclu închis pentru introducerea orbitală. Acest lucru permite unui vehicul alimentat cu SABRE să ajungă pe orbită cu o fracţiune de sarcină utilă mai mare decât o rachetă pură, deşi mai are nevoie de o fază de rachetă pentru a reduce decalajul de viteză rămas pe orbită.

Nici un motor de aer-respirație cu ciclu combinat nu a zburat încă la turația hipersonică, dar componentele cheie sunt dovedite pe teren: un precooler la scară completă a fost testat la Mach 3.3+ condiții de admisie în 2019, iar un demonstrator de bază SABRE a trecut testele de ardere la sol până în 2022. Studiile NASA și ESA confirmă fezabilitatea conceptului, observând în același timp complexitatea integrării schimbătoarelor de căldură grele și a manipulării criogenice într-un orbiter.

Propulsarea termică nucleară utilizează un reactor de fisiune pentru a supraîncălzi un combustibil (de obicei hidrogen lichid) și îl expulzează printr-o duză de schimb de ardere chimică cu căldură de fisiune. Rularea reactorului la temperaturi foarte mari dubleaza aproximativ impulsul specific fata de un motor chimic al aceluiasi combustibil.

U.S. Programul NERVA (1960) a testat la sol mai mult de o duzină de reactoare și a demonstrat că motoarele nucleare pot reporni și accelera în mod fiabil, atingând un nivel de pregătire tehnologică de aproximativ 6;7 înainte de anularea în 1973. Programul DRACO al NASA şi DARPA a avut ca scop demonstrarea zborului pe orbita Pământului a unei etape termice nucleare până în 2027.

Pentru un avion spaţial, un motor nuclear s-ar aprinde în mod realist doar deasupra atmosferei, de exemplu, după ce o primă etapă de respiraţie a aerului atinge Mach 5 şi ~30 km atât pentru siguranţă, cât şi pentru că motoarele solide nu pot genera suficientă împingere la greutate pentru a ridica solul neasistat.

Propulsia cu energie Beamed furnizează energie vehiculului în exterior prin laser sau fascicule cu microunde, astfel încât vehiculul să nu transporte o sursă de energie grea la bord sau oxidant, de exemplu, o rachetă termică cu laser ar putea focaliza un fascicul pentru a încălzi hidrogenul de propulsie pentru propulsie.

În 2000, experimentele "Lightcraft" au folosit un laser cu CO2 pulsat pentru a lansa o navă de 50 de grame la o altitudine de 71 de metri. Un studiu finanțat de NASA pe 2012 a concluzionat că lansarea energiei prin fascicule este fezabilă din punct de vedere tehnic, în principiu, dar necesită noi tehnologii și investiții mari pe termen lung.

Demonstraţiile suborbitale sunt mai plauzibile pe termen apropiat decât inserţia orbitală completă, deoarece o grindă trebuie să urmărească continuu şi să alimenteze nava cu utilizarea orbitală ar avea nevoie de mai multe staţii terestre sau de un releu spaţial, deoarece vehiculul se curbează în afara liniei directe de vedere.

Propulsoarele cu plasmă accelerează un xenon, argon şi altele similare prin intermediul câmpurilor electrice şi magnetice, producând o evacuare cu plasmă de mare viteză. Ele oferă un impuls specific foarte ridicat, dar cu costul de împingere scăzută și o cerință de sursă de energie substanțială, astfel încât acestea nu sunt viabile pentru lansarea de pe suprafața Pământului.

Prototipul VASIMR a demonstrat un impuls specific tonible de până la aproximativ 5.000 de secunde folosind energia RF pentru a încălzi plasma într-o duză magnetică, dar articolul său de testare VX-200 produce doar aproximativ 5 N de împingere la 200 kW intrare

Pentru un avion spaţial, propulsoarele cu plasmă sunt cele mai potrivite pentru manevrarea orbitală a orbitelor de reglaj fin sau pentru menţinerea pe termen lung a staţiei mai degrabă decât pentru propulsarea ascensională primară, cel puţin într-un orizont de 5 - 10 ani.

Propulsoarele cu efect ionic şi Hall sunt dispozitivele electrice de propulsie mai mici, bine dovedite, folosite pe sateliţi şi sonde de zeci de ani, de exemplu, Deep Space 1 şi sonda Dawn au folosit propulsie ionică pentru manevre de mare viteză delta-V în timp, iar propulsorul cu ioni Next al NASA a funcţionat timp de peste 48.000 de ore în testele la sol.

În ciuda eficienței foarte mari a consumului de combustibil, forța de tracțiune este mică, chiar și cel mai puternic propulsor electric testat până în prezent (un propulsor Hall cu cuiburi de 100 kW) a produs doar aproximativ 5.4 N în laborator, un record pentru teren, dar încă trivial pentru scopuri de lansare.

Pentru un avion spaţial, propulsoarele electrice sunt cel mai bine tratate ca un sistem complementar pentru asieta orbitală o dată deja în spaţiu, nu o metodă de ascensiune primară. Disponibilitatea lor tehnologică este cea mai mare dintre orice opțiune revizuită aici, dar aplicabilitatea lor la lansare este cea mai scăzută.