#1预冷空气-呼吸+火箭(组合-循环)
e.g. SABRE (Synergetic Air-Breathing Rocket Engine)
预冷空气呼吸引擎如SABRE在较低高度和速度下摄入大气氧气,然后在薄空气中切换到机上氧化剂. 预冷器热交换器在约0.01秒内将进入的空气从约1000°C降低到-150°C,允许用液氢进行轻量级压缩和高压燃烧——在空气呼吸模式下产生远超常规火箭的有效特定冲动.
SABRE的设计是,在空气呼吸推力~28公里时,将单级飞行器推进到大约Mach 5+,然后向封闭循环火箭模式过渡,用于轨道插入. 这使得SABRE动力飞行器到达了有效载荷分数高于纯火箭的轨道,尽管它仍然需要火箭相位来关闭剩余的速度差距到轨道.
目前还没有联合循环空气呼吸发动机飞向超音速,但关键部件在地面上得到证明:2019年在Mach 3.3+摄入条件下测试了一台全尺寸的预冷器,一台SABRE核心显示器在2022年通过了地面射击测试. 美国航天局和欧空局的研究确认了这一概念的可行性,同时注意到将重热交换器和低温处理器并入轨道器的复杂性。
- 比冲量
- ~3,000–3,600 s air-breathing mode; ~450 s in rocket mode
- 推力重量比
- ~14–20 (engine); high total thrust
- 准备状态(TRL)
- ~4 (key components demonstrated; full system not yet flown)
优点
- +High efficiency in atmosphere — draws oxidizer from ambient air, saving propellant mass
- +High thrust across the flight regime (0 to Mach 5+), enough to lift a heavy vehicle
- +Enables single-stage reuse — no staging, runway-style operations
缺点
- –Complex, heavy engine — the precooler and compressor add mass
- –Air-breathing mode alone is limited to ~Mach 5 / 25 km; needs a rocket phase beyond that
- –Development cost is high; the lead developer (Reaction Engines Ltd) filed for bankruptcy in 2024