Skylon - europejska rewolucja w transporcie kosmicznym

Transport kosmiczny jest niezwykle kosztowny, ponieważ opiera się na rakietach nośnych jednokrotnego użytku. Oznacza to, że każda misja wymaga zastosowania nowej jednostki, której ładowność ograniczają ogromne ilości paliwa potrzebnego do lotu. Sytuacja staje się o tyle absurdalna, że wyniesienie na niską orbitę okołoziemską 1 kg ładunku to koszt sięgający nawet 50 tys. dol. Tylko wtedy misja staje się opłacalna, co nie zmienia faktu, że grube miliony dolarów są poniekąd marnowane na budowę kolejnej rakiety.

Trudno się dziwić, że Amerykanie szukają nowych i przede wszystkim tanich rozwiązań. Idealnym wyjściem byłyby maszyny wielokrotnego użytku, czyli - mówiąc obrazowo - kosmiczne samoloty. Konstrukcje które mogłyby samodzielnie startować z lotniska, wynieść w przestrzeń ładunek lub astronautów i bezpiecznie wylądować.

Rakiety nośne rozpędzają się do prędkości Mach 5 (około 6 tys. km/h) dzięki silnikom rakietowym wykorzystującym zjawisko odrzutu substancji roboczej - w tym przypadku są nimi produkty spalania paliwa. W trakcie tego procesu zużywany jest również utleniacz, który jednak nie pochodzi z powietrza. Podobnie jak zapasy paliwa jest zgromadzony w zbiornikach. Wszystkie te substancje mają ogromną masę, która utrudnia wznoszenie i uniemożliwia zabranie na pokład dodatkowego ładunku. Idealnym rozwiązaniem byłaby rezygnacja np. z utleniacza i wykorzystanie obecnego w atmosferze tlenu. Prawa fizyki są jednak nieubłagane. Przy prędkości 5 Ma powietrze wpadające do silnika miałoby temperaturę przekraczającą 2000 stopni Celsjusza, a więc wystarczającą do stopienia jego wrażliwych elementów.

Taki scenariusz nie dotyczy silnika Sabre, czyli najważniejszego elementu statku kosmicznego Skylon. Wpadające do niego powietrze jest schładzane do temperatury -200 stopni Celsjusza w czasie zaledwie jednej setnej sekundy. Tlen będzie następnie kompresowany i mieszany z wodorem. Tylko tak szybko przeprowadzane chłodzenie i kompresja gwarantują całemu systemowi odpowiednią wydajność. - Ten niesamowity wymiennik jest w stanie utrzymać ponad 400 MW ciepła - tyle co średniej wielkości elektrownia gazowa. Jeśli chcielibyśmy odnieść nasz wymiennik do elektrowni, to ważyłby ponad 200 ton. Masa naszego nie przekracza 1,4 tony - wyjaśnia Alan Bond, inżynier odpowiedzialny za silnik Sabre.

Konstrukcja samolotu Skylon została oparta na projekcie HOTOL stworzonym przez Alana Bonda w 1982 roku. Była to odpowiedź na nowy kierunek w technologii kosmicznej, czyli systemy wielokrotnego użytku, do których należały amerykańskie wahadłowce. Przedsięwzięcie realizowane przy współpracy z British Aerospace oraz firmą Rolls-Royce niezwykle zainteresowało brytyjski rząd, który przeznaczył na nie ponad 2 mln funtów. Jednak niedługo potem - w 1988 roku - kolejny rząd odmówił finansowania, jednocześnie uśmiercając program HOTOL.

Alan Bond nie dał jednak za wygraną i założył własną firmę o nazwie Reaction Engines Limited (REL). Intensywne prace nad rozwojem maszyny prowadził w latach 90. Wtedy powstały również niezwykle obiecujące silniki STRICT/STERN. W kolejnej fazie przedsięwzięcia naukowcy i inżynierowie skupili się nad rozwojem jednostki o nazwie Sabre.

Kolejne lata pokazały, jak bardzo obiecujący jest projekt Skylon. W lutym 2009 roku Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) przekazała na jego rozwój ponad milion euro. Dwa lata później przeszedł on rygorystyczne testy, które potwierdziły, że jest wykonalny. W 2012 roku na konto REL wpłynęło już 92 mln dol. - od ESA i brytyjskiego rządu. To jednak wciąż za mało, aby poważnie myśleć o skonstruowaniu maszyny. Sama jednostka napędowa w ostatecznej wersji to koszt przekraczający 4 mld dol., a cały statek - ponad 14 mld dol. Dlatego Bond wciąż poszukuje inwestorów gotowych wesprzeć projekt Skylon.

Na razie udało się stworzyć pierwszy działający model silnika Sabre, ale kadłub statku wciąż pozostaje w fazie projektowania. Z wstępnych założeń wynika, że jego długość przekroczy 83 a rozpiętość skrzydeł 25 metrów. Na pokład wejdzie 24 pasażerów i 15 ton ładunku. Maksymalna masa startowa obiektu wynosi 345 ton. Każdy z dwóch silników Sabre zapewni 1350 kN ciągu.

Prom kosmiczny startował dzięki ogromnemu zewnętrznemu zbiornikowi paliwa i dwóm rakietom. Po powrocie na Ziemię inżynierowie potrzebowali ponad 2 miesięcy na przygotowanie go do ponownego lotu, przy czym koszt takiej misji przekraczał 100 mln dol. Skylon będzie gotowy do podjęcia kolejnego startu po 2 dniach, a całe przedsięwzięcie pochłonie maksymalnie 10 mln dol. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to testy pierwszego kosmicznego samolotu wielokrotnego użytku rozpoczną się w 2019 roku.

Podobne plany miała również NASA. Wspólnie z koncernem zbrojeniowym Lockheed Martin opracowywała statek wielokrotnego użytku o nazwie VentureStar (X-33). Miał on startować pionowo i lądować na pasie startowym jak zwykły samolot. Wyeliminowanie dodatkowych rakiet pozwoliłoby obniżyć koszt wynoszenia w przestrzeń ładunków do 1 tys. dol. za pół kilograma. Jednak już w 2001 roku - po przeznaczeniu na rozwój maszyny ponad 1 mld dol. - NASA postanowiła się wycofać. Powodem były galopujące koszty i pojawiające się problemy techniczne.

Coraz większe nadzieje pokłada się w przedsięwzięciach realizowanych przez graczy sektora prywatnego. Największą rolę i pierwszy spektakularny sukces w tym temacie odegrała firma SpaceX, a dokładnie jej rakieta nośna Falcon 9 oraz kapsuła kosmiczna Dragon, która w 2012 roku przycumowała do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Firma SpaceX ma w planach budowę w pełni odzyskiwalnych rakiet nośnych Grasshopper.