A Skylon űrrepülő látványterve © Reaction Engines

Még a legegyszerűbb rakétahajtóművekhez is több fázisra van szükség, s a legnagyobb terhet az üzemanyag elégetését segítő oxidáló anyag jelenti. A rakéták függőleges irányba startoltnak, hogy a lehető legrövidebb időt töltsék a Föld gravitációjának leküzdésével. Felfelé haladva a fokozatok leválnak, ezáltal csökkentve az űrjármű tömegét.

A New Scientist beszámolójában olyan jövőbeni űrhajókról beszél, amelyeket olyan költségekkel lehetne üzemeltetni, mint egy repülőflottát, ráadásul jóval hatékonyabbak lennének, mint mostani társaik, mivel úgynevezett „egyfokozatú” űrhajók, vagyis nem szükséges hozzájuk olyan üzemanyagtartály és hajtómű, amely megsemmisül használat közben. Emellett akár néhány nap, vagy akár néhány óra alatt felkészíthetőek a kilövésre. Egy űrsikló indítását napjainkban még hónapokig tartó előkészületek előzik meg.

Mivel a rakéta súlyának nagy részét az oxidáló anyag adja, a leglogikusabbnak az tűnik, ha olyan járművet fejlesztenek ki, amely a légkör oxigéntartalmát kihasználva égeti el az üzemanyagát, vagy legalábbis annak egy részét.

Múlt héten a brit Reaction Engines bejelentette, hogy egymillió eurós támogatást kaptak az Európai Űrügynökségtől (ESA), a „lélegző” rakétahajtómű három kulcsfontosságú részének kifejlesztésére. A cég abbéli reményének adott hangot, hogy ezáltal létrejöhet a mintegy tíz éve tervezési fázisban lévő Skylon űrrepülő, amely hagyományos repülőgéphez hasonlóan tudna fel- és leszállni.

A Skylon mellett sorban áll még néhány cég, hogy a „lélegző” űrrepülők technológiáját kifejlesszék. Az ilyen űrhajómotorok légbeömlőkön keresztül szívják be a levegőt, majd lelassítják, hogy fel tudják használni az így nyert anyagot. Az úgynevezett hiperszonikus sebességnél – ami gyorsabb a hangsebesség ötszörösénél (5 Mach) – azonban ez a módszer nem használható, mert a beáramló levegő túl forró lenne.

Erre lehet megoldás az úgynevezett scramjet-technológia, amely nem hűti le a levegőt, hanem gyorsan összevegyíti az üzemanyaggal, ezáltal biztosítva a szükséges tolóerőt. Ám ez csak 5 Mach felett működik, tehát szükséges lenne egy másik rendszerre (akár egy hagyományos rakétára), hogy a hiperszonikus sebességet elérje a gép.

A szakemberek egyelőre nem tudják, milyen sebességre lenne képes a „lélegző” hajtómű, mivel még nem tudták tesztelni ezt a technológiát. Egyes kutatók úgy vélik, hogy bizonyos sebesség felett már nem lehet az üzemanyagot a levegővel keverni, legalábbis nem annyira, hogy be lehessen gyújtani. Ez némileg korlátozza a lélegző motorok teljesítményét.

„A scramjet-hajtóművek elméleti felső határa 12-20 Mach között van” – magyarázta Mark Lewis, a University of Maryland űrrepüléssel foglalkozó mérnöke. „Ez azonban kevés, mivel a Föld körüli pálya eléréséhez 25 Machra van szükség, vagyis a scramjet-hajtóművekkel szerelt gépeknél kétszer is szükség lenne a hagyományos rakétákra.”

A Skylon modellje egy hőcserélőben 1000 Celsius-fokról -100 Celsius-fokra hűtené a beáramló levegőt 5 Mach sebességnél. Miután ez megtörtént, a levegő folyékony hidrogénnel keveredne és elégne. A Skylon-gépek már a felszálláskor a külső levegő oxigéntartalmát használnák fel, egészen 5,5 Mach-ig. Ezután 26 kilométeres magasságban a hajtómű hagyományos rakétameghajtásra kapcsolna és a fedélzeti oxigéntartályokkal gyorsítaná a gépet a szükséges sebességre.

„Egyedi koncepció, s jelen pillanatban talán az egyetlen olyan, amelynek felhasználásával elérhetjük, hogy a hagyományos repülőként viselkedő gépek kijussanak a légkörből” – fejtette ki Mark Hempsell, a Reaction Engines programigazgatója. A jelenlegi tervek e cég szerint alkalmasak arra, hogy egy 43 tonnás gépet Föld körüli pályára állítsanak, 12 tonnányi rakománnyal (ez nagyjából a fele az űrsikló befogadóképességének).

Az eddigi két legsikeresebb „lélegző” hajtóművel végrehajtott repülést a NASA X-43-as kísérleti gépe hajtotta végre. Ez az 5 méter hosszú, scramjet-technológiát használó jármű két tíz másodperces repülésen vett részt 2004-ben, az elsőn 7, a másodikon 10 Mach sebességet érve el. Ez azonban rövidesen változhat, 2009-ben ugyanis az amerikai légierő tervezi az X-51-es kísérleti gép tesztrepülését. A járművet egy B-52-es bombázó juttatja fel 15 kilométeres magasságba, ahol lecsatlakoztatják, majd négy-öt percre beindítják a hajtóművét. A mérnökök azt várják, hogy 6 Mach sebességre gyorsulhatnak fel az X-51-gyel.

„Az ördög természetesen itt is a részletekben rejtőzik” – magyarázta Aaron Auslander, a Nasa Langley Kutatóközpontjának hajtóművekkel foglalkozó szakértője. „Több módon is eljuthatunk a kozmoszba, de a legjobb technológiára lesz szükségünk, hogy költséghatékony és megbízható járműveket hozzunk létre. A tényleges repülések előtt még számos eldöntendő kérdésre kell megkeresnünk a választ.”