¿Cuándo podría un scramjet ser comercialmente factible?

Answer 1

No desde hace varias décadas.

La tecnología de chorro hipersónico está madurando pero lejos de la viabilidad comercial. Los últimos scramjets como el Boeing X-51 han volado exitosamente a Mach 5 por solo 200 segundos, y el X-43 de la NASA que voló a Mach 9.65 por 10 segundos.

Falta de demanda comercial.
Los pasajeros no exigen chorros más rápidos, sino viajes aéreos más baratos. El principal beneficio de los scramjets es la velocidad, con un viaje teórico hipersónico a Mach 25. Aparte de algunos hombres de negocios, el público en general está satisfecho con el tiempo que lleva llegar de Londres a Nueva York. Esos hombres de negocios tienen alternativas como aviones privados capaces de volar a Mach 0.95.

Los primeros clientes de scramjets hipersónicos serán los militares. Toda la financiación actual ya va hacia la USAF y la NASA. La próxima gran guerra probablemente llevará a un aumento en la financiación de los viajes hipersónicos, permitiendo a los militares enviar tropas al otro lado del planeta en una hora.

Costo
Los militares podrán pagar el costo exorbitante del combustible, pero ninguna aerolínea comercial puede hacerlo en esta década. Miles de millones ya se han gastado en investigación hipersónica, con fondos provenientes de los militares. El incentivo no es la rentabilidad o el costo, sino la velocidad y la ventaja táctica.

ACTUALIZACIÓN: El gran problema con Scramjets
Hay un gran obstáculo en el desarrollo de scramjet. Los motores Scramjet solo pueden operar a velocidades supersónicas, lo que significa que el motor no puede hacer un arranque parado en el suelo a 0 mph.

Esto requiere comprender cómo funciona un motor scramjet, y en qué se diferencia de los motores ramkets y de los motores a reacción convencionales.

Un motor a reacción convencional se puede simplificar en 3 partes

1. Compresión : las aspas del ventilador aspiran aire y aumentan la presión del aire
2. Combustión : se agrega combustible al aire comprimido y se enciende.
3. Expansión : la ignición hace que el gas se expanda. Esto se canalizó hacia atrás a través de la boquilla, creando empuje.

En un scramjet, el flujo de aire permanece supersónico en todo el proceso.

1. Compresión : el aire entra por el vehículo por alguien. A diferencia de los reactores de chorro, donde las entradas comprimen el aire supersónico en aire subsónico de alta presión, el aire en las entradas de chorro de chorro sigue siendo supersónico.
2. Combustión : el combustible de hidrógeno se mezcla con aire supersónico y se enciende
3. Expansión : como todos los motores a reacción de combustión, estos gases explotan y se canalizan hacia atrás, creando empuje.

El problema es que las entradas de scramjet requieren una gran cantidad de flujo de aire supersónico. El motor no puede funcionar a velocidades subsónicas.

Esta es la razón por la que los aviones convencionales o los cohetes llevan a los scramjets a una velocidad supersónica inicial antes de que se encienda el motor del scramjet. Echa un vistazo a la X43 que llegó a Mach 9.65.

El X43 se unió a un cohete de refuerzo Pegasus (convencional), y la combinación se unió a un bombardero B-52. El B-52 levantó el paquete por primera vez a una altura de 50,000 pies. El paquete se lanzó, y el cohete Pegasus (con X43 adjunto) se encendió, aumentando el X43 + Pegasus a 100,000 pies en Mach 6. En este punto, se lanzó el Pegasus. El X43. Con la entrada de aire al X43 en Mach 6, el motor pudo arrancar. La ignición duró 10 segundos, aumentando la X43 a Mach 9.65 durante 10 segundos.

Para la viabilidad comercial, un scramjet necesita poder realizar un despegue permanente. La propuesta actual es para un diseño híbrido que incorpore un motor convencional para velocidades sub-supersónicas a baja altitud y un motor scramjet para acelerar a velocidades hipersónicas.

Vehículos espaciales asistidos por scramjet para lanzamientos espaciales más baratos
Como se mencionó anteriormente, el primer uso de esto será para misiles de crucero hipersónicos, pero un caso de uso realmente emocionante son los vehículos espaciales asistidos por scramjet . Los cohetes convencionales para lanzamientos espaciales típicamente utilizan hidrógeno líquido para combustible y almacenan grandes cantidades de oxígeno líquido para un oxidante. Un lanzamiento asistido por scramjet podría usar oxígeno de la atmósfera y eliminar 100,000 kg (http://large.stanford.edu/course.) en peso LOX y reducir el costo de los lanzamientos espaciales.

Una ventana operativa razonable para un scramjet se extiende desde unos 10 km a 70 km. Para referencia, el perigeo (el radio mínimo de una órbita elíptica) de una órbita de transferencia geosincrónica (GTO), un destino común para los satélites, es de aproximadamente 185 km. Por lo tanto, para un vehículo espacial asistido por scramjet, un cohete deberá proporcionar empuje de 0 a 10 km, el scramjet levantará el vehículo de 10 a 70 km y un cohete terminará el vuelo de 70 km a órbita.