SABRE的全称是Synergetic Air Breathing Rocket Engine,大意为伴生吸气火箭发动机。这是一种用于水平起飞、单级入轨航天飞机的新概念混合动力发动机,用强预冷使得从空气中吸取氧的工作状态可以一直维持到M5和超高空,然后转入火箭动力,进入空间飞行。

具体来说,进气在预冷器(PC)里强预冷后,通过压气机(AC)达到高压,一部分进入燃烧室(CC),与预燃后炽热的贫氧富氢燃气混合燃烧,通过喷嘴(Nozzle)产生推力;大部分空气进入预燃室(PB),与氢气混合燃烧后,加热氦气。氦气受热膨胀后,推动氦气涡轮(HeT)驱动压气机。做功降温后但依然有很高温度的氦气通过换热器(HX4)使得液氢受热气化,形成高压,推动氢气涡轮(HT1)驱动液氢泵(LHP)从液氢储罐(LHT)里抽取液氢。降压后的氢气还有足够压力,继续推动另一台氢气涡轮(HT2),驱动氦气制冷压缩机(HeC),用于预冷器,就像电冰箱里的氟利昂压缩机提供制冷剂一样。事实上,氦在这里就相当于氟利昂。

SABRE的热力学循环相当复杂,但也很精巧。SABRE的设计原意不是用于超燃冲压的,使用吸气火箭发动机正好回避了超燃冲压的难题,大气层内的高超音速飞行也只是过渡阶段,只是为大气层外的火箭动力飞行提供尽可能高的起始速度和高度。但是适当简化后,SABRE的思路也可以用于超燃冲压。比如说,取消氦回路,燃料泵出来的燃料直接进入预冷器和热端冷却系统,加热气化产生高压,推动的涡轮直接驱动燃料泵。这样,连预燃室都可以取消了。

主动冷却和强预冷都属于超燃冲压发动机的热管理技术。人们经常关注于超燃冲压的燃烧稳定性问题,这确实是巨大的技术挑战,就像可控爆炸一样艰难,但热管理是同样巨大的难题。中国在2017年里程碑式的厦门国际会议上,就暗示了超燃冲压技术已经达到相当高的技术成熟程度。现在热管理技术也达到了很高的技术成熟程度,没有公开的只是带先进热管理的完整的超燃冲压发动机的高超音速飞行试验。

超燃冲压实用化的意义是怎么强调也不过份的。国庆70大庆上只公开了东风17的外观,射程没有公布,据估计,在1800-2500公里范围。采用超燃冲压、从HGV改为HCM的话,只需要较小的助推火箭就可以起飞,大量氧化剂占用的重量可转为燃料,极大地增加射程。即使计入更重的超燃冲压发动机和辅助系统,射程的增加也是可想而知的。即使不可能增加15倍的射程,而只能增加5倍,也能在大体相同的全系统尺寸和重量情况下,达到9000-12500公里的射程。如果说东风17还只是“嘉手纳快递”的话,“超级东风17”就不只是关岛快递了,而是“夏威夷快递”、“洛杉矶快递”了,军事意义不言而喻。