英國(guó)牛津郡庫(kù)拉姆的航空航天工程師在Reaction Engines公司成功研制出SABRE（協(xié)同吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）預(yù)冷器。該設(shè)備利用超輕量化微管換熱器，能在不足50毫秒的時(shí)間內(nèi)，將高達(dá)1000℃的高超音速氣流溫度驟降至-150℃，突破了曾被認(rèn)為物理上不可能實(shí)現(xiàn)的熱力學(xué)瓶頸。

為讓高壓渦輪壓縮機(jī)直接吸入并壓縮Mach 5（約6100公里/小時(shí)）空氣進(jìn)入火箭燃燒室，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口需剝離約400兆瓦的熱功率。傳統(tǒng)地面工業(yè)級(jí)熱交換器重達(dá)數(shù)百噸，而飛行版必須控制在2噸以內(nèi)并適配數(shù)米寬的圓柱形發(fā)動(dòng)機(jī)艙。為實(shí)現(xiàn)1150℃的溫降，英方工程師從原子尺度重構(gòu)了制造工藝：采用Inconel 718鎳鉻高溫合金編織數(shù)千根螺旋微管，外徑約0.98毫米，壁厚僅27微米（不足人類頭發(fā)直徑的一半）。憑借微小半徑帶來(lái)的極高環(huán)向強(qiáng)度，這些發(fā)絲級(jí)管壁能安全容納內(nèi)部70至200巴壓力的超臨界低溫氦氣，同時(shí)承受外部1000℃高溫氣流的沖刷。

制造過(guò)程涉及超過(guò)1000公里的微管總長(zhǎng)及大量管端與集流管的連接。研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)二十余年材料研究，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化拉管、渦流檢測(cè)及精密干膜真空釬焊技術(shù)，在定制立式真空爐中完成逾百萬(wàn)個(gè)微觀接頭的無(wú)泄漏焊接，并通過(guò)氦質(zhì)譜檢漏與機(jī)器人光學(xué)測(cè)量確保零缺陷密封。針對(duì)早期液氣循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)因大氣水分在-150℃管壁上瞬間結(jié)冰導(dǎo)致堵塞的難題，SABRE團(tuán)隊(duì)通過(guò)專利的微尺度防冰系統(tǒng)解決：在亞溫區(qū)上游注入微量低冰點(diǎn)酒精/低溫流體薄膜，使冷凝水蒸氣以液態(tài)微霧形式排出，避免形成固態(tài)冰橋，保障持續(xù)運(yùn)行不增壓損。

預(yù)冷器采用閉環(huán)氦熱氣動(dòng)力循環(huán)，將氣動(dòng)廢熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。流程分為三步：首先，約-150℃的冷高壓超臨界氦氣進(jìn)入預(yù)冷器吸收400兆瓦熱量，升溫至600℃以上成為過(guò)熱高壓氦氣；其次，過(guò)熱氦氣直接驅(qū)動(dòng)與空氣渦輪壓縮機(jī)同軸的閉環(huán)氦氣渦輪，利用Mach 5飛行的氣動(dòng)熱能為冷卻后的進(jìn)氣提供壓縮動(dòng)力；Zui后，做功后的暖氦氣流經(jīng)緊湊型再生器和液氫換熱器，由儲(chǔ)存在-253℃（20開(kāi)爾文）的主液氫吸收余熱，使氦氣重新冷卻至-150℃循環(huán)使用，同時(shí)預(yù)熱注入燃燒室的氫燃料。

歐洲空間局（ESA）于2012年獨(dú)立驗(yàn)證了該預(yù)冷器從環(huán)境溫度至-150℃的無(wú)冰運(yùn)行能力。隨后，英國(guó)白金漢郡韋斯科特建成專用TF2高溫測(cè)試設(shè)施，并在英國(guó)航天局與美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）合同下，將測(cè)試用預(yù)冷器（HTX）運(yùn)至美國(guó)科羅拉多航空太空港進(jìn)行驗(yàn)證。2019年4月與10月，測(cè)試?yán)肎E J79加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為高溫燃?xì)庠?，模擬真實(shí)高超音速條件，先后以超420℃（等效Mach 3.3）和1000℃（等效Mach 5）的氣流沖擊HTX。所有測(cè)試中，27微米管矩陣均在不到1/20秒內(nèi)完成淬火，未出現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)失效或泄漏，確立了該技術(shù)在高超音速飛行器、高功率密度電機(jī)散熱及下一代航天推進(jìn)領(lǐng)域的奠基地位。

資料來(lái)源：Engineerine；原文發(fā)布日期：2026-10-15。本文為資料編譯。