Un propulsore ibrido è un motore a razzo che utilizza una miscela di propellenti liquidi (o gassosi) e solidi. Questo tipo di motore ha il vantaggio, come tutti i motori a razzo, di poter funzionare in assenza di atmosfera poiché il carburante e l'ossidante sono a bordo. Le sue caratteristiche lo rendono un compromesso tra un motore a razzo a propellente liquido e un propellente a propellente solido . Rispetto a un motore a razzo a propellente liquido, è più semplice nel design e quindi meno fragile e brucia propellenti che non sono suscettibili di esplodere. A differenza di un propellente solido per razzi, la spinta del motore può essere modulata o interrotta in qualsiasi momento.
Il suo utilizzo è stato finora limitato perché le prestazioni ottenute in pratica rimangono deludenti. L'esempio di implementazione più noto è quello degli aerei spaziali SpaceShipOne e SpaceShipTwo che lo utilizzano o devono utilizzarlo per effettuare voli suborbitali : in questo caso la scelta di questo tipo di propulsione è legata a considerazioni di costo e sicurezza. Recenti ricerche su nuovi combustibili più efficienti potrebbero offrire altri sbocchi per questo tipo di propulsione.
Il motore a razzo ibrido si basa, come la maggior parte dei motori a razzo , sulla combustione altamente esotermica di un carburante e di un ossidante che produce un grande volume di gas di combustione che fuoriescono ad alta velocità dal motore producendo la spinta desiderata. Un motore a razzo ibrido comprende principalmente un serbatoio pressurizzato contenente l'ossidante (o ossidante ) in forma liquida o gassosa, una camera di combustione formata all'interno di un blocco del carburante che è in forma solida (blocco propellente) e una valvola che separa questi due elementi. La camera di combustione è, nel caso più semplice, un unico canale cilindrico forato nel blocco propellente in direzione longitudinale, all'estremità del quale si trova l' ugello attraverso il quale vengono espulsi i gas prodotti (vedi diagramma a lato).
Quando si desidera avviare il motore, viene attivato un sistema di accensione nella camera di combustione e la valvola viene aperta. L'ossidante liquido o gassoso che è in pressione fluisce nella camera di combustione dove vaporizza e reagisce con il combustibile solido accendendosi. La combustione dell'ossidante e del carburante si propaga alla superficie del blocco propellente solido. Le particelle di propellente vengono liquefatte sulla superficie del blocco e quindi gassificate dal calore emesso e vengono a mescolarsi con l'ossidante. I gas caldi prodotti vengono espulsi dalla pressione verso l'uscita della camera di combustione dove è presente un ugello che canalizza ed accelera i prodotti della combustione fornendo la spinta al razzo.
Nella sua forma più semplice, la camera di combustione è un semplice foro cilindrico (il canale) praticato al centro del blocco propellente. Per ottenere una spinta maggiore, è possibile perforare diversi canali, aumentando l'area del blocco propellente esposta alla combustione. Forme complesse (per esempio n- punte stella ) possono anche essere usati per modulare la spinta in funzione del tempo, determinando la cinetica di combustione mediante la geometria della superficie di combustione, che condiziona la reazione del ossidante sul combustibile. .
Il blocco propellente è preceduto da una precamera in cui una prima combustione genera l'evaporazione dell'ossidante - se quest'ultimo è liquido. Carburante e ossidante non si mescolano nelle proporzioni ideali nella camera di combustione: tende ad esserci un eccesso di ossidante al centro del canale e un eccesso di carburante sulla superficie del blocco propellente. I materiali incombusti risultanti vengono agitati naturalmente nella camera di post-combustione, uno spazio tra l'estremità finale del blocco propellente e l'ugello, e qui completano la loro combustione.
L'efficienza della propulsione ibrida dipende in gran parte dalla velocità con cui la superficie del carburante vaporizza per mescolarsi con l'ossidante. Questa cosiddetta velocità di regressione , attualmente troppo bassa, è il principale problema riscontrato nello sviluppo di una propulsione ibrida praticabile.
La propulsione ibrida presenta vantaggi e svantaggi, alcuni ovvi, altri meno, rispetto alle altre due principali modalità di propulsione a razzo: il motore a razzo a propellente liquido e il propellente a propellente solido . Ecco un breve riassunto:
La propulsione ibrida presenta una serie di inconvenienti che, fino ad ora, ne hanno impedito lo sviluppo:
La ricerca sulla propulsione ibrida risale a più di 50 anni fa. Piccoli motori ibridi sono stati utilizzati nei programmi di droni statunitensi tra il 1968 e il 1983 (Sandpiper, Has, Firebolt) utilizzando polibutadiene idrossi-telechelico (PHBT) come carburante . Nel 1990, un ambizioso progetto guidato da US AMROC società (ora defunta) propulsori testati con una spinta di 1,2 M N .
Ma questi tentativi non hanno mai portato ad applicazioni pratiche nel campo della propulsione a razzo perché la velocità di regressione è troppo bassa, a causa dell'insufficiente trasferimento di calore tra la parte più calda della camera di combustione e la superficie del blocco propellente, non lo rende possibile per ottenere le spinte desiderate.
La strada principale esplorata oggi dagli attuali progetti sulla propulsione ibrida riguarda l'utilizzo di nuovi combustibili come le forme di paraffina, che consentono di ottenere velocità di regressione da 3 a 4 volte superiori a quelle dei combustibili convenzionali.