英国牛津郡库拉姆的航空航天工程师在Reaction Engines公司成功研制出SABRE（协同吸气式火箭发动机）预冷器。该设备利用超轻量化微管换热器，能在不足50毫秒的时间内，将高达1000℃的高超音速气流温度骤降至-150℃，突破了曾被认为物理上不可能实现的热力学瓶颈。
为让高压涡轮压缩机直接吸入并压缩Mach 5（约6100公里/小时）空气进入火箭燃烧室，发动机进气口需剥离约400兆瓦的热功率。传统地面工业级热交换器重达数百吨，而飞行版必须控制在2吨以内并适配数米宽的圆柱形发动机舱。为实现1150℃的温降，英方工程师从原子尺度重构了制造工艺：采用Inconel 718镍铬高温合金编织数千根螺旋微管，外径约0.98毫米，壁厚仅27微米（不足人类头发直径的一半）。凭借微小半径带来的极高环向强度，这些发丝级管壁能安全容纳内部70至200巴压力的超临界低温氦气，同时承受外部1000℃高温气流的冲刷。
制造过程涉及超过1000公里的微管总长及大量管端与集流管的连接。研发团队历经二十余年材料研究，开发了自动化拉管、涡流检测及精密干膜真空钎焊技术，在定制立式真空炉中完成逾百万个微观接头的无泄漏焊接，并通过氦质谱检漏与机器人光学测量确保零缺陷密封。针对早期液气循环发动机因大气水分在-150℃管壁上瞬间结冰导致堵塞的难题，SABRE团队通过专利的微尺度防冰系统解决：在亚温区上游注入微量低冰点酒精/低温流体薄膜，使冷凝水蒸气以液态微雾形式排出，避免形成固态冰桥，保障持续运行不增压损。
预冷器采用闭环氦热气动力循环，将气动废热转化为机械功。流程分为三步：首先，约-150℃的冷高压超临界氦气进入预冷器吸收400兆瓦热量，升温至600℃以上成为过热高压氦气；其次，过热氦气直接驱动与空气涡轮压缩机同轴的闭环氦气涡轮，利用Mach 5飞行的气动热能为冷却后的进气提供压缩动力；最后，做功后的暖氦气流经紧凑型再生器和液氢换热器，由储存在-253℃（20开尔文）的主液氢吸收余热，使氦气重新冷却至-150℃循环使用，同时预热注入燃烧室的氢燃料。
欧洲空间局（ESA）于2012年独立验证了该预冷器从环境温度至-150℃的无冰运行能力。随后，英国白金汉郡韦斯科特建成专用TF2高温测试设施，并在英国航天局与美国空军研究实验室（AFRL）合同下，将测试用预冷器（HTX）运至美国科罗拉多航空太空港进行验证。2019年4月与10月，测试利用GE J79加力涡轮喷气发动机作为高温燃气源，模拟真实高超音速条件，先后以超420℃（等效Mach 3.3）和1000℃（等效Mach 5）的气流冲击HTX。所有测试中，27微米Inconel微管矩阵均在不到1/20秒内完成淬火，未出现任何结构失效或泄漏，确立了该技术在高超音速飞行器、高功率密度电机散热及下一代航天推进领域的奠基地位。
资料来源：Engineerine；原文发布日期：2026-10-15。本文为资料编译。