Взрывы позволяют получить от топлива гораздо больше энергии, чем простое его сжигание. Но для этого ваш двигатель должен выдерживать такие взрывы. NASA считает, что будущее дальних космических путешествий - за вращающимися детонационными двигателями. И, как показывают испытания прототипов, такое предположение не беспочвенно.
Преимущества детонации
Двигатели внутреннего сгорания - старая и надежная технология, но сам процесс сгорания окисляющего топлива в воздухе остается относительно медленным и предсказуемым. Детонация, с другой стороны, хаотична и разрушительна. Так работает большинство бомб: вы берете взрывчатое вещество и бьете по нему толчком энергии. Химические связи, удерживающие каждую молекулу вещества вместе, разрушаются, высвобождая огромное количество энергии в ударной волне, которая расширяется со сверхзвуковой скоростью.
NASA хочет использовать детонацию в качестве источника энергии для движения. Тому есть несколько причин.
Во-первых, детонационные двигатели имеют более высокий теоретический уровень эффективности, чем двигатели внутреннего сгорания. В теории, они могут быть на 25% эффективнее. Также они должны производить больше тяги при использовании меньшего количества топлива и меньшей ракеты. В мире космических полетов это автоматически означает более дешевые запуски, больше полезной нагрузки и возможность летать дальше.
Также детонационные двигатели позволяют реализовать гиперзвуковой полёт. Двигатели внутреннего сгорания могут работать только на дозвуковых скоростях. Это связано с тем, что всасываемый воздух должен замедляться до дозвуковой скорости, чтобы происходило сгорание. Такое замедление нагревает двигатель и оказывает дополнительное сопротивление.
Детонация, напротив, происходит на сверхзвуковых скоростях. Поэтому в дополнение к большей эффективности вы также уменьшаете объем выделяемого тепла и снижаете сопротивление при полете на гиперзвуке.
Закольцованный взрыв
Вращающийся детонационный двигатель - тип детонационного двигателя, в котором взрывная волна как бы свернута в кольцо. В отличие от двигателей с наклонной волной детонации или двигателей импульсной детонации, вращающиеся детонационные двигатели используют кольцевые камеры и точно синхронизированный впрыск топлива для создания постоянной тяги. Каждый взрыв посылает ударную волну, которая производит тягу, и эта же волна перемещается по кольцу, запуская каждый последующий взрыв.
За последнее время целый ряд исследовательских групп заявлял об успешных испытаниях вращающихся детонационных двигателей.
Это Университет Центральной Флориды, работающий с Исследовательской лабораторией ВВС США; австралийский Мельбурнский королевский технологический институт, работающий с оборонной компанией DefendTex; компании Venus Aerospace, Aerojet Rocketdyne и другие. А японское космическое агентство Jaxa даже испытало вращающийся детонационный двигатель в космосе.
Теперь о подобных испытаниях сообщает и NASA. Согласно релизу, в прошлом году небольшой двигатель был испытан в партнерстве с индианской компанией In Space LLE.
Двигатель был запущен «более десятка раз, в общей сложности он работал почти 10 минут». Учитывая это, он явно справился с главной задачей, которая стоит перед разработчиками подобного типа двигателей - не позволить всей конструкции взорваться.
Двигатель NASA был построен с использованием металлической 3D-печати. Ключевым компонентом стал уникальный медный сплав GRCop-42, который позволяет системе справляться с экстремальными условиями устойчивой детонации без перегрева.
По словам NASA, двигатель производил «более 4000 фунтов тяги в течение почти минуты при среднем давлении в камере 622 фунта на квадратный дюйм, что является самым высоким показателем давления для этой конструкции». Испытания включали «успешные характеристики как глубокого дросселирования, так и внутреннего зажигания».
Теперь NASA планирует создать большую версию многоразового вращающегося детонационного двигателя. Команда надеется, что полноразмерный прототип продемонстрирует преимущества технологии по сравнению с обычными ракетными двигателями.
